[發明專利]金屬硅冷卻槽模具通水降溫的方法

無效

• 申請號: 200810071122.4
• 申請日: 2008-05-23
• 公開（公告）號: CN101386414A
• 公開（公告）日: 2009-03-18
• 發明（設計）人: 鄭智雄
• 申請（專利權）人: 南安市三晶硅品精制有限公司
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037;F28D7/00
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司
• 代理人: 張松亭

技術領域

本發明涉及金屬提純過程中的模具冷卻方法，特別涉及金屬硅提純過程中，金屬硅熔液冷卻凝固模具的通水降溫快速冷卻和保護模具的方法。

背景技術

近年來，由于對能源/環境問題、比如礦物燃料能源的消耗和全球變暖問題的高度關注，使得可作為太陽能電池材料的硅的需要迅速增加。隨著光伏產業的迅猛發展，太陽能電池對多晶硅需求量的增長速度高于半導體多晶硅的發展。1994年全世界太陽能電池的總產量只有69MW，而2004年就接近1200MW，在短短的10年里就增長了17倍。專家預測太陽能光伏產業在二十一世紀前半期將超過核電成為最重要的基礎能源之一。

目前太陽能多晶硅主要有三個來源，一是生產半導體集成電路單晶硅的碎片；二是半導體多晶體的附產品，即單晶棒的頭尾剩余料；三是半導體多晶硅產商用多余的產能生產的太陽能多晶硅。

國際上電子級高純(>11N)多晶硅原料制備的主流技術是西門子法及散氯氫硅(SiHCl₃)還原法和硅烷(SiH4)熱分解法，同時世界各國還有使用改良西門子法(即俄羅斯法)、硅烷法、流態化床法、冶金法，其中改良西門子法占全球產量80％以上。但無論哪一種方法，平均提純每公斤多晶硅原料耗電都在250～400度左右，高能耗，高投入低產出是多晶硅原料成本居高不下的主要原因，嚴重制約太陽能電池的普及使用。

太陽能多晶硅的產能受限于半導體級多晶硅的產能。因此，市場急需尋找一種新的、能夠大量生產同時成本較低的高純多晶硅方法。

目前世界上新一代低成本多晶硅工藝技術研究空前活躍。除了傳統工藝(電子級和太陽能級兼容)及技術升級外，還涌現出了幾種專門生產太陽能級多晶硅的新工藝技術，主要有：冶金法從金屬硅中提取高純度硅；改良西門子法的低價格工藝；高純度SiO₂直接制取；熔融析出法(VLD：Vaper?to?liquid?deposition)；還原或熱分解工藝；無氯工藝技術，Al-Si溶體低溫制備太陽能級硅；熔鹽電解法等。

采用冶金法從金屬硅中提取高純度硅，當金屬硅冶煉成液體后，出爐，然后倒于鋼質模具中冷卻凝固，最后破碎成所需的粒度。所用的鋼質模具一般采用鋼質材料做成槽或鋼磚排列，周圍也用鋼枕攔圍。將硅液倒入鋼槽內自然冷卻時，因金屬硅溫度超過鋼質模具熔點，很容易將鋼模表面熔化，鋼模表面與硅接合造成模具損壞和使用壽命縮短，而鋼和硅的結合部分又因硅品質下降而成殘次品，造成損失。另外，硅液在鋼模中自然冷卻降溫速度慢又造成生產車間長時間高溫，破壞了廠房上部建筑和電力設施。

由于現有的金屬硅熔液冷卻模具的缺點，本技術領域中一直期待新的硅熔液冷卻技術。

發明內容

本發明的目的在于消除傳統金屬硅冷卻鋼模的不足，提供一種保護鋼模和加快硅液冷卻速度的方法。

為達上述目的，本發明的技術方案包括以下步驟：

1、在金屬硅冷卻鋼模鑄造時預先埋下無縫鋼管；

2、鑄造鋼模；

3、在無縫鋼管連接具一定壓力的進水壓力接口；

4、將出水口引入車間外的水池循環使用。

本發明所用的無縫鋼管，其直徑不小于5cm，以便能有足夠的快速冷卻能力。鋼管不得漏水，必須保持模具周圍干燥。

本發明所用的無縫鋼管，其在模具中的埋設，可以是有利于冷卻的任何形狀，例如：彼此平行的直管或彎管。模具中的進水口和出水口，可以各僅為一個，每個進水口在模具中分成多個支路，每個支路各冷卻模具的一部分，最后再匯合到出水口；也可以是多個，每個鋼管不分叉，直接從模具中經過通往各自的出水口。

在通水方式上，使用冷卻水在模具的冷卻管內流通來冷卻模具，進行模具溫度的控制時，是進行不間斷在冷卻管內通冷卻水。采用不間斷通水的冷卻速度快，但有可能會造成冷卻過度的部位，如果模具中的冷卻對象是另一要成型的模具，則有可能造成局部變形；間斷通水冷卻較為均勻，但冷卻速度相對較慢。本發明的目的在于快速冷卻硅液，無需考慮硅液的變形問題，故采用第一種冷卻方式，即不間斷通水的冷卻方式。

本發明進水接口，其壓力不小于2KG。

本發明出水溫度不得高于70℃，如水溫高于70℃則加大冷卻水流量以使溫度降低。

本發明的有益效果是：

1、采用本發明的方法制作的模具，由于其有快速冷卻能力，所以硅液在模具中冷卻速度快，減少了熔液硅與鋼質模具的結合，對模具的損害小，模具中的硅的殘次品也相應減少。因此本發明可以提高硅的提純質量。