[發明專利]一種工業硅熔體爐外精煉提純的設備及其方法

在審

• 申請號: 201710519004.4
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107311182A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 魏奎先;王杰;馬文會;李紹元;謝克強;伍繼君;于潔;雷云;呂國強
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種工業硅熔體爐外精煉提純的設備及其方法，屬于提純工業硅技術領域。

背景技術

工業硅廣泛應用于冶金、電子、化工等行業，其傳統的生產方式是在礦熱爐內以硅石和碳質還原劑冶煉制得。在冶煉過程中，隨爐料帶入爐內的其他元素在還原硅的同時也被還原，并且融入硅熔體，因此工業硅中存在Al、Ca、Ti、C等多種雜質，這些雜質的存在嚴重影響工業硅的性能、使用和價值；同時，隨著各行業的快速發展，對工業硅的產品質量也提出了更高的要求,市場競爭愈加激烈，因此對工業硅的提純一直是材料工作者的研究熱點。

在抬包中進行爐外精煉是一種經濟適用且簡單易行的工業硅精煉方法，能有效的去除硅熔體中雜質元素、提高工業硅產品質量、調整硅工業產品成份，在實際工業生產中得到了廣泛應用。然而，目前工業硅生產過程中，抬包的噴嘴一般只有一個，且設置在抬包底部的中間位置，這種設計在實際生產中會使精煉時的硅熔體產生攪拌的死角、精煉時間較長、熱量損失較多，從而影響精煉后硅的質量和產量。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題及不足，本發明提供一種工業硅熔體爐外精煉提純的設備及其方法。本設備及其方法目的是制備產品成分均勻、雜質含量低的工業硅產品，而且本方法精煉時間短、環境無污染。本發明通過以下技術方案實現。

一種工業硅熔體爐外精煉提純的設備，包括抬包、噴嘴1、通氣管2和儲氣裝置3，抬包底部和側壁分別設有一個噴嘴1，噴嘴1均通過通氣管2與儲氣裝置3連通，抬包從里至外分別設有耐火磚4、石棉板5和鐵架6，耐火磚4上設有噴嘴1。

所述抬包底部上設置的噴嘴1半徑r₁、底部噴嘴1與抬包底部圓心的距離l₁以及抬包底部半徑R之間的關系為：0≤l₁≤R-r₁。

所述抬包側壁上設置的噴嘴1半徑_r2、側壁上噴嘴1與抬包側壁底部l₂以及抬包高度H之間的關系為r₂≤l₂≤H-r₂，其中r₂≤0.5H。

一種工業硅熔體爐外精煉提純的設備的應用方法，其具體步驟如下：

步驟1、通過儲氣裝置3向抬包底部和側壁的噴嘴1中持續通入壓縮空氣或者精煉氣體，向抬包中放入礦熱爐冶煉出的硅熔體，當硅熔體位于抬包中的高度到達側壁的噴嘴1的高度時，調節通氣氣體的流量和氣體成份，對硅熔體進行爐外精煉，在該過程中，根據精煉情況，加入精煉劑，實現硅熔體吹氣精煉和精煉劑造渣精煉的同時進行；

步驟2、步驟1精煉完畢后，扒開硅熔體表面的浮渣，實現渣硅分離后，進行硅熔體的澆注，獲得符合國家標準的工業硅產品。

所述步驟1持續通入壓縮空氣、精煉氣體的流量或調節通氣氣體的流量為0.5～15m³/h，壓力為1～15MPa，通氣時間為0.3～8h。上述壓縮空氣包括空氣和富氧空氣；精煉氣體包括空氣、富氧空氣、水蒸氣等中一種或幾種氣體任意比例的混合氣體。

所述步驟1中精煉劑的加入量為與硅熔體質量比為20：1～1：20；精煉劑為硅熔體精煉通用精煉劑，包括但不限于：CaO、CaF₂、SiO₂、第Ⅰ和Ⅱ主族堿金屬化合物等中一種或多種精煉劑任意比例的混合精煉劑；精煉劑加入方式包括：一次性加入、分批次加入等。

上述步驟2中的扒開硅熔體表面的浮渣，實現渣硅分離后，進行硅熔體的澆注包括：先扒渣再澆注、澆注過程中擋住浮渣并將浮渣殘留在抬包底部等，硅熔體澆注后自然冷卻后獲得符合國家標準的工業硅產品。

原抬包只有底部有一個噴嘴，通入精煉氣體流量過小，會使包內上方硅液攪拌不充分，除雜不理想；供氣量過大則會使硅液表面覆蓋的渣卷入硅液內部，造成對硅液的污染，供氣量難以把握，工人師傅操作難度較大。經過改造，在底部和側壁適當位置均安裝一個噴嘴，并各自配置有獨立的吹氣系統，可以根據需要調整側壁噴嘴的氣體流量、氣體壓力，很大程度上降低了工人師的操作難度。

本發明通過側壁和底部的兩個噴嘴1進行吹氣精煉，充分保證了硅熔體爐外精煉過程中的動力學條件，有效的消除了攪拌死角，解決了硅液成分不均勻問題：同時也縮短爐外精煉過程中的精煉時間，減少了硅熔體的熱量損失。