KR101230229B1 - 폴리실리콘 제조용 전기로의 전극봉의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 폴리실리콘 제조용 전기로의 전극봉의 제조방법은 폴리실리콘 제조용 전기로에 사용되는 원뿔대 형상의 선단부를 구비한 전극봉을 제조함에 있어서, 원기둥 형상의 가공물을 금형에 넣어서 냉간단조과 온간단조, 열간단조 중의 어느 한 단조 작업으로 가압 성형하여 원뿔대 형상으로 확장 성형된 선단부를 구비한 초기전극봉을 성형하는 초기전극봉성형단계; 상기 초기전극봉성형단계의 초기전극봉의 중앙부를 길이 방향으로 드릴링 및 리밍 작업으로 길이 방향의 홈을 형성하여 중간전극봉을 형성하는 홈형성단계; 상기 홈형성단계의 중간전극봉의 표면을 절삭하여 선단부를 원뿔대 형상으로 정삭함과 아울러 몸통부를 정삭하고, 상기 몸통부의 중앙 부위에 수나사부를 일부 형성하고 상기 홈과 몸통부의 후단부를 절삭 가공하여 전극봉을 형성하는 절삭단계; 상기 절삭단계의 전극봉의 표면을 연마하는 연마단계; 그리고 상기 연마단계에서 연마된 전극봉의 표면을 은도금하는 도금단계로 이루어지며, 또한 상기 단조작업에서 원뿔대 형상의 선단부를 성형하면서 길이 방향의 홈을 동시에 형성할 수 있다.
따라서 본 발명은 초기전극봉성형단계에서 선단부를 확장 성형하여 선단부의 직경보다 작은 후단부의 직경을 표면의 절삭 가공 치수를 고려한 직경의 원기둥 형상의 가공물을 사용하기 때문에, 재료의 손실을 절감하여 제조 단가를 용이하게 줄일 수 있으며, 원뿔대 형상의 선단부를 단조 작업으로 성형하기 때문에, 선단부의 조직을 치밀하게 하여 내구성을 향상함과 아울러 전기 스파크에 의한 선단부의 손상을 줄여서 전기로 내에서 오랫동안 사용할 수 있는 등의 효과를 발휘한다.

Description

폴리실리콘 제조용 전기로의 전극봉의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING ELECTRODE ROD OF ELECTRIC FURNACE}

본 발명은 폴리실리콘 제조용 전기로의 전극봉의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 재료의 손실을 절감하여 제조 단가를 용이하게 줄이며, 선단부의 조직을 치밀하게 하여 내구성을 향상함과 아울러 전기 스파크에 의한 선단부의 손상을 줄여서 전기로 내에서 오랫동안 사용할 수 있도록 하는 폴리실리콘 제조용 전기로의 전극봉의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 전기로는 전류의 열 효과를 이용한 노로서, 간편하게 조작되는 저항로, 아크로, 유도 전기로로 대별되며, 전열 화학 제품의 제조, 금속의 정련, 용융, 열처리 등에 사용된다.

예컨대 폴리실리콘 제조용 전기로에는 외부에서 공급되는 전기를 방전시키기 위한 전극봉이 구비되어 있으며, 상기 전극봉에서 방전되면서 발생되는 아아크가 고온의 열을 발생시키고, 이러한 고온의 열이 전기로 내에 충전된 각종 재료를 용해하게 된다.

여기서 폴리실리콘 제조용 전기로의 전극봉을 제조하기 위한 종래의 방법은 원기둥 형상의 가공물의 표면을 황삭 및 정삭 가공함과 아울러 후단부의 중앙부에 드릴링 및 보링 가공하여 홈을 형성하게 된다.

그래서 종래에는 표면 가공을 감안하여 선단부의 직경보다 큰 원기둥 형상의 가공물을 절삭 및 드릴링 가공 등으로 가공하기 때문에, 가공물 중량의 75중량% 이상의 재료 손실이 발생될 뿐만 아니라 각각의 절삭 및 드릴링 가공의 시간이 많이 소요되며, 막대한 재료 손실과 제조 시간로 인하여 제조 단가의 상승을 초래한다는 단점이 있다.

더우기 종래의 제조방법으로 제조된 전극봉의 선단부의 조직이 치밀하지 못하기 때문에, 바디의 선단부에서 발생되는 전기 스파크에 의해 바디 선단부의 손상이 많이 발생되어 바디의 수명이 매우 짧을 뿐만 아니라 바디의 교체 주기로 인하여 전기로로 폴리실리콘을 제조하기 위한 단가가 상승한다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 선단부의 직경보다 작은 후단부의 직경을 표면의 절삭 가공 치수를 고려한 직경의 원기둥 형상의 가공물을 사용함으로써 재료의 손실을 절감하여 제조 단가를 용이하게 줄일 수 있으며, 선단부를 단조 작업으로 성형함으로써 선단부의 조직을 치밀하게 하여 내구성을 향상함과 아울러 전기 스파크에 의한 선단부의 손상을 줄여서 전기로 내에서 오랫동안 사용할 수 있는 폴리실리콘 제조용 전기로의 전극봉의 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리실리콘 제조용 전기로에 사용되는 원뿔대 형상의 선단부를 구비한 전극봉을 제조함에 있어서, 원기둥 형상의 가공물을 금형에 넣어서 냉간단조과 온간단조, 열간단조 중의 어느 한 단조 작업으로 가압 성형하여 원뿔대 형상으로 확장 성형된 선단부를 구비한 초기전극봉을 성형하는 초기전극봉성형단계; 상기 초기전극봉성형단계의 초기전극봉의 중앙부를 길이 방향으로 드릴링 및 리밍 작업으로 길이 방향의 홈을 형성하여 중간전극봉을 형성하는 홈형성단계; 상기 홈형성단계의 중간전극봉의 표면을 절삭하여 선단부를 원뿔대 형상으로 정삭함과 아울러 몸통부를 정삭하고, 상기 몸통부의 중앙 부위에 수나사부를 일부 형성하고 상기 홈과 몸통부의 후단부를 절삭 가공하여 전극봉을 형성하는 절삭단계; 상기 절삭단계의 전극봉의 표면을 연마하는 연마단계; 그리고 상기 연마단계에서 연마된 전극봉의 표면을 은도금하는 도금단계로 이루어지는 폴리실리콘 제조용 전기로의 전극봉의 제조방법을 제공한다.

더우기 상기 단조작업에서 원뿔대 형상의 선단부를 성형하면서 길이 방향의 홈을 동시에 형성할 수 있는 폴리실리콘 제조용 전기로의 전극봉의 제조방법을 제공한다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 폴리실리콘 제조용 전기로의 전극봉의 제조방법은 초기전극봉성형단계에서 선단부를 확장 성형하여 선단부의 직경보다 작은 후단부의 직경을 표면의 절삭 가공 치수를 고려한 직경의 원기둥 형상의 가공물을 사용하기 때문에, 재료의 손실을 절감하여 제조 단가를 용이하게 줄일 수 있다는 이점이 있다.

또한 원뿔대 형상의 선단부를 단조 작업으로 성형하기 때문에, 선단부의 조직을 치밀하게 하여 내구성을 향상함과 아울러 전기 스파크에 의한 선단부의 손상을 줄여서 전기로 내에서 오랫동안 사용할 수 있다는 이점이 있다.

도 1과 도 2는 본 발명에 의한 폴리실리콘 제조용 전기로의 전극봉의 제조방법의 일 예를 설명하는 개략적인 공정도이다.
도 3과 도 4는 본 발명에 의한 폴리실리콘 제조용 전기로의 전극봉의 제조방법의 다른 예를 설명하는 개략적인 공정도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1과 도 2는 폴리실리콘 제조용 전기로의 전극봉의 제조방법을 설명하는 도면으로서, 상기 전극봉(1)에는 폴리실리콘 제조용 전기로에 사용되는 원뿔대 형상의 선단부(1a)가 구비되어 있으며, 길이 방향의 홈(1b)과 몸통부(1c), 수나사부(1d), 후단부(1e)가 형성되어 있다.

일 예로서 상기와 같은 전극봉(1)을 제조하기 위한 본 발명에 의한 제조방법은 원기둥 형성의 가공물(10)을 단조 작업으로 초기전극봉(20)을 성형하는 초기전극봉성형단계와 길이 방향의 홈을 구비한 중간전극봉(30)을 형성하는 홈형성단계, 전극봉(1)의 정확한 치수와 형태로 절삭하는 절삭단계, 그리고 상기 전극봉(1)를 연마하는 연마단계와 도금하는 도금단계로 이루어진다.

여기서 상기 초기전극봉성형단계는 원기둥 형상의 가공물(10)을 준비한 뒤, 상기 가공물을 금형(미도시)에 넣어서 냉간단조과 온간단조, 열간단조 중의 어느 한 단조 작업으로 가압 성형하여 최종 전극봉(1)의 선단부(1a)보다 큰 치수 즉 절삭단계의 절삭 작업을 고려하여 원뿔대 형상으로 확장 성형된 초기 형상의 선단부(20a)를 구비한 초기전극봉(20)을 성형하게 된다.

물론 상기 초기전극봉성형단계에서는 전극봉(1)의 재질인 C1010, C1020, C1100, C1120무산소동의 소성 변형의 정도와 시간 등을 고려하여 냉간과 온간, 열간 중의 어느 하나의 단조 작업으로 성형하게 되는 바, 냉간 가공에서는 상온 상태의 가공물(1)을 금형으로 800 ~ 1100Kgf/㎠의 압력으로 가압 성형하고, 온간 가공에서는 250 ~ 500℃의 가공물(1)을 금형으로 700 ~ 800Kgf/㎠의 압력으로 가압 성형하며, 열간 가공에서는 600 ~ 950℃의 가공물(1)을 금형으로 500 ~ 700Kgf/㎠의 압력으로 가압 성형하게 된다.

또한 상기 초기전극봉성형단계에서는 온간 단조와 열간 단조로 작업할 때, 가공물(1)의 가공 위치의 선단부 주위를 가열하게 되면, 가열 시간과 작업 편리성을 증대할 수 있는 것이다.

상기 홈형성단계에서는 상기 초기전극봉성형단계에서 성형된 초기전극봉(20)의 후단부의 중앙에서 선단부 쪽으로 홈(1b)을 형성하는 바, 초기전극봉(20)의 길이 방향으로 드릴링 및 리밍 작업으로 길이 방향의 홈(1b)을 형성하여 중간전극봉(30)을 형성하게 된다.

상기 절삭단계는 최종의 전극봉(1)의 정치수에 맞추어서 절삭 가공함과 아울러 CNC선단 등을 이용하여 전극봉(1)의 외형을 형성하는 바, 상기 홈형성단계의 중간전극봉(30)의 표면을 절삭 가공하여 정확한 치수의 선단부(1a)를 원뿔대 형상으로 정삭함과 아울러 정확한 치수의 몸통부(1c)로 정삭하고, 상기 몸통부(1c)의 중앙 부위에 수나사부(1d)를 일부 형성하고, 상기 홈(1b)과 몸통부(1c)의 후단부를 절삭 가공하여 정확한 치수와 형태의 전극봉(1)으로 형성하게 된다.

상기 연마단계에서는 상기 절삭단계의 전극봉(1)의 표면을 연마하는 것이고, 상기 도금단계에서는 상기 연마단계에서 연마된 전극봉(1)의 표면을 은으로 도금하여 전기 전도성을 증대시킨다.

한편 상기 초기전극봉성형단계의 초기전극봉(20)을 드릴링머신(미도시)에 고정하여 홈(1b)을 형성하기 위해서는 초기전극봉(20)을 드릴링머신의 지그로 정위치 고정하기 위해서는 원뿔대 형상의 선단부를 바른 자세로 고정하기 어려울 수 있다.

따라서 본 발명에서는 상기 초기전극봉성형단계에서 몸통부의 직경보다 큰 직경의 돌출부(20aa)를 최선단부에 형성하게 되며, 재료의 손실 등을 고려하여 상기 돌출부(20aa)를 3 ~ 8mm로 돌출시킴이 바람직하다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 제조방법은 절삭 가공으로 재료의 손실을 줄이면서 선단부의 단조 작업으로 선단부의 조직을 치밀하게 하여 물리적 특성을 높일 수 있는 것이다.

다른 한편 상술한 홈형성단계에서 형성되는 홈(1b)을 단조 작업에서 형성하게 되면, 작업 단계를 줄여서 작업을 편리하게 실현할 수 있는 바, 다른 예로서 본 발명에서는 도 3과 도 4에 도시한 바와 같이 상술한 초기전극봉성형단계에서 중간전극봉성형단계를 실현할 수 있으므로, 중간전극봉성형단계와 절삭단계, 연마단계, 도금단계로 이루어진다.

즉 상기 중간전극봉성형단계에서는 원기둥 형상의 가공물(1)을 금형에 넣어서 냉간단조과 온간단조, 열간단조 중의 어느 한 단조 작업으로 가압 성형하여 원뿔대 형상으로 확장 성형된 선단부(20a)와 중앙부에 형성된 길이 방향의 홈(1b)을 구비한 중간전극봉(30)을 성형하게 된다.

다시 말하면 금형 중의 하부금형의 중앙부에 낙아웃핀(KNOCK OUT PIN)을 삽입 고정하여 하부금형 사이에 가공물(10)의 하부가 통과할 때에 낙아웃핀에 의해 상기 홈(1b)이 형성되면서 금형의 상부금형과 하부금형 사이에서 상기 선단부가 형성되는 것이다.

그리고 상술한 바와 같이, 상기 중간전극봉성형단계의 중간전극봉(30)의 표면을 절삭단계로 절삭하게 되고, 절삭단계를 거친 전극봉(1)을 연마한 뒤에 도금 처리하게 되는 바, 이러한 단계는 상술한 바와 동일하므로 이하 생략한다.

물론 본 실시예에서는 상술한 바와 같이, 상기 중간전극봉성형단계에서 몸통부의 직경보다 큰 직경의 돌출부(20aa)를 최선단부에 형성하게 되며, 재료의 손실 등을 고려하여 상기 돌출부(20aa)를 3 ~ 8mm로 돌출시킴이 바람직하다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 제조방법은 드릴링 작업과 리밍 작업을 삭제할 수 있어 작업 공정수를 줄이고 작업 편의성을 증대할 수 있는 것이다.

1 : 전극봉 1a,20a : 선단부
1b : 홈 1c : 몸통부
1d : 수나사부 1e : 후단부
10 : 가공물 20 : 초기전극봉
30 : 중간전극봉 20aa : 돌출부

Claims (4)

1. 폴리실리콘 제조용 전기로에 사용되는 원뿔대 형상의 선단부를 구비한 전극봉을 제조함에 있어서,
   원기둥 형상의 가공물을 금형에 넣어서 냉간단조과 온간단조, 열간단조 중의 어느 한 단조 작업으로 가압 성형하여 원뿔대 형상으로 확장 성형된 선단부를 구비한 초기전극봉을 성형하는 초기전극봉성형단계;
   상기 초기전극봉성형단계의 초기전극봉의 중앙부를 길이 방향으로 드릴링 및 리밍 작업으로 길이 방향의 홈을 형성하여 중간전극봉을 형성하는 홈형성단계;
   상기 홈형성단계의 중간전극봉의 표면을 절삭하여 선단부를 원뿔대 형상으로 정삭함과 아울러 몸통부를 정삭하고, 상기 몸통부의 중앙 부위에 수나사부를 일부 형성하고 상기 홈과 몸통부의 후단부를 절삭 가공하여 전극봉을 형성하는 절삭단계;
   상기 절삭단계의 전극봉의 표면을 연마하는 연마단계;
   그리고 상기 연마단계에서 연마된 전극봉의 표면을 은도금하는 도금단계로 이루어지는 폴리실리콘 제조용 전기로의 전극봉의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 초기전극봉성형단계에서 몸통부의 직경보다 큰 직경의 돌출부를 최선단부에 형성하는 것을 포함하여 이루어지는 폴리실리콘 제조용 전기로의 전극봉의 제조방법.
3. 폴리실리콘 제조용 전기로에 사용되는 원뿔대 형상의 선단부를 구비한 전극봉을 제조함에 있어서,
   원기둥 형상의 가공물을 금형에 넣어서 냉간단조과 온간단조, 열간단조 중의 어느 한 단조 작업으로 원뿔대 형상으로 확장 성형된 선단부를 가압 성형함과 아울러중앙부에 형성된 길이 방향의 홈을 상기 금형에 의한 단조 작업으로 가압 성형하여 중간전극봉을 형성하는 중간전극봉성형단계;
   상기 중간전극봉성형단계의 중간전극봉의 표면을 절삭하여 선단부를 원뿔대 형상으로 정삭함과 아울러 몸통부를 정삭하고, 상기 몸통부의 중앙 부위에 수나사부를 일부 형성하고 상기 홈과 몸통부의 후단부를 절삭 가공하여 전극봉을 형성하는 절삭단계;
   상기 절삭단계의 전극봉의 표면을 연마하는 연마단계;
   그리고 상기 연마단계에서 연마된 전극봉의 표면을 은도금하는 도금단계로 이루어지는 폴리실리콘 제조용 전기로의 전극봉의 제조방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 중간전극봉성형단계에서 상기 금형에 의한 단조 작업으로 가압 성형하여 몸통부의 직경보다 큰 직경의 돌출부를 중간전극봉의 최선단부에 형성하는 것을 포함하여 이루어지는 폴리실리콘 제조용 전기로의 전극봉의 제조방법.

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