一種造渣熔煉後取渣設備及其使用方法
2023-05-04 22:51:16 5
一種造渣熔煉後取渣設備及其使用方法
【專利摘要】本發明屬於冶金造渣【技術領域】，特別涉及一種造渣熔煉後取渣設備及其使用方法，在原有造渣設備的基礎之上增加了存渣器、石墨管和真空裝置，首先將矽料和渣料加熱至熔融態形成矽液和渣劑，停止加熱，將石墨管伸入矽液底部，之後對矽液充氣體；充氣結束後，將石墨管移至渣劑表層，之後用真空罐對石墨管另一端抽真空，上層的渣劑在壓力差作用下進入存渣器中，同時將石墨管向下伸入，保證石墨管底端浸入渣劑中，直至渣劑全部進入存渣器中，打開存渣器，將渣劑取出。本發明的優點在於設備改造安裝方便，操作簡單，石墨管能幹淨抽取渣劑，能有效取渣傾倒，使最終提純的多晶矽品質提高，出成率提高，在生產中不產生灰塵等垃圾，適用於工業化大規模生產。
【專利說明】一種造渣熔煉後取渣設備及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於冶金造渣【技術領域】，特別涉及一種造渣熔煉後取渣設備及其使用方法。
【背景技術】
[0002]隨著世界經濟的發展和工業化進程的推進，人類對能源的需求與日劇增。在滿足自身高速發展的同時，人類也面臨著煤、石油、天然氣等化石能源逐漸耗盡的危機，且無法迴避環境汙染嚴重的問題。與傳統能源相比，太陽能發電具有清潔環保、安全便捷、資源充足等優點，是可再生的綠色能源，可以有效緩解能源短缺和環境汙染的問題。因此，光伏能源被認為是21世紀最重要的新能源。
[0003]太陽能光伏產業的發展依賴於對矽原料的提純，在多晶矽提純的過程中包括造渣、定向凝固、電子束提純和鑄錠工藝。冶金法因具備工藝簡單、成本較低的優點極具發展潛力。諸多方法中以造渣法要求設備最為簡單，最容易工業化推廣。因而造渣法最具現實的研究價值和應用前景。
[0004]在造渣工藝過程中，現有工藝要求向矽液內部吹氣，使氣體與渣料反應，同時還需要將熔融態造渣劑提取出來。在一般的工藝過程中，需要人工將坩堝翻轉兩次，一次是將渣劑排出，一次是將多晶矽熔液倒出。但是由於兩種液態之間會有混合，導致最終倒出的多晶矽經常混有渣劑，不易分離。
【發明內容】
[0005]本發明目的是為克服以上不足，提供一種步驟少、節約成本，並且整個取渣過程減少汙染的造渣熔煉後取渣設備及其使用方法。
[0006]本發明所述的一種造渣熔煉後取渣設備，包括懸臂吊，懸臂固定安裝於懸臂吊之上，懸臂上固定安裝有卷線機，卷線機懸掛連接有存渣器，其中存渣器的內壁與外壁之間為閉合空腔，該閉合空腔上連通有進水管和出水管，存渣器通過真空波紋管與真空罐相通連，還通過吹氣管與氣瓶相通連，其中真空罐通過連接管連接真空泵，存渣器的底部連通有石墨管，石墨管的出口端底部放置有石墨坩堝，石墨坩堝的外壁纏繞有感應線圈。
[0007]其中，存渣器外壁優選固定設置有把手，方便直接操作把手對存渣器進行晃動。
[0008]所述的真空波紋管上優選安裝有真空閥門。
[0009]所述的吹氣管上優選安裝有氣體閥門。
[0010]本發明所述的一種造渣熔煉後取渣設備的使用方法，首先將矽料和渣料加熱至熔融態形成矽液和渣劑，停止加熱，將石墨管伸入矽液底部，之後對矽液充氣體；充氣結束後，將石墨管移至渣劑表層，之後用真空罐對石墨管另一端抽真空，上層的渣劑在壓力差作用下進入存渣器中，同時將石墨管向下伸入，保證石墨管底端浸入渣劑中，直至渣劑全部進入存渣器中，打開存渣器，將渣劑取出。
[0011]以上整個過程中進水管和出水管持續通水，進行循環水冷卻。
[0012]其中，優選按照以下使用方法對造渣熔煉後取渣:
[0013]第一步前處理:將矽料和渣料放入石墨坩堝內，啟動感應線圈的電源，將石墨坩堝中的矽料和渣料加熱到1450?1650°C至完全熔化成熔融狀態形成矽液和渣劑，並在此溫度下保溫30?60min ；
[0014]第二步充氣:控制卷線機使存渣器下降，直至石墨管的底端下降到矽液的底部，此時打開氣體閥門，將氣體通入熔融娃液中，使氣體與熔融娃液充分反應；
[0015]第三步取渣處理:充氣工藝完畢，關閉氣體閥門，控制卷線機使存渣器帶動石墨管上升，脫離石墨坩堝；啟動真空泵，將真空罐的真空度抽至1?lOOPa，存渣器內的真空腔室和石墨管形成壓力差；控制卷線機使存渣器帶動石墨管下降，將石墨管的底端放置到渣劑表面；打開真空閥門，在大氣壓作用下，將渣劑壓入到存渣器內；邊抽取邊下降石墨管，保證石墨管底端浸入渣劑中，待到渣劑大部分被抽取完全後，降低石墨管到矽液液面，晃動存渣器(5)，將殘餘在石墨坩堝的內壁上的渣劑和一部分矽液抽取到存渣器中；
[0016]第四步後處理:打開存渣器，將渣劑取出；將石墨坩堝傾倒，把提純後的矽液倒出。
[0017]所述矽料優選為工業矽，其純度為99.5%?99.9%。
[0018]所述氣體優選為氬氣和水蒸氣的混合氣，氬氣作為保護氣體。
[0019]本發明的優點:設備改造安裝方便，操作簡單，石墨管能幹淨抽取渣劑，能有效取渣傾倒，使最終提純的多晶矽品質提高，出成率提高，而且此設備在生產中，在車間內不產生灰塵等垃圾，在矽渣分離的過程中，省略工人篩選工作，節約了生產周期和成本，適用於工業化大規模生產。通過真空抽取方式，利用壓力差將熔融液態渣劑壓入石墨管中，之後將其倒出，省掉了舊工藝的需要傾倒兩次的弊端，同時懸臂吊的設計，可以實現半自動化生產，提高生產效率，減少工人操作危險，減少工藝環節，降低能耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明的結構示意圖；
[0021]圖中:1、懸臂吊，2、懸臂，3、卷線機，4、把手，5、存渣器，6、石墨管，7、石墨坩堝，8、感應線圈，9、渣劑，10、矽液，11、出水管，12、進水管，13、真空泵，14、連接管，15、真空閥門，16、真空波紋管，17、真空罐，18、氣體閥門，19、吹氣管，20、氣體，21、氣瓶。
【具體實施方式】
[0022]下面結合具體實施例和附圖詳細說明本發明，但本發明並不局限於具體實施例。
[0023]實施例1
[0024]如圖1所示的一種造渣熔煉後取渣設備，包括懸臂吊1，懸臂2固定安裝於懸臂吊1之上，懸臂2上固定安裝有卷線機3，卷線機3懸掛連接有存渣器5，其中存渣器5的內壁與外壁之間為閉合空腔，該閉合空腔上連通有進水12管和出水管11，存渣器5通過真空波紋管16與真空罐17相通連，還通過吹氣管19與氣瓶21相通連，其中真空罐17通過連接管14連接真空泵13，存渣器5的底部連通有石墨管6，石墨管6的出口端底部放置有石墨坩堝7，石墨坩堝7的外壁纏繞有感應線圈8。
[0025]其中，存渣器5外壁固定設置有把手4。
[0026]真空波紋管16上安裝有真空閥門15。
[0027]吹氣管19上安裝有氣體閥門18。
[0028]實施例2
[0029]使用實施例1所述的設備來取渣:
[0030]第一步前處理:將矽料和渣料放入石墨坩堝7內，啟動感應線圈8的電源，將石墨坩堝7中的矽料和渣料加熱到1500°C至完全熔化成熔融狀態形成矽液10和渣劑9，並在此溫度下保溫30min ；
[0031]第二步充氣:控制卷線機3使存渣器5下降，直至石墨管6的底端下降到矽液10的底部，此時打開氣體閥門18，將氣體20通入熔融矽液10中，使氣體20與熔融矽液10充分反應；
[0032]第三步取渣處理:充氣工藝完畢，關閉氣體閥門18，控制卷線機3使存渣器5帶動石墨管6上升，脫離石墨坩堝7 ;啟動真空泵13，將真空罐17的真空度抽至10Pa，存渣器4內的真空腔室和石墨管6形成壓力差；控制卷線機3使存渣器5帶動石墨管6下降，將石墨管6的底端放置到渣劑9表面；打開真空閥門15，在大氣壓作用下，將渣劑9壓入到存渣器5內；邊抽取邊下降石墨管6，保證石墨管6底端浸入渣劑9中，待到渣劑9大部分被抽取完全後，降低石墨管6到矽液10液面，晃動存渣器5，將殘餘在石墨坩堝7的內壁上的渣劑9和一部分矽液10抽取到存渣器5中；
[0033]第四步後處理:打開存渣器5，將渣劑9取出；將石墨坩堝7傾倒，把提純後的矽液10倒出。
[0034]以上整個過程中進水管12和出水管11持續通水，進行循環水冷卻。
[0035]矽料為工業矽，其純度為99.5%。
[0036]氣體20為氬氣和水蒸氣的混合氣。
[0037]實施例3
[0038]使用實施例1所述的設備來取渣:
[0039]第一步前處理:將矽料和渣料放入石墨坩堝7內，啟動感應線圈8的電源，將石墨坩堝7中的矽料和渣料加熱到1500°C至完全熔化成熔融狀態形成矽液10和渣劑9，並在此溫度下保溫50min ；
[0040]第二步充氣:控制卷線機3使存渣器5下降，直至石墨管6的底端下降到矽液10的底部，此時打開氣體閥門18，將氣體20通入熔融矽液10中，使氣體20與熔融矽液10充分反應；
[0041]第三步取渣處理:充氣工藝完畢，關閉氣體閥門18，控制卷線機3使存渣器5帶動石墨管6上升，脫離石墨坩堝7 ;啟動真空泵13，將真空罐17的真空度抽至50Pa，存渣器4內的真空腔室和石墨管6形成壓力差；控制卷線機3使存渣器5帶動石墨管6下降，將石墨管6的底端放置到渣劑9表面；打開真空閥門15，在大氣壓作用下，將渣劑9壓入到存渣器5內；邊抽取邊下降石墨管6，保證石墨管6底端浸入渣劑9中，待到渣劑9大部分被抽取完全後，降低石墨管6到矽液10液面，晃動存渣器5，將殘餘在石墨坩堝7的內壁上的渣劑9和一部分矽液10抽取到存渣器5中；
[0042]第四步後處理:打開存渣器5，將渣劑9取出；將石墨坩堝7傾倒，把提純後的矽液10倒出。
[0043]以上整個過程中進水管12和出水管11持續通水，進行循環水冷卻。
[0044]矽料為工業矽，其純度為99.9%。
[0045]氣體20為氬氣和水蒸氣的混合氣。
[0046]實施例4
[0047]使用實施例1所述的設備來取渣:
[0048]第一步前處理:將矽料和渣料放入石墨坩堝7內，啟動感應線圈8的電源，將石墨坩堝7中的矽料和渣料加熱到1500°C至完全熔化成熔融狀態形成矽液10和渣劑9，並在此溫度下保溫60min ；
[0049]第二步充氣:控制卷線機3使存渣器5下降，直至石墨管6的底端下降到矽液10的底部，此時打開氣體閥門18，將氣體20通入熔融矽液10中，使氣體20與熔融矽液10充分反應；
[0050]第三步取渣處理:充氣工藝完畢，關閉氣體閥門18，控制卷線機3使存渣器5帶動石墨管6上升，脫離石墨坩堝7 ;啟動真空泵13，將真空罐17的真空度抽至50Pa，存渣器4內的真空腔室和石墨管6形成壓力差；控制卷線機3使存渣器5帶動石墨管6下降，將石墨管6的底端放置到渣劑9表面；打開真空閥門15，在大氣壓作用下，將渣劑9壓入到存渣器5內；邊抽取邊下降石墨管6，保證石墨管6底端浸入渣劑9中，待到渣劑9大部分被抽取完全後，降低石墨管6到矽液10液面，晃動存渣器5，將殘餘在石墨坩堝7的內壁上的渣劑9和一部分矽液10抽取到存渣器5中；
[0051]第四步後處理:打開存渣器5，將渣劑9取出；將石墨坩堝7傾倒，把提純後的矽液10倒出。
[0052]以上整個過程中進水管12和出水管11持續通水，進行循環水冷卻。
[0053]矽料為工業矽，其純度為99.7%。
[0054]氣體20為氬氣和水蒸氣的混合氣。
【權利要求】
1.一種造渣熔煉後取渣設備，包括懸臂吊(I)，懸臂(2 )固定安裝於懸臂吊(I)之上，懸臂(2)上固定安裝有卷線機(3)，其特徵是:卷線機(3)懸掛連接有存渣器(5)，其中存渣器(5)的內壁與外壁之間為閉合空腔，該閉合空腔上連通有進水管(12)和出水管(11)，存渣器(5)通過真空波紋管(16)與真空罐(17)相通連，還通過吹氣管(19)與氣瓶(21)相通連，其中真空罐(17)通過連接管(14)連接真空泵(13)，存渣器(5)的底部連通有石墨管(6)，石墨管(6)的出口端底部放置有石墨坩堝(7)，石墨坩堝(7)的外壁纏繞有感應線圈(8)。
2.根據權利要求1所述的一種造渣熔煉後取渣設備，其特徵是:存渣器(5)外壁固定設置有把手(4)。
3.根據權利要求1所述的一種造渣熔煉後取渣設備，其特徵是:所述的真空波紋管(16)上安裝有真空閥門(15)。
4.根據權利要求1所述的一種造渣熔煉後取渣設備，其特徵是:所述的吹氣管(19)上安裝有氣體閥門(18)。
5.根據權利要求1所述的一種造渣熔煉後取渣設備的使用方法，其特徵是:首先將矽料和渣料加熱至熔融態形成矽液(10)和渣劑(9)，停止加熱，將石墨管(6)伸入矽液(10)底部，之後對矽液(10)充氣體(20);充氣結束後，將石墨管(6)移至渣劑(9)表層，之後用真空罐(17)對石墨管(6)另一端抽真空，上層的渣劑(9)在壓力差作用下進入存渣器(5)中，同時將石墨管(6)向下伸入，保證石墨管(6)底端浸入渣劑(9)中，直至渣劑(9)全部進入存渣器(5)中，打開存渣器(5)，將渣劑(9)取出。
6.根據權利要求5所述的一種造渣熔煉後取渣設備的使用方法，其特徵是: 第一步前處理:將矽料和渣料放入石墨坩堝(7)內，啟動感應線圈(8)的電源，將石墨坩堝(7)中的矽料和渣料加熱到1450?1650°C至完全熔化成熔融狀態形成矽液(10)和渣劑(9)，並在此溫度下保溫30?60min ； 第二步充氣:控制卷線機(3)使存渣器(5)下降，直至石墨管(6)的底端下降到矽液(10)的底部，此時打開氣體閥門(18)，將氣體(20)通入熔融矽液(10)中，使氣體(20)與熔融矽液(10)充分反應； 第三步取渣處理:充氣工藝完畢，關閉氣體閥門(18)，控制卷線機(3)使存渣器(5)帶動石墨管(6)上升，脫離石墨坩堝(7);啟動真空泵(13)，將真空罐(17)的真空度抽至I?lOOPa，存渣器(4)內的真空腔室和石墨管(6)形成壓力差；控制卷線機(3)使存渣器(5)帶動石墨管(6)下降，將石墨管(6)的底端放置到渣劑(9)表面；打開真空閥門(15)，在大氣壓作用下，將渣劑(9)壓入到存渣器(5)內；邊抽取邊下降石墨管(6)，保證石墨管(6)底端浸入渣劑(9)中，待到渣劑(9)大部分被抽取完全後，降低石墨管(6)到矽液(10)液面，晃動存渣器(5)，將殘餘在石墨坩堝(7)的內壁上的渣劑(9)和一部分矽液(10)抽取到存渣器(5)中； 第四步後處理:打開存渣器(5 )，將渣劑(9 )取出；將石墨坩堝(7 )傾倒，把提純後的矽液(10)倒出。
7.根據權利要求5所述的一種造渣熔煉後取渣設備的使用方法，其特徵是:所述矽料為工業矽，其純度為99.5%?99.9%。
8.根據權利要求5所述的一種造渣熔煉後取渣設備的使用方法，其特徵是:所述氣體(20)為IS氣和水蒸氣的混合氣。
【文檔編號】C01B33/037GK104250008SQ201310167944
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年5月6日 優先權日:2013年5月6日
【發明者】顧正, 張磊 申請人:青島隆盛晶矽科技有限公司