還原爐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種尤其用于生產(chǎn)硅的還原爐，包括爐外殼(3)和帶有尤其圓形截面的多個電極(1a，1b)，電極彼此以所限定的布置方式尤其沿著圓弧(2)布置在爐外殼中，其中，電極(1a，1b)中的至少一個構(gòu)造為由多個單電極(1a，1b)組成的電極束，尤其構(gòu)造為雙電極。
【專利說明】還原爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的尤其用于生產(chǎn)硅的還原爐。
【背景技術(shù)】
[0002]還原爐的功率尤其在硅爐的情況下受到限制，因為為了生產(chǎn)冶金硅必需炭電極(預(yù)焙電極)，而為了生產(chǎn)太陽能娃(Solar-Silizium)必需高純度的石墨電極。炭電極的最大直徑處在1270mm-1400mm中。高純度的石墨電極是經(jīng)附加提純的石墨電極。因為石墨必須為此經(jīng)過滲透，所以最大直徑目前限制在大約400mm-450mm上，盡管可提供直徑可達800mm-850mm的石墨電極。
[0003]電極中的這些限制將用于冶金硅的硅爐的可能的功率限制在25MW_3(MW上，而將用于太陽能硅的硅爐的可能的功率限制在大約10MW-12麗上。
[0004]娃的生產(chǎn)過程在沒有洛浴(Schlackenbad)的情況下運行，而反應(yīng)區(qū)在爐子中的大小除了功率之外首先取決于電極的直徑以及電極與原材料的接觸面。
[0005]由于所要求的純度(鐵從鋼殼到達到產(chǎn)品中)，不可使用價格便宜的索德別爾格電極(SMerberg-Elektrode )(在鋼殼(外殼)中形成電極糊和首先在爐子中進行烘焙)。
[0006]炭電極相對更貴，石墨電極還要更貴。從處理角度來看，炭電極由于長度和直徑和重量和相對更低的強度而要求很嚴格。
[0007]現(xiàn)在，為了在同時更低的電極成本的情況下能夠呈現(xiàn)更高的功率，開發(fā)出所謂的復(fù)合電極或混合電極(例如，型號“ELSA”)。圍繞石墨芯通過固定的外殼來使索德別爾格電極糊成形且使之與石墨芯一起焙燒。然而，這種技術(shù)需要帶有兩個加料裝置(Nachsetzvorrichtung)(分開地用于芯部與真正的電極)的費用更高的電極股(Elektrodenstrang)和作為芯部的昂貴的石墨電極。然而，由于擠流效應(yīng)(Stromverdrangungseffekt)，僅僅很小的電流流動通過在電極中心中的在電流技術(shù)方面可高負載的石墨電極，而電流更可能流動通過可更低負載的索德別爾格電極糊。因此僅對石墨電極使用了其能力中的一小部分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于在電極的效率方面改善還原爐。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，對于開頭所提及的還原爐利用權(quán)利要求1的特征部分的特征在解決。通過使用更小的單電極(Einzelelektroden)、通過將傳統(tǒng)的電極構(gòu)造為由多個單電極組成的束可尤其實現(xiàn)大電極的功率。
[0010]在優(yōu)選的細節(jié)設(shè)計方案中可將根據(jù)本發(fā)明的還原爐構(gòu)造為硅爐。優(yōu)選可涉及用于制造太陽能娃的爐子。
[0011]在還原爐的一優(yōu)選的改進方案中設(shè)置成單電極相應(yīng)具有基本上圓形的截面。
[0012]有利地，設(shè)置成單電極包括石墨，尤其包括高純度的石墨。借此可獲得高純度的娃。在一優(yōu)選的改進方案中設(shè)置成單電極具有不大于大約650毫米的直徑,優(yōu)選具有不大于大約450毫米的直徑。這尤其適用于使用高純度的石墨-電極。
[0013]通常在此有利地設(shè)置成還原爐具有高于大約10麗的功率，尤其具有高于大約12MW的功率。例如對于太陽能硅來說，這種爐子僅可利用根據(jù)本發(fā)明的電極才能實現(xiàn)。
[0014]為了適宜地電流分配，電極布置在垂直于圓弧的線上。但在本發(fā)明的備選的實施方式中還可以選擇其它的幾何結(jié)構(gòu)。尤其還可將爐子設(shè)計為矩形爐，在其中，電極束(Elektrodenbiindel)例如沿著一個或多個平行的直線來布置。
[0015]在一可能的實施方式中設(shè)置成電極束的單電極通過恰好一個電極股在電方面相連接。
[0016]但在一備選于此的實施方式中，電極束的單電極還可與分開的電極股相連接，借此可實現(xiàn)更高的功率和更低的電極電流。
[0017]通?？捎欣卦O(shè)置成可將電極束的單電極彼此單獨地從爐外殼中移出。
[0018]在本發(fā)明的一優(yōu)選的改進方案中設(shè)置成電極束可圍繞自己的中心點轉(zhuǎn)動或振動。借此可預(yù)防爐料表面的結(jié)殼。一般通?？墒範t外殼相對電極運動，例如轉(zhuǎn)動。備選地或補充于此，還可將電極布置成可運動。
[0019]從隨后說明的實施例中以及從從屬權(quán)利要求中得到其他的優(yōu)點和特征。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]下面對本發(fā)明的實施例進行說明且借助附圖進行進一步闡述。
[0021]圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)的還原爐的示意性的俯視圖。
[0022]圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的還原爐的示意性的俯視圖。
【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明的優(yōu)選的實施例:雙電極。
[0024]在本實施例中相應(yīng)代替大直徑的復(fù)合電極I設(shè)置有更小直徑的至少兩個(或根據(jù)互連方式(Verschaltung)甚至多個)石墨電極la、lb。在圓形的爐外殼中，布置方案以從爐中心開始的、相繼垂直于電極分度圓直徑的線上來實現(xiàn)。理想地，但并非強制性地，外部的電極Ia的外部的邊緣和內(nèi)部的電極Ib的內(nèi)部的邊緣相應(yīng)處在相比很大的電極I的邊緣的少許外部。在兩個電極la、lb之間存在自由空間。兩個(或多個)電極la、lb可實施成或者與完全分開的電極股相連接，或通過僅僅一個電極股來連接。因此在帶有分開的電極股的實施方案中可對不同的電極消耗進行均衡，或者還可將單電極從活性的爐區(qū)域中移出。
[0025]電極對la、Ib或電極束分布地布置在分度圓上。在圓形的三相爐的情況下通常有三對電極對或電極束。
[0026]可選地，可考慮根據(jù)工藝的要求使電極對la、lb或電極束圍繞其自己的虛構(gòu)的中心點(大約在分度圓上)振動或轉(zhuǎn)動，也就是說，在這種情況下不僅必要時使爐外殼3轉(zhuǎn)動，而且此外使電極對或電極束la、lb( “轉(zhuǎn)動的電極股”)轉(zhuǎn)動。與在很重的股的情況相t匕，這可在相對很輕的電極股的情況下更容易實現(xiàn)。通過這種方式例如預(yù)防在爐料表面的結(jié)殼。
[0027]以這種方式 -可充分利用石墨電極的可能的載流能力；
-針對很好分配地電流過渡，提供有兩個電極的周緣；
-可對電極如此進行定位，使得盡管電極的直徑很小反應(yīng)腔仍然足夠大和如期望的那樣填充爐容積，但是沒有取消與殼壁的保護間距；
-可將一個/多個電極股實施成明顯更輕，因為電極重量明顯更低；
-可以很小的花費使電極快速運動；
-可降低運行成本；
-可簡化操作(僅電極的型式，不用再裝填電極糊)
-可實現(xiàn)更低的能耗，因為與炭電極或甚至索德別爾格電極相比，石墨電極具有80%地更小的固有電阻。相對于復(fù)合電極，這種優(yōu)點為大約50%。關(guān)于總能耗，這占大約3% -5%。
[0028]-可根據(jù)互連方式提高爐阻抗(Herdwiderstand),這引起更小的變壓參量和同時更低的能耗，或這可在值給定時實現(xiàn)功率提高。
[0029]-在其他情況下通常常用的電極分度圓調(diào)節(jié)已經(jīng)存在于方案之中和可非常易變地執(zhí)行。
[0030]-還可根據(jù)互連方式通過不同的功率輸入實施一種類型的“電動的分度圓調(diào)節(jié)”，也就是說，例如通過內(nèi)部的電極輸入更多能量，而通過外部的電極輸入更少能量。
[0031]在功率強大的爐子(例如>10MW)中制造太陽能硅基于對直徑的特別的限制由于石墨電極的所要求的提純甚至只有利用雙電極才可實現(xiàn)。
[0032]因為硅爐優(yōu)選振動地或轉(zhuǎn)動地實施，所以可以說在分度圓的方向上考慮反應(yīng)腔的一定的縮小。也就是說，替代理想的圓形的形狀，反應(yīng)腔應(yīng)更可能呈現(xiàn)略微橢圓形的形狀，并且通過運動對其再次進行補償，也就是說，通過這種方式重新連接反應(yīng)腔。
[0033]其他特征:
由于最大直徑的所提到的限制，直到可對用于生產(chǎn)太陽硅的石墨電極充分提純(在這時為大約400毫米)，對于以更高的功率(> 大約10MW)生產(chǎn)太陽硅，強制性地需要帶有更大數(shù)量的電極的方案。在此，帶有雙電極的太陽能硅-SAF避免6電極矩形爐或未經(jīng)檢驗的結(jié)構(gòu)形式。
[0034]所述的雙電極更輕:
1700型復(fù)合電極每米重約3.4噸。
[0035]兩個600型石墨電極每米僅重約0.95噸。
[0036]在例如直至5MW-1(MW的更小的爐子的情況下還可將兩個電極聯(lián)合在一起(即需要兩個接觸夾片和僅僅一個加料裝置)。
[0037]在更大的爐子的情況下可設(shè)置兩個分開的加料裝置，然而以簡單的實施方案。
[0038]電的互連可如同在3電極-SAF中的情況那樣來實施。但備選地，還可類似于6電極矩形爐那樣實現(xiàn)互連。由此可正面地影響電極電流和爐阻抗，從而可實現(xiàn)例如15%地更高的功率或更低地電極電流。
[0039]理想地，該技術(shù)適用于對廉價的索德別爾格電極不適合的所有工藝。但原則上所有的工藝可利用該電極技術(shù)來運行，即不僅僅是硅和太陽能硅-SAF。
[0040]參考標號列表1.復(fù)合電極(現(xiàn)有技術(shù))
la, Ib雙石墨電極，必要時高純度的雙石墨電極
2分度圓
3爐徑(內(nèi)側(cè)爐襯，爐外殼)。
【權(quán)利要求】
1.一種尤其用于生產(chǎn)硅的還原爐，包括爐外殼(3)和帶有尤其圓形截面的多個電極(la，Ib)，電極彼此以所限定的布置方式尤其沿著圓弧(2)布置在所述爐外殼中，其特征在于，所述電極(la，lb)中的至少一個構(gòu)造為由多個單電極(la，lb)組成的電極束，尤其構(gòu)造為雙電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的還原爐，其特征在于，所述單電極(la，lb)相應(yīng)具有基本上圓形的截面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的還原爐，其特征在于，所述單電極(la，lb)包括石墨，尤其包括高純度的石墨。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的還原爐，其特征在于，所述單電極(la，lb)具有不大于大約650毫米的直徑，尤其具有不大于大約450毫米的直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的還原爐，其特征在于，所述還原爐具有高于大約IOMW的功率，尤其具有高于大約12MW的功率。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的還原爐，其特征在于，所述單電極(la，lb)布置在垂直于所述圓弧(2)的線上。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的還原爐，其特征在于，所述電極束的單電極(la，lb)通過正好一個電極股在電方面相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的還原爐，其特征在于，所述電極束的單電極(la, lb)與分開的電極股相連接。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的還原爐，其特征在于，所述電極束的單電極(la，lb)可彼此單獨地從所述爐外殼(3)中移出。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的還原爐，其特征在于，所述電極束(la，lb)可圍繞自己的中心點轉(zhuǎn)動或振動。
【文檔編號】C01B33/035GK103717988SQ201280023155
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年2月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月13日
【發(fā)明者】R·克尼希, D·施特里德, R·德格爾, A·維耶, W·魏舍德爾 申請人:Sms西馬格股份公司