专利名称：硅的制造方法和制造装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及高纯度硅的制造方法和制造装置。
背景技术：
太阳能电池具有单位发电量的二氧化碳排放量少、且不需要发电用的燃料这样的优点，因而近年来其需求逐渐增大。目前，在实用化的太阳能电池中，使用了单晶硅或多晶硅的、具有一组pn结的单结太阳能电池正成为主流，随着太阳能电池需求的增大，硅的需求也正在增大。为了提高电池效率，太阳能电池中使用的硅被要求具有高纯度。关于硅的制造方法，已经提出了多种提案，其中一个提案有下述方法通过使用了二氧化硅和碳材料的碳还原而得到粗精制硅。例如，在专利文献1 4中，使用碳材料在电炉内将二氧化硅热还原，从而制造硅。在这种制造方法中，作为碳材料，适当混合通常使用的木炭、冶金焦炭、石油焦炭和烟煤等而使用，这些碳材料含有挥发成分和灰分。因此，这些碳材料与高纯度的碳材料相比电阻率大，能够避免电极的浮起现象，容易确保适当的电极前端与炉底间的距离。另外，碳材料的挥发成分在炉内被热分解，形成氢气和一氧化碳气体等，在较宽范围内上升到炉表面，促进了电弧炉的均勻的炉内气体的散逸。此外，基于该目的，还有时混合碳材料的10 20质量％的木片。这些情况暗示假如使用了高纯度碳材料时，无法避免电极的浮起现象和均勻的炉内气体的散逸，炉的操作困难。现有技术文献专利文献专利文献1 日本国特开昭57-111223号公报专利文献2 日本国特开昭60-200818号公报专利文献3 日本国特开昭61-117110号公报专利文献4 日本国特开昭62-260711号公报
发明内容
发明要解决的课题在专利文献1 4中所记载的使用低纯度原料的硅的制造方法中，所得到的硅的纯度不能说足够高，因而要求一种能够更容易地适用于太阳能电池等的高纯度的硅原料的制造方法。因此，本发明人考虑，在硅的制造中，代替专利文献1 4中所示那样的以往所用的低纯度原料，而使用高纯度的原料，从而能够制造高纯度的硅。S卩，认为通过使用高纯度的二氧化硅和高纯度的碳，能够制造高纯度的硅，使用这样的原料，进行了在电弧炉内实际制造硅的实验。但是，使用这样的高纯度原料进行反应时，会遇到以下问题例如根据下述反应式(1)，在炉内生成并蓄积导电性高的碳化硅(SiC)，该碳化硅与电弧炉电极接触而引起短路， 另外由于接触解除而引起电流降低等，该短路和电流降低等在短时间内反复进行，由于这种电流的急剧变化(波动)而无法稳定地运转制造装置。Si02+3C ^ SiC+2C0 ...(1)本发明是鉴于上述内容而完成的，其课题在于提供一种能够制造高纯度硅、且能够使装置不停止而连续运转的硅的制造方法和制造装置。用于解决课题的方案本发明人对于能够制造高纯度硅的条件、和用于使制造装置不停止而稳定、连续运转的条件进行了深入研究，并对详细内容进行了解明，由此得到以下见解。(1)在硅的制造时，在电弧炉内碳化硅能够生成并蓄积的状况下，为了使制造装置的运转稳定，利用功率调节装置(优选为饱和电抗器)稳定电流或电压是有效的。由此，即使在电弧炉内生成并蓄积了碳化硅的情况下，也能够缓和通过电极与碳化硅接触而流入电极中的过电流，能够实现制造装置的连续运转。(2)在电弧炉内利用所谓的埋弧方式进行碳还原反应，同时将电弧炉的炉床功率密度设为特定的范围以上而以不同于现有常识的高输出功率运转电弧炉，从而所生成的碳化硅被更积极地消耗，能够抑制电弧炉电极与碳化硅的接触所引起的短路，能够实现制造装置的连续运转。另外，通过为高输出功率运转，能够以由电极积极地放出电弧这样的条件使其稳定，从而能够有效地制造高纯度硅。(3)在使电弧炉高输出功率运转的同时利用功率调节装置，从而能够更稳定地进行电弧炉的高输出功率运转，能够使来自电极的电弧稳定化。由此，能够更有效地制造高纯度硅。(4)通过使电弧炉中具备的变压器的容量大，能够以大电流更稳定地运转装置。本发明是基于上述见解而完成的。S卩，本发明由下述方案构成。1. 一种硅的制造方法，该方法使用铁、铝、钙和钛的含量均为0. 1质量％以下的二氧化硅原料、和碳材料，利用电弧炉通过碳还原来制造硅，其特征在于，碳还原时，利用功率调节装置，使因所述电弧炉的电极附近的物质变化和物质配置的变化中的至少一者而流入所述电极中的过电流缓和。2.如上述1所述的硅的制造方法，其中，所述功率调节装置为饱和电抗器。3.如上述1或2所述的硅的制造方法，其中，所述碳材料的灰分为1.0质量％以下。4.如上述1 3中任一项所述的硅的制造方法，其中，在所述电弧炉的炉内，使所述电极埋没在所述二氧化硅原料和所述碳材料中，且由所述电极产生电弧。5.如上述1 4中任一项所述的硅的制造方法，其中，将所述电弧炉的炉床功率密度PD(W/cm2)设为90(W/cm2)以上而运转电弧炉。6.如上述1 5中任一项所述的硅的制造方法，其中，所述电弧炉具备变压器，该变压器的容量为所述电弧炉的运转输出功率的1. 5倍以上，利用该变压器进行变压。7. 一种硅的制造方法，该方法使用铁、铝、钙和钛的含量均为0. 1质量％以下的二氧化硅原料、和碳材料，利用电弧炉通过碳还原来制造硅，其特征在于，将所述电弧炉的炉床功率密度PD(W/cm2)设为90(W/cm2)以上而运转电弧炉。3/12 页8.如上述7所述的硅的制造方法，其中，使所述电弧炉的电极埋没在所述二氧化硅原料和所述碳材料中，且由所述电极产生电弧。9.如上述7或8所述的硅的制造方法，其中，所述碳材料的灰分为1.0质量％以下。10.如上述7 9中任一项所述的硅的制造方法，其中，利用饱和电抗器调整流入所述电弧炉的电极中的电流量。11.如上述7 10中任一项所述的硅的制造方法，其中，利用容量为所述电弧炉的运转输出功率的1. 5倍以上的变压器进行变压。12. 一种硅的制造装置，该制造装置是使用铁、铝、钙和钛的含量均为0. 1质量％ 以下的二氧化硅原料、和碳材料，利用电弧炉通过碳还原来制造硅的装置，其中，该制造装置具备功率调节装置，所述功率调节装置使因所述电弧炉的电极附近的物质变化和物质配置的变化中的至少一者而流入电极中的过电流缓和。13.如上述12所述的硅的制造装置，其中，所述功率调节装置为饱和电抗器。14.如上述12或13所述的硅的制造装置，其中，所述碳材料的灰分为1. 0质量％ 以下。15.如上述12 14中任一项所述的硅的制造装置，其中，在所述电弧炉中，使所述电极埋没在所述二氧化硅原料和所述碳材料中，且由所述电极产生电弧。16.如上述12 15中任一项所述的硅的制造装置，其中，将所述电弧炉的炉床功率密度PD(W/cm2)设为90(W/cm2)以上而运转电弧炉。17.如上述12 16中任一项所述的硅的制造装置，其中，所述电弧炉具备变压器， 该变压器的容量为所述电弧炉的运转输出功率的1. 5倍以上。18. 一种硅的制造装置，该制造装置是使用铁、铝、钙和钛的含量均为0. 1质量％ 以下的二氧化硅原料、和碳材料，利用电弧炉通过碳还原来制造硅的装置，并且，将所述电弧炉的炉床功率密度PD(W/cm2)设为90(W/cm2)以上而运转电弧炉。19.如上述18所述的硅的制造装置，其中，在所述电弧炉中，使所述电极埋没在所述二氧化硅原料和所述碳材料中，且由所述电极产生电弧。20.如上述18或19所述的硅的制造装置，其中，所述碳材料的灰分为1. 0质量％ 以下。21.如上述18 20中任一项所述的硅的制造装置，其中，该制造装置还具备饱和电抗器，利用该饱和电抗器调整流入所述电弧炉的电极中的电流量。22.如上述18 21中任一项所述的硅的制造装置，其中，所述电弧炉具备变压器， 该变压器的容量为所述电弧炉的运转输出功率的1. 5倍以上。发明效果根据本发明的制造方法，在碳还原时利用功率调节装置、优选利用饱和电抗器使装置内的电流稳定化，从而即使在炉内蓄积碳化硅的情况下，也能够使装置不停止而连续运转，同时能够使来自电弧炉电极的电弧稳定而有效地制造高纯度的硅。另外，根据本发明的制造方法，使电弧炉为所谓的埋弧方式，并将电弧炉的炉床功率密度设为特定的范围以上而以高输出功率进行运转，从而炉内的碳化硅的蓄积得到抑制，因此能够使装置不停止而连续运转，同时能够有效地制造高纯度的硅。
图1是用于对电弧炉内的二氧化硅的碳还原反应进行说明的图。图2是用于对本发明的硅的制造装置进行说明的图。图3是用于对本发明的硅的制造方法进行说明的图。图4的㈧ (C)是示出实施例1中的运转电弧炉时的电流、电压变化的图。图5的㈧ (C)是示出比较例1中的运转电弧炉时的电流、电压变化的图。
具体实施例方式本发明的第1方面为一种硅的制造方法，在该方法中，使用铁、铝、钙和钛的含量均为0. 1质量％以下的二氧化硅原料、和碳材料，利用电弧炉通过碳还原来制造硅，其特征在于，碳还原时，利用功率调节装置，使因电弧炉的电极附近的物质变化和物质配置的变化中的至少一者而流入电极中的过电流缓和。“电弧炉的电极附近”是指对包含电弧放电和接触通电在内的电流造成较大影响的区域，通常若将电极直径设为D(mm)，则优选为距离电弧炉的电极表面约1.5XD(mm)的范围。“电弧炉的电极附近的物质”主要指通过下述反应式(1)生成的导电性高的碳化硅 (SiC)。通过碳化硅与电弧炉电极接触，容易产生短路，电弧炉电极中容易流入过电流。Si02+3C — SiC+2C0 ... (1)“功率调节装置”是指能够调节装置功率的装置，例如，可以举出饱和电抗器、限流电抗器、晶体管和晶闸管。其中，优选饱和电抗器。这是因为其对于过电流和过电压的耐量大，还能够应对大电流。作为碳还原中使用的碳材料，从避免杂质混入所得到的硅中的方面出发，优选使用高纯度的碳材料。具体地说，碳材料的灰分优选为1.0质量％以下，特别优选为0.6质
量％以下。通过使用高纯度的二氧化硅原料和高纯度的碳材料，碳化硅蓄积，可能出现炉内的短路等，但根据本发明的制造方法，即使在这样的情况下也能够稳定地连续运转装置。本发明的制造方法中，优选的是，在所述电弧炉的炉内，使电极埋没在二氧化硅原料和所述碳材料中，且由电极产生电弧。“使电极埋没在二氧化硅原料和碳材料中”是指，将电极插入二氧化硅原料和碳材料中，使电极的至少一部分存在于原料的上表面的下方，未必需要电极与原料接触。由此， 能够更有效地制造高纯度的硅，且装置的连续运转更容易。本发明的制造方法中，优选将电弧炉的炉床功率密度PD(W/cm2)设为90 (W/cm2)以上而运转电弧炉，更优选设为95 (W/cm2)以上。这是因为，通过使电弧炉的炉床功率密度在该范围，能够抑制碳化硅的蓄积，使装置的连续运转更容易，且能够更有效地制造高纯度的硅。“炉床功率密度PD”是指，例如，电弧炉中具备的电极的根数为3根时(使电极朝向炉底分别平行设置时)，为“运转输出功率P(W)除以将电极中心间距离的1/2的距离作为半径r(cm)的3个圆的面积的总和而得到的值”。S卩，PD = P (W)/3 Jir2 (cm2)。
但是，3根电极中心间距离不相等时，炉床功率密度PD是指，“求出以各电极的中心间距离的平均值为半径的不同的3个圆的面积，将运转输出功率P(W)除以该3个圆的总和而得到的值”。Bp, PD = P(W)/(JI T12+Jir22+Jir32) O 这里，T1 是电极 1 与电极 2、和电极 1 与电极 3的中心间距离的平均值(cm)，r2和r3是分别对于电极2和电极3同样求得的中心间距离的平均值(cm)。电弧炉中具备的电极的根数为2根时(使电极朝向炉底分别平行设置时)，炉床功率密度PD是指“运转输出功率P(W)除以将电极中心间距离的1/2的距离作为半径r (cm) 的2个圆的面积的总和而得到的值”。BP, PD = P(W)/2 π r2(cm2)。另外，电极的根数为1根时，或电极的根数为2根、且它们相互对置而设置时(一者为对电极时)，炉床功率密度PD是指“运转输出功率P (W)除以电极的截面面积S (cm2)而得到的值”。此时两个电极截面面积不同的情况下，以较小一者的截面面积作为S(cm2)。本发明的制造方法中，优选的是，所述电弧炉具备变压器，该变压器的容量为电弧炉的运转输出功率的1.5倍以上，利用该变压器进行变压。S卩，若将运转输出功率设为P(kW)，则变压器容量优选为1.5P(kVA)以上，更优选为2P(kVA)以上，进一步优选为 3P(kVA)以上。这是因为，通过增大变压器的容量，不发生过电流所引起的断流，能够连续地运转。本发明的第2方面为一种硅的制造方法，该方法使用铁、铝、钙和钛的含量均为 0. 1质量％以下的二氧化硅原料、和碳材料，利用电弧炉通过碳还原来制造硅，其中，将所述电弧炉的炉床功率密度PD(W/cm2)设为90(W/cm2)以上而运转电弧炉。本发明的第3方面为一种硅的制造装置，该制造装置是使用铁、铝、钙和钛的含量均为0. 1质量％以下的二氧化硅原料、和碳材料，利用电弧炉通过碳还原来制造硅的装置， 其中，该制造装置还具备功率调节装置，所述功率调节装置使因电弧炉的电极附近的物质变化和物质配置的变化中的至少一者而流入电极中的过电流缓和。本发明的第4方面为一种硅的制造方法，该制造装置是使用铁、铝、钙和钛的含量均为0.1质量％以下的二氧化硅原料、和碳材料，利用电弧炉通过碳还原来制造硅的装置， 其中，将电弧炉的炉床功率密度PD(W/cm2)设为90(W/cm2)以上而运转电弧炉。以下，利用附图对本发明进行详细说明，但该说明为本发明的实施方式的一个例子，本发明只要不超出其主旨则不限定于以下内容。首先，对使用二氧化硅和碳材料进行碳还原反应时电弧炉内产生的化学反应进行说明。图1是用于对电弧炉50内的二氧化硅的碳还原反应进行说明的图，该图着眼于一根电极前端部分。图1中，省略了内衬等的详细内容而示出。如图1所示，在电弧炉50的内部，电极10的前端插入到含有二氧化硅原料、碳材料的原料层1的内部。即，在本发明的硅的制造方法和制造装置中，采用了所谓的埋弧方式。另外，电弧炉50的运转中，在原料层1的电极10前端附近，存在Si0、C0共存的层 2，此外，在层2的下方，因炉内的碳还原反应而得到的Si形成液层3而积存。电弧炉50内，在图1中以A所示的附近存在上部低温区域，在图1中以B所示的附近存在下部高温区域。这里，上部低温区域A的温度优选为25 1900°C。另外，下部高温区域B的温度优选为2000°C以上。在上部低温区域A和下部高温区域B中，认为在各个区域优先产生不同的反应。S卩，在上部低温区域A中，认为优先产生下述反应式(2)、(3)表示的反应。SiO (g) +2C — SiC+CO (g)…O)2Si0(g) — Si+Si(V.. (3)所述反应式(2)和(3)表示的反应中，认为在上部低温区域A中尤其最优先产生反应式(2)表示的反应，产生了许多碳化硅。另一方面，认为在下部高温区域B中优先产生下述反应式(4) (6)表示的反应。Si02+C — SiO (g) +CO (g)…SiO (g) +SiC — 2Si+C0 (g)…(5)
Si02+SiC — Si+SiO (g) +CO (g)... (6)所述反应式(4) (6)表示的反应中，认为在下部高温区域B中尤其最优先产生反应式(5)表示的反应。下部高温区域B中，例如，通过在上部低温区域A中生成的碳化硅与气体的氧化硅的反应，生成硅。对上述反应式进行归纳，在二氧化硅原料的碳还原反应中，通过下述反应式(7) 表示的反应而生成硅。Si02+2C — Si+2C0 (g)…(7)从上述反应式来看，例如，上部低温区域A中生成的碳化硅的反应性差时，该碳化硅蓄积在炉内、特别是蓄积在电极下，与电弧炉的电极10接触等而产生短路，导致电弧炉和装置整体的运转不稳定。另外，上部低温区域A中产生的碳化硅在移动到下部前通过与电极接触等，也可能局部地产生短路，导致电弧炉和装置整体的运转不稳定。特别是，若碳化硅在电极下蓄积至将电极顶起的程度，则不仅因上述短路而无法使装置稳定地连续运转，而且由于电极位置的上升，使炉上部过度加热，从而热损失增大。 另外，过量地消耗了氧化硅，与此相伴碳化硅在炉内进一步蓄积，例如还会产生在炉底部侧面所具备的硅出炉口发生堵塞的问题。这样，本发明提供一种制造方法和制造装置，其在炉内的电极附近的物质发生变化、特别是炉内生成或蓄积了碳化硅的情况下，也能够使电弧炉和装置整体稳定地连续运转。以下，对本发明的实施方式的制造装置100进行说明，对使用了该制造装置100的硅的制造方法进行说明。〈硅的制造装置100>图2是用于对本发明的一个实施方式的硅的制造装置100进行说明的示意图。如图2所示，硅制造装置100具备内部具有电极10的电弧炉50、使流入电弧炉50的电极 10中的电流稳定化的功率调节装置20、和设置于电极10与功率调节装置20之间的变压器 30。在电弧炉50的炉内，作为原料层1填充有二氧化硅原料和碳材料，电极10的前端埋没在其中。电极10、功率调节装置20和变压器30被电连接。图2中，省略了其他配线等而示出。(原料层1 二氧化硅原料)作为通常二氧化硅原料中所含的杂质，根据二氧化硅原料的种类的不同而不同， 可以举出例如铁、铝、钙和钛等。本发明中使用的二氧化硅原料的铁、铝、钙和钛(以下称为主要金属杂质)的含量均为0.1质量％ (1000质量ppm)以下，优选为0.01质量％以下，更优选为0.001质量％以下。另外，铁、铝、钙和钛的总含量优选为0. 1质量％以下，更优选为0.01质量％以下， 进一步优选为0. 002质量％以下。通过使主要金属杂质的含量为0. 1质量％以下，能够提高通过还原所得到的粗硅的纯度，精制工序中的杂质除去的负荷减小。另外，能够提高高纯度的硅的收率。主要金属杂质含量越少越好，没有特别限定，从获得的困难性和成本等方面出发， 通常优选为0. 0001质量％以上，更优选为0. 0002质量％以上。本发明中使用的二氧化硅原料中的硼和磷的含量没有特别限定，通常分别优选为 10质量ppm以下，更优选为5质量ppm以下，进一步优选为1质量ppm以下，特别优选为0. 5 质量ppm以下，最优选为0. 1质量ppm以下。通过使二氧化硅原料中的硼和磷的含量分别为10质量ppm以下，能够提高通过还原所得到的粗硅的纯度，精制工序中的杂质除去的负荷减小。另外，能够提高高纯度的硅的收率。硼和磷的含量越少越好，下限没有特别限定。(原料层1碳材料)本发明中使用的碳材料优选使用高纯度的碳材料，灰分优选为1.0质量％以下， 更优选为0. 6质量％以下，进一步优选为0. 1质量％以下，最优选为0. 04质量％以下。灰分的下限没有特别限定，越少越好，从获得的困難性、成本等方面出发，通常优选为0.0001质量％ (1质量ppm)以上，更优选为0.001质量％以上。这里，灰分的测定可以根据JIS M8812进行。另外，碳材料的主要金属杂质的含量通常分别优选为10质量ppm以下，更优选为6质量ppm以下，进一步优选为4质量ppm以下，特别优选为2质量ppm以下，最优选为1质量ppm以下。碳材料中的硼和磷的含量没有特别限定，通常分别优选为50质量ppm以下，更优选为10质量ppm以下，进一步优选为5质量ppm以下，特别优选为1质量ppm以下，最优选为0.5质量ppm以下。通过使用灰分、以及硼和磷的含量在上述范围的碳材料，能够制造更高纯度的硅。这样的二氧化硅原料和碳材料从电弧炉的上部以预定的比例被投入，作为原料层 1被填充到炉内。关于原料层1中的二氧化硅原料与碳材料之比，没有特别限定，可以与以往通过碳还原反应制造硅时适用的比例相同。例如，作为碳材料/ 二氧化硅原料的投料比例(质量比)，通常优选为0. 3以上，更优选为0. 33以上。另外，通常优选为0. 5以下，更优选为0. 4以下，进一步优选为0. 36以下。通过电弧炉内的碳还原反应，原料层1的一部分形成硅而在炉底积存，例如，从设置于电弧炉50的下部侧面的出炉口(未图示)以液状被取出。另外，通过取出硅，原料层 1缓慢减少，另一方面，从炉上部重新投入原料。(电弧炉50)关于本发明中使用的电弧炉50，可以没有特别限定地适用现有公知的电弧炉。特别是，炉内径优选为700mm以上且7000mm以下。电弧炉50的内部具备至少一个电极10，该电极10的前端埋没在原料层1中，为所谓的埋弧方式。优选的是，使电弧炉的炉床功率密度PD(W/cm2)优选为90 (W/cm2)以上、更优选为 95 (ff/cm2)以上、进一步优选为100(W/cm2)以上、特别优选为105(W/cm2)以上而运转电弧炉 50。另外，通常优选为130(W/cm2)以下而运转。表1中示出了现有的硅铁用电炉(硅含量为77. 1% )的电弧炉的炉床功率密度 PD (ff/cm2)与运转输出功率P (kW)的关系。[表1]
权利要求
1.一种硅的制造方法，该方法是使用二氧化硅原料和碳材料，利用电弧炉通过碳还原来制造硅的方法，所述二氧化硅原料中的铁、铝、钙和钛的含量均为0. 1质量％以下，其特征在于，碳还原时，利用功率调节装置使流入所述电弧炉的电极中的过电流缓和。
2.如权利要求1所述的硅的制造方法，其中，所述功率调节装置为饱和电抗器。
3.如权利要求1或2所述的硅的制造方法，其中，所述碳材料的灰分为1.0质量％以下。
4.如权利要求1 3中任一项所述的硅的制造方法，其中，在所述电弧炉的炉内，使所述电极埋没在所述二氧化硅原料和所述碳材料中，且由所述电极产生电弧。
5.如权利要求1 4中任一项所述的硅的制造方法，其中，将所述电弧炉的炉床功率密度PD(W/cm2)设为90(W/cm2)以上而运转电弧炉。
6.如权利要求1 5中任一项所述的硅的制造方法，其中，所述电弧炉具备变压器，该变压器的容量为所述电弧炉的运转输出功率的1. 5倍以上，利用该变压器进行变压。
7.—种硅的制造方法，该方法是使用二氧化硅原料和碳材料，利用电弧炉通过碳还原来制造硅的方法，所述二氧化硅原料中的铁、铝、钙和钛的含量均为0. 1质量％以下，其特征在于，将所述电弧炉的炉床功率密度PD(W/cm2)设为90(W/cm2)以上而运转电弧炉。
8.如权利要求7所述的硅的制造方法，其中，使所述电弧炉的电极埋没在所述二氧化硅原料和所述碳材料中，且由所述电极产生电弧。
9.如权利要求7或8所述的硅的制造方法，其中，所述碳材料的灰分为1.0质量％以下。
10.如权利要求7 9中任一项所述的硅的制造方法，其中，利用饱和电抗器来调整流入所述电弧炉的电极中的电流量。
11.如权利要求7 10中任一项所述的硅的制造方法，其中，利用容量为所述电弧炉的运转输出功率的1. 5倍以上的变压器进行变压。
12.—种硅的制造装置，该制造装置是使用二氧化硅原料和碳材料，利用电弧炉通过碳还原来制造硅的装置，所述二氧化硅原料中的铁、铝、钙和钛的含量均为0. 1质量％以下， 其中，该制造装置具备功率调节装置，所述功率调节装置使因所述电弧炉的电极附近的物质变化和物质配置的变化中的至少一者而流入电极中的过电流缓和。
13.如权利要求12所述的硅的制造装置，其中，所述功率调节装置为饱和电抗器。
14.如权利要求12或13所述的硅的制造装置，其中，所述碳材料的灰分为1.0质量％ 以下。
15.如权利要求12 14中任一项所述的硅的制造装置，其中，在所述电弧炉中，使所述电极埋没在所述二氧化硅原料和所述碳材料中，且由所述电极产生电弧。
16.如权利要求12 15中任一项所述的硅的制造装置，其中，将所述电弧炉的炉床功率密度PD (W/cm2)设为90 (W/cm2)以上而运转电弧炉。
17.如权利要求12 16中任一项所述的硅的制造装置，其中，所述电弧炉具备变压器， 该变压器的容量为所述电弧炉的运转输出功率的1. 5倍以上。
18.一种硅的制造装置，该制造装置是使用二氧化硅原料和碳材料，利用电弧炉通过碳还原来制造硅的装置，所述二氧化硅原料中的铁、铝、钙和钛的含量均为0. 1质量％以下， 并且，将所述电弧炉的炉床功率密度PD(W/cm2)设为90(W/cm2)以上而运转电弧炉。
19.如权利要求18所述的硅的制造装置，其中，在所述电弧炉中，使所述电极埋没在所述二氧化硅原料和所述碳材料中，且由所述电极产生电弧。
20.如权利要求18或19所述的硅的制造装置，其中，所述碳材料的灰分为1.0质量％ 以下。
21.如权利要求18 20中任一项所述的硅的制造装置，其中，该制造装置还具备饱和电抗器，利用该饱和电抗器来调整流入所述电弧炉的电极中的电流量。
22.如权利要求18 21中任一项所述的硅的制造装置，其中，所述电弧炉具备变压器， 该变压器的容量为所述电弧炉的运转输出功率的1. 5倍以上。
全文摘要
本发明涉及一种硅的制造方法或制造装置，该方法或装置是使用铁、铝、钙和钛的含量均为0.1质量％以下的二氧化硅原料和碳材料，利用电弧炉通过碳还原来制造硅的方法或装置，其特征在于，碳还原时，利用功率调节装置来缓和流入电弧炉的电极中的过电流，或者，将电弧炉的炉床功率密度PD(W/cm2)设为90(W/cm2)以上而运转电弧炉。
文档编号F27D11/08GK102596805SQ20108004954
公开日2012年7月18日 申请日期2010年10月25日 优先权日2009年11月6日
发明者山原圭二, 片山利昭, 藤本博己 申请人:三菱化学株式会社