一種利用矽廠碎矽進行再生熔煉的控制系統及方法與流程
2023-05-26 18:27:46 1
本發明涉及矽渣的重複利用加工領域，具體涉及一種利用矽廠碎矽進行再生熔煉的控制系統及方法。
背景技術：
矽渣一般是指原礦提煉之後的剩餘部分，還含有一定量的矽。矽渣分很多種，工業矽渣，太陽能矽渣，半導體矽渣等等。矽渣可以用來回爐重新結晶、提純、現在矽料緊缺，價格不菲。矽錳渣也叫矽錳冶煉渣，是冶煉矽錳合金時排放的一種工業廢渣，其結構疏鬆，外觀常為淺綠色的顆粒，由一些形狀不規則的多孔非晶質顆粒組成。矽錳渣性脆易碎，通過破碎機可以將大塊的矽錳渣破碎成小塊，然後進入細碎機將粗碎後的物料進一步粉碎，確保進入料倉的物料能夠達到單體解離的程度，然後通過振動給料機和皮帶輸送機均勻的將物料給入梯形跳汰機進行分選。破碎的主要目的在於打破連生體結構，跳汰的主要目的在於從矽錳渣中回收矽錳合金。矽錳渣和矽錳合金存在較大的比重差，通過跳汰機的重選作用可以將金屬和廢渣分離，獲得純淨的合金和廢渣，最後可以通過脫水篩的脫水作用分別將精礦和尾礦進行脫水。
用矽企業在進行矽加工的過程中，首先會對矽進行切割分解，然後成片使用，在多個切割、破碎、檢測的過程中，不可避免的會有不合格的廢矽產生，對於這一類的矽，目前的處置方式還很混亂，有的直接廢棄，有的收集以後重新送至矽熔煉廠，加入到矽礦中進行熔煉，但是這個周期漫長，較低的矽礦冶煉生產效率使得碎矽的轉化率很低，過多的收集、轉運過程造成了比利用矽礦直接冶煉矽的成本高的問題。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種利用矽廠碎矽進行再生熔煉的控制系統，通過建立新的工藝來對於企業用矽後的廢棄矽進行快速高效的回收，在提高轉化率的同時降低生產成本，實現廢矽再生的產業化。
本發明通過下述技術方案實現：
一種利用矽廠碎矽進行再生熔煉的控制系統，包括：
碎矽存儲裝置：用於存儲碎矽，作為生產系統的原料供應機構，通過輸送帶向造粒機輸出碎矽；
造粒機：將碎矽與水混合併捏合形成粒徑均勻的顆粒，然後輸送至礦熱爐；
礦熱爐：接收造粒後的矽顆粒，並進行熔鍊形成矽液；
轉運裝置：將熔煉後的矽液轉運至成型裝置；
成型裝置：將熔煉後的矽液按照設定的粒徑注入冷卻系統；
冷卻系統：矽液在冷卻系統中凝固形成矽丸。
本發明的技術方案是針對目前企業用矽的現狀而設置的，現有技術中，企業用矽的使用率大概在70％左右，剩餘的30％左右的廢矽是以不等粒徑的矽塊、矽粉等形式存在的，而且，這部分的矽塊常常伴隨著使用汙染，即各種機具器械的使用汙染，這些矽的廢棄物往往難以使用和回收，而重新投入到煉矽廠與矽礦一起熔煉的話，現有技術的熔煉產出率導致了這部分矽的轉化率較低，成本較高，為了解決這個現有技術中的問題，本申請的發明人經過多年的摸索和實驗，建立了一套針對企業用矽的廢棄矽回收利用的生產系統：首先將企業內的矽廢棄物進行集中回收，然後通過輸送帶向造粒機輸出碎矽，造粒機將廢棄的不規則碎矽與水混合，然後經過捏合作用造粒生產出粒徑均勻的小顆粒，作為熔煉的原料，通過將不規則的碎矽整合成直徑大致相同的顆粒作為原料，可以提高容量的均一性，使得在礦熱爐中的熔煉過程較為均一，避免出現局部不 穩定的情況，矽液中轉裝置將熔煉以後的矽液進行中轉並移動至成型裝置上方，成型裝置將矽液按照設定的流量進行均勻地放入冷卻系統中，凝固形成矽丸，然後利用提升系統將成型的矽丸提取出來，落入冷卻系統的矽水直徑均勻，解決了現有技術中因傾倒導致的矽塊成型不規則、大小不一致的問題，本系統可以高效快速地對用矽企業的矽廢棄物進行熔煉，形成矽丸，生產出來的矽丸可以直接用於多晶矽的提煉，大大減少了回收利用的流程和時間，而且矽的轉化率高，避免了矽渣的二次生成和二次汙染。
所述礦熱爐工作時，其電壓為40～90V。礦熱爐是一種耗電量巨大的工業電爐。主要由爐殼，爐蓋、爐襯、短網，水冷系統，排煙系統，除塵系統，電極殼，電極壓放及升降系統，上下料系統，把持器，燒穿器，液壓系統，礦熱爐變壓器及各種電器設備等組成，目前的礦熱爐主要用於矽鐵、錳鐵、鉻鐵、鎢鐵、矽鉻合金、電石、碳化硼等產品的熔煉，但是沒有可以直接用於矽熔煉的礦熱爐，其原因在於，目前的公知常識中，礦熱爐的使用一般都是100至180v才能正常工作，申請人在實驗過程中發現，當礦熱爐在病態工作時，矽吸熱的速度大於散熱的速度，經過多次的試驗後發現，當礦熱爐的工作電壓在40～90V的時候，矽可以熔煉生成矽液，突破了矽熔煉的技術瓶頸。
所述轉運裝置為軌道吊車。軌道吊車的轉運方式快捷有效，非常適合用矽企業使用。
所述的冷卻系統為旋轉冷卻池。通過將落入到冷卻水裡面的矽塊的運行途徑從垂直的運動變為螺旋的運動，可以有效增加其形成，因此，通過在冷卻池本體的側壁上設置多組噴嘴，噴嘴組分布在不同深度的位置，每組噴嘴都包含一個或一個以上的噴嘴，噴嘴的噴射方向分布成沿冷卻池圓周的切向方向，且向內側噴射，如此，一組噴嘴可以將局部的冷卻水帶動，在冷卻池內形成轉動， 矽液落入後，會在水流的旋轉運動帶動下，形成螺旋式的運動，如此大大增加了矽塊的形成，達到了充分換熱冷卻的目的，多組的噴嘴可以保持在不同的位置都形成旋轉運動，形成均勻的流動場
一種利用矽廠碎矽進行再生熔煉的控制方法，包括以下步驟：
(a)造粒：在造粒機內將碎矽與水混合併捏合形成粒徑均勻的顆粒；
(b)煉矽：在礦熱爐內將矽顆粒進行熔煉，製得矽液；
(c)轉運：利用轉運裝置將矽液轉運至成型裝置；
(d)成型：成型裝置將矽液按照設定的粒徑進行導出，然後進入旋轉冷卻池，冷卻後形成矽丸。
本發明的另一個目的是針對目前的用矽企業存在的矽使用率低、廢矽處理成本高、效率低的問題，提供一種新的矽熔煉工藝，將企業內的矽廢棄物進行集中回收，然後通過輸送帶向造粒機輸出碎矽，造粒機將廢棄的不規則碎矽與水混合，然後經過捏合作用造粒生產出粒徑均勻的小顆粒，作為熔煉的原料，通過將不規則的碎矽整合成直徑大致相同的顆粒作為原料，可以提高容量的均一性，使得在礦熱爐中的熔煉過程較為均一，避免出現局部不穩定的情況，矽液中轉裝置將熔煉以後的矽液進行中轉並移動至成型裝置上方，成型裝置將矽液按照設定的流量進行均勻地放入冷卻系統中，凝固形成矽丸，然後利用提升系統將成型的矽丸提取出來，落入冷卻系統的矽水直徑均勻，解決了現有技術中因傾倒導致的矽塊成型不規則、大小不一致的問題，本系統可以高效快速地對用矽企業的矽廢棄物進行熔煉，形成矽丸，生產出來的矽丸可以直接用於多晶矽的提煉，大大減少了回收利用的流程和時間，而且矽的轉化率高，避免了矽渣的二次生成和二次汙染。
所述的步驟(b)煉矽中，礦熱爐的工作電壓為40～90V。
所述礦熱爐的工作電壓為60～70V。經過多年的實驗和分析，申請人找到了利用礦熱爐煉矽的較好的生產參數，在此電壓範圍內，矽熔化的速度較快。本發明中雖然採用了礦熱爐的結構，但是，對於其運行的參數做出了重大調整，將其工作電壓為60～70V，此時,實際上是屬於礦熱爐的非正常工作區間,利用病態的工作狀態來進行矽的熔煉,大大超出了本領域技術人員的認知範圍,同時也滿足矽熔煉的條件,取得了意料不到的優點,對於矽熔煉領域而言,具有突破性的進步,將矽熔煉的量產極大的提高,推動了行業的發展。
本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：
1、本發明一種利用矽廠碎矽進行再生熔煉的控制系統及工藝，首先將企業內的矽廢棄物進行集中回收，然後通過輸送帶向造粒機輸出碎矽，造粒機將廢棄的不規則碎矽與水混合，然後經過捏合作用造粒生產出粒徑均勻的小顆粒，作為熔煉的原料，通過將不規則的碎矽整合成直徑大致相同的顆粒作為原料，可以提高容量的均一性，使得在礦熱爐中的熔煉過程較為均一，避免出現局部不穩定的情況，矽液中轉裝置將熔煉以後的矽液進行中轉並移動至成型裝置上方，成型裝置將矽液按照設定的流量進行均勻地放入冷卻系統中，凝固形成矽丸，然後利用提升系統將成型的矽丸提取出來，落入冷卻系統的矽水直徑均勻，解決了現有技術中因傾倒導致的矽塊成型不規則、大小不一致的問題，本系統可以高效快速地對用矽企業的矽廢棄物進行熔煉，形成矽丸，生產出來的矽丸可以直接用於多晶矽的提煉，大大減少了回收利用的流程和時間，而且矽的轉化率高，避免了矽渣的二次生成和二次汙染；
2、本發明一種利用矽廠碎矽進行再生熔煉的控制系統及工藝，本發明中雖然採用了礦熱爐的結構，但是，對於其運行的參數做出了重大調整，將其工作電壓為60～70V，此時,實際上是屬於礦熱爐的非正常工作區間,利用病態的工 作狀態來進行矽的熔煉,大大超出了本領域技術人員的認知範圍,同時也滿足矽熔煉的條件,取得了意料不到的優點,對於矽熔煉領域而言,具有突破性的進步,將矽熔煉的量產極大的提高,推動了行業的發展。
附圖說明
此處所說明的附圖用來提供對本實用新型實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，並不構成對本實用新型實施例的限定。在附圖中：
圖1為本發明原理示意圖。
附圖中標記及對應的零部件名稱：
1-碎矽存儲裝置，2-造粒機，3-礦熱爐層，4-轉運裝置，5-成型裝置，6-旋轉冷卻池。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明，本發明的示意性實施方式及其說明僅用於解釋本發明，並不作為對本發明的限定。
實施例
如圖1所示，本發明一種利用矽廠碎矽進行再生熔煉的控制系統及工藝，針對的是中型用矽企業，其用矽量為3000噸每月，每月的廢矽量大概為80至100噸，針對該企業的具體情況，配置如下：碎矽存儲裝置1：用於存儲碎矽，佔地面積20平米的倉庫，其上部作為收集料入口，下部有一個出料口，作為生產系統的原料供應機構，通過輸送帶向造粒機2輸出碎矽；造粒機2：將碎矽與水混合併捏合形成粒徑均勻的顆粒，然後輸送至礦熱爐3；礦熱爐的單鍋產量為1噸，每次的熔煉時間約為1小時；礦熱爐3接收造粒後的矽顆粒，並進行熔鍊形成矽液,熔煉時，礦熱爐3的工作電壓採用病態的工作電壓區間40～90V，優 選的工作電壓是60～70V，煉成矽液後，在廠區安裝有軌道吊車作為轉運裝置4，軌道吊車將熔煉後的矽液轉運至成型裝置5；成型裝置5包括一個筒狀的容器本體，以及與容器本體相匹配的容器底，在容器本體內設置有一層內襯，容器底與容器本體形成可拆卸結構，在容器底上至少設置有一個通孔、以及與通孔連通的可拆卸的導流管，容器本體的下部封閉形成容器的底部，在底部設置有一個或者多個通孔，在通孔處安裝可以拆卸的導流管，容器本體內側設置有一層內襯，容器本體與內襯之間還設置有一層保溫層，容器本體、保溫層、內襯之間在拆卸處形成階梯狀結構，而容器底的外側端面也呈階梯狀結構，在配合以後，容器底的外部殼體與容器本體連接形成整體，容器底上的內襯與容器本體內側的內襯連接形成整體結構，保溫層與容器底之間形成一個空腔，在該空腔內安裝有一個密封環，通過將容器本體、保溫層、內襯的端面設置成階梯狀，同時在空腔內安裝一個密封環，可以使得容器本體和容器底的連接更加緊密；容器本體外側設置有多個掛齒，在容器底上設置有與掛齒相匹配的掛鈎，容器本體與容器底通過掛齒與掛鈎的配合連接；將熔煉後的矽液按照設定的粒徑注入旋轉冷卻池6，在冷卻池的側壁上設置多組噴嘴，噴嘴組分布在不同深度的位置，每組噴嘴都包含一個或一個以上的噴嘴，噴嘴的噴射方向分布成沿冷卻池圓周的切向方向，且向內側噴射，如此，一組噴嘴可以將局部的冷卻水帶動，在冷卻池內形成轉動，矽液落入後，會在水流的旋轉運動帶動下，形成螺旋式的運動，如此大大增加了矽塊的形成，達到了充分換熱冷卻的目的。
本實施例中，企業用矽後產生的碎屑可以在廠區內直接進行熔煉回收形成矽丸，避免了轉運到煉矽廠的中轉過程，同時相對於煉矽廠的低轉化率，本發明的裝置和工藝可以將矽的轉化率提升至98％以上，有效避免了二次汙染，大大提高了生產效率。
以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。