SiC冶炼炉温度场的有限元分析及其ANSYS模拟研究

276西安科技学院学报　　　　　　　　　　　　　2002年　取决于炉芯表面负荷,提高炉芯温度即意味着炉芯表面负荷的增大,但炉芯表面负荷增大,温度增高,碳化硅分解层相应扩大,表面负荷随之减小。因此,在实际生产中炉芯表面负荷根据冶炼炉功率大小、工艺条件一般在9～13W/m2之间[3];二是控制炉料填充密度和透气性,填充密度与导热系数λ及对流换热系数a有一定关系,我国碳化硅冶炼工艺的炉料填充密度一般为1.05～1.15g/cm3,提高填充密度对于提高结晶块的结晶密度、碳化硅产品的堆积密度、提高炉产量、降低消耗有一定的效果。增加炉料的透气性有利于热量的传递,但要求透气性的增加不影响到炉料的填充密度。通过采用合理的工艺如采用培烧料工艺、加入木屑、调整料层厚度、减少杂质含量等措施可以既增加炉料的透气性又增加炉料的填充密度;三是减少炉外表的散热损失,炉外表面的散热主要受到炉子表面温度的影响,降低表面温度有利于减少炉外表散热损失,但又不能破坏炉体的透气性,因此,应当适当增加保温料的厚度。通过以上几个方面的改进,可以改善碳化硅生成的温度区域,从而提高碳化硅的生成产率。

4　结　论

1)D

=TlDk-qvWl+pcpWldxdy-+t5x5x5y5∮ΓkWlds=0t

(l=1,2,Λ,n)

2)根据模拟图所得到的结果将模拟得到的结晶筒分为5层,从炉芯往外为分解层、一级品碳化硅层、二级品碳化硅层(98%～95%)、三级品碳化硅层(95%～85%)及三级品以下层(<85%)。

3)由ANSYS模拟结果显示,一定温差下高温区面积自炉芯向外逐渐减小。高温区面积小,像素个数为1024个,温度梯度大;低温区面积大,像素个数为10224个,温度梯度小,且自里向外面积逐渐增大,而温度梯度逐渐减小。

4)改善碳化硅生成温度区域、提高碳化硅生成产率的措施有:①控制炉芯温度即控制炉芯表面负荷;②控制炉料填充密度和透气性;③减少炉外表的散热损失。

参考文献:

[1]　梁训裕,刘景林.碳化硅耐火材料[M].北京:冶金工业出版社,1981.

[2]　张念东.碳化硅磨料工艺学[M].北京:机械工业出版社,1982.

[3]　彭伟良.碳化硅冶炼工艺平衡技术讨论(2)[J].金刚石与磨料磨具工程,1995,(5):89.

[4]　王国强.实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践[M].西安:西北工业大学出版社,1999.

[5]　孔祥谦.有限单元法在传热学中的应用[M].北京:科学出版社,1998.

FiniteelementanalysisandANSYSsimulationstudyforthe

temperaturefieldofsiliconcarbidesmeltingfurnace

WANGXiao2gang,LIUYong2sheng,LIXiao2chi,GUOXiao2bin,LIQiang

(Dep.ofMaterialEngineering,Xi’anUniversityofScienceandTechnology,Xi’an710054,china)

Abstract:TemperaturefieldofAcheasonfurnacewasstudiedusingfiniteelementanalysis,andANSYSnu2mericalsimulationsoftwarewasusedtosimulatetemperaturedistributionofSiCsynthesizingfurnace.Thesimulateddiagramoftemperaturedistributionwasachieved.Thelawsoftemperaturedistributioninthesyn2thesizingfurnacewerestudied,andthespecificmethodstoenlargethetemperaturefieldofsiliconcarbidesyn2thesisweresupplied.

Keywords:SiC;temperaturefield;finiteelement;ANSYS