CN103717988A - 还原炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种尤其用于生产硅的还原炉，包括炉外壳(3)和带有尤其圆形截面的多个电极(1a，1b)，电极彼此以所限定的布置方式尤其沿着圆弧(2)布置在炉外壳中，其中，电极(1a，1b)中的至少一个构造为由多个单电极(1a，1b)组成的电极束，尤其构造为双电极。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的尤其用于生产硅的还原炉。
背景技术
还原炉的功率尤其在硅炉的情况下受到限制，因为为了生产冶金硅必需炭电极(预焙电极)，而为了生产太阳能硅(Solar-Silizium)必需高纯度的石墨电极。炭电极的最大直径处在1270mm-1400mm中。高纯度的石墨电极是经附加提纯的石墨电极。因为石墨必须为此经过渗透，所以最大直径目前限制在大约400mm-450mm上，尽管可提供直径可达800mm-850mm的石墨电极。
电极中的这些限制将用于冶金硅的硅炉的可能的功率限制在25MW-30MW上，而将用于太阳能硅的硅炉的可能的功率限制在大约10MW-12MW上。
硅的生产过程在没有渣浴(Schlackenbad)的情况下运行，而反应区在炉子中的大小除了功率之外首先取决于电极的直径以及电极与原材料的接触面。
由于所要求的纯度(铁从钢壳到达到产品中)，不可使用价格便宜的索德别尔格电极()(在钢壳(外壳)中形成电极糊和首先在炉子中进行烘焙)。
炭电极相对更贵，石墨电极还要更贵。从处理角度来看，炭电极由于长度和直径和重量和相对更低的强度而要求很严格。
现在，为了在同时更低的电极成本的情况下能够呈现更高的功率，开发出所谓的复合电极或混合电极(例如，型号“ELSA”)。围绕石墨芯通过固定的外壳来使索德别尔格电极糊成形且使之与石墨芯一起焙烧。然而，这种技术需要带有两个加料装置(Nachsetzvorrichtung)(分开地用于芯部与真正的电极)的费用更高的电极股(Elektrodenstrang)和作为芯部的昂贵的石墨电极。然而，由于挤流效应(
)，仅仅很小的电流流动通过在电极中心中的在电流技术方面可高负载的石墨电极，而电流更可能流动通过可更低负载的索德别尔格电极糊。因此仅对石墨电极使用了其能力中的一小部分。
发明内容
本发明的目的在于在电极的效率方面改善还原炉。
根据本发明，对于开头所提及的还原炉利用权利要求1的特征部分的特征在解决。通过使用更小的单电极(Einzelelektroden)、通过将传统的电极构造为由多个单电极组成的束可尤其实现大电极的功率。
在优选的细节设计方案中可将根据本发明的还原炉构造为硅炉。优选可涉及用于制造太阳能硅的炉子。
在还原炉的一优选的改进方案中设置成单电极相应具有基本上圆形的截面。
有利地，设置成单电极包括石墨，尤其包括高纯度的石墨。借此可获得高纯度的硅。在一优选的改进方案中设置成单电极具有不大于大约650毫米的直径，优选具有不大于大约450毫米的直径。这尤其适用于使用高纯度的石墨-电极。
通常在此有利地设置成还原炉具有高于大约10MW的功率，尤其具有高于大约12MW的功率。例如对于太阳能硅来说，这种炉子仅可利用根据本发明的电极才能实现。
为了适宜地电流分配，电极布置在垂直于圆弧的线上。但在本发明的备选的实施方式中还可以选择其它的几何结构。尤其还可将炉子设计为矩形炉，在其中，电极束(Elektrodenbündel)例如沿着一个或多个平行的直线来布置。
在一可能的实施方式中设置成电极束的单电极通过恰好一个电极股在电方面相连接。
但在一备选于此的实施方式中，电极束的单电极还可与分开的电极股相连接，借此可实现更高的功率和更低的电极电流。
通常可有利地设置成可将电极束的单电极彼此单独地从炉外壳中移出。
在本发明的一优选的改进方案中设置成电极束可围绕自己的中心点转动或振动。借此可预防炉料表面的结壳。一般通常可使炉外壳相对电极运动，例如转动。备选地或补充于此，还可将电极布置成可运动。
从随后说明的实施例中以及从从属权利要求中得到其他的优点和特征。
附图说明
下面对本发明的实施例进行说明且借助附图进行进一步阐述。
图1显示了现有技术的还原炉的示意性的俯视图。
图2显示了根据本发明的还原炉的示意性的俯视图。
具体实施方式
本发明的优选的实施例：双电极。
在本实施例中相应代替大直径的复合电极1设置有更小直径的至少两个(或根据互连方式(Verschaltung)甚至多个)石墨电极1a、1b。在圆形的炉外壳中，布置方案以从炉中心开始的、相继垂直于电极分度圆直径的线上来实现。理想地，但并非强制性地，外部的电极1a的外部的边缘和内部的电极1b的内部的边缘相应处在相比很大的电极1的边缘的少许外部。在两个电极1a、1b之间存在自由空间。两个(或多个)电极1a、1b可实施成或者与完全分开的电极股相连接，或通过仅仅一个电极股来连接。因此在带有分开的电极股的实施方案中可对不同的电极消耗进行均衡，或者还可将单电极从活性的炉区域中移出。
电极对1a、1b或电极束分布地布置在分度圆上。在圆形的三相炉的情况下通常有三对电极对或电极束。
可选地，可考虑根据工艺的要求使电极对1a、1b或电极束围绕其自己的虚构的中心点(大约在分度圆上)振动或转动，也就是说，在这种情况下不仅必要时使炉外壳3转动，而且此外使电极对或电极束1a、1b(“转动的电极股”)转动。与在很重的股的情况相比，这可在相对很轻的电极股的情况下更容易实现。通过这种方式例如预防在炉料表面的结壳。
以这种方式
-可充分利用石墨电极的可能的载流能力；
-针对很好分配地电流过渡，提供有两个电极的周缘；
-可对电极如此进行定位，使得尽管电极的直径很小反应腔仍然足够大和如期望的那样填充炉容积，但是没有取消与壳壁的保护间距；
-可将一个／多个电极股实施成明显更轻，因为电极重量明显更低；
-可以很小的花费使电极快速运动；
-可降低运行成本；
-可简化操作(仅电极的型式，不用再装填电极糊)
-可实现更低的能耗，因为与炭电极或甚至索德别尔格电极相比，石墨电极具有80％地更小的固有电阻。相对于复合电极，这种优点为大约50％。关于总能耗，这占大约3％-5％。
-可根据互连方式提高炉阻抗(Herdwiderstand)，这引起更小的变压参量和同时更低的能耗，或这可在值给定时实现功率提高。
-在其他情况下通常常用的电极分度圆调节已经存在于方案之中和可非常易变地执行。
-还可根据互连方式通过不同的功率输入实施一种类型的“电动的分度圆调节”，也就是说，例如通过内部的电极输入更多能量，而通过外部的电极输入更少能量。
在功率强大的炉子(例如>10MW)中制造太阳能硅基于对直径的特别的限制由于石墨电极的所要求的提纯甚至只有利用双电极才可实现。
因为硅炉优选振动地或转动地实施，所以可以说在分度圆的方向上考虑反应腔的一定的缩小。也就是说，替代理想的圆形的形状，反应腔应更可能呈现略微椭圆形的形状，并且通过运动对其再次进行补偿，也就是说，通过这种方式重新连接反应腔。
其他特征：
由于最大直径的所提到的限制，直到可对用于生产太阳硅的石墨电极充分提纯(在这时为大约400毫米)，对于以更高的功率(>大约10MW)生产太阳硅，强制性地需要带有更大数量的电极的方案。在此，带有双电极的太阳能硅-SAF避免6电极矩形炉或未经检验的结构形式。
所述的双电极更轻：
1700型复合电极每米重约3.4吨。
两个600型石墨电极每米仅重约0.95吨。
在例如直至5MW-10MW的更小的炉子的情况下还可将两个电极联合在一起(即需要两个接触夹片和仅仅一个加料装置)。
在更大的炉子的情况下可设置两个分开的加料装置，然而以简单的实施方案。
电的互连可如同在3电极-SAF中的情况那样来实施。但备选地，还可类似于6电极矩形炉那样实现互连。由此可正面地影响电极电流和炉阻抗，从而可实现例如15％地更高的功率或更低地电极电流。
理想地，该技术适用于对廉价的索德别尔格电极不适合的所有工艺。但原则上所有的工艺可利用该电极技术来运行，即不仅仅是硅和太阳能硅-SAF。
参考标号列表
1.复合电极(现有技术)
1a，1b 双石墨电极，必要时高纯度的双石墨电极
2 分度圆
3 炉径(内侧炉衬，炉外壳)。
Claims (10)
1.一种尤其用于生产硅的还原炉，包括炉外壳(3)和带有尤其圆形截面的多个电极(1a，1b)，电极彼此以所限定的布置方式尤其沿着圆弧(2)布置在所述炉外壳中，其特征在于，所述电极(1a，1b)中的至少一个构造为由多个单电极(1a，1b)组成的电极束，尤其构造为双电极。
2.根据权利要求1所述的还原炉，其特征在于，所述单电极(1a，1b)相应具有基本上圆形的截面。
3.根据权利要求1或2所述的还原炉，其特征在于，所述单电极(1a，1b)包括石墨，尤其包括高纯度的石墨。
4.根据权利要求3所述的还原炉，其特征在于，所述单电极(1a，1b)具有不大于大约650毫米的直径，尤其具有不大于大约450毫米的直径。
5.根据权利要求3或4所述的还原炉，其特征在于，所述还原炉具有高于大约10MW的功率，尤其具有高于大约12MW的功率。
6.根据上述权利要求中任一项所述的还原炉，其特征在于，所述单电极(1a，1b)布置在垂直于所述圆弧(2)的线上。
7.根据上述权利要求中任一项所述的还原炉，其特征在于，所述电极束的单电极(1a，1b)通过正好一个电极股在电方面相连接。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的还原炉，其特征在于，所述电极束的单电极(1a，1b)与分开的电极股相连接。
9.根据上述权利要求中任一项所述的还原炉，其特征在于，所述电极束的单电极(1a，1b)可彼此单独地从所述炉外壳(3)中移出。
10.根据上述权利要求中任一项所述的还原炉，其特征在于，所述电极束(1a，1b)可围绕自己的中心点转动或振动。
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