前言
　　盡管碳化硅及其制品，在現(xiàn)代工業(yè)的黑色冶金、有色冶金、金屬電解以及航天、電子等領(lǐng)域已是不可或缺的重要材料，但因總體規(guī)模小，從業(yè)人員少，在我國(guó)只是一個(gè)鮮為人知的小行業(yè)。幾十年來除鄭州三磨所外，尤其是冶煉方面沒有自已的研究機(jī)構(gòu)，除以前的鄭機(jī)專和近來的河工大外，大中院校科系中無此專業(yè)，也沒有多少系統(tǒng)的文字資料。之所以有了今日的發(fā)展規(guī)模和技術(shù)進(jìn)步，完全是靠企業(yè)自身的努力。今蒙《磨料磨具》雜志社約我撰寫碳化硅發(fā)展史，一談到史有點(diǎn)太嚴(yán)肅，恐怕我不能勝任，我只能盡自已所知，以一個(gè)行業(yè)老人的身份，向行業(yè)后來的佼佼者們講述一些舊事。先寫一點(diǎn)碳化硅冶煉方面的舊事，如蒙還覺可以，那另篇再寫碳化硅加工方面的舊事。限于本人不太好的記憶和文字表達(dá)水平，遺漏和謬誤在所難免，望同仁不吝補(bǔ)正。
　　我國(guó)現(xiàn)代磨料磨具的奠基者和碳化硅的發(fā)源地--原第一機(jī)械工業(yè)部沈陽(yáng)第一砂輪廠
　　在我國(guó)要提到磨料磨具或碳化硅，就不能不提到沈陽(yáng)第一砂輪廠，這第一砂輪廠（雖已于1996年破產(chǎn)）是1948年沈陽(yáng)解放后，從日商手里接收的，始建于1940年，原為日本吳制砥所株式會(huì)社滿洲分所的一個(gè)作坊式工場(chǎng)。解放后更名為沈陽(yáng)市機(jī)械第十三廠，1949年10 月中華人民共和國(guó)成立后，又更名為第一機(jī)械工業(yè)部蘇家屯砂輪廠，這是我國(guó)當(dāng)時(shí)唯一的一家砂輪廠，但生產(chǎn)需要的剛玉和碳化硅等主要磨料，尚依賴從日本和朝鮮進(jìn)口。朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)后，西方資本主義國(guó)家加大了對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)封鎖，蘇家屯砂輪廠的生產(chǎn)，成了無米之炊。當(dāng)時(shí)又因要支持抗美援朝戰(zhàn)爭(zhēng)，軍工生產(chǎn)對(duì)磨料磨具的需求，迫使我國(guó)必須自行試制人造磨料。在這種形勢(shì)下，蘇家屯砂輪廠擔(dān)當(dāng)了磨料的試制任務(wù)。于50年代初先后試制成功了碳化硅、棕剛玉、白剛玉和硅碳棒。這一聯(lián)串磨料的試制成功，加上自1953年起，中蘇關(guān)系出現(xiàn)了裂隙，磨料磨具對(duì)國(guó)家生存和建設(shè)的重要性更為凸顯。于是將剛玉和硅碳棒部分遷至山東淄博（成為后來的第四砂輪廠），還自1956年起，工廠實(shí)行保密，對(duì)外稱441廠，通訊地址是沈陽(yáng)市第604信箱，至50年代末才正式定名為中國(guó)第一機(jī)械工業(yè)部沈陽(yáng)第一砂輪廠。在這段時(shí)間里，一砂曾為許多兄弟廠和同行業(yè)培訓(xùn)了大量的專業(yè)、管理人才：五十年代就接受了一機(jī)部工具科學(xué)研究院（現(xiàn)鄭州磨料磨具磨削研究所和哈爾濱工具研究所的前身）、二砂（從廠長(zhǎng)到全體職工）、三砂等來廠實(shí)習(xí)；六十年代接受了上海、蘇州、合肥和牡丹江等地方砂輪廠來實(shí)習(xí)；還接受過朝鮮、越南和阿爾巴尼亞的實(shí)習(xí)生。同時(shí)也派員參與對(duì)淄博第四砂輪廠、貴陽(yáng)第三砂輪廠、鄭州第二砂輪廠和中磨公司的籌建。可以說，現(xiàn)在或曾經(jīng)活躍在磨料磨具行業(yè)的資深專家和行業(yè)企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)，如王津、錢惟圭、黃炳磷、孟慶輝、何以權(quán)、王輔生、張念東、范世綸、周甫浚、曾繼良、甘素貞和陳和生等，無一不與一砂有著各種各樣的淵源，所以說，第一砂輪廠是我國(guó)現(xiàn)代磨料磨具行業(yè)的奠基者。
　　我國(guó)的碳化硅工業(yè)生產(chǎn)始于1949年，由當(dāng)時(shí)蘇家屯砂輪廠的電氣技術(shù)員徐學(xué)政（蘇州人，來廠前在蘇州開過電器商店，但因政治或排擠等原因被定為反革命而送進(jìn)監(jiān)獄，60年代平反后回過廠）和電工趙廣和（因此而獲全國(guó)勞模、助理工程師）等借鑒日本出版的、一本已無封面也無書名的32開裝小冊(cè)子（估計(jì)不是日本昭和電工就是窩臼島電工的早期出版物），其中有一頁(yè)半以日文簡(jiǎn)述碳化硅工業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備和原料，還附有一張臥式電阻爐的照片和一個(gè)填有數(shù)字的原料配方表。受此啟發(fā)，便在硅碳棒爐內(nèi)放入石英砂和焦碳顆粒，通電后獲得了碳化硅晶體。后來在中科院大連（現(xiàn)在的沈陽(yáng)）金屬研究所研究員曹子讓先生幫助下，借鑒和參考來自蘇聯(lián)的一冊(cè)，由蘇聯(lián)科學(xué)技術(shù)候補(bǔ)博士卡緬采夫編寫的，人工刻印的《人造磨琢材料》上所述的碳化硅冶煉內(nèi)容。以三臺(tái)500KVA單相交流變壓器供十二臺(tái)五米長(zhǎng)，耐火磚砌的槽式電阻爐，分成三組開始了我國(guó)最初的碳化硅工業(yè)生產(chǎn)，所以說一砂是我國(guó)碳化硅工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)源地。
　　在我國(guó)六十年來的碳化硅工業(yè)生產(chǎn)過程中，大致可分為以下幾個(gè)階段。
　　（一）磨料用碳化硅生產(chǎn)時(shí)期（50年代初至70年代末）
　　一、生產(chǎn)廠家、規(guī)模與年產(chǎn)量
　　這一時(shí)期中，自1958年開始，我國(guó)開始了工農(nóng)業(yè)大躍進(jìn)，當(dāng)時(shí)我國(guó)的工業(yè)建設(shè)是以鋼鐵等重工業(yè)和機(jī)械制造業(yè)為主，故對(duì)磨料磨具的需求也隨之日益增長(zhǎng)。 1958年，各地的地方砂輪廠也紛紛建立，其中能生產(chǎn)磨料的砂輪廠或稱金剛砂廠的也日益增多。至60年代末，其中能生產(chǎn)碳化硅的企業(yè)有：一砂、二砂（60 年開始生產(chǎn)生產(chǎn)磨料）、牡丹江砂輪廠、上海砂輪廠、渾江金剛砂廠、湖北丹江口金剛砂廠和蘇州砂輪廠等，但單臺(tái)電爐的容量和總體規(guī)模都不大，其中較大的有：一砂擁有容量為5000KVA三臺(tái)、二砂擁有容量為4000KVA四臺(tái)、牡砂有一臺(tái)容量為5000KVA的、渾江有兩臺(tái)總?cè)萘繛?000KVA的、上砂有一臺(tái)2200KVA的。容量小于2000KVA的生產(chǎn)廠家有江蘇蘇州、內(nèi)蒙赤峰、吉林安圖等。但在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)的條件下，一些地方砂輪廠根本分配不到磨料，尤其是碳化硅中的綠碳化硅，市場(chǎng)上根本買不到，到了文革時(shí)期，凡是要用綠碳化硅的砂輪廠或地區(qū)就利用一切可能上碳化硅項(xiàng)目，以至城市的街道、農(nóng)村的公社，凡是有點(diǎn)條件的地方又陸陸續(xù)續(xù)上了一些碳化硅廠或車間，如江蘇馬鞍山、海州、浙江德清、湖南汩羅、江西廬山、吉林榆樹、河北唐山、山東滕縣、遼寧新賓、大連旅順、丹東浪頭、沈陽(yáng)鐵西啟工街道、河北遷安夏官營(yíng)公社和遼陽(yáng)邵二臺(tái)子公社等都開始了綠碳化硅的冶煉。這一時(shí)期中，自50年代中期，遼寧的葫蘆島鋅廠就開始，在750KVA電爐上，以石油焦煉制黑色碳化硅，用以制作制鋅的反應(yīng)釜。這是當(dāng)時(shí)我國(guó)唯一一家生產(chǎn)非磨料用途黑碳化硅的廠家。當(dāng)然，后期如一砂用碳化硅生產(chǎn)一些陶瓷結(jié)合劑的碳化硅耐火板，還有第五砂輪廠和唐山碳化硅廠生產(chǎn)過一些小型的碳化硅陶瓷等非磨削用途的碳化硅制品。至此，全國(guó)碳化硅年產(chǎn)量約在三萬噸位左右，百分之九十以上是綠碳化硅并用作磨料。這也是碳化硅冶煉行業(yè)之所以歸屬于機(jī)械工業(yè)機(jī)床與工具系統(tǒng)的原由。
　　二、這一時(shí)期的工藝技術(shù)和裝備
　　1、爐心體制作的演變和裝爐用反應(yīng)箱（或稱隔板箱）的由來。
　　50年代初，一砂的爐心體是圓形的，先以水泥袋紙和白細(xì)布用糨糊糊成一直徑固定的與電爐長(zhǎng)度等長(zhǎng)的圓筒，一頭用繩扎住，先裝入一部分砸成5厘米左右的碳素塊，然后吊起，邊用木錘敲打（以增加填充密度）邊裝入同樣的碳素塊，裝實(shí)后再扎上。抬至爐上打開扎口處使與爐頭電極接觸好，布紙筒就在冶煉中燒掉了。 1956年民主德國(guó)專家格勞克建議用兩塊木板與爐料隔開在中間填以碳素塊，爐心體由此就變成了方形。由于塊狀碳素塊在冶煉過程容易沉入結(jié)晶中，就改用天然的鱗狀或土狀石墨，間或摻一些油焦粉。當(dāng)爐用功率增大后，爐心周圍分解的石墨增多，爐心體才全部用電爐自產(chǎn)的分解石墨。四塊裝爐心的隔板和分隔反應(yīng)料與保溫料的隔板隨著爐體的增大和加長(zhǎng)，木質(zhì)的隔板被鋼板所代替，為了防止裝料時(shí)碰歪，最后才將四塊鋼板聯(lián)結(jié)成了現(xiàn)在的兩個(gè)反應(yīng)箱。
　　2、解決綠、黑碳化硅難產(chǎn)
　　當(dāng)時(shí)主要生產(chǎn)的是磨料用的綠碳化硅和少量的黑碳化硅以及避雷器碳化硅，除了一本《人造磨琢材料》外，沒有專門煉制綠碳化硅的資料或文章可供借鑒，只能靠自已摸索，在1962年前，各廠在綠碳化硅的冶煉上很不穩(wěn)定，下部的結(jié)晶綠了上部的不綠，兩頭的綠了中間的不綠，里面的綠了外層的不綠。當(dāng)時(shí)的一砂是用三臺(tái)5000KVA變壓器（實(shí)用功率為2200KW,11米長(zhǎng)的磚砌槽式爐），雖然爐爐煉的是綠碳化硅，但出的綠結(jié)晶平均不到50%.曾聘請(qǐng)過國(guó)外的專家來廠幫助，如1956年請(qǐng)了民主德國(guó)的格勞克專家來廠九個(gè)月，1957年請(qǐng)了中科院沈陽(yáng)金屬研究所曹子讓先生來廠指導(dǎo)（我榮幸地被其指定為聯(lián)絡(luò)員，遺憾的是只去所里兩三次后，就因反右運(yùn)動(dòng)就停止了與他的聯(lián)系），1959年請(qǐng)了蘇聯(lián)專家卡查斯基來廠六個(gè)月的幫助，也沒有解決綠碳化硅的難產(chǎn)問題。最后還是一砂自行不斷提高原料的純度和在焙燒料工藝的配合下，終于在1962年至1963年間，解決了我國(guó)碳化硅生產(chǎn)史上，歷時(shí)十多年的綠碳化硅生產(chǎn)不穩(wěn)定這一難題。并于1965年在磨料磨具磨削研究所主編的期刊《經(jīng)驗(yàn)交流》（也即現(xiàn)在《磨料磨具磨削》期刊）上，公開發(fā)表了由我代表一砂趙廣和、石世鳴、陳玉江和李友才等撰寫《關(guān)于穩(wěn)定生產(chǎn)綠碳化硅的若干工藝問題》的論文。至此，綠碳化硅難產(chǎn)問題得到了解決。但在文革中又出現(xiàn)了反復(fù)，一方面是工藝執(zhí)行不嚴(yán)，另一方面各地所用的硅砂純度不一。直到1972年，一砂在對(duì)各地硅砂品位的調(diào)研過程中，發(fā)現(xiàn)了江蘇東海縣一帶（包括臨近的新沂市和山東贛榆縣）地下開采出的脈石英，其色潔白，破碎后的顆粒幾近透明，其出售的上白砂S iO2含量普遍在99.50%以上，而精白砂的SiO2含量可達(dá)99.60~99.90% .當(dāng)?shù)剞r(nóng)民在采挖過程還不時(shí)挖出水晶，其中最大的一塊保存當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)部門的105礦內(nèi)，水晶單體重達(dá)六噸多，晶體六邊周長(zhǎng)有一抱多粗。將東海的上白砂投入綠爐，在其它工藝不變的基礎(chǔ)上，爐爐結(jié)晶全綠。至此，東海石英砂成了我行業(yè)煉綠碳化硅的一大"至寶",迅速在全行業(yè)被推廣，國(guó)內(nèi)用石油焦煉制綠化硅再也不是什么難題了。此前，做磨具用的黑色碳化硅，從綠爐中出的黑碳化硅就夠用了，綠爐出的結(jié)晶全綠后，生產(chǎn)磨具用的黑碳化硅必須投黑爐來煉制。一砂于1963年三季開始專門用石油焦和硅砂來煉制黑碳化硅，可由于當(dāng)時(shí)的硅砂純度很高，整整一個(gè)季度投了90個(gè)黑爐，沒有一爐整爐出過像樣的黑結(jié)晶，在一砂一時(shí)出現(xiàn)了黑碳化硅難產(chǎn)的現(xiàn)象，無論用全新料（為了排除含鹽的保溫料）、反應(yīng)料中加入一定量的礬土或含鋁鈣鎂較多的粘合物（現(xiàn)在的三級(jí)品）、反應(yīng)料之硅碳比碳過量到每顆結(jié)晶都頂有一顆碳粒（硅碳比嚴(yán)重碳過量的特征），可整爐結(jié)晶還是淺綠發(fā)白或不黑不綠、半黑半綠，最后只好用含SiO298.50%左右的許家屯硅砂，黑碳化硅難產(chǎn)始得解決。由此，當(dāng)時(shí)得出的結(jié)論是，用石油焦與純度很高（SiO2含量大于99.50%）的硅砂來煉制黑碳化硅是不可能的，當(dāng)然也給后人留下了用很純凈的硅砂和石油焦碳來煉制綠碳化硅即使不加鹽，也是可能的 .同時(shí)為了適應(yīng)石油工業(yè)煉焦工藝的改革（由原來固定碳90~96%的釜式焦變?yōu)楫?dāng)時(shí)固定碳只有70%左右的延遲焦）而形成的反應(yīng)料爐底焙燒法，納入了用石油焦煉制綠碳化硅冶煉的正常工藝-焙燒料工藝，一直沿用至今。
　　3、焙燒料工藝的問世
　　1962年，我國(guó)大慶油田的原油生產(chǎn)量日益增漲，以釜式焦（將黏稠的油底子置于一反應(yīng)釜中加溫，至其揮發(fā)份幾乎都揮發(fā)掉為止，因此這種釜式焦揮發(fā)份少，固定碳含量都在90%以上）工藝生產(chǎn)石油焦，已不能適應(yīng)石油生產(chǎn)日益增漲的需要，便以延遲焦工藝，即將黏稠的油底子置于一罐內(nèi)，加溫至 4000℃時(shí)，立即沖入高壓水，使焦炭隨水的氣化而炸裂，并隨同大量的水流流入焦炭池里，這種焦炭含揮發(fā)份和水份都在10%以上，用此工藝生產(chǎn)的油焦，其固定碳含量在 70%左右，但又不得不用這種油焦，這對(duì)一砂當(dāng)時(shí)碳化硅冶煉不論從產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量上都造成了極大的影響，結(jié)晶的致密度和產(chǎn)量都有很大的下降。可一時(shí)又找不到其它適用的含碳原料，只有通過將延遲焦干熘去除其揮發(fā)份和水份，考慮冶煉爐爐槽內(nèi)的下部反應(yīng)區(qū)和保溫區(qū)，冶煉過程其溫度可達(dá)800~20000℃，如將配好的反應(yīng)料裝入其間，則爐料中的油焦就像經(jīng)過一次干熘（焙燒）一樣可將其揮發(fā)份全部揮發(fā)掉，再將這經(jīng)過焙燒的爐料投入下一爐的反應(yīng)區(qū)，定能達(dá)到用釜式焦冶煉時(shí)一樣的質(zhì)量指標(biāo)。經(jīng)過多個(gè)輪次的試驗(yàn)，克服了澆水冷卻、出料、運(yùn)輸對(duì)焙燒料硅碳比的影響，終于獲得了成功，而且還出乎預(yù)料的比用釜式焦冶煉時(shí)的產(chǎn)量還高。總結(jié)其原因主要是：粉狀的碳粉經(jīng)焙燒后燒結(jié)成多孔的球狀，改善了爐料的透氣性；焙燒后的爐料堆密比新料要大一些；原本散落在下部保溫料中的下部二級(jí)品（綠爐的結(jié)晶筒下部因結(jié)晶疏松而形成下部開口的馬蹄狀）得以隨焙燒料回到下一爐的反應(yīng)區(qū)而得以利用等。但在設(shè)計(jì)綠色碳化硅爐的結(jié)構(gòu)與容量時(shí)必須考慮，在爐槽焙燒的爐料量必須正好用于下一爐反應(yīng)區(qū)的需量，而且要隨時(shí)注意調(diào)整下一爐反應(yīng)料的硅碳比。
　　4、避雷器碳化硅的試制成功
　　避雷器碳化硅，是專門用于高壓或超高壓輸電線路，導(dǎo)雷入地的一種具有非線性電導(dǎo)性能的特種碳化硅，用它加工后制成的閥片是高壓避雷器的核心材料。高壓輸電線路的架空零線通過此避雷器接地，正常輸電情況下，它對(duì)地是絕緣的，線路遭遇到超高壓、超強(qiáng)電流的雷擊時(shí)，這閥片卻變成了良導(dǎo)體，將這超高壓強(qiáng)電流導(dǎo)入大地而保護(hù)了輸電線路。五、六十年代，我國(guó)東北地區(qū)重工業(yè)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，已建成220KV的輸電線路，極需高壓避雷器來保護(hù)。時(shí)至1963 年，當(dāng)時(shí)的一機(jī)部，就給西安電瓷研究所、一砂和撫順高壓電瓷廠下達(dá)了高壓避雷器用碳化硅的研制任務(wù)，由我與西瓷所的韋技術(shù)員（女）和撫瓷的張技術(shù)員，組成了試制小組，在一砂的電爐上試制避雷器碳化硅，由撫瓷做閥片，由西瓷所做性能測(cè)試。開始在正常的黑碳化硅煉制的原料中添加氧化鋁粉或礬土粉，效果不是太好，不能耐太高的電壓，后來用含Al2O33~5%的無煙煤與含SiO299.5%的硅砂作原料，不斷調(diào)整爐料中的Al2O3含量進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，終于在爐料含 Al2O31.5~2.3%的條件下，煉制成功了符合要求的避雷器碳化硅。
　　5、這一時(shí)期的工藝裝備
　　1）從供電設(shè)備方面來說，基本上都用交流單相變壓器供電，只是調(diào)壓方式是多種多樣的，大多數(shù)是采用變壓一次線圈抽頭調(diào)壓、有串聯(lián)自耦變壓器調(diào)壓（一砂）、串聯(lián)磁扼電流放大器調(diào)壓（二砂）、串聯(lián)容量較小的升壓變壓器調(diào)壓（蘇砂）等。只有河北遷安縣夏官營(yíng)公社碳化硅廠的1000KVA的電爐采用直流供電，而且是采用可控硅整流元件進(jìn)行整流并調(diào)壓，由于當(dāng)時(shí)整流元件的各種參數(shù)很不一致也不穩(wěn)定，所以整流效率和調(diào)壓效果很不理想，但畢竟是開了我國(guó)碳化硅冶煉史上，嘗試用直流供電、晶體管整理流和調(diào)壓的先河。而直流供電與交流供電相比其主要優(yōu)點(diǎn)是：不用考慮供電網(wǎng)三相負(fù)荷的平衡，可以選用較大功率的爐用變壓器（如直流供電采用一臺(tái)爐變?nèi)萘繛?5000KVA三相整流變，而交流供電就得考慮電網(wǎng)三相負(fù)荷的平衡，只能選用三臺(tái)5000KVA單相交流變）；免除了交流供電時(shí)大電流短網(wǎng)的感應(yīng)損耗，提高了功率因數(shù)；同樣的送電功率下可以對(duì)電爐采用高電壓低電流供電，以減少變壓器二次線圈和直流母排的截面和損耗；基本上可以免除工人在送電爐周圍操作時(shí)觸電的可能性等。因此說，碳化硅冶煉采用直流供電，無論從供電設(shè)備制造、導(dǎo)電母排與電極的選用還是在冶煉產(chǎn)品的產(chǎn)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和安全方面都要優(yōu)于交流供電。
　　2）從電爐結(jié)構(gòu)方面來說，基本上還是沒有脫離"艾奇遜"臥式電阻爐的槽式結(jié)構(gòu)，只是大小和槽底形狀（有矩形的、倒梯形和弧形的）有些不同而已。
　　3）從配混料、裝出爐和爐料傳送的工藝裝備來說，基本上和現(xiàn)在的生產(chǎn)企業(yè)無明顯的不同，配料的秤量一般的還是用手推車和地磅，只有二砂（白鴿集團(tuán)）最先使用壓電元件的電子秤秤量，一砂用軌道秤車秤量。混料則都用各種各樣混凝土攪拌機(jī)，只是容量與密封性能有所不同。
　　4）活動(dòng)爐
　　這期間在冶煉工藝機(jī)械化方面，雖想盡了辦法，但由于固定爐冶煉，各工序要在不同地點(diǎn)不同的爐上實(shí)施機(jī)械化確實(shí)有一定的困難，一砂和二砂在70 年代初先后使用了活動(dòng)爐冶煉碳化硅。活動(dòng)爐就是將電阻爐置于一可承重、下裝輪子、可在軌道上順向移動(dòng)的爐車上。再由拖車（亦稱托車）拖送到各個(gè)爐位（有裝爐爐位、送電爐位、冷卻爐位、提側(cè)墻清保溫料爐位、分級(jí)爐位和出爐底料爐位）上，各工序的位置一固定，也就便于各工序的機(jī)械化了。所以這活動(dòng)爐比之固定爐的機(jī)械化程度要高得多，可以說除分級(jí)以外基本上無很費(fèi)力的體力勞動(dòng)。這活動(dòng)爐的投產(chǎn)，可以說是碳化硅冶煉工藝裝備機(jī)械化方面的一項(xiàng)突破，也確實(shí)領(lǐng)先于當(dāng)時(shí)各國(guó)的碳化硅冶煉工藝裝備，但如爐型太大時(shí)，爐車和拖車受重量限止，不能采用活動(dòng)爐。
　　5）首次在碳化硅冶煉過程的溫度測(cè)定
　　碳化硅冶煉工藝的調(diào)處，之所以至目前還處于經(jīng)驗(yàn)型而較難駕馭，就是因?yàn)檎麄€(gè)冶煉過程無科學(xué)觀測(cè)手段進(jìn)行觀測(cè)，從爐心體到爐表，各料層的溫度很難測(cè)定、固氣轉(zhuǎn)化、晶體的形成與成長(zhǎng)以及氣體流動(dòng)的方向等情景更無法直觀得知，工藝人員只能從冶煉前后與冶煉過程的種種現(xiàn)象和積累的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行分析推理。這種狀況無論對(duì)冶煉工藝技術(shù)的改進(jìn)創(chuàng)新還是對(duì)工藝人員水平的提高都是一種阻礙。一砂曾想改變這種局面，采取先易后難的步驟，于1973年，首先做了冶煉過程的爐溫測(cè)定。先是用鐵管的鉑銠熱電偶插入冶煉爐爐料內(nèi)，雖可獲得被測(cè)點(diǎn)的升溫曲線，但限于鉑銠熱電偶的測(cè)溫范圍，只能在13000C左右，只能測(cè)到保溫料某處的升溫曲線。在測(cè)定反應(yīng)區(qū)的溫度上，一砂是用一根直徑300毫米，長(zhǎng)1500毫米的石墨化電極，在其一端鉆兩個(gè)直徑20毫米，底端相通的深孔。在裝爐時(shí)，將這電極無孔而很薄（小于10毫米）的底端，置于欲測(cè)溫的料層處，冶煉過程在電極外露側(cè)墻外的一孔通以墮性的氬氣（以防8000C以上高溫下電極氧化產(chǎn)生煙霧），從另一孔用光絲高溫計(jì)來測(cè)定電極底端薄壁的溫度。測(cè)一次能得到某一點(diǎn)的升溫曲線，限于當(dāng)時(shí)只有能測(cè)20000C的光絲高溫計(jì)，因此只能測(cè)得反應(yīng)區(qū)邊緣的溫度，又因每測(cè)一次，就得因氧化或出爐或提側(cè)墻時(shí)弄斷電極，畢竟工廠不是研究機(jī)構(gòu)，測(cè)了幾次也就因經(jīng)費(fèi)等原因就停止不測(cè)了，但這畢竟開了碳化硅冶煉測(cè)溫的先河。我想就以現(xiàn)在的科技進(jìn)步，欲測(cè)碳化硅冶煉過程反應(yīng)區(qū)的溫度，一定不會(huì)像當(dāng)初那么難了。
　　6、有關(guān)碳化硅冶煉系統(tǒng)資料的形成
　　于1974~1975年文革期間，鄧小平在對(duì)各行業(yè)的整頓中，一機(jī)部就下達(dá)了《機(jī)械工程手冊(cè)》與《磨料磨具手冊(cè)》的編撰任務(wù)。我行業(yè)由磨料磨具磨削研究所組織實(shí)施，于1975年冬由我編撰完成了《磨料磨具手冊(cè)》磨料篇中的第三章《碳化硅冶煉》的征求意見稿，打印120份，發(fā)往有關(guān)單位征求意見，后因鄧小平的下臺(tái)而沒有出版。這是我國(guó)在碳化硅冶煉方面首次有了自已比較系統(tǒng)的手冊(cè)式的書面資料，也是我國(guó)用石油焦冶煉綠色碳化硅二十多年的初步總結(jié)，限于當(dāng)時(shí)的水平，很不全面，尤其是以無煙煤冶煉碳化硅方面幾乎沒有涉及，在電爐設(shè)計(jì)方面甚至起了誤導(dǎo)作用，但這畢竟是我國(guó)的首次。
　　（二）黑碳化硅生產(chǎn)大發(fā)展時(shí)期
　　（80年代至21世紀(jì)初）
　　一，初期（80年代）
　　我國(guó)正式投產(chǎn)黑碳化硅，始于50年代初的葫蘆島鋅廠，是自用于制鋅的反應(yīng)釜，磨料用黑碳化硅的生產(chǎn)始于1963年的一砂，當(dāng)時(shí)作為磨料用量很小，而以較大規(guī)模生產(chǎn)黑碳化硅則始于我國(guó)改革開放后的80 年代。
　　1、小功率爐遍地開花
　　當(dāng)時(shí)正處我國(guó)改革開放初期，由于我國(guó)急須外匯和外貿(mào)的開放，一直至1989年'6.4'事件發(fā)生，西方國(guó)家對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)制裁為止，我國(guó)黑碳化硅出口量逐年遞增。碳化硅出口價(jià)每噸一級(jí)品（SiC含量大于97%）4000~4300元，二級(jí)品（SiC含量85~88%）出口價(jià)每噸3000~3200 元。平均出口一噸碳化硅企業(yè)可獲利潤(rùn)2000元以上。而且各外貿(mào)公司拿著現(xiàn)錢爭(zhēng)著給碳化硅生產(chǎn)廠家下訂單。所以在這一時(shí)期，我國(guó)各地凡有生產(chǎn)能力的碳化硅企業(yè)而因電價(jià)貴、成本高和環(huán)境不宜等停產(chǎn)的，又都紛紛投產(chǎn)，凡在環(huán)保允許的地區(qū)也都大大小小的新增了不少碳化硅的生產(chǎn)廠家。如第七砂輪廠、第五砂輪廠、吉林的敦化、遼寧的寬甸、遼陽(yáng)的參窩以及河南、河北、山東、山西等地都不斷增加著碳化硅的產(chǎn)能，但除七砂與敦化投入的5000KVA電爐外，電爐容量都比較小，且當(dāng)時(shí)石油焦還是屬于國(guó)家計(jì)劃調(diào)撥的物資，一般小企業(yè)很難購(gòu)得到，因此各地特別是河南和山西就用土焦、高灰份無煙煤和鋼焦等各種含碳原料來生產(chǎn)，一級(jí)品的質(zhì)量雖然低劣，但產(chǎn)出的產(chǎn)品只要SiC含量夠就可供出口。還有將原已淘汰或停產(chǎn)的設(shè)備遷往電量相對(duì)充裕電價(jià)很低的西北地區(qū)，如一砂在銀川合資建了銀川碳化硅廠、天砂在石嘴山建了石津碳化硅廠和連（云港）砂在寧夏建了惠農(nóng)碳化硅廠等。而且還帶動(dòng)了當(dāng)?shù)厝鐚幭牡暮?jiǎn)泉、堿溝山、大平、平羅，青海的多巴、大通、民和、平安驛，甘肅的永登、劉家峽、樹坪等地紛紛開始建立碳化硅生產(chǎn)企業(yè)。此時(shí)，我國(guó)的碳化硅年產(chǎn)量也由改革開放前的三萬噸，突升至六萬噸，如包括在建的項(xiàng)目，則碳化硅產(chǎn)能已超過十萬噸。
　　2、碳化硅冶煉專著的出版
　　隨著碳化硅生產(chǎn)發(fā)展的形勢(shì)，工藝人員的明顯不足，以及在職職工的技術(shù)等級(jí)的考核等。鄭州中國(guó)磨料磨具公司于1985年前后，組織編寫出版了：由一砂石世鳴先生編寫的《碳化硅冶煉工藝學(xué)》初級(jí)本，由一砂余森與石世鳴先生合編的《碳化硅冶煉工藝學(xué)》中級(jí)本，由余森先生編撰的《碳化硅制造》、《技工考試習(xí)題集》以及《磨料磨具手冊(cè)》等書藉。這對(duì)指導(dǎo)當(dāng)時(shí)各地建設(shè)碳化硅生產(chǎn)企業(yè)及其生產(chǎn)起了很大的有益作用。美中不足的是延用了與1975年手冊(cè)稿相似的內(nèi)容-- 總結(jié)前三十多年用石油焦冶煉綠碳化硅的經(jīng)驗(yàn)。對(duì)用無煙煤冶煉黑碳化硅幾乎沒有提及，因此，對(duì)西北地區(qū)用無煙煤冶煉黑碳化硅，在電爐和工藝的設(shè)計(jì)方面，某種程度上造成了誤導(dǎo)。如對(duì)第一家用大功率爐，以無煙煤冶煉黑碳化硅的銀川碳化硅廠的設(shè)計(jì)，電爐設(shè)計(jì)過寬和過短（造成大噴爐等弊病），工藝上還承襲用石油焦冶煉綠碳化硅的焙燒料、二級(jí)品回爐工藝。以后的實(shí)踐證明用無煙煤冶煉黑碳化硅應(yīng)用新料法（即新料直接投入反應(yīng)區(qū)）工藝，因這不是冶煉方面的專著，具體的工藝分析對(duì)比就不在此贅述了。
　　二、中期（90年代至世紀(jì)末）
　　煤基碳化硅的誕生和發(fā)展
　　1、太西煤
　　寧夏賀蘭山汝淇溝的優(yōu)質(zhì)無煙煤，通稱太西煤，其灰份含量量低，原煤就有低于4%的；揮發(fā)份低，一般不大于8%;固定碳含量高，一般不低于 86%;化學(xué)活性好，為石油焦的1.3~1.4倍。是一種很適宜于煉黑碳化硅的含碳原料。宜于煉制碳化硅的優(yōu)質(zhì)無煙煤除太西煤外，在國(guó)內(nèi)尚有寧夏中寧堿溝山與云南昭通的無煙煤（其固定碳含量可達(dá)92%,灰分只1~3%,但化學(xué)活較差）。這種優(yōu)質(zhì)無煙煤在國(guó)際上也是很少見的，只有原蘇聯(lián)遠(yuǎn)東地區(qū)查波羅什附近的優(yōu)質(zhì)無煙煤和越南的優(yōu)質(zhì)無煙煤可用于碳化硅冶煉。
　　2、第一組用于煤基碳化硅冶煉大功率電組爐
　　一砂于60年代就選址在石嘴山紅果子建大三線企業(yè)，定名為第五砂輪廠，目的就是要用太西煤作原料煉制黑碳化硅，廠房和鐵路專用線都已建好，三臺(tái) 5000KVA的變壓器也已訂好，后因毛澤東說了一句話'此處反帝不反修'而就此作罷。1987年，一砂與銀川市協(xié)議，在銀川北郊蘆花臺(tái)，原銀川機(jī)制磚瓦廠址上建一碳化硅廠，電爐容量為12500（設(shè)計(jì)輸出功率為8000KW,有效爐長(zhǎng)為27.5米，電爐爐長(zhǎng)負(fù)荷為290KW/M）KVA,由一砂余森先生設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量8000噸。于1987年四季破土動(dòng)工，1989年9月峻工投產(chǎn)，工程決算投資1215萬元。投產(chǎn)后（冶煉40多小時(shí)）所生產(chǎn)的碳化硅結(jié)晶比之用石油焦生產(chǎn)的結(jié)晶既顆粒大、致密度高（加工后的堆密也高出0.1~0.2個(gè)百分點(diǎn)），爐產(chǎn)量也高。單位耗電也由8000降至6000KWH/噸左右。質(zhì)量上曾與美商（美國(guó)工商五金）提供的巴西用油焦生產(chǎn)的黑碳化硅（同為加工后的12#磨料顆粒）相比，由磨料磨具研究所作的分析測(cè)定，不論在SiC含量、硬度、韌性、游離碳和游離S+SiO2含量等方面都不次于巴西樣品，有的還好于巴西樣品，只有在Fe2O3和磁性物含量上略高于巴西樣品，但也沒超過國(guó)標(biāo)要求。首先在國(guó)內(nèi)作為磨料應(yīng)用于金屬磨削和石材加工，得到認(rèn)可，并逐步獲得國(guó)際客商對(duì)煤基碳化硅質(zhì)量的承認(rèn)和肯定。這臺(tái)70年代由沈陽(yáng)變壓器廠制造的，閥側(cè)由四組側(cè)出式線圈組成的12500KVA三相交流變壓器，經(jīng)三相橋式全波整流后，其四組直流母排可串可并或串并聯(lián)并用，大大擴(kuò)大了閥側(cè)的調(diào)壓范圍（45~720V）。這是我國(guó)第一臺(tái)用于碳化硅冶煉的大功率直流供電設(shè)備，只是當(dāng)時(shí)單個(gè)整流元件容量太小，只200A,四個(gè)整流柜用了一千多個(gè)元件，還由于元件參數(shù)不穩(wěn)定，常常造成三相不平衡而擊穿元件，使整流柜的結(jié)構(gòu)、冷卻、保護(hù)等方面復(fù)雜化，不太利于運(yùn)行。
　　3、我國(guó)西北地區(qū)煤基黑碳化硅生產(chǎn)的興起
　　于90年代初起，在我國(guó)西北地區(qū)的青、甘、寧三地，掀起了用寧夏無煙煤生產(chǎn)黑碳化硅的又一波高潮。尤以青海有電價(jià)的優(yōu)勢(shì)（80年代末電價(jià)為 0.08元 /KWH）其東部地區(qū)的民和、樂都、平安、互助、湟中、湟源、化隆、循化、同仁、海宴、門源等縣，幾乎每個(gè)縣都建了碳化硅廠，有的縣如湟中和平安縣都建了三、四家碳化硅生產(chǎn)廠，單臺(tái)電爐容量大都為3000~6300KVA.甘肅的劉家峽地區(qū)是以農(nóng)電之便，建了十?dāng)?shù)個(gè)碳化硅生產(chǎn)廠，單臺(tái)容量小到500大至 2000KVA.只樹坪的何橋碳化硅廠，電爐單臺(tái)容量有6300（后用12500）KVA的，且數(shù)量和產(chǎn)能逐年增加，到21世紀(jì)初，已成為我國(guó)產(chǎn)能達(dá)十萬噸以上，生產(chǎn)規(guī)模最大的碳化硅冶煉企業(yè)。寧夏以擁有太西煤的優(yōu)勢(shì)，在原有一些廠家的基礎(chǔ)上，也上了一些冶煉爐，單臺(tái)容量在5000~6300KVA的碳化硅企業(yè)，如電力部門的石嘴山電廠、中寧的金豪、固原的電力、寧北的北方、晨光以及石空的堿溝山、銀川冶煉廠等等。這三省區(qū)都是用太西煤或堿溝山煤煉制的煤基黑碳化硅（只何橋的部分電爐是用石油焦煉制黑碳化硅，青海門源用部分當(dāng)?shù)責(zé)o煙煤）。這期間，由于我國(guó)生產(chǎn)的黑碳化硅絕大部分是出口，國(guó)內(nèi)碳化硅產(chǎn)能和產(chǎn)量完全受到國(guó)際市場(chǎng)起落的控制，再加上投資者除部分是電力部門外，主要是民營(yíng)企業(yè)，資金不足，市場(chǎng)好的時(shí)候，即使貸款也一窩蜂地上產(chǎn)能，市場(chǎng)一下去不是停產(chǎn)就是停建。所以重復(fù)建設(shè)嚴(yán)重，產(chǎn)能增長(zhǎng)得很快，年產(chǎn)量就不一定增長(zhǎng)。如1995~1996年國(guó)際市場(chǎng)由旺銷跌入又一波低谷時(shí)，以青海省為例，全省具有二十萬噸產(chǎn)能的二、三十家生產(chǎn)廠家，只有三、四家能維持生產(chǎn)，其余的廠家停產(chǎn)的停產(chǎn)，轉(zhuǎn)產(chǎn)的轉(zhuǎn)產(chǎn)（綠碳化硅），甚至一蹶不振而倒閉。年產(chǎn)量只達(dá)兩、三萬噸位。所以至世紀(jì)末，我國(guó)碳化硅產(chǎn)能已近百萬噸，最高年份的年產(chǎn)量可達(dá)30~50萬噸，約占國(guó)際碳化硅年需量的20~30%左右。而國(guó)際市場(chǎng)跌入低谷時(shí)的出口量只十來萬噸，造成國(guó)內(nèi)生產(chǎn)量的萎縮和不少生產(chǎn)企業(yè)的停產(chǎn)。至此，我國(guó)的西北三省區(qū)已成了我國(guó)黑碳化硅主要生產(chǎn)基地，黑碳化硅的產(chǎn)能和產(chǎn)量已占全國(guó)的 70~80%,產(chǎn)品絕大部分（80%）都是煤基黑碳化硅。
　　4、這一時(shí)期的工藝技術(shù)及其裝備
　　1）、工藝技術(shù)方面
　　由于用無煙煤冶煉碳化硅在我國(guó)可以說是一種新的工藝，以前沒有經(jīng)驗(yàn)，更沒這方面的文字資料。再加上我國(guó)碳化硅冶煉方面專業(yè)工藝人員的缺乏和水平的參差不齊，在電爐和工藝設(shè)計(jì)上不能根據(jù)無煙煤同石油焦碳因其理化性能的差異而有所不同。好多企業(yè)的建設(shè)根本就沒有設(shè)計(jì)，只是依樣畫葫蘆地照搬，因而產(chǎn)生了種種的不合理或弊病，給生產(chǎn)帶來了諸多問題和操作不便，如：先期的用二級(jí)品回爐和焙燒料工藝，浪費(fèi)了二級(jí)品還影響了產(chǎn)品質(zhì)量；將所有的保溫料都當(dāng)焙燒料投入反應(yīng)區(qū)，造成硅碳比不穩(wěn)定和難以控制；采用短粗爐型，造成嚴(yán)重噴爐以至傷人；電爐加長(zhǎng)到二十多米，直流送電電壓還采用200~400V,以致爐心截面大到 500X1000毫米等等。后期雖有改進(jìn)，但也付出了不小的代價(jià)，好在這期間碳化硅冶煉的利潤(rùn)空間較大。
　　2）、工藝裝備方面
　　這一時(shí)期碳化硅冶煉的產(chǎn)能雖然發(fā)展迅猛，但就其工藝裝備而言，除一砂設(shè)計(jì)的銀川碳化硅和由二砂設(shè)計(jì)的互助兩組6300KVA電爐，機(jī)械化程度較高及銀碳以后又用微機(jī)控制混配料、大通一家（當(dāng)時(shí)稱萬噸碳化硅廠）有兩組6300KVA容量的電爐，其配料系通采用電子秤有一些機(jī)械化裝備、和堿溝山碳化硅廠采用微機(jī)控制衡功率送電外，其它企業(yè)基本上除了用攪拌機(jī)混料和門吊或轎吊裝爐外，配料和出爐等工序都以人工（西北地區(qū)勞動(dòng)力便宜）為主，工藝裝備上沒有什么新的發(fā)展。
　　三、近期--進(jìn)入新世紀(jì)以來的突破性發(fā)展
　　1、新世紀(jì)初的概況
　　進(jìn)入二十世紀(jì)后，煤基碳化硅冶煉的工藝技術(shù)日漸成熟，同時(shí)，碳化硅用途在國(guó)內(nèi)外的進(jìn)一步開發(fā)，對(duì)碳化硅的質(zhì)量要求有所提高，生產(chǎn)企業(yè)也追求更高的產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益（降低單位耗電耗料），故電爐的容量逐步趨大化，冶煉時(shí)間則趨長(zhǎng)化，容量方面，建則12500KVA,連8000KVA的都少，冶煉時(shí)間由三、四十小時(shí)起長(zhǎng)到三、四天。這期間黑碳化硅冶煉的單臺(tái)電爐的容量最大為12500KVA,電阻爐最長(zhǎng)為40~50米，單位耗電由前期的 6200~6500KWH/噸降至6000KWH/噸左右。單位耗料由3.2~3.5噸降至3噸左右。冶煉出的一級(jí)品結(jié)晶塊其SiC含量提高 0.5~1.5%,其致密度有明顯提高，制成粒度砂的堆積密度最好的有0.05%的提高。至2004年，我國(guó)碳化硅的產(chǎn)能已超過百萬噸，產(chǎn)能最大的企業(yè)還數(shù)甘肅的何橋。
　　2、碳化硅冶煉超大容量和特大型電阻爐的誕生
　　寧夏平羅濱河碳化硅制品公司于2005年六月在寧夏平羅縣太沙工業(yè)園區(qū)，以容量25000KVA、爐長(zhǎng)100米、采用扁平爐心、避峰送電、冶煉 12~13天、爐產(chǎn)黑碳化硅近千噸和2009年六月以容量36000KVA、冶煉13~15天、爐長(zhǎng)120米、爐產(chǎn)黑碳化硅千噸以上的兩條煤基黑碳化硅冶煉生產(chǎn)線的建成投產(chǎn)，意味著我國(guó)在黑碳化硅冶煉領(lǐng)域不論在產(chǎn)品質(zhì)量上，還是規(guī)模上已可擠身國(guó)際先進(jìn)行列。摘得了亞洲甚或世界碳化硅冶煉單臺(tái)設(shè)備容量第一大、電阻爐長(zhǎng)度和冶煉時(shí)間第一長(zhǎng)、單臺(tái)電爐產(chǎn)量第一高的桂冠。還首先采用碳化硅冶煉雙變壓器并聯(lián)供電和目前最大的單個(gè)容量30000A的整流元件。這一連串的第一和領(lǐng)先不僅僅是表象，而且在產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量上獲得了極大的提高，如產(chǎn)出的一級(jí)品：其SiC含量可達(dá)99%以上、高致密結(jié)晶加工出的3~6毫米段砂的堆積密度可達(dá)1.5g/cm3以上。深受國(guó)內(nèi)外著名制造和使用高級(jí)耐火制品企業(yè)及其供貨商，如中鋼集團(tuán)洛耐院、洛耐廠、維蘇威、日本黑崎播磨、韓國(guó)浦項(xiàng)制鐵和美國(guó)工商五金等的青睞。在單位耗電耗料方面也有較大的降低，單位耗電穩(wěn)定在5700KWH/噸以下，單位耗料保持在2.5~2.6噸/噸，環(huán)保方面做到了固體廢棄料的零排放。一石激起千層浪，平羅濱河公司的這一大膽率先創(chuàng)舉，必將把我國(guó)碳化硅冶煉行業(yè)，引入大容量電爐、長(zhǎng)時(shí)間冶煉碳化硅時(shí)代。目前在寧夏和甘肅已有20000和30000KVA大容量電爐投產(chǎn)，可以肯定，后繼者將紛至沓來。
　　但不得不提的是，時(shí)至目前，不論12500KVA以下的大小功率電爐，以至12500KVA以上直至30000KVA或更大的超大功率電爐，還普遍存在爐寬和反應(yīng)區(qū)設(shè)計(jì)過寬、側(cè)墻設(shè)計(jì)不盡完善、保溫料（包括其中的黃大塊）回?zé)貌槐M合理等重大缺陷，應(yīng)引起同行在這方面的思考。
　　3、百多年來的突破
　　自1891年美國(guó)人艾奇遜始用直線型槽式電阻爐冶煉碳化硅，至今百多年來，冶煉碳化硅的電阻爐，雖曾有過一些變化。如歐洲用過至今在巴西尚在使用的"U"型爐（一砂曾在80年代試用過），雖能省了好些大電流導(dǎo)線（或稱母排），但還是沒有脫出艾奇遜爐的基本理念，只是將直線型爐，簡(jiǎn)單地打了一個(gè)彎而已 ;再如前一時(shí)期，西安某高校在西北地區(qū)極力推行的多爐心爐（其實(shí)在50年代一砂就曾試用過），因并聯(lián)的石墨爐心在電氣的基礎(chǔ)理論上就存有某些缺陷，故數(shù)年來的實(shí)踐中，不論在產(chǎn)品質(zhì)量或單耗上比之單爐心爐冶煉，沒有什么進(jìn)展，更談不上突破了，只是徒使裝爐工藝復(fù)雜化而已。平羅濱河公司將在明年投產(chǎn)的第三期碳化硅冶煉生產(chǎn)線上，將采用一種"串聯(lián)型雙爐心"碳化硅冶煉電阻爐，并采用負(fù)壓冶煉。這種既節(jié)能又降耗還環(huán)保的碳化硅冶煉工藝和電爐，對(duì)統(tǒng)治碳化硅冶煉百多年的艾奇遜爐而言，應(yīng)說是一個(gè)突破性的自主創(chuàng)新，這項(xiàng)在黑碳化硅冶煉領(lǐng)域的新電爐、新技術(shù)和新工藝的投產(chǎn)，光從電爐的熱效率來講將提高8 %左右，再加負(fù)壓冶煉工藝回收可資利用的爐氣能量換算后，其產(chǎn)品的單耗電有望降至4000KWH/噸以下。這將使我國(guó)的黑碳化硅冶煉工業(yè)在節(jié)能降耗低排放方面轉(zhuǎn)了型和升了級(jí)，在低碳新世紀(jì)里又邁進(jìn)了一步，并將超越目前世界各國(guó)在黑碳化硅冶煉領(lǐng)域的工藝技術(shù)水平，也必將成為這一領(lǐng)域今后發(fā)展的新起跑線。
　　4、從寧夏的十二五規(guī)劃看碳化硅冶煉的前景
　　寧夏碳化硅行業(yè)的十二五規(guī)劃中就有：
　　1）以節(jié)能降耗低排放型的碳化硅冶煉，爭(zhēng)取達(dá)到碳化硅及其制品年產(chǎn)能40萬噸的目標(biāo)。
　　2）采用負(fù)壓冶煉。
　　3）供電方面推廣30000A大電流整流元件。
　　4）用本區(qū)精選灰分在1.5%以下的無煙煤煉制綠碳化硅。
　　5）年產(chǎn)30000噸氮化硅結(jié)合碳化硅制品頂目的投產(chǎn)，讓西北三省區(qū)的電解鋁的電解槽用上此項(xiàng)目的產(chǎn)品。
　　從這規(guī)劃可見我國(guó)的碳化硅冶煉，正以新型的姿態(tài)蓬勃發(fā)展。
　　（三）、綠色碳化硅的近期發(fā)展
　　1、90年代至新世紀(jì)初
　　綠碳化硅作為磨料，在我國(guó)碳化硅生產(chǎn)領(lǐng)域的前二、三十年里曾是主角，后來由于供出口和碳化硅非磨削用途的開發(fā)，生產(chǎn)量相對(duì)于黑碳化硅，漸漸地退居次要地位。但其生產(chǎn)總量始終是在穩(wěn)步上升，尤其是上世紀(jì)90年代的后期，國(guó)際上以綠碳化硅微粉線切割硅片工藝的應(yīng)用，我國(guó)綠碳化硅的產(chǎn)量和出口量也隨之增加，但生產(chǎn)地區(qū)和廠家還限于傳統(tǒng)的東北地區(qū)牡丹江、渾江等，中原地區(qū)的鄭州、平頂山、山東的滕州、臨沭和湖北的丹江口等，西北地區(qū)只有青海的貴德和海宴以及黑爐改綠爐的化隆等。另在世紀(jì)交替前后，利用四川沒上電網(wǎng)的小水電電價(jià)低（由0.08~0.15元/KWH），由山東、連云港和福建在勉寧、甘洛和德昌和雅安地區(qū)等，興建了一批電爐容量6300KVA~2000KVA的綠色碳化硅冶煉廠家。至此，我國(guó)綠碳化硅年產(chǎn)量以由改革開放時(shí)的不足三萬噸增至七、八萬噸。但最大的單臺(tái)電爐容量還徘徊于5000~6300KVA,冶煉工藝還沿用六十年代形成的以石油焦碳和東海石英砂為原料的焙燒料工藝。
　　2、近期
　　隨著新世紀(jì)的到來，迎來了倡導(dǎo)低碳排放、使用清潔能源時(shí)代，以及我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的興起。我國(guó)的綠碳化硅生產(chǎn)迅即掀起了一個(gè)發(fā)展高潮，首先由山東臨沭正宇碳化硅廠于2005年，采用了12500KVA容量的電爐冶綠碳化硅，冶煉時(shí)間也由傳統(tǒng)的一天一爐延長(zhǎng)至40小時(shí)左右，單位耗電也由原來的 9000KMH/噸左右降至8500KWH/噸以下。自此，以12500KVA電爐煉制綠碳化硅的生產(chǎn)廠家越來越多，就以用無煙煤煉黑碳化硅為主的青海和甘肅以至大西南，如攀枝花等地也開始出現(xiàn)了生產(chǎn)綠碳化硅的熱潮，包括在建的號(hào)稱年產(chǎn)十萬噸綠碳化硅的企業(yè)已有兩、三家。另?yè)?jù)磨商網(wǎng)和《磨料磨具》雜志推介，新疆伊犁地區(qū)的麥斯特碳化硅制品公司，雖起步較晚，卻在12500KVA綠色碳化硅冶煉爐上，實(shí)施了爐氣回收，還實(shí)現(xiàn)了配料、裝爐和冶煉全過程的全自動(dòng)控制，只要在電腦頻幕前動(dòng)動(dòng)鼠標(biāo)就行。這確實(shí)是一樁可喜可賀的事，也值得我們碳化硅行業(yè)全體成員為之驕傲和學(xué)習(xí)，更值得我這個(gè)從事此行業(yè)55年的老人，為在有生之年能看到夢(mèng)寐以求、一生追求的理想，在我國(guó)成為現(xiàn)實(shí)感到慶幸，也為麥斯特公司為我國(guó)綠碳化硅冶煉事業(yè)的改型升級(jí)，開了個(gè)好頭而喝彩。至此，預(yù)計(jì)我國(guó)至明年，綠碳化硅的年產(chǎn)能可達(dá)四、五十萬噸，大有在產(chǎn)能和產(chǎn)量上，與黑碳化硅一爭(zhēng)高下的趨勢(shì)。
　　上世紀(jì)90年代，寧夏建材研究所曾在銀川召開過一次用無煙煤煉制綠碳化硅的產(chǎn)品鑒定會(huì)，所鑒定的產(chǎn)品-綠碳化硅，顏色確實(shí)是綠的，在結(jié)晶顆粒微小而松散，品位似大功率爐生產(chǎn)的二級(jí)品，但畢竟是國(guó)內(nèi)外無先例的創(chuàng)舉。目前在寧夏地區(qū)，已有好幾家碳化硅生產(chǎn)企業(yè)，正在不同功率的電爐上試著以無煙煤生產(chǎn)綠色碳化硅，但愿在不久的將來可以看到，以優(yōu)質(zhì)無煙煤或原料中不添加食鹽冶煉出優(yōu)質(zhì)的綠碳化硅。
　　順便提一句，在上世紀(jì)的90年代，我國(guó)的煤基黑碳化硅出口歐美國(guó)家時(shí)，曾遭到能否替代油焦生產(chǎn)的黑碳化硅的質(zhì)疑，以至在價(jià)格上曾有每噸四、五百元的差異，后來的事實(shí)證明，這只是傳統(tǒng)觀念的影響。我國(guó)自生產(chǎn)微粉級(jí)磨料以來，都是用綠碳化硅而不用黑碳化硅，當(dāng)時(shí)黑綠碳化硅在質(zhì)量上是有一定的差別，但卻也已形成一種傳統(tǒng)。而現(xiàn)在的煤基黑碳化硅結(jié)晶的質(zhì)量，不論從SiC含量或韌性（相對(duì)來說是自磨銳性能）方面都不亞于綠碳化硅，是不是可以嘗試用黑碳化硅微粉來切割硅片呢？因?yàn)闊捄谔蓟璞戎疅捑G碳化硅工藝要簡(jiǎn)單一些，能源消耗要少一些，可以用資源豐富的煤替代有限的石油資源等優(yōu)越性。
　　（四）、展望未來
　　由于碳化硅具有多種理化方面的優(yōu)良特性，因此，碳化硅及其制品，已在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如作磨料磨具、煉鋼脫氧劑、高級(jí)耐火材料碳氮制品、重結(jié)晶制品和碳化硅功能陶瓷等方面已開發(fā)應(yīng)用，但還須加大開發(fā)力度。這些都是建立在電爐冶煉碳化硅產(chǎn)品基礎(chǔ)上的，須消耗大量的電能。而在碳化硅特殊電氣性能的開發(fā)應(yīng)用方面，目前還只應(yīng)用于制作電熱原件硅碳棒、紅外線發(fā)熱元件和高壓避雷器等。尤其在碳化硅非線性電導(dǎo)性能這方面的開發(fā)應(yīng)用，雖在六十年代至七十年代末，一砂曾為潛艇應(yīng)用的高溫二級(jí)管和數(shù)碼管，用石墨坩鍋在電阻爐里培植過大量的碳化硅晶片。但碳化硅作為一種擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度高、載流子飽和漂移速度高、熱導(dǎo)率高、耐工作溫度高的寬禁帶半導(dǎo)體材料，制造各種耐高溫的高頻大功率電子電力器件，應(yīng)用于硅器件難以勝任的工作場(chǎng)合，以至于逐步替代目前大量應(yīng)用于電腦的芯片等領(lǐng)域，其應(yīng)用方面的研發(fā)工作在國(guó)內(nèi)雖有所進(jìn)展，如立方碳化硅晶種與4H晶片的延生技術(shù)、晶體生長(zhǎng)爐和少量晶片生產(chǎn)已在我國(guó)的網(wǎng)上問世，但在深度、廣度和應(yīng)用上，是不是如國(guó)外的研發(fā)速度快？但愿在有生之年能看到，用國(guó)產(chǎn)的碳化硅電力電子器件組成的電腦、電視問世。（文/沈頌茂磨料磨具高級(jí)工程師）