JPH01107089A - 電気低炉用高純度内部ライニング - Google Patents

電気低炉用高純度内部ライニング

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JPH01107089A
JPH01107089A JP63237462A JP23746288A JPH01107089A JP H01107089 A JPH01107089 A JP H01107089A JP 63237462 A JP63237462 A JP 63237462A JP 23746288 A JP23746288 A JP 23746288A JP H01107089 A JPH01107089 A JP H01107089A
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JP
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graphite
furnace
internal lining
silicon
reaction chamber
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JP63237462A
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English (en)
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Hubert Aulich
フーベルト、アウリツヒ
Friedrich-Wilhelm Schulze
フリードリツヒウイルヘルム、シユルツエ
Benedikt Strake
ベネデイクト、シユトラーケ
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
    • F27B14/08—Details peculiar to crucible or pot furnaces
    • F27B14/10—Crucibles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、黒鉛るつぼと断熱材とからなる特に炭素熱還
元により酸化ケイ素から高純度のケイ素を製造するため
の電気低炉（Ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｅｄｅｒｓｃｈａｃｈ
ｔｏｆｅｎ）の反応室用内部ライニングに関する。
〔従来の技術〕
高純度ケイ素の析出は、今日主としてシーメンス（Ｓｉ
ｅｍｅｎｓ）社のＣプロセスにより処理されている。こ
の場合二酸化ケイ素を炭素で還元することにより製造さ
れた冶金ケイ素を揮発性ハロゲン化ケイ素化合物に変え
、気相を介して精製し、水素で再びケイ素に還元する。
このケイ素はエレクトロニクス用ケイ素に対する高純度
の要求を満たすが、例えば光起電力分野のような他の多
くの使用分野にとっては高価すぎる。
光起電力電池用として適したソーラケイ素を経済的に製
造する方法は、シーメンス社のグラープマイヤー（Ｊ、
　Ｇｒａｂｍａｉｅｒ）の論文「フォルシュンゲス・ラ
ント・エントゥイックルングスベリヒテン（Ｆｏｒｓｃ
ｈｕｎｇｓ−ｕｎｄ　Ｅｎｔｗｉｃｋｌｕｎｇｓｂｅｒ
ｉｃｈｔｅｎ）　Ｊ第１５号、１９８６年、第１５７〜
１６２頁に記載されている。この方法は予め精製された
高純度の材料から出発する。加熱鉱酸で浸出されたガラ
ス繊維からは高純度の二酸化ケイ素が得られる。
還元には、同様に浸出によって精製することのできる高
純度の炭素を使用する。この方法は例えばドイツ連邦共
和国特許出願公開第３２１５９８１号明細書に記載され
ている。
予め精製された各出発材料をいわゆるＡＲＣ法（Ａｄｖ
ａｎｃｅｄ　Ｃａｒｂｏｔｈｅｒｍｉｃ　Ｒｅｄｕｃｔ
ｉｏｎ）によりアーク炉内で、相互に反応させる。
第３図は公知の電気低炉の構造を断面図で略示したもの
である。これは主として高純度の黒鉛又は炭素からなる
るつぼ１、同様に内張すされた流出口２並びに通常二酸
化ケイ素又は酸化アルミニウムをベースとする耐燃レン
ガから成る耐燃性の断熱材３を有する。るつぼの下方に
は断熱用としてもう１つの炭素層４が配置されている。
鋼板５は炉ジャケットを形成する。
しかし高度に圧縮された黒鉛をるつぼ材１として使用し
た場合にも、るつぼはケイ素融液の高い漏出力によりケ
イ緊密にすることはできない。ケイ素は最も薄い継目で
も浸透し、そこで絶縁材３と接触する。この材料は、こ
れを製造するために燐含有結合剤を使用していることか
ら、多量の燐を含む。炉中でケイ素、炭素及びＣＯと接
触することにより、燐はその化合物から還元され、液体
ケイ素に吸収される。燐を含有することによってｎ導電
性ケイ素は太陽電池の製造には適しておらず、まず経費
の嵩む方法で燐を除去する必要がある。燐における場合
と同じ問題は、ケイ素融液により還元され得るほとんど
すべての元素でも生じる。特にほとんどすべての耐燃材
中に含まれるホウ素元素の場合、特に有害な不純化がも
たらされる。得られたケイ素からその後にホウ素を除去
する処理も多大な費用を必要とする。
十分な純度、良好な絶縁性及び強還元性の炉雰囲気中で
の良好な安定性を有する断熱用酸化物セラミック材料は
市販されていない。
〔発明が解決しようとする課題〕
従って本発明の課題は、ＡＣＲ法において上記の欠点を
回避し、同時に経済的に有利でまた断熱性の良い電気炉
用高純度ライニングを提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
この課題は本発明によれば最初に記載した形式の電気低
炉において、少なくとも反応室の底部が高純度の炭素か
らなる内部ライニングを有することによって解決される
。
本発明の実施態様では、炉の側壁を冷却すること及びこ
の側壁の断熱性ライニングを省略することが提案されて
いる。
本発明のその他の実施態様は請求項２以下に記載されて
いる。
本発明により従来慣用されているセラミック酸化物材料
の代わりに使用可能な高純度炭素材料は、例えば黒鉛、
黒鉛砂礫又はカーボンブラックである。これらの材料は
その熱伝導性において著しく相違し、これは列記した順
序で低くなる。従って炉ライニングの多層構造が有利で
ある。
〔実施例〕
次に本発明を第１図及び第２図に基づき詳述する。これ
らの図面は本発明による炉の内部ライニングの２つの実
施例を断面図として略示するものである。
この場合３つのすべての図面において同じ部分には同じ
符号が付されている。
第１図において最も内側の層１はケイ素融液に対してで
きる限り密であるべきであり、従ってケイ素融液と接触
した際に緊密な炭化ケイ素皮膜で被覆される十分に高い
密度を有する電気黒鉛ブロックからなる。多孔性黒鉛加
工材料を選択した場合、これがケイ素を多孔性黒鉛構造
中に深く取り込み、その結果炭化ケイ素が生じることに
よりこの構造は開裂する。従って多孔性黒鉛はケイ素損
失量が大きい他に、著しい黒鉛浸食をもたらすおそれが
ある。
次層として黒鉛砂礫層６を配置するが、最後の最外側層
７はカーボンブラックからなっていてもよい。カーボン
ブラックは傑出した断熱特性を有するが、その機械的安
定性は小さい。しかしカーボンブラック層７は十分に薄
く配置するか又は完全に省略することもできる。これに
対して黒鉛砂礫６は、例えばるつぼ底部の断熱材として
、構造条件に好ましい断熱特性を失うことなく炉の全充
填物の重量を支えるのに十分な安定性を有する。
個々の壁層１．６．７の厚さは所望の断熱度に応じて調
整される。しかし最も内側の黒鉛層１は温度を約１３５
０°Ｃまで、従ってケイ素の融点よりも低く下げるべき
であり、これによりケイ素融液が絶縁Ｎ６及び７にまで
深く入り込むことは阻止され、従ってその絶縁作用は正
確に維持されまたケイ素の好ましくない材料損失も回避
される。
上記の各炭素材料は、ホウ素及び燐の許容含有量最高０
．０５　ｐｐｍｗ及び全不純物又は灰分の量最高１０ｐ
ｐｍｗの他に、炉ライニングによってＡＣＲ法で溶融金
属例えばケイ素が更に不純化されない程度の高純度で得
られる。
第２図に示した本発明のもう１つの実施例では、炉の外
部側壁８を構成する鋼ジャケットが冷却可能である場合
、断熱材での炉側壁の内部ライニングを省略することが
できる。溶融過程でるつぼ壁は使用した材料、特に溶剤
と鉱石との混合物（メラー混合物９）Ｓｔｏｗ及び還元
剤（例えば煤煉炭）から製造される。このメラー混合物
９はるつぼの縁に固体状態で留まり、ＡＣＲ法において
、還元過程で形成されまたこの温度でもなお揮発性の酸
化ケイ素ＳｉＯが凝縮することによりベーキングされ、
従って更に固化される。この装置では運転中に、側壁に
絶縁材を有するものよりも高い熱損失は生じない。それ
といのも熱は主として金属融液から、従って下方に向け
て導出されるからである。しかしこのるつぼ底部はこの
装置の場合層１．６及び７で熱的に良好に絶縁されてい
る。
本発明による電気低炉内でＡＣＲ法により得られたケイ
素は、常法で内張すされた炉中で得られたケイ素に比べ
て改良された純度を有する。残存する不純物は還元処理
の抽出物と関連する。バッチ内に得られたケイ素は例え
ば明らかに１　ｐｐｍｗ以下のホウ素含有量でｐ、Ｉｔ
性を有し、相殺されない。これから製造された太陽電池
は１１％以上の効率を生じる。
更にこの炉ライニングは良好な断熱性をもたらし、安定
で、数年におよぶ炉の連続運転を可能とする。この場合
層は高純度のケイ素を得るために提供されるだけではな
く、高純度の金属を還元により得る他の全ての冶金法で
も使用することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図及び第２図は本発明による炉の内部ライニングの
２つの実施例を示す略示断面図、第３図は公知の電気低
炉構造の略示断面図である。 １・・・黒鉛層 ２・・・流出口 ３・・・断熱材 ４・・・炭素層 ５・・・鋼板 ６・・・黒鉛砂礫層 ７・・・カーボンブラック層 ８・・・外部側壁

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）黒鉛るつぼと断熱材とからなる電気低炉の反応室用
    内部ライニングにおいて、少なくとも反応室（５）の底
    部が高純度の炭素からなる内部ライニング（１、６、７
    ）を有していることを特徴とする電気低炉用高純度内部
    ライニング。 ２）断熱材（６、７）が黒鉛、黒鉛砂礫又はカーボンブ
    ラックからなることを特徴とする請求項１記載の内部ラ
    イニング。 ３）高純度の炭素がホウ素及び燐をそれぞれ最高０．０
    ５ｐｐｍｗ及び全灰分を最高１０ｐｐｍｗ含むことを特
    徴とする請求項１又は２記載の内部ライニング。 ４）内部ライニング（１、６、７）が反応室の底部範囲
    にのみ配置されており又残りの炉側壁（８）が冷却可能
    であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１
    項に記載の内部ライニング。 ５）高純度の炭素からなる断熱材が数種の層として形成
    されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれ
    か１項に記載の内部ランニング。 ６）炉の内部ライニングが、その内側から外側に黒鉛（
    １）、黒鉛砂礫（６）及びカーボンブラック（７）から
    なる３層（１、６、７）を有していることを特徴とする
    請求項５記載の内部ライニング。 ７）黒鉛層（１）が、炉の運転時における層中の温度が
    炉の内部運転温度から外部に向けてケイ素の融点以下に
    まで低下するような厚さに被覆されていることを特徴と
    する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の内部ライ
    ニング。
JP63237462A 1987-09-23 1988-09-20 電気低炉用高純度内部ライニング Pending JPH01107089A (ja)

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DE19873732073 DE3732073A1 (de) 1987-09-23 1987-09-23 Hochreine innenauskleidung fuer einen elektroniederschachtofen
DE3732073.4 1987-09-23

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