JPH0253370B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はシリコンカーバイド製造装置に関す
る。

シリコンカーバイドは炭素とシリカ又はシリコ
ンとの混合物から各種の時間温度条件で製造され
る。最低温度では525℃で、シリコンとカーボン
から、或いはカーボンの多いシリコン、アルミニ
ウム、亜鉛の合金から特定条件で製造される。シ
リコンカーバイド結晶は少なくとも５種の蒸気装
置でガス状クラツキング法によつて製造されてい
る。主製造法は最大長さ60ft（約18ｍ）巾10ft
（約３ｍ）で、砂とコークスの混合物を最大約
200000ｄ（約90ton）保持するバツチ型の炉で製
造する。この炉壁は通常は、鋳鉄のフレームに低
品質耐火煉瓦を内張りした、取外し及び分解可能
の部材から成る。通称でアチソン炉といわれるこ
の炉は、本質的には過去70年間変化がない。

混合材料はホツパと頭上走行クレーン又はコン
ベアによつて炉に装入される。炉内に約半量充填
した時に装入を一時停止してばらのグラハイトの
コアを炉の両端の電極間に置く。コアは均等な断
面積であり、例えば厚さ約10in.（約250mm）巾約
16in.（約400mm）とし、炉の寸法に応じて変える。
混合物の残部をコア上に置いて装入を完了する。
通常の炉は40〜45ton／時の速度で混合物を装入
するには約４人を必要とする。即ち、生産性は10
〜11ton／人時となる。

電力は最大約5000kW供給し、電圧は500〜
200Vの範囲とし、約1.5日の加熱期間に装入物の
抵抗は変化する。加熱した装入物は数日間放冷し
て取扱可能温度とする。側壁を除去すれば、過剰
装入物は崩れ落ちてインゴツトを露出する。崩落
した装入物は当初の混合物と同じ組成であり、再
用可能である。インゴツトは断面楕円形であり、
約１〜2in.（約25〜50mm）の厚さのクラストに覆
はれる。この位置での温度勾配が酸化物の不純物
の集中に好適であるため、比較的薄いクラストが
形成される。この集中のため、望ましくない不純
物を有効に廃棄し得る。

インゴツト自体は市場性のあるシリコンカーバ
イド結晶を含み、大きな部材に折つて炉から取出
す。グラハイトのコアは回収してコア材料として
再用する。結晶インゴツトは粉砕し、篩を通して
所要寸法に分ける。用途に応じて、粒子を酸又は
アルカリで洗滌し、水で洗つて乾燥する。上述の
手順はアチソン法として周知である。

上述の炉は各変圧器について通常４〜６個の炉
を必要とし、変圧器を最大効率で稼動させる。即
ち第１の炉は加熱、第２の炉は取出、第３は装
入、残りは冷却中である。このため、建物と炉の
設備費は著しく大きい。この炉の取出は極めて困
難で時間がかゝる。附近に高温の炉があり、シリ
コンカーバイドを炉から取出す場合に隣接の炉と
の間隔が小さく機械的取出装置の使用が困難であ
るため、手作業の量が著しく大きい。このため、
取出前の炉の放冷時間は、手作業可能温度まで冷
却するため著しく長くなる。更に、炉の装入に際
して問題が生ずる。隣接した炉があるため、混合
装置から長いコンベアベルトを炉まで延長する
か、天井クレーンが次々にバケツトを炉に搬送す
る。この全工程は始動から完了まで６〜７日必要
とする。通常の設備は１個の変圧器に６個の炉と
し、６個の変圧器に対して連続シフトとして40〜
50人を必要とする。

本発明の炉は著しく運転費を節減でき、電力使
用を適切にし、装入速度は人時当り100〜110ton
となる。10倍の生産性は炉の新しい設計から得ら
れ、炉内に混合物を装入するには自動化材料取扱
装置を使用する。更に、本発明の装置は炉からの
取出に際してバケツトローダー等の大型機械の使
用が可能である。

それ故、本発明の目的はアチソン法の原理を使
用した新らしい炉の設計を提供するにある。

本発明の他の目的は新らしいシリコンカーバイ
ド製造設備を提供することにある。

本発明の別の目的は生産性を高くし電力使用を
適切にしてシリコンカーバイド炉の運転経費を減
少するにある。

本発明の他の目的はシリコンカーバイド設備の
有効な汚染物制御を行なうことにある。

本発明の別の目的は電気損失を減少することに
ある。

他の目的は炉の運転に伴う危険を少なくするこ
とにある。

別の目的は材料取扱を改良することにある。

本発明による電気抵抗炉では石英質及び炭素質
材料の装入物から直接電気加熱してシリコンカー
バイドを製造する。電流は母線、電極を経て装入
物内に水平に挿入されたカーボンの抵抗コアに供
給する。コアと装入物とは不完全リング状とす
る。

電気抵抗炉を収容する炉室は運転を行ない得る
寸法とし、炉への装入取出装置を設ける。炉室の
上部は封鎖してダクトが塵埃収集室に連結され
る。

本発明を例示とした実施例並びに図面について
説明する。

第１，２図は本発明によるシリコンカーバイド
製造装置を示し、炉室２即ち建物２内に加熱炉装
置を設ける。図示の通り、建物はドーム型であ
り、好適な例でジオデシツクドーム（geodesic
dome；立体的な格子の組合せによつて最少の直
線部材で構成されるドーム）とする。図示しない
コンベアが原料即ち所要の割合で混合した石英質
及び炭素質材料を主建物から炉室に搬送する。こ
のコンベアは、図示しない横方向コンベアから材
料取扱装置６に材料を供給する。取扱装置６は、
本発明の不完全リング炉の上方とする。取扱装置
６は、炉８に対して原料１０の所要の装入を行な
う。更に材料に対して所要位置に抵抗コア１２即
ちグラハイト炉心を置く。炉は休止角炉であり、
装荷材料を収容するための側壁又はゲートは使用
しない。所要に応じて側壁を設けることもでき
る。

更に、炉８の形状は不完全リングの形状とし、
中央作業スペース３２を形成する。材料取扱装置
６には回転積込部材３４を含む。部材３４の一端
は作業スペース３２の中央の支柱３６上に回転可
能に支持される。部材３４の他端には車４２等を
取付ける。建物２の側壁４４の内面に取付けた円
周軌道３８上に車４２を支持する。積込部材３４
には炉心１２に一致した排出シユート４８を有す
る。積込部材３４が中央支柱３６を中心として回
転する時に、原料はシユート４８を経てほゞリン
グ状パターンに落ちる。しかし、リングの扇形部
は開いていて不完全リングを形成し、作業スペー
ス３２に入るのは容易である。

炉の装入に際して、底部部分を最初に形成して
停止する。次に炉心１２を混合物の上に置く。次
に装入を続けて断面三角形状とする。

装入を完了すれば電源例えば変圧器１４は炉の
両端の電極１６に母線１８を介して接続する。炉
はほとんど完全なリングであり、変圧器は炉の端
壁２０の附近であるため、母線の長さは著しく短
い。変圧器は図示の炉に電力を供給し、他の炉室
２４即ち他の加熱室２４内の炉２２にも電力を供
給して第１の炉が冷却した時に始動する。母線、
電極、炉心を通る電力は交流でも直流でもよい。
所要電力によつて石英質、炭素質材料を反応させ
てシリコンカーバイドを形成する温度を生ずる。

加熱サイクルが完了すれば変圧器１４を遮断
し、冷却取出工程を開始する。炉の冷却取出手順
は次の通りである。まず炉の堆積物を数日間放冷
する。こゝで、動力シヨベル２６等の取出装置を
炉内に入れる。この装置は堆積物を順次取崩して
炉の取出しを行なう。炉は不完全リングの形状で
あるため、動力シヨベルは端壁２０間の開口を通
つて作業スペース３２に入る。シヨベル２６は機
械的に堆積物を取崩すために使用される。通常の
シリコンカーバイド炉の設計では、取出及び大部
分の装入手順は高価な時間のかゝる方法を使用す
る。取崩し作業によつて、堆積物面の下の高温材
料は連続的に空気に曝される。炉の過剰堆積物が
取去られ、シリコンカーバイドのインゴツトが露
出すれば、数日間放冷する。冷却を促進するため
には、水スプレーを使用できる。冷却過程の後に
同じ装置を使用してインゴツトを取出し、中央清
掃選別装置に送る。インゴツトを炉から取出せ
ば、装入サイクルを繰返すことができる。

装入、加熱、取出過程間に形成される汚染物は
ダクト２８を通つて汚染物処理ステーシヨンを形
成する補助装置３０内で収集処理される。装置３
０からの排出物は国の環境基準に適合する。歴史
的にはシリコンカーバイド焼成設備から排出され
る汚染物はこの工業の主要問題点であつた。焼成
作業の全過程を通して、汚染物問題を有効に処理
し得る設備は他にはない。ドーム２のすべての壁
は通気性がなく、工程間に形成されるすべての汚
染物は建物内に抑留され、大気中に放散されるこ
とはない。

建物２の壁はほぼ円形であり、炉８も円形であ
るため、中間に第２の作業スペース４６が形成さ
れる。第１図に示す通り、シヨベル２６は第２の
作業スペースを通つて過剰堆積物を過装置５０
に送り、材料供給装置に送つて再用する。

上述の装置はシリコンカーバイド製造の運転費
を減少する。人件費が少ない。母線が短いため材
料費、電気損失を少なくする。汚染物制御は容易
にできる。炉の装入取出は容易である。炉の運転
間は作業者は加熱室内に入る必要がないので作業
上の危険は著しく少ない。

第３図に示す断面図は比較的新らしいシリコン
カーバイド炉を示し、通常のアチソン炉に伴う問
題点の一部を解決する。この既知の炉５２は米国
特許4158744号に記され、ほぼＵ型の抵抗コア５
４を完全に反応材料５６で囲む。本発明の炉はほ
ぼリング状であるため、図示の積込装置３４等の
自動材料取扱装置によつて装入し得る。第１，２
図に示す炉の形状は比較的簡単な一点回転装置を
炉の装入に使用可能とする。この簡単な一点回転
装置は既知のＵ型炉には使用できない。Ｕ型は半
円と２個の平行脚との組合せとなる。更に既知の
炉は電気絶縁材料を電極間に置いて平行直線脚間
の電流漏洩を防ぐ必要がある。この絶縁材料は、
反応堆積物の材料に対する夾雑物となる。両脚間
の反応材料が電気の流通路を形成するため、絶縁
物を必要とする。本発明の構成は、グラハイトの
コアとこれを覆う反応材料が電極から大きな角度
で離れるため、電極１６間の絶縁材料を必要とし
ない。作業スペース３２内の空気が自然の絶縁物
を形成して不時の電流漏洩を防ぐ。

第１，２図に明らかな通り、本発明の炉は両電
極を比較的近接して置くことができ、母線の長さ
を減少し、電気損失を防ぐ。炉の形状は比較的簡
単な装入取出用の材料取扱装置を使用可能とし、
単位人員当り生産高は既知の装置に比較して1000
％の増となる。

簡単な例示として、直径約30in.（約75cm）の小
さな炉を耐火煉瓦の平らなベツド上に建造した。
30in.の円上に約6in.（約15cm）の巾、約２（約50
mm）深さの砂、コークス、原料混合物の層を形成
した。ベツドの軸線上に１×１ 1/4in.（約25×31
mm）のグラハイトのコアを置き、両端に2in.（約
50mm）のグラハイトロツドを連結し、ロツドに
50KVA変圧器を接続した。コア上に6in.（約150
mm）厚さの混合物を追加して30in.（約750mm）直
径のリングの三角形断面の混合物とした。加熱、
冷却後に均等な断面の不完全リング形状のシリコ
ンカーバイドのインゴツトが得られた。

上述の実施例並びに図面は例示であつて発明を
限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるシリコンカーバイド製造
設備の平面図、第２図は第１図の設備の一部の断
面図、第３図は既知の炉の断面図である。 ２：建物（ドーム、炉室）、６：材料取扱装置、
８，２２：電気抵抗炉、１０：原料（材料）、１
２：グラハイト炉心（抵抗コア）、１４：変圧器
（電源）、１６：電極、２０：端壁、２４：加熱室
（他の炉室）、２６：取出装置、２８：ダクト、３
０：処理ステーシヨン、３２，４６：作業スペー
ス、３４：回転積込部材（回転積込装置）、３
６：中央支柱（支持手段）、３８：軌道手段、４
４：側壁、４８：排出シユート（排出部材）、３
６：支柱。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉室２、石英質及び炭素質の材料の装入物か
   らシリコンカーバイドを製造するために該炉室内
   に設けられ電熱で作動される電気抵抗炉８，２
   ２、材料取扱装置６、及び取出装置２６を含むシ
   リコンカーバイド製造プラントにして、 装入物と装入物内に水平に配置される抵抗コア
   １２とが不完全リング形状にされそれらの中央に
   円形作業スペース３２が画成され、 抵抗コア１２がその両端にそれぞれ電極１６を
   備え、電極を介し電流が抵抗コア１２に供給さ
   れ、 材料取扱装置６は、石英質及び炭素質の材料を
   不完全リング形状に装入する回転積込装置３４を
   含み、回転積込装置３４は作業スペース３２の中
   心の周りに回転可能であり石英質及び炭素質の材
   料を抵抗コア１２の周りに装入し得ることを特徴
   とするプラント。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載のプラントにし
   て、炉室の壁４４が、リング形状であり、電気抵
   抗炉から離間され、中央の円形作業スペース３２
   と同心でありそれから半径方向外方に離間された
   第２の環状の作業スペース４６が画成されること
   を特徴とするプラント。 ３ 石英質及び炭素質材料の装入物からシリコン
   カーバイドを製造するために電熱で作動される電
   気抵抗炉８，２２を含むシリコンカーバイド製造
   プラントにして、 装入物と装入物内に水平に配置される抵抗コア
   １２とが不完全リング形状にされそれらの中央に
   円形作業スペース３２が画成され、 抵抗コア１２及び石英質及び炭素質の材料が材
   料取扱装置６により堆積され、抵抗コア１２がそ
   の両端に設けられた電極１６を介し電流を供給さ
   れ、 材料取扱装置６は作業スペース３２における支
   柱３６及び電気抵抗炉８，２２を囲む炉室２に取
   付けられる軌道３８により支持され該支柱３６の
   周りに回転可能にされる回転積込装置３４を含
   み、該装入物は自由に置かれ規制されないことを
   特徴とするプラント。 ４ シリコンカーバイド製造プラントにして、 炉室２、炉室内に配置され下完全リング形状に
   成形され中央に円形作業スペース３２を画成する
   石英質及び炭素質材料の自由堆積物、不完全リン
   グ形状に成形された該堆積物内に水平に挿入され
   る抵抗コア１２、及び材料取扱装置６を含み、 抵抗コア１２がその両端にそれぞれ電極１６を
   備え、電極１６を介し電流が抵抗コア１２へ供給
   されて該堆積物を加熱し、 該炉室２が、不燃性ドームを画成しそして該炉
   室の側壁４４の内面に円周方向に連結される軌道
   手段３８を有し、 材料取扱装置６は、作業スペース３２に配置さ
   れる支持手段３６及び積込装置３４を含み、 積込装置３４は、該支持手段３６上に回転可能
   に支持される一端及び積込装置３４が回転される
   とき石英質及び炭素質材料を排出し不完全リング
   形状の自由堆積物を形成する排出部材４８を含
   み、積込装置３４の他端が積込装置３４と炉室２
   の間の相対運動を可能にするように軌道手段３８
   により支持されることを特徴とするプラント。 ５ 特許請求の範囲第４項に記載のプラントにし
   て、該ドームが、材料の装入、加熱及び取出しの
   間に生成されるすべての汚染物が大気中へ逃げる
   のを防止し、該プラントが、該ドーム内に配置さ
   れ汚染物を収集し汚染物を該ドームから離間した
   処理ステーシヨン３０へ搬送する手段を含むこと
   を特徴とするプラント。 ６ 特許請求の範囲第４項又は第５項に記載のプ
   ラントにして、該ドームがジオデシツクドームで
   あることを特徴とするプラント。 ７ 特許請求の範囲第４項に記載のプラントにし
   て、炉室の側壁４４が自由堆積物から離間され、
   中央の円形作業スペース３２と同心でありそれか
   ら半径方向外方に離間された第２の環状の作業ス
   ペース４６が画成されることを特徴とするプラン
   ト。