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ARC FURNACE FOR PRODUCING METAL SILICON

Patent code P180015231
File No. 1868
Posted date Aug 28, 2018
Application number P2017-003946
Publication number P2018-111637A
Date of filing Jan 13, 2017
Date of publication of application Jul 19, 2018
Inventor
  • (In Japanese)本間 敬之
  • (In Japanese)國本 雅宏
  • (In Japanese)福中 康博
Applicant
  • (In Japanese)学校法人早稲田大学
Title ARC FURNACE FOR PRODUCING METAL SILICON
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problems of a long reaction time upon the production of metal silicon produced by the conventional submerged arc furnace, great power consumption accompanying the same and the inefficiency of high purity silicon production caused by the intrusion of impurities included in a graphite electrode into metal silicon.
SOLUTION: Provided is an arc furnace for producing metal silicon comprising: a graphite electrode inserted from the outside of the arc furnace into the closed arc furnace; and an exhaust port for exhausting metal silicon (Si(l)), in which the graphite electrode has a through hole from the outside of the furnace to the tip part of the electrode in the furnace, and raw materials for producing metal silicon and a reducing agent are fed from the tip part of the electrode in the furnace into the arc via the through hole, and also provided is a method for producing metal silicon using the arc furnace.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

近年、地球環境保護の観点から再生可能エネルギーの重要性が益々高まっている。

現在工業的に広く実施されている金属シリコンの製造方法は、シリカ(SiO2)を原料としてアーク炉にて、炭素を還元剤に還元処理を行い、金属シリコン(MG-Si)を製造し、金属シリコン(MG-Si)を更に種々の方法にて不純物を除去し、太陽光発電に使用可能な高純度シリコン(SOG-Si)を製造している(非特許文献1~4)。金属Siから太陽光発電用の高純度シリコンを製造する方法として、不純物を気相に揮発、精留、精製するため、さらに膨大なエネルギーを消費するシーメンス法(非特許文献5)が広く用いられている。

しかし、これらの方法には、多くの問題点がある。特にエネルギー消費量が莫大であることが最も重要な問題点である。エネルギー消費が大きいことにはいくつかの原因がある。

最も大きな原因は、SiO2のアーク炉による熱還元による金属シリコンの製造プロセスにおいては、反応温度が極めて高いことや、還元反応の結果、生成したSiOガスが低温部で再酸化され、炉内を循環し続ける複雑な反応に基づき原料の炉内での滞留時間が長くなり、結果的に大きなエネルギーが必要となる。さらに、この長時間の反応時間によって、黒鉛電極中に含まれるホウ素やリン等の不純物が製造物である金属シリコンに不純物として混入することにより、シーメンス法等によって金属シリコンから高純度シリコンを製造する工程の効率を低下させているものと考えられる。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、金属シリコンを製造するための高い効率性を有するアーク炉、及び金属シリコンの製造方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
金属シリコン製造用のアーク炉であって、
アーク炉外より密閉されたアーク炉内に挿入された黒鉛電極、及び、金属シリコン(Si(l))を排出するための排出口を備え、
前記黒鉛電極は、炉外より炉内電極先端部まで貫通孔を有し、
金属シリコンを製造するための原料及び還元剤が前記貫通孔を介して炉内電極先端部よりアーク内に供給される、
ことを特徴とするアーク炉。

【請求項2】
 
金属シリコン製造用のアーク炉であって、
反応ガスを排気するための排気手段をさらに備える、
ことを特徴とする、請求項1に記載のアーク炉。

【請求項3】
 
金属シリコンの製造方法であって、
炉外より炉内電極先端部の貫通孔を介して金属シリコンを製造するための原料及び還元剤をアーク内に供給する工程、
を含むことを特徴とする製造方法。

【請求項4】
 
金属シリコンの製造方法であって、
前記原料及び還元剤よりアーク先端を含むアーク内で(炭素熱還元反応によって)金属シリコンが製造される工程、
を含むことを特徴とする請求項3に記載の製造方法。

【請求項5】
 
さらに、金属シリコンの製造における反応ガスを、製造される金属シリコンとの混合状態で炉外に排出する工程を含む、
ことを特徴とする請求項3又は4に記載の製造方法。

【請求項6】
 
金属シリコンの製造方法であって、
前記原料及び還元剤が、キャリアガスと共にアーク炉内に供給される、
ことを特徴とする、請求項3~5のいずれか1項に記載の製造方法。

【請求項7】
 
金属シリコンの製造方法であって、
前記金属シリコンの製造方法であって、
反応ガスとして生成するSiO(g)を排気する工程をさらに含む、
ことを特徴とする請求項3~6のいずれか1項に記載の製造方法。

【請求項8】
 
金属シリコンの製造方法であって、
前記原料が二酸化ケイ素を主成分として含む原料であって、白珪石、石英、珪砂及び珪岩から選択され、
前記還元剤が炭素系還元剤であって、石炭、コークス、黒鉛、木炭、ウッドチップ及び炭素系煤塵から選択され、及び/又は、
前記原料及び還元剤が、前記原料と前記還元剤との混合物である
ことを特徴とする、請求項3~7のいずれか1項に記載の製造方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2017003946thum.jpg
State of application right Published
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