[發明專利]一種分離過共晶鋁硅合金的裝置及應用

有效

• 申請號: 201310283949.2
• 申請日: 2013-07-08
• 公開（公告）號: CN103343384A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 呂國強;薛海洋;馬文會;余文軸
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C30B15/00
• 分類號: C30B15/00;C30B30/04;C30B29/06;C30B29/52
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技術領域

本發明涉及一種分離過共晶鋁硅合金的裝置及應用，屬于電磁冶金技術領域。

背景技術

鋁硅合金以其良好的力學性能和優良的鑄造性能，被廣泛應用于航空、汽車、儀表及工程機械等工業，是制造行業重要的合金材料。鋁硅合金的生產方法主要有兌摻法，熔鹽電解法以及電熱法等等。目前在我國主要是采用兌摻法生產，即用電解法生產的原鋁和用工業硅經過按比例重熔制得。這樣從礦石到成品要經過氧化鋁廠、電解鋁廠、工業硅廠等多道工序才能完成，生產流程長、能耗高使鋁硅合金成本居高不下，而且生產過程對環境影響很大。而電熱法以其原料來源廣泛、能源消耗少、生產能力大、工藝流程短、環境污染小等優點將成為冶煉鋁硅合金的主要方法。電熱法制取含鋁較低的鋁硅合金時，電爐運行正常，可連續生產多天；然而電熱法在制取含鋁50％以上的鋁硅合金時，常出現塌料、爐底上漲等現象，生產很不穩定。為了獲得含鋁高的鋁硅合金，通常是由電熱法獲得含鋁量低的鋁硅合金經純鋁稀釋后得到含鋁量較高的鋁硅合金。這樣做，雖然可以獲得鋁含量合格的鋁硅合金的產品，但增加了能源成本。

隨著社會高速發展，煤、石油、天然氣等化石能源總有一天會枯竭，要實現經濟的可持續發展就必須依靠可再生能源。太陽能由于清潔、安全、資源相對廣泛和充足，因此被認為是最有希望成為未來替代化石能源的可再生能源。太陽能級硅是光伏產品的主要原材料，如何低成本生產太陽能級硅成為世界目前研究的熱點之一。目前，世界上制備太陽能級硅的方法主是改良的西門子法和硅烷法。西門子法技術成熟，但是這種生產技術投資大、生產成本高、成本降低潛力不大。而硅烷法在生產過程中產生易爆氣體，不安全。

鑒于以上情況，如何低成本將電熱法制取的鋁含量低的過共晶鋁硅合金中的硅分離出來，不僅可以制得含鋁量較高的鋁硅合金，而且還能得到制取太陽能級硅的初晶硅是非常有意義的。

發明內容

為克服現有技術的不足，提供一種分離過共晶鋁硅合金的裝置及應用，可以將鋁含量低的鋁硅合金分離出初晶硅，獲得鋁含量較高的鋁硅合金，這樣，就可以獲得合格的鋁硅合金，而初晶硅再經過進一步處理可以獲得高純度的太陽能級硅，最終獲得合格的鋁硅合金和太陽能級硅兩種產品。

本發明的裝置結構為：包括熔料裝置和提拉裝置，熔料裝置的主體為石墨坩堝3，

石墨坩堝3的外部有活動的感應裝置2、底部有帶有支撐機構1的托盤13；提拉裝置的主體為倒置的石英管5，倒置的石英管5的頂部有引錠機構9、內部有模子8、外部有冷卻環7；石英管5的外徑小于石墨坩堝3的內徑，倒置的石英管5套入石墨坩堝3。

所述石英管5的外壁有外硅灰石層6、石墨坩堝3的內壁有內硅灰石層4。硅灰石層是一種硅灰石的涂層，硅灰石的化學通式為CaO·SiO₂，化學組成為CaO:48.25%、SiO₂:51.75%，因其具有熔點低、高溫熔融粘度低和良好的隔熱性能等特點，硅灰石層起到很好的潤滑和保護作用。

所述石墨坩堝3的底部有出料口，出料口填滿密封料12，密封料12為含90%SiO2以上的硅質耐火材料材料，在約1500℃高溫下起密封作用。

所述感應裝置2為高頻感應爐，主要由爐體、變頻設備，感應線圈和水冷系統組成。

所述模子8分布于石英管5內部的底端，冷卻環7分布在石英管5的外部且與模子8的位置對應。

本發明分離過共晶鋁硅合金裝置的應用方法具體包括：

（1）將過共晶鋁硅合金放入石墨坩堝3，然后將石英管5倒置并套入石墨坩堝3中，調節感應裝置2的電流和頻率，保溫后得到熔融的過共晶鋁硅合金；或者是將過共晶鋁硅合金熔體直接放入石墨坩堝3中，然后將石英管5倒置并套入石墨坩堝3中，調節感應裝置2的電流和頻率；

（2）保持感應裝置2不動并維持步驟（1）的電流和頻率，通過冷卻環7將石英管5的模子8的溫度調整為550℃～650℃，然后按7～30μm/s的速度將引錠桿9向上提拉，為了使固液界面不致分離，同時將支撐桿1按照相同的速度向上運動，直到石墨坩堝5中的共晶鋁硅合金與形成的初晶硅完全分離，停止引錠桿9和支撐桿1的運動，熔開出料口的密封料12，從出料口流出的即為共晶鋁硅合金熔體，石英管5的模子8中得到的即為初晶硅。

所述過共晶鋁硅合金的成分為30～60wt%硅、39～69wt%鋁，其余為雜質。

所述步驟（1）中感應裝置2的電流均為12～64A、頻率均為5～300kHz。