JPH01164717A - シリコン、炭化珪素又はフェロシリコン製造用未焼結ブリケットの製法及びその製造装置 - Google Patents

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、電気炉にて、シリコン、炭化珪素又はフェロ
シリコン製造用の未焼結ブリケットを。

珪砂（又ぼ石英砂）、カーボン担体及びビチューメン結
合剤混合物ペレットを使用してその加熱処理により製造
する方法に関し、さらに本発明は上記の方法を実施する
ための装置に関するものである。一般に、　０．０５〜
０．２■の粒子範囲の珪砂が本発明の如きブリケットの
製造には用いられ、上記のサイズ範囲において種々のサ
イズ分布のものが用いられる。勿論、フェロシリコンの
製造には微細粉化した鉄又は酸化鉄が未焼結ブリケット
に混加される。

（従来技術及び解決せんとする問題点）特定の目的のた
めの未焼結ブリケットは特定の化学的及び物理的要求を
満たすものでなければならない。例えば、英国特許第２
０８４１２２号明細書に示すように、シリコン製造にお
ける重要な化学的配慮は、電気炉を未焼結ブリケットが
通過する際。

下記式 ％式％ により炭化珪素をまず炉頂にて形成させることである。

したがって１個々の未焼結ブリケットの炭素含量は調節
されなければならない。常に過化学量論的に調節する（
英国特許第２１５０１２８号明細書）。

物理的観点からは、未焼結ブリケットが炉を通過する際
、下記式 ％式％ により炉底で導入した溶融石英と反応するため。

とくにＳｉＯへ還元の間に未焼結ブリケットが崩壊しな
いようにすることが必要である。

勿論、さらに反応は炉内で進行し、その１つは下記式 ％式％ により一酸化珪緊の高温で形成され、収率及び熱バラン
スにおける損失により成るものは失われる。

実際には、化学的及び物理的要求を満たす方法でシリコ
ン製造用の未焼結ブリケットを製造する唯一の可能性の
ある方法は熱ブリケットを使用することである（英国特
許第２０８８８４０号明細書）。この熱ブリケットを使
用する方法はビチューメン結合剤として溶融粘結炭を含
むブリケットを約５００℃で生産する。３５０と４５０
℃の間にある上記粘結炭の融点は、溶融炭が結合さるべ
き物質中に十分に分配されかつペレットが半ケーキの形
成により強化されるならば、ブリケット形成中に上昇さ
れる。ブリケット品質におけるきわめて重要な因子は、
ペレットが大容器中で数時間ブリケット化温度に保たれ
る特殊な熱処理にあり、すなわち加熱処理はテンパリン
グとしてかつペレット自体の熱として知られた形におけ
る加熱処理であり、ブリケットの強度を倍化するもので
ある。しかしながら、熱ブリケツト化によらないシリコ
ン、炭化珪素又はフェロシリコン製造用の未焼結ブリケ
ットの製造は比較的コスト高となる。ブリケットから生
産さるべき物質にきびしい純度を求める場合の他の不利
益点は、粘結炭又は装置の金属摩滅による不純物が熱ブ
リケツト化中にブリケット中に入ることである。同様の
配慮が炭化珪素又はフェロシリコンの製造にも必要であ
る。゛フェロシリコン“なる用語はシリコン金属、とく
に金属として鉄が対象となる発明の目的において使用さ
れる。

（発明の目的） 本発明の目的は、化学的又は物理的見地から十分に満足
しうる未焼結ブリケットを熱ブリケツト化を用いずに製
造することにある。

（発明の構成） 本発明によれば、製造は、溶融ビチューメン粘結炭を有
せずかつ混合物の割合を調節しかつ緊密化して石英の嵩
密度より比重を大にしてペレットを使用して行ない、加
熱処理が石英砂の湿潤床中で進行するように底部に石英
砂をみたした加熱回転管状炉中にペレットを加熱処理の
ために導入する。゛溶融ビチューメン粘結炭のない″な
る語は実質的に粘結炭のないものを意味し、もし存在す
るならば他のカーボン担体及び石英砂が粘結炭に結合し
ているような量で存在しないことを意味する。

本発明は、粘結炭を用いず、すなわち粘結炭によって熱
ブリケツト化されずに塑造された比較的低強度のペレッ
トが分解せずに回転管状炉中で強化されるので、加熱処
理が石英砂湿潤床中、したがって実質的に空気を排除し
て行われる時には仕上りブリケットはすべての物理的及
び化学的要求をみたしたものになる。という驚ろくべき
事実にもとづくものである。

湿潤床の粒子のサイズは上記したサイズに該当する。湿
潤床中のペレットの処理時間は適当な硬化を保証しうる
ように調節する。例えば硬化時間は約４５〜６０分の範
囲であり、これは最新の回転管状炉の技術によりすでに
可能な時間である。ペレット、したがって仕上りブリケ
ットは数ミリメーターから数センチメーターの直径を有
する。これらはペレット化装置で円形ペレットなされる
か。

またはプレスによる造形具により例えば卵形ブリケット
として他の形にペレット化される。

本発明による方法には数種の変法がある。有利には本発
明による方法は３５〜６５重量％の石英砂を含有し、１
．４〜１．６ｇ／ｃＪの比重量を有するペレットを用い
て行なうが、一方石英砂の嵩密度は勿論約１．２　ｇ　
／−あるいはそれよりやや高いものである。炉内温度は
高すぎて、はならない。回転管状炉及びしたがって石英
砂湿潤床は最終的には５００”Ｃまでになされる。最適
には加熱処理においてペレットでは重炭化水素の脱ガス
及びビチューメン結合剤及びカーボン担体の適当な低温
炭化が行われる。本発明によれば目的を達成するために
は１石英砂の量が炉中の対応するペレット量の充填空積
の容量の２倍以上であるように石英砂が充填されるべき
である。空間容積とは充填容積におけるペレット間の空
隙の量の合算である。

本発明によれば、湿潤床は炉中に残留し、その結果適当
な手段で仕上り未焼結ブリケットは移動する。このよう
にして移動したブリケットは湿潤床から若干の砂を持ち
去り、対応する新しい石英砂のトッピングが必要になる
。方法を簡略化することにより識別化されかつ後述する
如き利点を有する好ましい態様においては、湿潤床にお
けるかなりな量の石英砂が仕上り未焼結ブリケットと共
に炉から排出され、その砂の少なくともある部分は加熱
されたまま炉に戻り、残余のものは新しい石英砂にて置
きかえられる。その結果、湿潤床のために特別の湿度形
状を有することが可能となり。

好ましくはその結果炉の入口における新しい石英砂とＮ
ｌｉ環熱石英砂との混合がペレット加熱湿潤床において
約２００℃の温度を生じ、炉の加熱が炉の出口において
約５００”Ｃまでに増大する。加熱処理中にまず重質つ
いでそれより軽質の炭化水素がペレットから蒸発し７湿
潤床中でそれらは分解する。

したがって、熱石英砂はカーボンの強い被膜となるよう
に強固な分解カーボンの形で再順環し１石英砂の個々の
粒子上で形成される。この方法を達成するもっとも単純
なものは個々の砂の粒子に対し統計的平均で３回再順環
を行なうことである。

上記の如き被膜を有する粒子は特別な方法において使用
される。この目的のため９本発明方法によれば、カーボ
ン被膜を有する再順環石英砂を少くともある範囲まで含
有する石英砂からなるペレットを使用して行われる。好
ましくは、ペレットは主としてカーボン被膜を有する石
英砂からなる。

勿論残余の分解生成物は湿潤法附近で燃焼する。

好都合なことに、カーボン担体又はビチューメン結合剤
から発生する不純物が実質的にない未焼結ブリケットを
生成するため、カーボン担体としてのオイルコークス及
び／又はビチューメン結合剤としての石油系ピンチを含
有するペレットを使用する。本発明方法にて使用する石
油系ピッチは灰分含量が０．０１重量％以下のものであ
り、したがって、はとんど不純物のないものとなる。上
記ピッチのコークス収率は７０％に達する。本発明方法
に適した石油コークスは望ましくない成分を０．２重量
％以下有する。同様の配慮が石英砂にも適用され、かか
るわずかな不純物はほとんど方法において影響を与えな
い。石油コークスは勿論石英砂と同程度の粒子に粉砕さ
れ、好ましくは粒子サイズが１ｆｆ１１１以下である。

上述した如く１本発明方法においては、ペレットは各種
の方法例えば球形ペレット用ペレタイザーにより作くら
れる。しかし、ブリケットプレスにより作られたペレッ
トを用いるのがより単純に行なえる。この際ペレットの
比重量は加圧により簡単な方法で制御さｎる。

本発明は又上記の方法を実施するための、すなわち、珪
砂、カーボン担体及びビチューメン結合剤混合物ベレッ
トを形成する手段、及びペレットを熱処理する手段を有
する装置に関する。そのような装置において７ペレノト
を熱処理手段はペレットのための入口及びそこを通って
未焼結ブリケットが通過する出口を有する回転管状炉で
ある。

炉は珪砂床の温度が炉室内を向いたバーナーによる１例
えば固形地下燃料或はガス燃料の燃焼、及び揮発物を空
気の付加による燃焼により約５０００Ｃになるように製
造されており、及び炉内の下部のオーブンに敷きつめら
れたペレット処理用湿潤床を有する。

好ましくは、炉は珪砂が仕上り未焼結と共に押出し、ス
クリーニング用装置にて上記未焼結から離れて順環し炉
に至る炉入口と炉出口に接続する順環設備と、及び上記
珪砂が新しい珪砂中に混合される手段を有する。勿論、
熱処理により及びその他から発生するガス及び蒸気は、
いずれも遮断され及び浄化或は無害化される。本発明は
又、上記の方法にて製造する。シリコン或は炭化珪素或
はフェロシリコン（シリコンメタルヲ含む）製造用の未
焼結ブリケットに関する。

本発明の利点と方法は、更に次の１つの代表的実施例に
より詳細に説明する。

第１図は本発明による方法を実施する装置を示す。

該装置はシリコーン或は炭化珪素製造用グＩＪ−ンブリ
ケットの製造に有用である。上記装置の基本的な構成を
示す。扁１は珪砂、カーボン担体及びビチューメン結合
剤より成るペレット形成、工程を、扁２はペレットの熱
処理工程を意味する。

Ａ２は回転管状炉３０段階であり、ペレットを入れる入
口４及び未焼結ブリケットを一定時間後にそこから取り
出す出口５を有している。バーナー６は炉室内に取りつ
けられ約５０００Ｃまで上記炉３を加熱する。炉３はペ
レット用珪砂の湿潤床７を有し、該湿潤床７は炉内に、
及びバーナー６から上に出ないようにして敷かれている
。又、炉３には湿潤床７の珪砂用循環路８が設けられて
おり。

炉の入口４及び出口５に接続している。これにより、珪
砂は未焼結ブリケットと共に排出され、及びスクリーニ
ング用装置９で取り除かれる。排除された珪砂は再び入
口４で加熱されて炉３に入る。

又１手段１ｏが、それにより新鮮な珪砂を導入及び混ぜ
るために炉の入口４に設置されている。ペレット製造用
手段１は上記装置の前に連続して設置される。この実施
態様は２個の回転ミキサー１１゜クーラー１２及び加圧
器］−３を具備しておりペレットの形成にあたる１本実
施態様では石油コークスが用いられる。

石油コークスを、まず最初のミキサー１１に入れる。該
ミキサー１１は７例えばＳ工Ｃプレートで裏打ちされて
いる。石油コークスは６〜１０％の水分を含有しており
、最初のミキサーで乾燥、加熱される。加熱及び乾燥は
上記珪砂の一部を炉３の熱運搬体として用いることによ
りなされる。このようにして使用される珪砂の温度は５
００℃である。水分の蒸発及び加熱には石油コークスと
珪砂の約半々量の混合により発生する最終約１５０℃の
発熱エネルギーが必要である。もし、結合剤が添加混合
される次の段階にとって、上記温度が充分でない場合に
は、廃棄ガスは炉３を通って第１のミキサー１１にて熱
せられ、水蒸気で満たされる。上記廃棄ガスの温度は約
６５０℃である。又、酸素濃度が１．５％以下に減じら
れるために、上記廃棄ガスは第１のミキサー１１から大
気に返還し得る。こうして石油コークスの粉末化により
生じる恐れのある危険な状態を最小限にする。上記ミキ
サー１１を通過する廃棄ガスは９例えば９石油コークス
或は珪砂のつまった独立系を有するルーズ−フィルフィ
ルターを経由して大気に出される。

今や約２００℃になっている珪砂と石油コークスの混合
体は第２のミキサー１１に移され、そこで結合剤が約１
８０〜２００℃で添加される。該結合剤は石油系ピッチ
であってもよい。」二記濡変により。

粘度を下げて粘結を防止し及び上記結合剤を固形混合体
に充分分散させる。又、第２のミキサー１１もＳｉ’Ｏ
プレートの裏打ちを有する。上記裏打ち類は装備を最小
にするため及びすり落ちてしまうどんな材料であっても
製品製造にたやすく共動させんがために、可能な限りど
こにでも利用される。

第２のミキサー１１からの混合物は固形化するには熱つ
すぎてプレス表面にくっつきやすい。したがって混合物
は結合剤の性質に応じて冷却器にて３０〜５０℃までに
冷却される。冷却器１２も又ＳｉＯプレートを有する。

冷房は逆流冷房であり得、固形化混合物の所望される最
終温度により冷却量が定められる。

続いて混合物はプレス１３に移される。該プレスは封鎖
されならびに換気性がコントロールされている。プレス
１３で固形化されたペレットは手段２の熱処理工程に押
出される。本工程では更に、結合剤及び石油コークスの
ガス抜き及び初期コークス化を意味する固形化が行なわ
れる。

炉３は％以下を珪砂で占められ未焼結ブリケットを生産
する。炉３は１例えば長さ２０〜３０　ｍ及び内径２〜
３ｍを有する。上記長さはペレットを加熱する温度状況
に依存する。炉の内容物は直火により加熱される。

加熱のための第１の燃料源はバーナ６であり。

第２のそれはペレットの揮発成分である。ペレットが加
熱されると上記結合剤は約２５０℃で重炭化水素を発生
し始める。この発生は実質的に４５０℃まで続き、それ
以後は低分子量のもの１例えばメタン及び水素などに変
化する。上記燃料の量は上記固形物の最初と最後の温度
及び処理総量に依存する。

本実施態様に注加される珪砂は２つの組成分。

すなわち再利用の珪砂と新鮮なそれとがある。新鮮な珪
砂を注加する毒は産出量に正比例する。すなわち、未焼
結ブリケットの単位時間あたりの産出量が多ければ多い
程、新鮮な珪砂が要求される。

逆に、未焼結ブリケットの産出量が増加すると燃焼する
揮発成分が増加する。したがってペレットの処理量は炉
３を有する燃焼室の許容量により制限される。上記固形
物の最終湿度が約５００℃であるためには、上記加熱ガ
スの温度は少くとも８０００Ｃであらねばならない。

ペレットには湿潤床７にて一定の処置を施すことが可能
であり、該ペレットの比重量を珪砂の比率及び加圧器１
３の固形化用加圧の操作により１．３５〜１．５５ｇ／
ｃＪに調整し得る。一方、移動する珪砂のかさ比重は粒
子レベルで１．２〜１．４ｇ／ｃＪであり、ペレットの
ガス抜きは珪砂の湿潤床内で充分に実施され得る。した
がって、ペレットは燃焼せずにすむ。上記到達力には目
を見張るものがある。

同等に重要なのが第２の効果である。重炭化水素がペレ
ットから発生し、湿潤床７の熱珪砂中を通過し炉３の間
隙に排出せしめられる。これらの有機物は上記珪砂との
接触により分解し、炭素が珪砂に吸収され、軽炭化水素
及び水素が珪砂から遊離して燃焼する。分解炭素による
被覆で珪砂粒子の表面はやや柔らかな炭素層を充分厚く
有するようになるので、珪砂がプレス１３の加圧に対す
る石英の固さを維持し得なくなる。又、プレス１３によ
る負荷は１秒の何分の１の程度だけしか持続せず。

プレス１３を磨耗せしめるようなスチールと石英の接触
洗は到らない。

上記被膜珪砂の仕上り未焼結ブリケットへの付着は電気
炉における還元に関連する第２の利点である。前もって
結合剤で調製したブリケットは電気炉内において不適切
であった。なぜならば、その第１の理由は、上記ブリケ
ットが加熱により軟らかくなったことである。第２のそ
れは結合剤の浴出により上記ブリケットが崩壊したこと
及び第３のそれは上記ＳｉＣとの反応で結合崩壊残余構
造物が破壊したことである。これに対し１本発明はこれ
らの欠点を克服し得た。すなわち、上記固形化は軟化及
びビチューメン結合剤の電気炉内での留出を防止する。

および、上記ＳｉＯ反応は、珪砂と結合剤由来のコーク
スとが接触する場合において、ブリケットの安定化水素
構造を１５００℃以上にて破壊するものであるが、まず
最初に珪砂の粒子を包む炭素と反応するに到った。該反
応は上記結合剤より生じた上記コークスを構造的に損傷
しない。ブリケットの結合力はコンスタントに維持され
、電気炉内においてより長い期間或はより高温にて持続
する。少くともブリケット中の珪砂の融点、すなわち１
７００’ｃ以上まで。

珪砂及び完成した未焼結ブリケットが炉３を通過した後
、互いに分けられる。未焼結ブリケットは耐酸素保護機
能を有するバンカーに収容される。

珪砂は第１のミキサー１１に供給され１そこで石油コー
クスと混合され乾燥される。実際のところシリコン製造
用ブリケットの構成は、珪砂の対炭素モル比で１＝５或
は６が有利であることが見い出されている。炭化珪素用
には、珪砂：固定炭素で１＝３の比率がよく、他の製品
については未試験であるが適切な比率が種々あり得る。

ここにおいて、湿潤床７に浸漬中にペレットが浮かぶこ
とを保証するペレットの比重量がスタート時点から適正
であることがカギである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による方法を実施するための装置の模式
図である。 １・・・・・・ペレット形成工程、２・・・・・・ペレ
ット熱処理工程、３・・・・・・電気炉、４・・・・・
・炉入口、５・・・・・・炉出口、６・・・・・・バー
ナー、７・・・・・・湿潤床、８・・・・・・順環設備
、９・・・・・・スクリーニング用装置、１０・・・・
・・新旧珪砂を混合する装置、１１・・・・・・回転ミ
キサー。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気炉にて、シリコン、炭化珪素又はフェロシリ
   コン製造用の未焼結ブリケットを、珪砂、カーボン担体
   及びビチューメン結合剤混合物ペレットを使用してその
   加熱処理により製造する方法において、該方法を溶融ビ
   チューメン状粘結炭を有しないペレットを用いて行ない
   、上記ペレットの比重を上記混合物の混合割合で制御し
   かつ圧縮度合で調節して珪砂の嵩比重より大となし、上
   記ペレットを加熱処理が珪砂の湿潤床中で行われ得るよ
   うにその底部に該珪砂を充填した加熱回転管状炉中に導
   入することを特徴とする方法。
2. （２）請求項（１）記載の方法において、３５〜６５重
   量％の珪砂を含有しかつ１．４〜１．６の比重を有する
   ペレットを使用する方法。
3. （３）請求項（１）又は（２）記載の方法において、回
   転管状炉、したがって珪砂湿潤床が最終的に５００℃ま
   で加熱される方法。
4. （４）請求項（１）〜（３）のいずれか１項記載の方法
   において、上記加熱処理によりペレットは重炭化水素の
   完全な脱ガス、及びペレット中のビチューメン結合剤及
   びカーボン担体の低温炭化を受ける方法。
5. （５）請求項（１）〜（４）のいずれか１項記載の方法
   において、回転管状炉に珪砂をその量がペレット充填時
   の空隙量の２倍以上になるように導入する方法。
6. （６）請求項（１）〜（５）のいずれか１項記載の方法
   において、湿潤床の珪砂が仕上った未焼結ブリケットと
   共に炉より排出され、少なくともその若干量が加熱状態
   で炉中にもどされ、その残部が新しい珪砂中にもどされ
   る方法。
7. （７）請求項（６）記載の方法において、再順環熱珪砂
   と新しい珪砂との炉入口における混合によりペレット加
   熱用湿潤床の温度は約２００℃、炉出口においては約５
   ００℃までに増大する方法。
8. （８）請求項（６）又は（７）記載の方法において、熱
   珪砂の順環が珪砂の個々の粒子上にカーボンの強固な被
   膜ができるまで繰返される方法。
9. （９）請求項（６）〜（８）のいずれか１項記載の方法
   において、珪砂の個々の粒子の順環が統計的平均回数、
   すなわち約３回行われる方法。
10. （１０）請求項（１）〜（９）のいずれか１項記載の方
    法において、カーボン被膜を有する順環珪砂を含有する
    珪砂からなるペレットを使用する方法。
11. （１１）請求項（１）〜（１０）のいずれか１項記載の
    方法において、カーボン担体として油状コークスを有す
    るペレットを用いる方法。
12. （１２）請求項（１）〜（１１）のいずれか１項記載の
    方法において、ビチューメン結合剤として石油ベースの
    ピッチを有するペレットを用いる方法。
13. （１３）請求項（１）〜（１２）のいずれか１項記載の
    方法において、圧縮ブリケット状のペレットを用いる方
    法。
14. （１４）請求項（１）〜（１３）のいずれか１項記載に
    よる方法を実施する装置であって、珪砂、カーボン担体
    及びビチューメン結合剤よりペレットを形成する手段及
    びペレットを加熱処理する手段とからなる装置において
    、ペレットの加熱処理用の装置（２）がペレット用入口
    （４）及び設計処理時間後未焼結ブリケットが通過する
    出口（５）を有する回転管状炉であり、該炉は炉内で燃
    焼するバーナー（６）によりかつ空気を附加した揮発性
    成分の燃焼により約５００℃までの珪砂床温度になされ
    、上記炉（３）には珪砂湿潤床（７）を有し、該床がバ
    ーナー（６）の下方域において部分的に炉室に充填され
    ている装置。
15. （１５）請求項（１４）記載の装置において炉（３）に
    は湿潤床の珪砂用順環設備（８）があり、該設備は炉入
    口（４）と炉出口（５）を連結し、珪砂が仕上った未焼
    結ブリケットと共に排出され、スクリーニング用装置に
    より篩別され、入口（４）を通して炉に再導入されるよ
    うになされ、新しい珪砂中に導入しかつ混合する手段が
    炉の入口（４）に設けられている装置。
16. （１６）シリコン或は炭化珪素或はフェロシリコン製造
    用未焼結ブリケットであって、請求項（１）〜（１３）
    による方法で製造する未焼結ブリケット。