DE3211525A1

DE3211525A1 - Verfahren und vorrichtung zum abstich eines ofens mit abstichfaehiger schmelze

Info

Publication number: DE3211525A1
Application number: DE19823211525
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.rer.nat. Dipl.-Chem. Dietze; Jürgen Dipl.-Phys. 8000 München Schäfer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-03-29
Filing date: 1982-03-29
Publication date: 1983-09-29
Also published as: BR8301578A; ZA832194B; CA1208006A; IT8320287A0; NO157713B; JPS58175788A; NO824286L; US4475206A; LU84500A1; NO157713C; IT1160762B

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT ~$- Unser Zeichen Berlin und München VPA 82 P 1 2 2 7 DE

Verfahren und Vorrichtung zum Abstich eines Ofens mit abstichfähiger Schmelze

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abstich eines Ofens mit abstichfähiger Schmelze, insbesondere eines Lichtbogenofens, in dem vorzugsweise technisches Siliciumdioxid mit Kohle zu Silicium reduziert wird und der ein Abstichrohr aufweist.

Silicium, das insbesondere für Solarzellen verwendbar ist, kann bekanntlich in einem Lichtbogenofen durch Reduktion von technischem Siliciumdioxid mittels Kohle vorgefertigt werden. Das so erhaltene Silicium wird sodann beispielsweise mittels des Bandspritzverfahrens (vergleiche DE-OS 31 28 979; 81 P 7083 DE) oder mittels eines Schleuder- oder Sprühverfahrens (vergleiche DE-OS 31 29 009; 81 P 7084 DE) in einen Siliciunikörper überführt.

Das Schmelzen des aus technischem Siliciumdioxid und Kohle bestehenden Gemisches erfolgt durch Wärmezufuhr über beispielsweise drei Graphitelektroden, von denen jede an eine Drehstromphase angeschlossen ist und die von oben in den Innenraum des wannenförmigen Ofens eingeführt sind. Besonders kritisch bei dieser Herstellung von Silicium ist der Abstich des Ofens, da im Ofen selbst eine Temperatur von etwa 1600 ⁰C bis 2000 ⁰C herrscht und das Abstechen selbst ohne besondere Werkzeuge erfolgen sollte, deren Einsatz nämlich sonst zu einer Verunreinigung des Siliciums führen würde. Es gibt zwar bisher bereits verschiedene Abstichverfahren, wie

Kot 1 Dx / 25.03.1982

-^-3- VPA 82 P 122 7 DE

beispielsweise das Aufbrennen einer Öffnung im unteren Bereich des Ofens mittels einer Hilfselektrode oder das Einschießen einer Kugel usw. Bei allen diesen Verfahren erfolgt jedoch eine mechanische Einwirkung, so daß durch diese möglicherweise Verunreinigungen des Siliciums auftreten können.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abstich eines Ofens mit abstichfähiger Schmelze anzugeben, bei denen keine mechanische Einwirkung erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Abstichrohr aus Graphit besteht und elektrisch aufheizbar ist.

Bei der Erfindung erfolgt also der Abstich allein durch elektrisches Aufheizen des Abstichrohrs, wodurch das zuvor im Rohr erstarrte Silicium in die flüssige Phase übergeht, so daß das im Ofen enthaltene Silicium über das Rohr aus dem Ofen ausfließen kann.

Das Abstichrohr selbst besteht in vorteilhafter Weise aus einem inneren Graphitrohr, das mit einem ersten alumini umoxidfreien Keramikrohr ummantelt ist, welches seinerseits auf seiner Außenfläche ein äußeres Graphitrohr aufweist, das wiederum mit einem zweiten aluminiumoxidfreien Keramikrohr versehen wird. Das elektrische Aufheizen erfolgt über zwei Kupferpreßkontakte, von denen der erste über einen Graphitring auf dem inneren Graphitrohr aufliegt, während die zweite über einen weiteren Graphitring auf dem äußeren Graphitrohr vorgesehen ist. Der über die Kupferpreßkontakte fließende, regelbare Wechselstrom hat eine Stromstärke von etwa 1000 A, wobei eine Spannung von etwa 10 V abfällt.

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Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch einen Lichtbogenofen und

Fig. 2 einen Schnitt durch das Abstichrohr des Lichtbogenofens von Fig. 1.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Lichtbogenofen 1 aus einem feuerfesten Material, in dessen wannenförmige Öffnung von oben die aus Graphit bestehenden Elektroden 2, 3 und 4 hineinragen. An den Elektroden 2, 3 und 4 liegt jeweils eine Phase eines Drehstroms. In der Nähe der Bodenfläche der öffnung des Bodens 1 ist ein Abstichrohr vorgesehen, das vom Innenraum des Ofens 1 nach außen führt.

Dieses Abstichrohr 5 ist in Fig. 2 im Schnitt vergrößert dargestellt. Es führt von einer Öffnung 6 auf der Seite der Schmelze, also dem Innenraum des Ofens 1, zu einer Öffnung 7 auf der Abstichseite, also dem Au3enraun des Ofens 1.

Das Abstichrohr 5 selbst besteht aus einem inneren Graphitrohr 8, auf dessen Mantelfläche ein erstes aluminiumoxidfreies Keramikrohr 9 vorgesehen ist. An dieses aluminiumoxidfreie Keramikrohr 9 schließt sich ein äußeres Graphitrohr 10 an, das wiederum von einem zweiten aluminiumoxidfreien Keramikrohr 11 umgeben wird. Zwisehen das innere und das äußere Graphitrohr 8 bzw. 10 ist ein Kontaktring 12 aus Graphit aufgeschraubt, der zur elektrischen Verbindung zwischen den Rohren 8 und 10 dient und ein Eindringen der Schmelze zwischen die einzelnen Rohre sicher verhindert.
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Auf der Abstichseite sind zwei Graphitringe 13 und 14 auf dem äußeren Graphitrohr 10 bzw. dem inneren Graphitrohr 8 aufgebracht. Jeder Graphitring 13 und 14 wird von

. *r. fr. VPA 82 P 122 7 DE

einem Kupferpreßkontakt 15 bzw. 16 umgeben. Mittels der Wechselspannungsquelle können durch die Preßkontakte 15 bzw. 16 Ströme von etwa 1000 A geschickt werden, wobei eine Spannung von ca. 10 V abfällt. 5

Im Betrieb wird zunächst - solange das Gemisch aus Siliciumdioxid und Kohle im Innenraum des Ofens 1 aufgewärmt wird - an die Preßkontakte 15 und 16 keine Spannung gelegt. Das beim Reduktionsprozeß entstandene Silicium (T^ 1650 ⁰C) dringt dann in das Rohr 5 ein und erstarrt dort, da es auf der Abstichseite unter dem Schmelzpunkt von etwa 1420 C abkühlt. Wenn nun der Abstich des Ofens

1 vorgenommen werden soll, wird die Spannungsquelle eingeschaltet, die einen Wechselstrom über den Leiter 17» den Graphitring 15, das äußere Graphitrohr 10, den Kontaktring 12, das innere Graphitrohr 8, den Graphitring 14 und den Kupferpreßkontakt 16 zum Leiter 18 fließen läßt. Dadurch wird das erstarrte Silicium im Innern des Rohrs 5 in die flüssige Phase überführt, so daß es aus dem Innenraum des Ofens 1 ausströmen kann.

Die Erfindung schafft so ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abstich eines Ofens mit abstichfähiger Schmelze, die ohne jegliche mechanische Einwirkung auskommen. Dadurch wird gewährleistet, daß durch den Abstichvorgang selbst das Silicium überhaupt nicht verunreinigt wird.

2 Figuren

4 Patentansprüche

Leerseite

Claims

vpA 82 P 1 2 2 7 DE PatentansDrüche

1. Verfahren zum Abstich eines Ofens mit abstichfähiger Schmelze, insbesondere eines Lichtbogenofens, in dem vorzugsweise technisches Siliciumdioxid mit Kohle zu Silicium reduziert wird und der ein Abstichrohr aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstichrohr (5) aus Graphit besteht und elektrisch aufheizbar ist.
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2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstichrohr (5) aus einem inneren Graphitrohr (8) besteht, das mit einem äußeren Graphitrchr

(10) über einen Kontaktring (12) verbunden ist, so daß das elektrische Aufheizen durch zwei Kontakte am inneren und äußeren Graphitrohr (8, 10) von der gleichen Seite erfolgen kann.

3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrischen Kontakte aus Kupferpreßkontakten (15, 16) bestehen, die über Graphitringe (13, 14) mit dem inneren, bzw. äußeren Graphitrohr (8, 10) verbunden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem inneren und äußeren Graphitrohr ein Keramikrohr (9) eingefügt ist und das äußere Graphitrohr mit einem weiteren Keramikrohr (11) ummantelt ist.