炭化ケイ素(SiC)の製造工程 / 現地SiC製錬工場レポート4(最終回)

中国北西部蘭州市郊外にある炭化ケイ素(SiC)製錬工場のレポート第4回(最終回)です。今回は製錬されたSiCを見てゆきます。

石英砂=1.7 : 石油コークス=1.3の割合で混ぜた原料を電気抵抗炉に投入し中心にカーボンの粉で電極を作り、そこに20,000KWを10日間通電させた結果、炉の中心温度は約2,000℃に達し、下記の様にSiCが製錬されます。

製錬イラスト_書き出し用図で示した通り、中心の電極に近い部分ほど高密度のSiC 98.5%ができ(A)、その周りも同じSiC 98.5%ですが中心よりも密度が低くなります(B)。その外側がSiC 88%の層になります(C)。この中心に近いSiC 98.5%高密度部分(A)が高品質のSiC耐火物の原料となり、この部分をいかにきちんと選別して供給できるかが品質の鍵となります。尚、高密度SiC 98.5%の周りのSiC 98.5%部分(B)は研磨材や砥石の原料となり、その外側のSiC 88%部分(C)は製鉄用の脱酸材(投げ込み材)となります。反応しなかった電極から離れた部分の原料は次の製錬に使われます。1回の製錬で1基の炉で図のSiC 98.5%~88%部分が約600トンできます。

製錬されたSiCは大きく砕かれ部位別に選別されます。SiC ingot 1この地域はステップ気候で年間降水量が約300mmと少ないですが、製錬されたSiCはきちんと管理された屋根付き保管庫にて保管されます。SiC ingot 4SiC ingot 3

下の写真のインゴットの中で、上部の粒子が粗く見える部分がSiC 98.5%の密度の少し低い部分で、その下の少し白っぽく見える部分がSiC 98.5%の高密度部分で、下側が炉の中心方向となります。SiC ingot higher densityこれを運搬しやすいように更に細かく砕き1トンバックに入れます。SiC ingot 1 ton bagSiC ingot 5この大きさの粒が流通しているいわゆるSiCインゴットです。ここからまたSiC粉砕・整粒加工会社に運ばれ、粒度別に選別されSiC耐火物の原料が完成します。

良いSiC製品を作るには良い原料の安定供給が必要不可欠です。

炭化ケイ素(SiC)の製造工程 / 現地SiC製錬工場レポート3

中国北西部蘭州市郊外にある炭化ケイ素(SiC)製錬工場のレポート第3回です。今回は実際のSiC製錬を見てゆきます。

ここには電気抵抗炉が前後左右に4基並んでおり、順番に操業してゆきます。20,000KWで10日間通電し、中心の電極付近は約2,000℃に達します。原料投入から製錬SiCの取り出しまで1炉当たり約15日間での操業です。

resistance furnaces front

terminal

石英砂=1.7 : 石油コークス=1.3の割合で混ぜた原料はクレーンで電気抵抗炉に投入されます。原料中心部にはカーボンの粉を押し固めて電極が作られます。下写真の右側の炉は製錬された後、電極から遠く反応しなかった周りの原料を取り除いた状態で、左側奥の炉は原料投入が終わり製錬待ちの状態です。

SiC smelting 11基の炉の長さは約100m、製錬されたSiCの高さは約3m、一回の製錬で約600t/炉のSiCが作られます。

SiC smelting size 2SiC smelting size 1

先の写真の反対側から。製錬後のSiCが左、これから製錬される炉が右で鋼材と断熱レンガで高く壁が作られています。left after SiC smelting right before smelting

奥の2基の炉の内、手前の炉はちょうどSiC製錬が終わったところです。

SiC 4 resistance furnacesSiC just after smelt from side壁を登って上から炉の中を撮った写真が下です。SiC just after smelt from UPまだ少し煙が立ち上っています。SiC製錬の反応後、投入された原料は当初よりも体積が減っているのが判るかと思います。コークス由来の硫黄の黄色も少し見えます。因みに右奥の炉はこれから原料を投入する炉で今は空です。この様に4つの炉を順番に操業しています。この工場のSiC年間生産量は約20,000トンです。

次回は製錬されたSiCについて見てゆきます。

炭化ケイ素(SiC)の製造工程 / 現地SiC製錬工場レポート2

中国北西部蘭州市郊外にある炭化ケイ素(SiC)製錬工場のレポート第2回です。今回はSiCの元原料を見てゆきます。

炭化ケイ素(SiC)は人工的に作られる合成鉱物で化学式はSiO2 + 3C →SiC + 2CO です。

SiO2とは二酸化ケイ素・シリカで、実際に使われる原料は下の写真の石英砂です。quartz 1quartz UPこの工場では原料置き場の地面はコンクリートかタイル地で、しっかり石英砂にネットも掛けコンタミ防止に努めています。この石英砂は主に地元甘粛省や隣の青海省産出の安定した高品質品です。

もう一つの元原料Cとは炭素・カーボンで、実際に使われる原料は下の写真の石油コークスです。petroleum cokepetroleum coke UP石英砂と同じくしっかり管理されています。この石油コークスは主に隣の青海省、そしてまたその隣のチベット自治区からも入れているとの事です。良いSiC原料を作るにはやはり良い元原料が必要不可欠です。

この2つの原料を石英砂1.7 対石油コークス1.3の割合で混ぜ合わせます。左からコークス、右から石英砂を真ん中の混合攪拌機に投入します。mixturemixture tank混合された原料はホッパーに落とされます。因みに混合原料3トンに対し製錬して出来上がるSiCは約1tとの事です。

次回はいよいよ電気抵抗炉での製錬について見てゆきます。

炭化ケイ素(SiC)の製造工程 / 現地SiC製錬工場レポート1

SiC耐火物の原料となる炭化ケイ素(SiC)は人工的に作られる合成鉱物です。現在世界で使われるSiC原料のほとんどは中国で製造されており、4回に分けて現地SiC製錬工場の製造工程等を詳しく見てゆきます。

中国の北西部、甘粛(かんしゅく)省・蘭州市から高速道路で1時間弱走ったところにあるSiC製錬工場です。SiCは電気抵抗炉で製錬される為豊富な電力が必要ですが、この辺りは黄河上流域で水力発電があます。またSiCの元原料となるコークスと石英も近くで採れる為ここに工場が建設されました。SiC smelting company entrance 1SiC smelting company transformerこの地域はステップ気候のため植林した木以外は大きな樹木がない荒涼とした山岳地帯です。工場には独自の35,000KVA変電設備があります。

SiC smelting plant environmental slogan工場内にスローガンが掲載されている通り、近年の中国の環境保全政策は益々厳しさを増し、本工場も共産党の査察を定期的に受け訪問時も査察前で操業は停止しておりました。政府の環境保全政策の為、この辺りに10数年前までは20社ほどあったSiC製錬会社が今では3社しか残っていないとの事で、SiC原料高騰の最初の原因はここから来ている事が判ります。

工場の全景写真です。2007年に設立された工場で、年間SiC製錬能力は約20,000トンで規模的には中規模クラスですが、中国でも指折りの高品質SiCを供給できる工場です。社長は地元の有力共産党代表です。SiC smelting panorama次回はSiCの元原料について見てゆきます。

酸化物(SiO2/シリカ)結合SiC プレス成形品とその金型について

酸化物結合SiC耐火物はプレス成形で様々な形状が製作可能です。

SiC millston 2プレス成形品ですので最初に金型の製作が必要です。使用条件等を確認させて頂いた上で御注文数量が継続的にある程度見込める場合は、金型代をご負担頂いた上で初回は少量生産でも対応致します。一度製作頂いた金型は後の消耗による金型更新時でも費用はこちら側で負担致します(形状にもよりますが、一つの金型で1,000個以上はプレス打てます)。

尚、我々の特徴の一つとしては金型代が他と比べ安い点ですので、新規形状をご検討の企業様は是非一度お問い合わせ下さい。

酸化物(SiO2/シリカ)結合SiC プレス成形品複雑形状

SiC耐火物の中でも価格的に一番安価な種類は酸化物(SiO2/シリカ)結合SiCです。弊社販売のシリカ結合SiC耐火物は全てプレス成形品で、下の写真のような複雑形状でもプレス成形で作れます(写真は一つの同じ製品を上と下から撮った物です)。

heat treating tool Up&Down熱処理用の冶具でかなりヒートショックが厳しい(熱応力が高い)条件下での使用の為、割れ防止の目的でスリットが入っていたり、接地面積を少なくする形状にしたり工夫がされています。

尚、一般的にはプレス成形の方が鋳込み成形よりも使用するバインダーの量が少なくて済むので、「気孔率の低い=密度の高い」もの、即ち強度のあるものが作れます。

Re-SiC / R-SiC(再結晶SiC)小型るつぼ

Re-SiC(もしくはR-SiC)とはRe-crystallized SiCの略で=再結晶SiC。下の写真は小型の再結晶SiCるつぼでサイズはφ90(内径φ80) x h100mm / フタ付です。

RSiC small saggar真空雰囲気炉2,400℃以上で焼成して製造されるこの再結晶SiC耐火物の(大気雰囲気)最高使用温度は1,650℃と高いのが特徴で、SiC99%、気孔率約15%です。

各種SiC耐火物の比較は弊社の高機能SiC耐火物ページのテクニカルデータ表をご参照ください。

N-SiC(窒化物結合SiC)薄型支柱

N-SiCとはNitride bonded Silicon Carbideの略で=窒化物結合SiC。下の写真はN-SiC製の薄型支柱です。

NSiC Support

最高使用温度は1,450℃で、Si2N4が約25%入っており窒化物入りの為、耐酸化性能に優れ、耐火物の中でも比較的じん性があり割れ難いとされています。価格は酸化物結合SiCよりも高価ですが、迅速焼成をするヨーロッパ系の炉などでは比較的多く採用されている材質です。

各種SiC耐火物の比較は弊社の高機能SiC耐火物ページのテクニカルデータ表をご参照ください。

グラインダーでのSiC耐火物切断テスト

SiC(酸化物結合SiC)耐火物をグラインダーで切断できるかのテストを行いました。使用した刃は3種類で1)レンガ用、2)石材用、3)コンクリート・タイル用ダイアモンドホイールです。

1)レンガ用:当てたSiCの角が少し削れた程度で全く切れず。Cutting test by brick cutter

2)石材用:同じく当てたSiCの角が少し削れた程度で全く切れず。Cutting test by stone cutter

3)コンクリート・タイル用ダイアモンドホイール:少し食い込みましたがそれ以上は切れず。Cutting test by concrete & tile with diamond

1)レンガ用、2)石材用はSiC耐火物に当て続けると刃がみるみる減って行き、3)ダイヤモンドホイールもダイヤ砥粒が直ぐに無くなり進まなくなりました。

SiCは砥石の原料にもなっている位の硬い材質ですので加工は容易ではありません。弊社の場合SiC耐火物専用の丸鋸(まるのこ)をオーダーメイドで製作してもらい、それを湿式切断機に取り付け切断加工しております。

SiC棚板破断面焼成テストの比較まとめ

過去3回にわたり比較試験してきたSiC棚板の破断面の焼成テストのまとめです。SiC cross section comparison 1

  • 上段左:新品を割った物=全体的に光沢有り
  • 上段右:800℃の素焼焼成に入れた物=SiC粗粒部に少しだけ光沢が残る
  • 下段左:1240℃酸化焼成に入れた物=完全につや消しマッド
  • 下段中:1300℃還元焼成(A製陶所)=SiC粗粒部が紫っぽく変色
  • 下段右:1300℃還元焼成(B製陶所)=SiC粗粒部が緑っぽく変色

この様に焼成雰囲気によってSiC棚板の破断面の見た目/状態が変化しますので、SiC棚板が割れた時の状況がこれらの情報を元にある程度推測できます。