Совершенствование процесса производства карбида кремния путем изменения организации подвода теплоты тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.04, кандидат наук Закожурников Сергей Сергеевич

• Закожурников Сергей Сергеевич
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Закожурников Сергей Сергеевич

Введение

Глава 1. Карбид кремния и процесс его производства как объект

современных научных исследований

1.1. Применение карбида кремния

1.2. Способы получения карбида кремния

1.3. Промышленное производство карбида кремния

1.4. Результаты численных и экспериментальных исследований, направленных на решение задачи оптимизации работы промышленных печей

1.5. Выводы по первой главе

Глава 2. Математическое моделирование процесса образования карбида

кремния с учётом осадки шихты и конденсации влаги

при её переносе

2.1. Общая математическая модель расчёта температурных полей

в печах сопротивления для производства карбида кремния

2.2. Модель расчёта выхода продукта печи по производству карбида кремния

2.3. Математическая модель осадки материала в процессе производства карбида кремния

2.4. Математическая модель конденсации влаги, переносимой

в процессе фильтрации через связанные поры шихты

2.5. Структура расчётной программы

2.6. Сопоставление температурных полей, полученных при помощи численного моделирования, экспериментальным данным

2.7. Выводы по второй главе

Глава 3. Предлагаемые направления совершенствования производства

карбида кремния в электрических печах сопротивления

3.1. Изменение конфигурации керна

3.2. Изменение количества кернов

3.3. Изменение начального влагосодержания

3.4. Изменение начальной пористости шихты

3.5. Выводы по третьей главе

Глава 4. Результаты совершенствования производства карбида кремния

в электрических печах сопротивления

4.1. Массовый выход карбида кремния при изменении

пористости шихты

4.2. Массовый выход карбида кремния при изменении начального влагосодержания

4.3. Массовый выход карбида кремния при изменении количества кернов

4.4. Массовый выход карбида кремния при изменении формы

керна

4.5. Энергетический баланс и энергетические показатели печи сопротивления

4.6. Выводы по четвёртой главе

Заключение и выводы

Список литературы

Основные обозначения:

Чу -5 - мощность внутренних источников теплоты, Вт/м ;

хв - влажность твёрдой структуры;

£ - пористость системы;

Р -5 - плотность, кг/м ;

к - удельная энтальпия, Дж/кг;

- масса компонента «/» в элементарной ячейке, кг;

Й -5 - парциальная плотность, кг/м ;

и - температура, °С, и абсолютная температура, К;

Р - давление, Па;

X - продольная координата, м;

У - поперечная координата, м;

и - доля не связанных между собой микропор;

ёхим - интенсивность объемной генерации газа в химических реакциях,

кг/м с;

~суш - интенсивность объемной генерации пара в процессе сушки,

-5

кг/м с;

^,хим - мощность внутренних источников теплоты, обусловленная про-

-5

цессами химических превращений, Вт/м ;

ду,суш - мощность внутренних источников теплоты, обусловленная сушкой твердого компонента, Вт/м3;

е - теплота совокупности химических реакций, приводящих к появлению газовой составляющей, Дж/кг;

г - скрытая теплота парообразования, Дж/кг;

Хэф - эффективный коэффициент теплопроводности системы, Вт/(м • К);

__-5

р0 - средняя плотность шихты; кг/м ; £ - средняя пористость шихты;

- координаты нижней границы керна, м; кв - координаты верхней границы керна, м;

ОУф - выделение или поглощение теплоты, обусловленное переносом

-5

теплоты фильтрационными потоками, Вт/м ;

-5

Чу.ос - изменение количества теплоты при осадке шихты, Вт/м ;

х^- - время начала химической реакции типа «у», с;

т2у- - время завершения химической реакции типа «у», с;

^Эм ] - выход газообразного продукта реакции «у» на единицу массы

(Мзагр) загружаемой шихты, кг/т;

~ - молекулярная масса, кг/моль;

^унив - универсальная газовая постоянная, Дж/моль-К;

-5

дизл - составляющая теплового потока, связанная с излучением, Вт/м ; X изл, ^ - условный коэффициент теплопроводности излучения, Вт/(м • К);

£г - степень черноты поверхности пор;

2

а0 - постоянная Стефана - Больцмана, Вт/м К ; ¡^ - шаг расчетной сетки по направлению м;

Л

а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м °С); Ср - удельная теплоемкость, Дж/(кг • К). Индексы и другие сокращения:

1 - параметры твёрдого тела;

2 - параметры газа в полостях;

С - твёрдый сухой компонент смеси;

газ - параметр газа, появляющегося в результате химических реакций в твердом сухом компоненте;

В - параметры водяной фазы; ф - процесс фильтрации;

о - параметр в момент начальный момент времени; откл - параметр в момент отключения; р.з- параметр в расчётной зоне.

Остальные обозначения приведены в тексте.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

Большая часть современных печей сопротивления по производству карбида кремния характеризуется значительными масштабами энергопотребления и низкой энергетической эффективностью. Теоретический расход электроэнергии на единицу продукции составляет 3,9 кВт • ч/кг, а практический - 7,2...8,7 кВт • ч/кг. Значительное различие имеется и в расходе электроэнергии за один цикл работы печи. Он составляет от 25 до 65 тыс. кВт • ч. Для достижения большей энергетической эффективности необходима разработка моделей производства карбида кремния (БЮ). Существующие математические модели описывают только температурный режим, не уделяя достаточного внимания увеличению массового выхода продукта и энергоэффективности производства. До настоящего времени нет полной систематизированной информации по совершенствованию процесса образования карбида кремния путём введения нескольких кернов в печь, а также прогнозу массового выхода конечного продукта БЮ. Таким образом, существует необходимость исследования данных мероприятий с целью выбора более совершенных режимов работы печей сопротивления с точки зрения экономической и энергетической эффективности.

Для правильного выбора наиболее эффективного варианта производства БЮ необходима систематизация и комплексное исследование разнообразных вариантов загрузки печи, используемой для получения карбида кремния.

Спрос на карбид кремния постоянно растёт. Наряду со стандартным использованием в абразивной, огнеупорной и металлургической промышленности он находит всё большее применение в электротехнике, космической отрасли и в ядерной энергетике. Повышение эффективности процесса производства карбида может привести к снижению удельных расходов электроэнергии, повышению производительности технологического процесса и, следовательно, удешевлению производства, что окажет положительное влияние

на данное производство, а также другие отрасли, использующие карбид кремния.

Целью работы является разработка и обоснование мер по сокращению энергетических и экономических затрат на производство карбида кремния путём изменения организации подвода теплоты и подготовки сырья в электротехнической печи сопротивления.

Задачи исследования

1. Усовершенствование модели производства карбида кремния путём учёта осадки материала и конденсации влаги, переносимой в процессе фильтрации через связанные поры шихты.

2. Разработка модели расчёта массового выхода карбида кремния в ходе процесса производства на основании температурного поля в электрических печах сопротивления.

3. Проведение численных экспериментов для проверки адекватности созданных математических моделей.

4. Разработка различных вариантов организации подвода теплоты в печи сопротивления.

5. Расчёт массового выхода готового продукта для каждого варианта загрузки и выбор наилучшего варианта.

6. Определение энергетических показателей для наиболее перспективных вариантов производства с точки зрения минимального потребления энергоресурсов и максимального массового выхода карбида кремния.

Научная новизна

1. Усовершенствована модель производства карбида кремния, которая позволяет проводить исследования осадки материала и конденсации влаги, переносимой в процессе фильтрации через связанные поры шихты.

2. Разработана математическая модель, определяющая массовый выход карбида кремния в процессе его производства по температурному полю в печи.

3. Показано, что применение многокерновой организации подвода теплоты позволит увеличить массовый выход карбида кремния на 15 -20% при сохранении подводимой к печи мощности.

4. Впервые исследовано влияние осадки материала, влажности и пористости шихты на массовый выход карбида кремния.

Практическая ценность

1. Разработанная математическая модель позволит отказаться от большого числа трудоёмких, энерго- и материалоёмких натурных испытаний, связанных с определением наиболее эффективного способа подвода теплоты.

2. Предложен к практическому применению многокерновый способ нагрева шихты, позволяющий увеличить массовый выход карбида кремния на 15-20%. Подана заявка на изобретение «Способ нагрева шихты в высокотемпературной печи» №2016108307 от

3. На основе созданной математической модели расчёта температурных полей в процессе производства карбида кремния может быть создана автоматизированная система управления.

Достоверность полученных результатов. Достоверность полученных в диссертационной работе результатов подтверждается корректным применением расчётных соотношений, основанных на фундаментальных физических законах, сравнением опытных данных, полученных автором, а также согласованием полученных результатов с результатами экспериментальных и численных исследований других авторов.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Усовершенствованная модель производства карбида кремния, которая позволяет проводить учёт осадки материала и конденсации влаги, переносимой в процессе фильтрации через связанные поры шихты.

2. Модель расчёта массового выхода карбида кремния в ходе процесса производства на основании температурного поля в электрических печах сопротивления.

3. Рекомендации по совершенствованию процесса производства карбида кремния и результаты, получаемые при их внедрении.

4. Результаты расчёта массового выхода карбида кремния для наиболее перспективных вариантов организации производственного процесса.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование процесса производства карбида кремния путем изменения организации подвода теплоты»

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы были изложены на международных конференциях: 13, 14, 15, 16-й Межвузовской научно-практической конференции молодых учёных и студентов, г. Волжский, 20072010 гг.; 2, 3-й Всероссийской научно-практической конференции «Ресурсо-энергосбережение и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов», г. Волжский, 2008, 2010 гг.; Межрегиональной научно-практической конференции «Моделирование и создание объектов энергоресурсосберегающих технологий» г. Волжский, 2009 г.; Краткие сообщения ХХХ Российской школы, посвящённой 65-летию Победы, г. Миасс, 2010 г.; Международной научно-технической конференции (XVI Бенардосовский чтения), г. Иваново, 2011 г.; 7-й Международной школе-семинаре молодых учёных и специалистов «Энергосбережение: теория и практика», г. Москва, 2014 г, 21, 22-й Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», г. Москва, 2015-2016 гг.

Публикации. Основные положения и выводы диссертационной работы изложены в шестнадцати опубликованных работах, в том числе в трёх публикациях в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Личный вклад автора

Материалы и результаты диссертационного исследования получены соискателем лично или в соавторстве. Личный вклад автора для достижения полученных результатов заключается в:

а) усовершенствовании модели производства карбида кремния путём учёта осадки материала и конденсации влаги, переносимой в процессе фильтрации через связанные поры шихты;

б) разработке модели расчёта массового выхода карбида кремния

в) разработке способа многокерновой организации подвода теплоты;

г) проведении численных экспериментов и исследовании влияния различных факторов на массовый выход карбида кремния;

д) обработке и анализе данных экспериментальных и численных исследований;

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы, состоящего из 102 наименований. Общий объём диссертации составляет 127 страниц, включая рисунки, таблицы.

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ».

ГЛАВА 1. КАРБИД КРЕМНИЯ И ПРОЦЕСС ЕГО ПРОИЗВОДСТВА КАК ОБЪЕКТ СОВРЕМЕННЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Применение карбида кремния

Карбид кремния применяют в качестве абразивного материала.

Светличный А. М. в работе [1] проводит оценку характеристик автоэмиссионных наноструктур на основе карбида кремния. Оценка показывает, что наноструктуры на основе карбида кремния обладают характеристиками, позволяющими использовать их в современных приборах наноэлектроники.

В статьях Джеренова И. Г. [2, 3] рассматривается возможность применения карбида кремния для изготовления первичных преобразователей измерителей скорости. Это становится возможным благодаря тому, что карборунд обладает необходимыми электрическими и теплофизическими свойствами (низкая инерционность, значительная механическая прочность, высокая температура испарения и другие). Следовательно, становится возможным реализовать термостойкие структуры, надежно действующие в условиях температур до 1000°С.

Бабков Р. Ю. описал перспективы применения карбида кремния в микроэлектронике [4, 5]. Автор [4, 5] выделил основную особенность карборунда, благодаря которой его можно применить в данной отрасли. Это высокая рабочая температура до 500-600°С. Следовательно, его можно использовать для аппаратуры, предназначенной для эксплуатации в тяжёлых условиях.

О применении карбида кремния при экстремальных температурах говорится в работе [6]. В статьях [7-16] описывается использование карборунда в оптоэлектронике в качестве светодиодов, туннельных диодов и фотодиодов; в радиационностойкой электронике в ядерных реакторах и космической электронике; в высокотемпературной электронике (высокотемпературные силовые полупроводниковые приборы, счетчики частиц высокой энергии, терморезисторы). Также авторы выделяют ряд полезных свойств карбида кремния,

а именно: высокую радиационную стойкость и теплопроводность, обеспечивающие возможность функционирования при более жёстких условиях. Отдельно выделяют использование карборунда в датчиках давления [17]. В этих приборах предлагают применить технологию «кремний-на-диэлектрике», которая позволит расширить верхнюю границу рабочей температуры электронных приборов до 400°С.

В работе [18] рассматривался вопрос получения материалов на основе карбида кремния и их применение в высокотехнологичных агрегатах в качестве деталей узлов трения, лопаток двигателя, футеровочных материалов, износостойких подшипников и др.

Маланчук В. А. и соавторы [19] исследовали возможность использования композитных материалов в челюстно-лицевой хирургии. Авторы выделили ряд свойств, благодаря которым становится возможным применить данные материалы в медицине, а именно: высокая коррозионная устойчивость, достаточная механическая прочность и низкая теплопроводность. Полученные экспериментальные результаты показали, что биосовместимость образцов из карбида кремния сопоставима с титаном.

Из поликристаллического SiC выращивают монокристаллы или путем дробления получают порошки. Кроме того, на основе порошкообразного SiC производят высокотемпературные нагреватели, ингитронные поджигатели и волноводные поглотители, а на основе пленок аморфного SiC - светодиоды и солнечные элементы.

Благодаря высокой химической стабильности, огнеупорности и износостойкости карбид кремния находит широкое применение в качестве огнеупора в металлургической промышленности. Применяется в машиностроении для футеровки термических печей; в химическом аппаратостроении, где он подвержен абразивному воздействию твердых пылевидных продуктов в газовых потоках. Используется для изготовления коррозионно- и эрозионностойких сопельных вставок, насадок и распылителей; для изготовления деталей теп-лообменной аппаратуры и деталей насосов для перекачки кислых растворов

и других коррозионноактивных жидкостей. Огнеупорные изделия, а также изделия конструкционного назначения на основе карбида кремния изготовляются с использованием различного вида связок - керамических, кремния, нитрида кремния. Интересно использование карбида кремния в электротехнике - для изготовления нагревателей высокотемпературных электропечей сопротивления (силитовые стержни), грозоразрядников для линий передачи электрического тока, нелинейных сопротивлений, в составе электроизолирующих устройств и т. д. [20, 21].

Благодаря высокой твердости, химической устойчивости и износостойкости карбид кремния широко применяется как абразивный материал (при шлифовании), для резания твердых материалов, заточки инструментов.

1.2. Способы получения карбида кремния

Существует несколько способов получения карбида кремния в промышленности и в лабораторных условиях. Наиболее распространённым промышленным способом получения карборунда является способ, предложенный Ачесоном в конце XIX века [20-24]. Он состоит из нескольких этапов. Во-первых, подготовка самоходной печи сопротивления, в которой происходит процесс карбидообразования, установка боковых щитов, а также ремонт в случае повреждения составных частей во время предыдущего использования. Во -вторых, подготовка шихты, состоящей из кварцевого песка и нефтяного кокса. Приготовление шихты производится путём весовой дозировки и смешивания всех компонентов. Шихта в печь загружается в строгой последовательности и слоями определённой величины. В шихту также добавляют поваренную соль и в зависимости от её количества получают различные виды карбида кремния: зелёный или чёрный. По центру вдоль печи между пакетами электродов выкладывается проводник тока из графита (керн). Далее печь перегоняют в плавильную ячейку. К керну подводят электрический ток, и начинается процесс карби-дообразования. Печь находится под током время, необходимое для образования

и кристаллизации карбида кремния. Расход электроэнергии и мощность устанавливаются технологической картой и фиксируются в карте электрорежима. После выбора заданного количества электроэнергии печь отключают от сети и выгоняют для остывания. После остывания производят душирование и разборку печи, в процессе которой снимают боковые щиты и непрореагировавшую шихту. Разобранную печь с блоком карбида кремния перегоняют в корпус сортировки, где производят сортировку куска карбида кремния.

К основным недостаткам такого способа получения карбида кремния можно отнести большое число неконтролируемых примесей, различный и в тоже время низкий массовый выход продукта, перерасход электроэнергии и большое количество вредных выбросов в окружающую среду.

Для получения полупроводниковых монокристаллов карбида кремния применяют метод Лели [23, 25]. Данный метод относится к сублимационной технологии производства. Он заключается в испарении поликристаллического карбида кремния при температуре 2500-2600°С и дальнейшей конденсации паров на случайных зародышах. Часто, используя данный метод, из карбида кремния прессованием изготавливают втулку, которую помещают в графитовый тигель. На внутренних стенках втулки температура несколько ниже, чем на внешних стенках. Это и приводит к росту монокристаллов.

Основным недостатком метода Лели является большое количество зародышей, что приводит к избытку мелких кристаллов и образованию друз.

Использование затравок помогает избежать этих недостатков и позволяет производить выращивание объёмных монокристаллов большого диаметра. Первыми предложили данный метод Цветков В. Ф. и Таиров Ю. М. в 1979 г. Авторы назвали его модифицированным методом Лели (метод физического транспорта паров) [23]. Он заключается в конденсации пересыщенного пара, возникающего при сублимации синтезированного карбида кремния на монокристаллическую затравку. Ряд факторов определяет сублимационный рост. Важнейшими из них являются конструкция тигля и распределение температуры

в нём. Кристаллы стремятся расти вдоль изотерм, и поэтому форма теплового поля имеет решающее значение.

Поликристаллический карбид кремния (шихта) находится в зоне высоких температур 1800-2600°С. Пары поступают к более холодному кристаллу-затравке, на поверхности которого, благодаря пересыщению, происходит кристаллизация. Размер кристалла можно увеличивать постепенно, за счёт многократного бокового разращивания. В отличие от метода Лели, где требуются минимальные градиенты температуры, в данном случае они достигают значений 20-30 град/см. Нагреватель может быть резистивным из графита, либо используется нагрев токами высокой частоты.

Рассмотрим ещё один метод получения поликристаллического SiC, такой как прямой синтез карбида кремния из кремния и углерода [23, 26]. В разные годы метод имел различные названия: метод Нортона, метод ЛЭТИ и др. Основные химические реакции для этого случая имеют вид:

Csol + 2Sigas = Si2Cgas, С1.1)

2Csol + Sigas = SiC2gas, (12)

Csol + Sigas SiCgas. (1.3)

При росте кристаллов из собственных паров источник пара должен иметь большую температуру Тист, чем растущий кристалл Ткр. Разность температур положительна АТ = Тист - Ткр. При этом происходит реакция

SiC ^ Si, Si2C, SiC2. (1.4)

При использовании метода прямого синтеза карбида кремния из раздельных источников кремния и углерода, пар более летучего компонента (кремния), реагируя с углеродом, приводит к образованию молекулярных комплексов Si2C, SiC2 по реакции

Sigas + Csol ^ Si, SÍ2C, SiC2. (1.5)

Согласно оценкам В. Ф. Цветкова, при температурах менее 2000°С давление паров за счёт данной реакции на два порядка превышает давление паров за счёт предыдущей реакции. При повышении температуры соотношение этих давлений уменьшается и при 2600°С это соотношение приближается к единице.

Кристалл-затравка и кремний находятся в зонах с противоположными знаками градиента температуры. Реакции синтеза происходят на горячих стенках тигля в области максимальной температуры. При небольших расстояниях между источником паров и затравкой массоперенос осуществляется молекулярными пучками. Скорость осаждения поликристаллического карбида кремния определяется градиентом температуры и температурой стенок синтезатора. При температуре более 2000°С массоперенос может достигать 100 г/час. Процесс роста происходит в неравновесных условиях: высокая скорость массопереноса, большие градиенты температуры и высокое пересыщение. Зерна при осаждении растут преимущественно в направлении максимального отвода теплоты, но скорость роста зерен разной ориентации относительно потоков пара различна. Зерна, ориентированные навстречу потоку, разрастаются сильнее, подавляя при этом рост соседей.

Отдельно стоит выделить получение карбида кремния в вакуумных электропечах сопротивления [27-31]. Этот способ получения карборунда аналогичен способу, предложенному Ачесоном, но он получает всё большее распространение в связи с рядом преимуществ. Использование садочных вакуумных печей позволяет снизить продолжительность цикла производства карбида кремния, уменьшить или исключить ручную разбраковку получаемого продукта, снизить тепловые потери на 97% и экономить до 33% потребляемой электроэнергии. Также появляется возможность канализировать смесь СО-СО2, образующуюся при восстановлении, к аппаратуре её нейтрализации, исключив попадание смеси в атмосферу и сократив, таким образом, расходы на разработку, изготовление и эксплуатацию специальных вентиляционных систем, обеспечивающих допустимые условия работы персонала. Более того, отсутствие перепада температур в объёме садки позволяет увеличить выход годного продукта в 2,0-2,5 раза.

К способу получения карбида кремния в лабораторных условиях можно отнести синтез карбида кремния в электротермическом реакторе с кипящим слоем углеродных частиц [32-36].

Электрический ток протекает через высокореакционную среду в кипящем слое восстановителе - углеродных частицах. Выделяющаяся при этом энергия обеспечивает протекание эндотермических реакций, а электрические разряды между псевдоожижаемыми частицами создают область микроплазмы и разрушают химические связи в молекулах реагирующих веществ. Происходит высокоэнергетическая активация реагентов, в реакторе достигаются высокие температуры (1200°С и выше). Внутренний нагрев углеродных частиц при протекании электрического тока принципиально более эффективен для теплообмена, чем их нагрев при обтекании горячим газом. Все это позволяет значительно интенсифицировать протекающие химические реакции.

Процесс получения мелкодисперсного карбида кремния осуществляется в вертикальном графитовом реакторе с ЭТКС при температурах 1400-1800°С. Непрерывная загрузка исходных материалов - кремнезёма (кварцевого песка) и углеродного восстановителя - производится в верхней части реактора, выгрузка продукта - через выводной канал в его нижней части. Образование карбида кремния происходит путем взаимодействия углерода с промежуточными кремнийсодержащими газообразными компонентами показано на рис. 1.1.

Рисунок 1.1 - Экспериментальная установка с реактором ЭТКС (внутренний диаметр реактора 180 мм, напряжение на электродах ДС 0-200 В, электрический ток до 150 А)

Исходным сырьем для получения мелкодисперсного карбида кремния являются измельченные до размера 0,1...0,4 мм кварцевый песок ЗЮ2 и

углеродный восстановитель С в виде нефтяного кокса или малозольного угольного карбонизатарексила.

Получаемый в результате карботермического восстановления кремнезёма карбид кремния представляет собой частицы размером до 0,4 мм различной пористости, которые находятся в мелкодисперсной смеси прокаленного углеродного восстановителя с полным удалением влаги и летучих и, в некоторых случаях, непрореагировавшего кремнезёма. Выделяющийся в процессе образования карбида кремния оксид углерода СО в смеси с азотом направляется по газопроводу на выброс в вентиляционную систему.

Принцип работы реактора ЭТКС заключается в создании электротермического кипящего слоя из смеси углеродного восстановителя С и мелкодисперсных частиц БЮ2 заданного массового состава. В условиях ЭТКС происходит взаимодействие электрических, тепловых и химических процессов, которое приводит к определенным особенностям образования промежуточных соединений и конечных продуктов. Поэтому существенная роль при использовании реакторов с ЭТКС отводится оптимизации режимных параметров.

Метод получения мелкодисперсного карбида кремния карботермиче-ским восстановлением кремнезёма посредством технологии ЭТКС предполагает следующую последовательность стадий.

Первоначально в реактор загружается исходное количество мелкодисперсных частиц углеродного восстановителя с заданным распределением частиц по размерам. Проводится продувка инертным газом (азот) реактора и газовых магистралей для удаления из технологической среды следов воздуха и влаги. В процессе вывода реактора на рабочий температурный режим (1400-1800°С) в нижнюю его часть через газораспределительную решетку с заданной скоростью подается ожижающий инертный газ для создания кипящего слоя частиц, а затем - электрический потенциал на электроды. После достижения кипящим слоем рабочей температуры и прокалки исходного углеродного восстановителя в реактор подаются мелкодисперсные частицы БЮ2. На поверхности нагретых частиц прокаленного углеродного восстано-

вителя протекают химические реакции с образованием карбида кремния. При этом частицы увеличиваются в весе и опускаются в нижнюю часть реактора и выводятся из реактора при помощи устройства выгрузки. Для возмещения объема кипящего слоя и обеспечения непрерывности процесса в реактор через устройство загрузки подаётся определенное количество частиц БЮ2 и углеродного восстановителя.

При реализации технологического процесса в реакторе ЭТКС образуется мелкодисперсная шихта, содержащая некоторое количество углеродного восстановителя (несвязанный углерод), который можно удалить путем окисления. Для этого образовавшуюся шихту следует нагреть до температуры 800-900°С, достаточной для окисления остаточного углерода до газообразных оксидов. При подаче воздуха несвязанный углерод сгорает, а частицы карбида кремния уносятся из реактора газообразными продуктами сгорания, отделяются и собираются в сепараторе. Полученные частицы могут быть размолоты до получения еще более мелких, размер которых приближается к ультра- и наноразмерным.

Предлагаемый метод синтеза карбидов и нитридов в реакторе ЭТКС обладает конкурентными преимуществами по сравнению с известными: снижение затрат энергии, высокая производительность и возможность автоматизации технологического процесса.

1.3. Промышленное производство карбида кремния

Спрос на карбид кремния с каждым годом возрастает. Данный материал можно получить только искусственным путём в промышленных печах (способом Ачесона) или в лабораторных условиях. Карбид кремния представляет собой соединение кремния и углерода, соответствующее формуле БЮ [22]. Процентное соотношение кремния и углерода - 70 к 30%. Высокая твердость карбида кремния, превосходящая твердость корунда и высокая механическая прочность, а также способность образовывать достаточно крупные кристаллы обеспечили карбиду кремния широкое применение в промышленности.

Исключительно высокая тепло- и электропроводность, высокая температура плавления и стойкость против кислот и окисляющего действия воздуха при высоких температурах обеспечили карбиду кремния широкое применение в огнеупорной, химической и электротехнической промышленности. Также карбид кремния применяют при захоронении радиоактивных отходов.

В России производят два сорта карбида кремния: черный и зеленый карбид кремния. Различия этих сортов по химическому составу и физическим свойствам (кроме цвета) минимальны и порой не прослеживаются существующими методами контроля. Тем не менее, считается, что зеленый карбид кремния отличается от черного меньшим количеством примесей. Методы производства разных сортов карбида кремния отличаются незначительно. Состав шихты при этом остаётся практически идентичным.

Современный промышленный процесс получения карбида кремния заключается во взаимодействии кремниевой кислоты с углеродом при нагреве продуктов реакции до высокой температуры. Процесс производится в электрических печах сопротивления. Их мощность колеблется от 750 до 3000 кВт. Теоретический расход электроэнергии на единицу продукции составляет3,9 кВт • ч/кг, а практический - 7,2-8,7 кВт • ч/кг. Значительное различие имеется и в расходе электроэнергии за один цикл работы печи. Оно составляет от 25 до 65 тыс. кВт • ч. Выход черного карборунда на практике составляет примерно 22% от веса загруженной шихты, а зеленого - примерно 15%. Производительность печи на одну кампанию - от 15 до 17 т карборунда и зависит от мощности. Таким образом, производству карборунда наряду со значительными масштабами энергопотребления присущи низкий уровень эффективности использования энергоресурсов и высокая материалоемкость. Также до сих пор не решена проблема определения оптимального времени проведения процесса для получения заданного массового выхода карборунда.

Основной особенностью печей для получения карбида кремния является то, что для превращения электрической энергии в тепловую в ней служит сопротивление крупнокускового углеродистого материала (керн). Керн

выкладывается горизонтально от одного токопроводящего электрода к другому и окружается шихтой (рис. 1.2, а). Шихта для получения карбида кремния состоит из следующих компонентов:

1) основных - кремниевой кислоты в виде кварцевого песка или дробленого кварца (кварцита) и углерода в виде нефтяного (пекового) кокса или малозольного антрацита;

2) добавочных - хлористого натрия (поваренной соли) и древесных опилок, несущих в процессе специальное назначение;

3) возвратных - непрореагировавшей шихты, а также промежуточных продуктов - так называемого аморфа и силоксикона.

Керн выкладывается из смеси крупнокускового (50-75 мм) нефтяного кокса и старого кернового материала, то есть того же нефтяного кокса, подвергшегося графитизации в предыдущих печекампаниях. Первоначально керн имеет форму параллелепипеда, длина которого намного превышает его ширину и высоту.

Рисунок 1.2 - Поперечный разрез блока карборунда в печи: а) до кампании; б) после нее; 1 - шихта; 2 - аморф; 3 - силоксикон;

4 - карборунд; 5 - керн

В процессе получения карбида кремния электрический ток разогревает керн, и тепловой поток из внутренних зон печи распространяется во внешние зоны. Поле температур приближается к осесимметричному, а изотермы постепенно приближаются к цилиндрической форме. Скорость процесса карбидо-

образования определена характером изменения температуры по зонам печи и газопроницаемостью системы. Реакция образования карбида кремния начинается в слое шихты, окружающей керн, а затем распространяется на соседние зоны. После накопления определенного слоя карбида кремния печь выключается и после остывания разбирается, причем содержимое печи разделяется на отдельные продукты, располагающиеся в печи примерно концентрическими слоями (рис. 1.2, б).

Характер прогрева отдельных зон печи отличается. Характерные зависимости температуры в зонах печи от времени при производстве черного карборунда, полученные в промышленных условиях, представлены на рис. 1.3.

т,к _

2.7Х103 2.4Х103 2.1*103 1.8*103 1.5х103 1.2* 103 900 600 300

°0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 т, ч

Рисунок 1.3 - Температура Т внутренних зон печи в зависимости от времени т

для карбида кремния черного: 2, 3, 6 - кривые, построенные по промышленным данным;

1, 4, 5 - кривые, построенные по аппроксимирующим соотношениям; кривые: 1, 2 - Я = 0,36; 3, 4 - Я = 0,68; 5, 6 - Я = 1

На этом же рисунке представлена аппроксимация температурных полей внутренних зон печи при производстве карбида кремния расчетными соотношениями вида Т(Х, У, т) = /(X, У, т), где т - время, ч; X, У - безразмерные координаты, отсчитываемые от центра керна до наружной границы шихты; Я = - безразмерный радиус.

На рис. 1.4 приведены показания датчиков температур, полученные на ОАО «ВАЗ» в результате поставленных целевых экспериментов, и расчетные кривые по аппроксимирующим соотношениям (1.6) для температурного поля при производстве черного карборунда:

Т(X, 7, т) = 300 + (370 + 400 • (1 - X)3(1 - 7)3

для 0 < т < £(Х, 7), т - время, ч; Т(X, 7, т) = 670 + (400 • (1 - X)3(1 - 7)3 +

+280соб

П X 32 2

соб

П 7 32 2

+:

200(т - £(X, 7))

для ^, 7)< т < £(X, 7)+ 3;

Т(X, 7, т) = 2670 -1000л/X2 + 72 - (1400 - 1000л/X2 + 72 -

/

400

•(1 - X )3 (1 - 7 )3)- 840соб

V

П X 32 2

соб

П 7 32 2

\\

/у

для т < £(X, 7)+ 3, где ^, 7 ) = 1,09е

2,51^л/Х® +7 6

,-0,13(т-£(X, 7)+3) )

- 0,65.

(1.6)

т. к

2-25x10^

1.8x10"

1.35x10'

1 2

. 1» ♦ ф * 3

Г ✓ * 1 *

г 4 Г 5

<

900

450

16

20

Рисунок 1.4 - Температура Т внутренних зон печи в зависимости от времени т, полученная в результате эксперимента, для карбида кремния черного: 1, 4, 5 - кривые, построенные по экспериментальным данным; 2, 3, 6 - кривые, построенные по аппроксимирующим соотношениям (1.6); кривые: 1, 2 - Я = 0,55; 3, 4 - Я = 0,75; 5, 6 - Я = 1

>

1.4. Результаты численных и экспериментальных исследований, направленных на решение задачи оптимизации работы промышленных печей

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Закожурников Сергей Сергеевич, 2016 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Светличный, А. М. Оценка характеристик автоэмиссионных наноструктур на основе кремния и карбида кремния / А. М. Светличный, О. Б. Спиридонов, Е. Ю. Волков, Л. Г. Линец, М. Н. Григорьев// Известия Южного федерального университета. Серия «Технические науки». - 2011. -Т. 117. - № 4. - С. 27-35.

2. Джеренов, И. Г. Тепловая модель термоанемометра сложного профиля на основе карбида кремния / И. Г. Джеренов // Вестник Новгородского государственного университета. - 2009. - № 50. - С. 55-57.

3. Карачинов, В. А. Моделирование выходной характеристики термоанемометра на основе карбида кремния / В. А. Карачинов, И. Г. Джеренов // Вестник Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого. -2008. - № 46. - С. 43-45.

4. Бабков, Р. Ю. Перспективы применения карбида кремния в микроэлектронике / Р. Ю. Бабков // Известия Южного федерального университета. Серия «Технические науки». - 1998. - Т. 9. - № 3. - С. 89.

5. Бабков, Р. Ю. Анализ передаточных характеристик КМОП инвертора на карбиде кремния / Р. Ю. Бабков // Известия Южного федерального университета. - 2000. - Т. 17. - № 3. - С. 186-189.

6. Агеев, О. А. Моделирование электрофизических параметров контактов металл/карбид кремния / О. А. Агеев // Известия Южного федерального университета. Серия «Технические науки». - 2004. - Вып. № 1. - Т. 36. - С. 102-105.

7. Theodossiu, E. Ion beam synthesis and characterization of thin SiCsuface layers / Е. Theodossiu, Н. Baumann, Е. К. Polychroniadis, К. Bethge // Nuclear Instr. and Meth. - 2000. - V. 161. - P. 941-945.

8. Chen, D. Composition, structure and optical properties of SiC buried layer formed by high dose carbon implantation into Si using metal vapor vacuum arc ion source / D. Chen, S. P. Wong, S. Yang, D. Мо // Thin Solid Films. - 2003. - V. 426. -P. 1-7.

9. Бейсенханов, Н. Б. Структурный анализ слоев кремния, имплантированных углеродом / Н. Б. Бейсенханов // Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. - 2010. - № 1. - С. 46-56.

10. Силаев, И. В. Проблемы создания высокотемпературных полупроводниковых приборов на карбиде кремния / И. В. Силаев, Т. И. Радченко, Т. Т. Маг-коев // Internationaljournalofexperimentaleducation. - 2014. - № 5. - С. 62.

11. Аверин, И. А. Исследование структур на основе карбида кремния методом ик-спектроскопии / И. А. Аверин, Ю. В. Аношкин, В. А. Гафнер, Р. М. Печерская // Труды Международного симпозиума «Надежность и качество». - 2012. - Т. 2. - С. 184-185.

12. Михайлов, П. Г. Чувствительные элементы высокотемпературных датчиков давления. Материалы и технологии изготовления / П. Г. Михайлов, Е. А. Мокров, Д. А. Сергеев, В. В. Скотников, В. А. Петрин, М. А. Чернецов // Известия Южного федерального университета. Серия «Технические науки». -2014. - № 4(153). - С. 204-213.

13. Гурин, С. А. Особенности технологии получения структуры «нитрид алюминия на карбиде кремния» для чувствительного элемента / С. А. Гурин, Р. М. Печерская // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Серия «Технические науки». - 2014. - № 1(29). - С. 46-53.

14. Курганская, Л. В. Разработка измерителей высоких уровней СВЧ-мощности на основе структур карбид кремния на изоляторе для аэрокосмических систем / Л. В. Курганская, А. В. Щербак // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - Т. 13. - № 6-1. - С. 30-36.

15. Михайлов, П. Г. Вопросы создания высокотемпературных датчиков механических величин. Материалы, конструкции, технологии / П. Г. Михайлов, Е. А. Мокров, В. В. Скотников, Д. Д. Тютюников, В. А. Петрин // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. - 2013. - № 4. - С. 61-70.

16. Яркулов, У. Я. Расчет пробегов ионов переходных элементов в карбиде кремния / У. Я. Яркулов, Э. У. Арзикулов //Электронная обработка материалов. -2006. - № 4. - С. 82-85.

17. Баринов, И. Н. Высокотемпературная металлизация датчиков давления на основе карбида кремния / И. Н. Баринов // Труды Международного симпозиума «Надежность и качество». - 2011. - Т. 2. - С. 98-100.

18. Перевислов, С. Н. Получение материалов на основе SiC и Si3N4 методом высокоимпульсного плазменного спекания / С. Н. Перевислов, Д. Д. Несмелов, М. В. Томкович // Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. - 2013. - № 2(2). - С. 107-114.

19. Маланчук, В. А. Экспериментальное исследование возможности применения новых композитных материалов в челюстно-лицевой хирургии / В. А. Маланчук, Е. А. Астапенко, Ю. В. Чепурный, Е. И. Жуковцева // Современная медицина: Актуальные вопросы. - 2013. - № 23. - С. 92-102.

20. Гнесин, Г. Г. Карбидокремниевые материалы / Г. Г. Гнесин. - М. : Металлургия, 1977. - 216 с.

21. Полубелова, А. С. Производство абразивных материалов / А. С. Полубелова, В. Н. Крылов, В. В. Карлин, И. С. Ефимова. - Ленинград : Машиностроение, 1968. - 180 с.

22. Каменцев, А. Н. Влияние физических и химических свойств сырьевых материалов на процесс получения карбида кремния / А. Н. Каменцев // Отчет № 112. - НКТБ Главстанкоинструмент, г. Ленинград, 1936.

23. Агеев, О. А. Карбид кремния: технология, свойства, применение / О. А. Агеев, А. Е. Беляев, Н. С. Болтовец, В. С. Киселев, Р. В. Конакова, А. А. Лебедев, В. В. Миленин, О. Б. Охримченко, В. В. Поляков, А. М. Светличный, Д. И. Чередниченко. - Харьков : ИСМА, 2010. - 532 с.

24. Lely, J. A. Darstellung von einkristallen von siliziumcarbid und be-herrrshing von art und mende der eingebeuntenverunreininungen / J. A. Lely // Ber. Dt. Keram. Ges. - 1955. - V. 32.- P. 229-231.

25. Новиков, В. П. Получение монокристаллов карбида кремния методом сублимации / В. П. Новиков, В. И. Ионов, Н. С. Спасская // Карбид кремния (строение, свойства и области применения). - Киев : Наукова думка, 1966. - С. 217-224.

26. Закожурникова, Г. С. Модель тепломассопереноса в печах при производстве карбида кремния / Г. С. Закожурникова, В. С. Кузеванов, С. С. За-кожурников // Альтернативная энергетика и экология. - 2015. - № 7. - С. 75-81.

27. Мармер, Э. Н. О применении экологически чистых вакуумных электропечей сопротивления при получении карбидов кремния и титана из природного сырья / Э. Н. Мармер, О. В. Падалко, С. А. Новожилов // Альтернативная энергетика и экология. - 2005. - № 10(30). - С. 36-40.

28. Мармер, Э. Н. Электропечи для термовакуумных процессов / Э. Н. Мар-мер, С. Г. Мурованная, Ю. Э. Васильев. - М. : Энергоатомиздат, 1991. - 232 с.

29. Мармер, Э. Н. Перспективы создания промышленных электропечей для графитации и других высокотемпературных процессов / Э. Н. Мармер // Тезисы докл. 2-й межд. конф. «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технологии». - М., 2003. - С. 144.

30. Новожилов, С. А. Оптимизация применения углеродных материалов в конструкциях высокотемпературных электропечей и разработка нового углеродного композиционного материала для нагревателей: автореф. дис... канд. техн. наук : 05.02.01 / С. А. Новожилов. - М., 2002. - 25 с.

31. Мармер, Э. Н. Экологически чистые электропечи для графитации и спекания высокотемпературных материалов и производства карбидов кремния и титана из природного сырья / Э. Н. Мармер, С. А. Новожилов, Ю. М. Балаклиенко, А. В. Лебедев, О. В. Падалко // Тезисы докл. семинара «Перевод промышленного предприятия в режим чистого (ресурсосберегающего) производства - потребления». - М., 2004. - С. 136-137.

32. Бородуля, В. А. Теоретический анализ и моделирование получения поликристаллического кремния в реакторе кипящего слоя / В. А. Бородуля, Л. М. Виноградов, О. С. Рабинович, А. В. Акулич // Инженерно-физический журнал. - 2005. - Т. 78. - № 1. - С. 48-53.

33. 05.13-19Л.13 Теоретический анализ и моделирование получения поликристаллического кремния в реакторе кипящего слоя // РЖ 19Л. Технология неорганических веществ и материалов. - 2005. - № 13.

34. Безносик, Ю. А. Исследования сжигания твердого топлива в низкотемпературном кипящем слое с определением выбросов токсических веществ / Ю. А. Безносик, В. А. Логвин, К. А. Коринчук, Д. А. Киржнер // Химическая промышленность. - 2014. - Т. 91. - № 1. - С. 15-19.

35. Стенин, В. А. Повышение эффективности сжигания топлива в кипящем слое / В. А. Стенин // Промышленная энергетика. - 2015. - № 1. -С. 26-28.

36. Acheson, E. G. Synthese von SiCwährend des Schmelzprozesses von Kohlenstoff und Aluminiumsilikaten. - British P atent № 17911, 1892; U.S.Pat.492767, Feb. 28, 1893.

37. Светличный, А. М. Исследование структуры слоев пористого карбида кремния / А. М. Светличный, А. Б. Спиридонов, Л. Г. Линец, А. С. Ко-ломийцев, В. А. Смирнов, Е. Ю. Волков // Известия Южного федерального университета. Серия «Техническиенауки». - 2011. - Т. 117. - Вып. 4. - С. 102-109.

38. Soloviev, S. Structural and electrical сharacterization porous silicon carbide formed in n-6H-SiC substrates / S. Soloviev, Т. Das, Т. Sudarshan// Electrochemistry Solid State of Letters. - 2003. - № 6. - P. 22-24.

39. Soloviev, S. Processing porous SiC: diffusion, oxidation, contact formation / S. Soloviev, Т. Sudarshan// JWBK. - 2007. - № 104. - P. 31-54.

40. Saddow, S. Growth of SiC Epitaxial Layers on Porous Surfaces of Varying Porosity / S. Saddow, М. Mynbaeva, M. C. D. Smith., A. N. Smirnov, V. Di-mitriev// Applied Surface Science. - 2001. - № 184. - P. 72-78.

41. Шуман, В. Б. Влияние высокотемпературного отжига на структуру пористого карбида кремния / В. Б. Шуман, В. В.Ратников, Н. С. Савкина// Физика и техника полупроводников. - 2001. - Т. 35. - Вып. 2. - С. 159-163.

42. Пискажова, Т. В. Оптимизация тепловой работы тигельной печи сопротивления / Т. В. Пискажова, А. В. Завизин, А. В. Линейцев, С. М. Тинькова // М75 Молодежь и наука : сборник материалов Х Юбилейной Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием, посвященной 80-летию образования Красноярского

края, [Электронный ресурс], № заказа 1644 / отв. ред. О. А. Краев. - Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2014. - http: //conf. sfu-kras. ru/sites/mn2014/directions. html.

43. Пискажова, Т. В. Моделирование тепловой работы тигельной печи сопротивления / Т. В. Пискажова, А. В. Завизин, А. В. Линейцев, С. М. Тинькова // Вестник СибГАУ. - 2014. - № 2(54). - С. 140-144.

44. Ветлицин, А. М. К вопросу автоматизации промышленного производства SiC карбида кремния на основе расчета температурного режима / А. М. Ветлицин, Ю. А. Ветлицин // Вестник Псковского государственного университета. Серия «Экономические и технические науки». - 2012. - № 1. -С. 153-160.

45. Кузеванов, В. С. Расчет поля давления в пористой среде с реагирующими компонентами / В. С. Кузеванов, Г. С. Закожурникова // Известия ВолгГТУ. Серия «Процессы преобразования энергии и энергетические установки». - 2014. - Том 18. - № 6(145). - С. 110-113.

46. Сахаров, А. С. Моделирование влияния формы огнеупора на тепловую эффективность футеровки вращающейся печи / А. С. Сахаров, В. Ю. Щербина, Ю. Чжан, Ю. Н. Самиленко, В. В. Бобах// Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2009. - Т. 4. - № 10(40). - С. 58-65.

47. Бородуля, В. А. Синтез карбида кремния в электротермическом реакторе с кипящим слоем углеродных частиц / В. А. Бородуля, Л. М. Виноградов, А. Ж. Гребеньков, А. А. Михайлов // Горение и плазмохимия. - 2015. - Том 13. -№ 2. - С. 92-102.

48. Боярун, В. З. Оптимизация производства фосфора в руднотермиче-ской печи закрытого типа по комплексному критерию: автореф. дис... канд. техн. наук : 05.13.07 / В. З. Боярун. - СПб., 2000. - 20 с.

49. Алехин, А. Г. Оптимальное управление многозонной нагревательной печью / А. Г. Алехин, М. П. Кухтик // Известия ВолгГТУ. Серия «Прогрессивные технологии в машиностроении» : межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2008. - Вып. 4. - № 9(47). - С. 54-56.

50. Кухтик, М. П. Математическое моделирование процесса нагрева слябов в методической печи / М. П. Кухтик, Ю. П. Сердобинцев // Известия ВолгГТУ. Серия «Прогрессивные технологии в машиностроении» : межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2011. - Вып. 7. - № 13. - С. 80-83.

51. Кухтик, М. П. Стационарная модель температурного поля садки металла в методической толкательной печи / М. П. Кухтик, Ю. П. Сердобинцев // Известия ВолгГТУ. Серия «Прогрессивные технологии в машиностроении» : межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2012. - Вып. 8. - №2 13. - C. 114-116.

52. Кухтик, М. П. Алгоритм оптимизации процесса нагрева слябов в методической печи / М. П. Кухтик, Ю. П. Сердобинцев, А. М. Макаров // Известия ВолгГТУ. Серия «Прогрессивные технологии в машиностроении» : межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - 2014. - Вып. 11. - Т. 11. - №№ 8(135). - С. 73-75.

53. Serdobintsev, Y. P. Automatized slab heating control system in a continuous furnace / Y. P. Serdobintsev, M. P. Kukhtik // International Journal of Applied and Fundamental Research. - 2013. - № 2. - Mode of access :http://www.science-sd.com/455-24314.

54. Сердобинцев, Ю. П. Выбор комплексного критерия оптимизации процесса нагрева в методической печи / Ю. П. Сердобинцев, М. П. Кухтик, К. Ф. Куадио // Известия ВолгГТУ. - 2013. - Т. 9. - № 7(110). - С. 111-113.

55. Пачколин, Ю. Ф. Исследование электрического поля в дуговой сталеплавильной печис целью определения критериев для оптимизации энергопотребления / Ю. Ф. Пачколин, А. А. Бондаренко, С. А. Левченко // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. - 2014. - № 11(130). - С. 2-11.

56. Семёнов, Б. А. Методика и результаты оптимизации параметров системы обдува ограждений варочного бассейна стекловаренных печей / Б. А. Семёнов, Н. А. Озеров // Вестник СГТУ. - 2011. - Вып. 1. - Том 4. - №№ 1(59). - С. 210-217.

57. Озеров, Н. А. Оптимизация энергетических и материальных затрат в системе обдува варочного бассейна стекловаренных печей / Н. А. Озеров, Б. А. Семёнов // Вестник СГТУ. Серия «Энергетика и электротехника». - 2013. - № 1(69). - С. 137-144.

58. Корнилов, Г. П. Оптимизация электрических режимов сверхмощной дуговой сталеплавильной печи / Г. П. Корнилов, А. А. Николаев, Т. Р. Храмшин, Т. Ю. Вахитов, А. В. Ануфриев // Электротехнические системы и комплексы. -2012. - №20. - С. 274-279.

59. Арсеньева, А. А.Оптимизация конструкции электродуговой печи энергометаллургического комплекса методом компьютерного инженерного анализа / А. А. Арсеньева // Известия ТУЛГУ. Серия «Технические науки». -2014. - Вып. 11. - Ч. 1. - С. 142-150.

60. Парсункин, Б. Н. Оптимизация управления тепловым режимом нагревательных печей / Б. Н. Парсункин, Т. У. Ахметов, А. Р. Бондарева // Электротехнические системы и комплексы. - 2013. - № 21. - С. 283-289.

61. Парсункин, Б. Н. Оптимизация управления технологическими процессами в металлургии : монография / Б. Н. Парсункин, С. М. Андреев, У. Б. Ахмедов. - Магнитогорск : Изд-во Магнитогорск. гос. техн. университета им. Г. И. Носова, 2006. - 198 с.

62. Логунова, О. С. Постановка взаимосвязанных задач многокритериальной оптимизации состава шихты для дуговых электросталеплавильных печей / О. С. Логунова, Е. Г. Филиппов, В. В. Павлов, И. В. Павлов // Вестник НТУ «ХПИ». - 2012. - № 62(968). - С. 121-129.

63. Павлов, В. В. Выбор соотношения шихтовых материалов плавки сталеплавильной печи для работы в энергосберегающем режиме / В. В. Павлов, О. С. Логунова, П. И. Каландаров, Б. П. Искандаров // Электротехнические системы и комплексы. - 2014. - № 1(22). - С. 62-66.

64. Павлов, В. В. Влияние фракционного состава металлолома на показатели работы дуговой сталеплавильной печи / В. В. Павлов, Ю. А. Ивин, С. В. Пехтерев, О. С. Логунова, И. И. Мацко // Электрометаллургия. - 2011. -№ 11. - С. 2-7.

65. Logunova, O. S. Multicriterial optimization of the batch composition for steel-smalting arc furnace / O. S. Logunova, E. G. Filippov, I. V. Pavlov, V. V. Pavlov // Steel in Translation. - 2013. - V. 43. - № 1. - P. 34-38.

66. Казаринов, Л. С.Процедура оптимизации режимов вельц-процессов / Л. С. Казаринов, А. Р. Вернергольд, О. В. Колесникова // Вестник ЮУрГУ. Серия «Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника». - 2014. - Т. 14. -№ 4. - С. 143-148.

67. Галевский, Г. В. Использование техногенных металлургических отходов в технологии карбида кремния / Г. В. Галевский, Е. В. Протопопов, М. В. Темлянцев // Вестник Кузбасского государственного технического университета. - 2014. - № 4(104). - С. 103-110.

68. Кузеванов, В. С. Модель сушки пористого проницаемого материала при внутреннем нагреве / В. С. Кузеванов, Г. С. Закожурникова // Альтернативная энергетика и экология. - 2013. - № 14. - С. 19-23.

69. Кузеванов, В. С. Общая модель для расчета поля давления в пористой среде с реагирующими компонентами / В. С. Кузеванов, Г. С. Зако-журникова // Известия ВолгГТУ. Серия «Процессы преобразования энергии и энергетические установки». - 2014. - Том 18. - № 6 (145). - С. 106-110.

70. Кузеванов, В. С. Разработка теплофизической модели электротермического процесса при производстве карбида кремния / В. С. Кузеванов, А. И. Гро-шев, Г. С. Закожурникова // Отчет по х/д № 3.06. - ТЭС, ВФ МЭИ (ТУ), 2006.

71. Кузеванов В. С. Модель сушки пористого проницаемого материала при внутреннем нагреве / В. С. Кузеванов, Г. С. Закожурникова // Письма в Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». - 2014. - № 3(4). - С. 37-38.

72. Закожурникова, Г. С. Расчет поля давления в пористой среде с реагирующими компонентами / Г. С. Закожурникова // Материалы докладов X Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения», 25-27 марта 2015 г. В 3 т. - Казань : Казан.гос. энерг. ун-т, 2015. - Т. 2. - С. 33-34.

73.Кузеванов, В. С. Разработка теплофизической модели электротермического процесса при производстве карбида кремния (II этап) / В. С. Кузеванов, А. И. Грошев, Г. С. Закожурникова // Отчет по х/д № 3.06. - ТЭС, ВФ МЭИ (ТУ), 2007.

74. Закожурникова, Г. С. Анализ температурных режимов при производстве карбида кремния / Г. С. Закожурникова, А. И. Грошев // Интеллектуальные измерительные системы в промышленности Южного региона: Межрегиональная научно-практическая конференция, г. Волжский, 25-28 сентября 2007 г. : Сборник научных статей. - Волжский : Филиал ГОУ ВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Волжском, 2007. - С. 6-10.

75. Закожурникова, Г. С. Принципы составления алгоритма исследования температурных полей электротермического процесса / Г. С. Закожур-никова, С. С.Закожурников, В. В. Староверов // Тринадцатая межвузовская научно-практическая конференция молодых ученых и студентов, г. Волжский, май-июнь 2007 г. : Тез.докл. В 5 т. - Волжский : Филиал ГОУ ВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Волжском, 2007. - Т. 5. - С. 5-7.

76. Староверова, Г. С. Экспериментальное исследование температурных полей различных зон печи при синтезе карбида кремния / Г. С. Староверова, В. В. Ягов, А. И. Грошев, С. С. Закожурников // Ресурсо-энергосбережение и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов : Материалы Второй всероссийской научно-практической конференции : Сборник научных статей. - Волжский: Филиал ГОУ ВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Волжском, 2008. - С. 102-105.

77. Староверова, Г. С. Исследование температурных полей в керне при производстве карбида кремния / Г. С. Староверова, А. И. Грошев, С. С. Закожурников // Четырнадцатая межвузовская научно-практическая конференция молодых учёных и студентов, г. Волжский, 26-30 мая 2008 г. : Тез. докл. В 4 т. - Волжский : Филиал ГОУ ВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Волжском, 2008. - Т. 2. - С. 3-4.

78. Староверова, Г. С. Анализ влияния теплофизических параметров на процесс плавки карбида кремния / Г. С. Староверова, А. И. Грошев, С. С. Закожурни-ков // Пятнадцатая межвузовская научно-практическая конференция молодых ученых и студентов, г. Волжский, 25-29 мая 2009 г. : Тез. докл. В 4 т. - Волжский : Филиал ГОУ ВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Волжском, 2009. - Т. 1. - С. 6-7.

79. Староверова, Г. С. Основа методологии интенсивного энергосбережения в печах для производства карборунда / Г. С. Староверова, С. С. Закожурников, Г. Ф. Терентьев // Моделирование и создание объектов энергоресурсосберегающих технологий : Межрегиональная научно-практическая конференция, г. Волжский, 22-25 сентября 2009 г. : Сборник научных статей. - Волжский : Филиал ГОУ ВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Волжском, 2009. - С. 213-217.

80. Староверова, Г. С. Моделирование теплофизических процессов плавки карбида кремния / Г. С. Староверова, С. С. Закожурников, А. И. Гро-шев // Моделирование и создание объектов энергоресурсосберегающих технологий Межрегиональная научно-практическая конференция, г. Волжский, 22-25 сентября 2009 г. : Сборник научных статей. - Волжский : Филиал ГОУ ВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Волжском, 2009. - С. 242-245.

81. Староверова, Г. С. Математическая модель теплофизических процессов производства карбида кремния / Г. С. Староверова, С. С. Закожурников // Наука и технологии. Том 1. - Краткие сообщения ХХХ Российской школы, посвященной 65-летию Победы (15-17 июня 2010 года, г. Миасс). - Екатеринбург : УрО РАН, 2010. - С. 142-144.

82. Староверова, Г. С. Определение теплофизических свойств материалов в процессе плавки карбида кремния / Г. С. Староверова, С. С. Зако-журников, А. И. Грошев // Шестнадцатая межвузовская научно-практическая конференция молодых ученых и студентов, г. Волжский, 24-28 мая 2010 г. : Тез. докл. В 2 т. - Волжский : Филиал «МЭИ (ТУ)» в г. Волжском, 2010. -Т. 2. - С. 7.

83. Закожурникова, Г. С. Влияние пористости на теплопроводность в процессе плавки карбида кремния / Г. С. Закожурникова, С. С. Закожурни-ков, Г. П. Закожурникова // Ресурсо-энергосбережение и экологоэнергетиче-ская безопасность промышленных городов : Третья Всероссийская научно-практическая конференция, г. Волжский, 28-30 сентября 2010 г. : Сборник материалов конференции. - Волжский: Филиал «МЭИ (ТУ)» в г. Волжском, 2010. - С. 77-78.

84. Закожурникова, Г. С. К вопросу оптимизации температурных режимов при плавке карбида кремния / Г. С. Закожурникова, А. И. Грошев, С. С. За-кожурников // Международная научно-техническая конференция «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (XVI Бенардосовские чтения), 1-3 июня 2011 г. : Сборник научных трудов. - Иваново : ГОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В. И. Ленина», 2011. -С. 186-188.

85. Гаряев, А. Б. Оценка потенциала энергосбережения в технологическом процессе плавки карбида кремния / А. Б. Гаряев, С. С. Закожурников // Седьмая международная школа-семинар молодых учёных и специалистов «Энергосбережение теория и практика», г. Москва, 13-17 октября 2014 г. -Т.1. - С. 88-91.

86. Закожурников, С. С. Модель расчёта выхода продукта плавильной печи по производству карбида кремния при изменении параметров печи / С. С. Закожурников, А. Б. Гаряев // Двадцать первая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», г. Москва, 26-27 февраля 2015 г. - С. 136.

87. Кузеванов, В. С. Оптимизация процесса плавки карбида кремния с целью повышения её производительности и снижения расхода электроэнергии / В. С. Кузеванов, С. С. Закожурников, А. Б. Гаряев // Промышленная энергетика. - 2015. - № 6. - С. 29-33.

88. Немчинова, Н. В. Физико-химическое моделирование карботерми-ческого получения кремния высокой чистоты / Н. В. Немчинова, В. Э. Клёц, В. А. Бычинский, С. С. Бельский // Научный журнал «Современные проблемы науки и образования». - 2007. - №3. - С. 28-34.

89. Прохорович, В. А. Исследование свойств шихты для получения карборунда / В. А. Прохорович, А. Н. Заостровский // Вестник Кузбасского государственного технического университета. - 2007. - № 2. - С. 92-93.

90. Лымарь, Е. А. К Вопросу о пористости композитов строительного назначения / Е. А. Лымарь // Международный научно-исследовательский журнал. - 2014. - № 71(26). - С. 48-50.

91. Кадомцев, А. Г. Локальные разрушающие напряжения и твердость микропористой SiC-керамики / А. Г. Кадомцев, А. И. Слуцкер, А. Б. Синани,

B. И. Бетехтин, Е. Е. Дамаскинская // Вестник ТГУ Серия «Естественные и технические науки». - 2013. - Вып. 4. - Т. 18. - С. 1533-1534.

92. Маевский, К. К. Модель интенсивного динамического нагружени карбидов с различными стехиометрическими составами / К. К. Маевский,

C. А. Кинеловский // Известия Алтайского государственного университета. -2014. - Вып. № 1(81). - Том 1. - С. 77-79.

93. Егоров, В. Н. О кондиционировании угольной шихты для коксования / В. Н. Егоров, А. В. Анисимов, Н. А. Тарасов, И. И. Мельников, М. Ю. Посохов, В.С. Загайнов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. - 2007. - № 2. - С. 18-24.

94. Бетехтин, В. И. Пористость и механические свойства твердых тел / В. И. Бетехтин // Вестник ТГУ. - 1998. - Вып. 3. - Т. 3. - С. 209-210.

95. Немчинова, Н. В. Проблемы экологической безопасности алюминиевого и кремниевого производств / Н. В. Немчинова, Т. С. Минеева, А. В. Никаноров // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - Вып. №3. - URL: http://www.science-educ ation.ru/ru/article/view?id=9611 (дата обращения: 16.06.2016).

96. Анкудинов, В. Е. Теоретический анализ зависимости теплофизиче-ских характеристик от пористости / В. Е. Анкудинов, М. Д. Кривилев // Вестник удмуртского университета. - 2012. - Вып. 4. - Т. 1. - С. 3-8.

97. Абдрахимов, В. З. Влияние нефтяного кека на структуру пористости теплоизоляционного материала / В. З. Абдрахимов, В. А. Куликов, Е. С. Аб-драхимова // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2011. - Вып. № 14. - Т. 13. - С. 246-253.

98. Барабанова, Е. В. Влияние пористости на электрофизические свойства керамики ЦТС / Е. В. Барабанова, К. М. Заборовский, Е. М. Посадова, Р. А. Кастро // Известия Российсикого государственного университета им. А. И. Герцена. - 2013. - Вып. № 157. - С. 79-83.

99. Варгафтик, Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей / Н. Б. Варгафтик. - М. : Наука, 1972. - 721 с.

100. Чиркин, В. С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники : Справочник / В. С. Чиркин. - Москва : Атомиздат, 1968. - 485 с.

101. Гурвич, Л. В. Термодинамических свойства индивидуальных веществ : Справочное издание в четырех томах / Л. В. Гурвич. - Москва : Наука, 1979. - 328 с.

102. Основы практической теории горения / Под ред. В. В. Померанцева. -Л. : Энергоатомиздат, 1986. - 312 с.