KR200474509Y1

KR200474509Y1 - 조립형 흑연 관으로 구성된 흑연 도가니

Info

Publication number: KR200474509Y1
Application number: KR2020130000434U
Authority: KR
Inventors: 웬-핀 선
Original assignee: 선 파워 실리콘 코포레이션 리미티드
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2014-09-23
Also published as: KR20130004669U; TWM434072U; CN203034147U; US20130189637A1

Abstract

본 고안에 따른 조립형 흑연 관은 복수 단의 흑연 단관이 적층 조립되어 구성되며, 여기서 각 흑연 단관은 상부 결합부와 하부 결합부를 포함하고, 상부 결합부는 상기 흑연 단관의 상측 상면에 위치하고, 하부 결합부는 상기 흑연 단관의 하측 저면에 위치하고 상기 상부 결합부와 대응됨으로써 각 흑연 단관의 상기 상부 결합부와 다른 흑연 단관의 하부 결합부가 서로 가압적으로 접촉 가능하도록 한다. 각 흑연 단관이 적층된 후 소결 처리를 거쳐 각 흑연 단관이 융합되어 밀착되도록 할 수 있다. 이로써, 본 고안에 따른 조립형 흑연 관은 실리콘 제련 작업에 적용되어 필요에 따라 연결되어 충분한 길이를 가진 흑연 관을 제작하거나 또는 이로부터 파생하여 흑연 도가니를 제작할 수 있으며, 실리콘 제련 작업 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

조립형 흑연 관으로 구성된 흑연 도가니{GRAPHITE CRUCIBLE COMPOSED BY ASSEMBLY TYPE GRAPHITE TUBE}

본 고안은 흑연 관(tube) 및 이 흑연 관으로 구성된 흑연 도가니에 관한 것이며, 특히, 폴리 실리콘 제련(smelting)에 적용되는 장비에 관한 것이다.

본 발명의 출원인은 2011년 10월 24일에 발명의 명칭 "솔라급 폴리 실리콘의 진공 순환 제련 기술 및 장비"(출원번호:100138537)인 대만특허출원을 제출하였다. 당해 특허출원은, RH로(순환공정용 진공 처리로)와 VD로(진공 탈기체로)를 병합하여 싱글 노즐 듀얼 진공 순환에 의한 솔라급 폴리 실리콘의 제련 장비를 제작하고, 이 장비에 의한 진공 교반, 확산 및 탈기체 기술을 이용하여 솔라급 폴리 실리콘을 제조하는 방법을 개시하였다. 상기 싱글 노즐 듀얼 진공 순환에 의한 솔라급 폴리 실리콘 제련 장비는, 상부 RH로의 고진공 챔버와 하부 VD로(또는 병합된 중주파 유도로(intermediate frequency furnace))의 저진공 챔버를 포함하고, 이들은 하나의 싱글 노즐 연통관(원형관 흡입 노즐)을 통해 연결된다.

여기서, RH로 진공 처리는 순환 공정용 진공로라고도 지칭되며, 독일 Ruhrstahl와 Heraeus 이 두 회사가 공동 개발한 것으로, 그 주요한 작업 방식은 아래와 같다. 진공 챔버 하부에 위치한 2개의 도관을 용강(molten steel)에 삽입하고, 진공 배기 후 용강을 일정 높이로 상승시키고, 다시 불활성기체 Ar을 상승관에 불어 넣어 용강을 진공 챔버에 유입시켜 진공 처리를 받도록 하며, 이어서 다른 하나의 하행 도관을 거쳐 레이들(ladle)에 흘러 들도록 한다. 이 공법은 선진적인 제강 공장에서 용강에 대해 주로 채택하는 진공 처리 공법이다. 다만, 현재 제강에 사용되는 도관에 라이닝된 흡입 노즐은 대부분 알루미나, 석영(실리카), 세라믹 또는 그 밖의 다른 마그네슘 함유 재료, 붕소 함유 재료 등의 내화성 재료로 제작되며, 이들은 모두 솔라급 폴리 실리콘 제조용 순환 진공 장비(RH로)의 흡입 노즐에 사용하는데 적합하지 않다.

상기 문제를 감안하여, 본 고안은 흑연으로 구성되고, 알루미나, 석영(실리카), 세라믹 또는 그 밖의 다른 마그네슘 함유 재질, 붕소 함유 재질 등의 재질을 포함하지 않으므로, 금속 실리콘 제련시 다른 반응이 발생하지 않는 흑연 관을 제공한다.

상기 목적을 이루기 위해 안출된 본 고안에 따른 조립형 흑연 관은 복수 단의 흑연 단관(short tube)이 적층 조립되어 구성되며, 여기서 각 흑연 단관은, 상기 흑연 단관의 상측 상면에 위치한 상부 결합부; 및 상기 흑연 단관의 하측 저면에 위치하여 상기 상부 결합부와 대응하며, 각 흑연 단관의 상기 상부 결합부와 다른 흑연 단관의 하부 결합부가 서로 가압적으로 접촉 가능하도록 하는 하부 결합부를 포함하고, 각 흑연 단관이 적층된 후 소결 처리를 거쳐 각 흑연 단관이 융합되어 밀착된다.

이로써, 본 고안에 따른 조립형 흑연 관은 실리콘 제련 작업에 적용되어, 필요에 따라 연결하여 충분한 길이를 가지는 흑연 관을 제작할 수 있으며, 실리콘 제련 작업 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 상부 결합부를 평면을 이루도록 하고, 상기 하부 결합부를 대응되는 평면을 이루도록 할 수 있다. 또는, 상기 상부 결합부를 외측으로부터 내측 방향으로 경사진 경사면을 이루도록 하고, 상기 하부 결합부를 내측으로부터 외측 방향으로 경사진 경사면을 이루도록 할 수 있다. 또는 상기 상부 결합부를 내측으로부터 외측으로 경사진 경사면을 이루도록 하고, 상기 하부 결합부를 외측으로부터 내측으로 경사진 경사면을 이루도록 할 수 있다. 또는 상기 상부 결합부를 돌출 블록으로 형성하고 상기 하부 결합부를 대응되는 오목홈으로 형성할 수 있다. 또는 상기 상부 결합부를 오목홈으로 형성하고, 상기 하부 결합부를 대응되는 돌출 블록으로 형성할 수 있다. 이로써 더욱 편리하게 장착될 수 있도록 한다.

또한, 상기 돌출 블록은 경사면 또는 호형 면을 가짐으로써 각 흑연 단관의 접합 및 얼라이먼트에 유리하다.

나아가, 각 흑연 단관의 상기 상부 결합부와 다른 흑연 단관의 상기 하부 결합부의 간격을 5mm미만으로 하여 소결 진행에 유리하도록 할 수 있다.

나아가, 각 흑연 단관 사이에 역청, 타르, 카본 겔, 카본 페이스트, 카본 머드, 카본 수트, 실리카 겔, 실리콘 페이스트, 실리콘 머드, 실리카 퓸 또는 물이 첨가되어 각 흑연 단관 사이의 점착 결합에 유리하도록 할 수 있다.

또한, 본 고안은 조립형 흑연 관으로 구성된 흑연 도가니를 제공한다. 상기 조립형 흑연 관으로 구성된 흑연 도가니는, 조립형 흑연 관 및 흑연 베이스를 포함하고, 흑연 베이스는, 상기 하부 결합부와 대응되어 상기 조립형 흑연 관이 상기 흑연 베이스 상에 적층 가능하도록 하는 저부 결합부를 포함한다. 또한 각 흑연 단관과 상기 흑연 베이스가 적층된 후 소결 처리를 거쳐 각 흑연 단관과 상기 흑연 베이스가 융합 및 밀착된다.

이로써, 금속 실리콘 제련에 적용되는 도가니가 제공될 수 있으며, 상기 도가니는 금속 실리콘(Si) 제련용 가열로(熱煉爐)(중주파 유도로, 전기 아크로, VD로를 포함), 실리콘(Si)을 담기 위한 레이들(실리콘 레이들), 솔라급 폴리 실리콘(Poly Silicon) 도핑 처리를 위한 가열로(중주파 유도로, 전기아크로, VD로를 포함), 솔라급 폴리 실리콘(Poly Silicon) 진공 순환 제련용 RH로, 솔라급 폴리 실리콘(Poly Silicon) 제련로, 잉곳로 또는 장결정로 라이닝용의 고밀도 흑연 도가니에 적용된다. 종래에 이들 노(爐) 내부에 적용된 흑연 도가니의 사이즈가 모두 소형이므로 현재 생산능력에 한계가 있다. 그러나 본 고안에 따르면, 대형의 고밀도 흑연 도가니가 제작 가능하며, 생산능력을 향상시킬 수 있고 솔라 전지의 상류측 연관 산업 문제를 해결할 수 있다.

도 1은 본 고안의 실시예에 따른 조립형 흑연 관의 단면을 보여준 도면이다.
도 2는 도 1의 부분 단면을 확대하여 보여준 도면이다.
도 3은 본 고안의 실시예에 따른 흑연 도가니의 단면을 보여준 도면이다.
도 4는 도 3의 부분 단면을 확대하여 보여준 도면이다.
도 5는 본 고안의 실시예에 따른 흑연 도가니의 다른 실시형태의 단면을 보여준 도면이다.
도 6 내지 도 16은 본 고안의 실시예에 따른 조립형 흑연 관의 다양한 조립 방식의 단면을 보여준 도면이다.

도 1은 본 실시예에 따른 조립형 흑연 관(1)의 단면도이고, 도 2는 부분 확대도이다. 이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 조립형 흑연 관(1)은 복수 단의 흑연 단관(10)이 적층 조립되어 구성되며, 각 흑연 단관(10)은 상부 결합부(11)와 하부 결합부(12)를 포함한다. 여기서 상기 상부 결합부(11)는 상기 흑연 단관의 상측 상면에 위치하고, 상기 하부 결합부(12)는 흑연 단관의 하측 저면에 위치하고 상부 결합부(11)와 대응된다. 이로써 각 흑연 단관(10)의 상기 상부 결합부(11)와 다른 흑연 단관(10)의 상기 하부 결합부(12)는 서로 가압적으로 접촉하고, 각 흑연 단관(10)이 적층된 후 소결 처리를 거쳐 각 흑연 단관(10)은 융합 및 밀착된다.

본 실시예에 따른 흑연 단관(10)은 흑연을 중공 처리하여 구성된다. 따라서 알루미나, 석영(실리카), 세라믹 또는 그 밖의 다른 마그네슘 함유, 붕소 함유 등 재질을 포함하지 않으므로, 금속 실리콘 제련시 다른 반응이 발생하지 않으며 실리콘의 제련 가공시 실리콘 소재의 전송 또는 로딩에 적용된다. 또한, 복수 단의 흑연 단관(10)을 필요한 길이만큼 결합한 후 소결 가공을 통해 다양한 사용 사이즈에 부합하도록 제작할 수 있다. 여기서, 소결 처리의 적정 온도는 대략 1000℃~2000℃이다.

나아가, 도 3 및 도 4에 도시된 흑연 도가니(2)의 단면도 및 부분 확대도를 참조하면, 상기 흑연 도가니(2)는 상기 조립형 흑연 관(1)과 흑연 베이스(20)가 결합되어 구성된다. 흑연 베이스(20)는 저부 결합부(21)를 포함하고, 상기 저부 결합부(21)와 하부 결합부(12)는 서로 대응되어 상기 조립형 흑연 관(1)이 상기 흑연 베이스(20) 위에 적층 가능하도록 한다. 각 흑연 단관(10)과 상기 흑연 베이스(20)가 적층된 후 소결 처리를 거쳐 각 흑연 단관(10)과 상기 흑연 베이스(20)가 융합되어 밀착되도록 한다. 이로써 형성된 흑연 도가니(2)는 액체 실리콘을 담아 가열 사용할 수 있다. 또한, 본 실시예로부터 제작되는 흑연 도가니(2)는 대형 사이즈의 도가니 제조에 유리하다. 또한, 본 고안의 실시예의 특징은 번거로운 버클링 구성(예를 들어 나사산을 형성하여 나사 결합하는 구성)을 필요로 하지 않고, 각 흑연 단관(10) 또는 흑연 단관(10)과 흑연 베이스(20)를 가압적으로 접촉시켜 연결할 수 있으며, 이로써 생산 속도를 가속화하고 안정성을 향상할 수 있다.

또한, 본 고안에 따른 실시예는 서로 다른 흑연 단관(10)을 조립하여 필요한 외형을 갖도록 할 수 있다. 예를 들어 도 5에 도시된 다른 하나의 흑연 도가니(2')의 실시예와 같이, 개구 면적이 흑연 베이스(20)보다 큰 형태(원뿔형과 유사)로 형성할 수 있다.

흑연 베이스(20)의 저부 결합부(21)는 상기 하부 결합부(12)와 대응적으로 가압 접촉하기 위한 것이므로 상기 상부 결합부(11)와 동일한 구성을 가질 수 있다. 또한, 다양한 결합 방식을 가지므로, 이하 실행 가능한 다양한 실시 형태를 도면을 결부하여 상부 결합부(11)와 하부 결합부(12)를 통해 설명하기로 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상부 결합부(11)는 평면을 이루고, 하부 결합부(12)는 평면을 이룬다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 상부 결합부(11)는 외측으로부터 내측 방향으로 상향으로 경사진 경사면을 이루고, 상기 하부 결합부(12)는 외측으로부터 내측 방향으로 상향으로 경사진 경사면을 이룰 수 있다. 또는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 상부 결합부(11)는 내측으로부터 외측 방향으로 상향으로 경사진 경사면을 이루고, 상기 하부 결합부(12)는 내측으로부터 외측 방향으로 상향으로 경사진 경사면을 이룰 수 있다.

또는, 도 6 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 상부 결합부(11)는 돌출 블록이고, 상기 하부 결합부(12)는 대응되는 오목홈일 수 있다. 또는, 상기 상부 결합부(11)는 오목홈이고, 상기 하부 결합부(12)는 대응되는 돌출 블록일 수 있다. 돌출 블록 또는 오목홈을 막론하고 그 형태는 한정되지 않으며, 도 11, 도 14에 도시된 바와 같이 상기 돌출 블록이 경사면 또는 호형 면을 가지도록 하면 모두 위치 고정 효과를 가져올 수 있다.

또한, 각 흑연 단관(10)의 상기 상부 결합부(11)와 다른 흑연 단관(10)의 상기 하부 결합부(12)가 적층할 때의 간격은 5mm로서, 소결 진행에 유리할 수 있다.

또한, 각 흑연 단관(10) 사이에는 역청, 타르(tar), 카본 겔(

), 카본 페이스트, 카본 머드(

(

)), 카본 수트, 실리콘(Si) 겔, 실리콘 페이스트, 실리콘 머드(

(

)), 실리카 퓸 또는 물을 첨가하여 플라세보성(安慰性) 접착제로 하여, 소결 진행 전에 각 흑연 단관(10)의 상대적 위치를 일시적으로 고정할 수 있다.

1:조립형 흑연 관, 10:흑연 단관, 11:상부 결합부,
12:하부 결합부, 2,2':흑연 도가니, 20:흑연 베이스,
21:저부 결합부

Claims

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조립형 흑연 관으로 구성된 흑연 도가니에 있어서,
조립형 흑연 관 및 흑연 베이스를 포함하고,
상기 조립형 흑연 관은 복수 단의 흑연 단관이 적층 조립되어 형성되고, 각 흑연 단관은,
상기 흑연 단관의 상측 상면에 위치한 상부 결합부; 및
상기 흑연 단관의 하측 저면에 위치하고, 상기 상부 결합부와 대응되어, 각 흑연 단관의 상기 상부 결합부와 다른 흑연 단관의 하부 결합부가 서로 가압적으로 접촉 가능하도록 하는 하부 결합부를 포함하고,
상기 흑연 베이스는, 상기 하부 결합부와 대응되어 상기 조립형 흑연 관이 상기 흑연 베이스 상에 적층되도록 하는 저부 결합부를 포함하며,
각 흑연 단관과 상기 흑연 베이스가 적층된 후 소결 처리를 거쳐 각 흑연 단관과 상기 흑연 베이스가 융합되어 밀착되도록 한 것을 특징으로 하는 조립형 흑연 관으로 구성된 흑연 도가니.
제7항에 따른 조립형 흑연 관으로 구성된 흑연 도가니에 있어서,
상기 상부 결합부는 평면을 이루고, 상기 하부 결합부는 대응되는 평면을 이루거나; 또는 상기 상부 결합부는 외측으로부터 내측 방향으로 상향으로 경사진 경사면을 이루고 상기 하부 결합부는 외측으로부터 내측 방향으로 상향으로 경사진 경사면을 이루거나; 또는 상기 상부 결합부는 외측으로부터 내측 방향으로 하향으로 경사진 경사면을 이루고, 상기 하부 결합부도 외측으로부터 내측 방향으로 하향으로 경사진 경사면을 이루는 것을 특징으로 하는 조립형 흑연 관으로 구성된 흑연 도가니.
제7항에 따른 조립형 흑연 관으로 구성된 흑연 도가니에 있어서,
상기 상부 결합부는 돌출 블록이고, 상기 하부 결합부는 대응되는 오목홈이거나; 또는, 상기 상부 결합부는 오목홈이고, 상기 하부 결합부는 대응되는 돌출 블록인 것을 특징으로 하는 조립형 흑연 관으로 구성된 흑연 도가니.
제9항에 따른 조립형 흑연 관으로 구성된 흑연 도가니에 있어서,
상기 돌출 블록은 경사면 또는 호형 면을 구비하는 것을 특징으로 하는 조립형 흑연 관으로 구성된 흑연 도가니.
제8항 또는 제10항에 따른 조립형 흑연 관으로 구성된 흑연 도가니에 있어서,
각 흑연 단관의 상기 상부 결합부와 다른 흑연 단관의 상기 하부 결합부의 간격이 5mm 미만인 것을 특징으로 하는 조립형 흑연 관으로 구성된 흑연 도가니.
제11항에 따른 조립형 흑연 관으로 구성된 흑연 도가니에 있어서,
각 흑연 단관 사이에 역청, 타르, 카본 겔, 카본 페이스트, 카본 머드, 카본 수트, 실리카 겔, 실리콘 페이스트, 실리콘 머드, 실리카 퓸 또는 물이 첨가되는 것을 특징으로 하는 조립형 흑연 관으로 구성된 흑연 도가니.