一种封闭式高纯金属硅还原炉制造技术

本发明专利技术涉及太阳能多晶硅冶金法制备工艺设备技术领域，具体的说是一种封闭式高纯金属硅还原炉，所述炉内压力调节阀设置在排气管上，排气管另一端连接有自动加料装置，排气管上还设置有进料口，排气管安装在绝热炉体顶端，绝热炉体顶端的排气管两侧分别设置有电极和短网，电极和短网一端设置在绝热炉体内侧，绝热炉体上还设置有捣料口，绝热炉体顶端设置有绝热炉盖，绝热炉体底端设置有出料阀门，出料阀门与前炉连接，前炉上端设置有等离子系统，前炉底部通过出料口连接有连续铸模机，把工艺与装备结合起来研发，充分应用冶金学的基本原理和冶金科技的最新成果，既源于它又超越于它，进行科学创新。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及太阳能多晶硅冶金法制备工艺设备
，具体的说是一种封闭式高纯金属硅还原炉，所述炉内压力调节阀设置在排气管上，排气管另一端连接有自动加料装置，排气管上还设置有进料口，排气管安装在绝热炉体顶端，绝热炉体顶端的排气管两侧分别设置有电极和短网，电极和短网一端设置在绝热炉体内侧，绝热炉体上还设置有捣料口，绝热炉体顶端设置有绝热炉盖，绝热炉体底端设置有出料阀门，出料阀门与前炉连接，前炉上端设置有等离子系统，前炉底部通过出料口连接有连续铸模机，把工艺与装备结合起来研发，充分应用冶金学的基本原理和冶金科技的最新成果，既源于它又超越于它，进行科学创新。【专利说明】一种封闭式高纯金属硅还原炉
本专利技术涉及太阳能多晶硅冶金法制备工艺设备
，具体的说是一种封闭式 高纯金属硅还原炉。
技术介绍
目前国内外生产太阳能多晶硅的方法主要沿用电子级多晶硅生产的改良西门子 化学法，这种方法以铁合金厂出品的工业硅（也称金属硅）为原料，通过破碎，用无水氯化 氢（HC1)与其反应，生成三氯氢硅及气态混合物，通过多级分馏净化三氯氢硅，再采用高温 还原工艺，在氢气还原下形成高纯硅Ο 9N)沉积在硅捧上。大约只有1/3的三氯氢硅被 利用，在提炼过程中70%以上的5丨随同!12、！1(：1、5丨!1(：1 3、5丨(：14、5丨等经过滤、冷凝或排放 掉。由于气态混合物的分离非常复杂，能耗大，回收利用投入也大，环境污染严重，在整个改 良西门子法工艺中，一些关键技术仍掌握国外几家大公司手中，国外进口设备年产千吨多 晶硅生产线不进行环保处理的曾高达10亿人民币，该工艺尾气中的硅、氯两个资源的循环 利用存在很大问题，为此国务院2010年38号文件明确规定，还原尾气中的四氯化硅、氯化 氢、氯气的回收率不得低于98. 5 %、99 %、99 %，这就花数亿元投资进行改造；其次，还规定 还原能耗应低于60千瓦时/千克、综合能耗低于200千瓦时/千克；并对规模和占地面积 都有明确限定。由于投资大，折旧所占成本比例就大、能耗高、污染严重，加上太阳能多晶 硅的纯度只须5N(即99. 9999% )就可以了，随着太阳能利用在清洁再生能源中比重越来越 大，预计2020年需求量可高达百万吨以上，所以，采用冶金法生产太阳能级多晶硅成为世 界各国科技界和冶金企业的重大研发课题，包括西门子化学法老牌企业也转向冶金法的开 发，并已取得不少成果。 国内外许多从事冶金法的企业大多都是从采购的标准牌号工业硅进行提纯，如日 本JFE，前性年国内有关从事所谓"物理法"研发的企业等，都并不成功，原因是从各地购 得的工业硅有2% (相当于20000ppm)左右的杂质，工业硅标准中杂质含量只限定三个， 即铁（Fe)、铝（A1)、钙（Ca)，如我国标准中杂质最低的2202牌号，其中Fe彡0.2% (即 2000ppm)，A1彡0· 2%，Ca彡0· 02% (即200ppm)，而对光伏效率影响最大又最难去除的磷 (P)、硼（B)等均没有限定，一般都在几十ppm上下，而太阳能多晶硅对这些有害杂质要求很 高，须在lppm左右，用冶金法提纯有很大难度。 用冶金方法生产太阳能级多晶硅是大势所趋，它符合全球再生清洁能源和低炭经 济发展的需求，太阳能多晶硅是冶金企业产品--金属硅的深度加工的延伸产品，在技术和 装备上存在不可分割的联系，作为冶金超级大国的中国，具有极大优势， 因此，目前生产工业硅的铁合金冶炼炉称为矿热炉，均为非封闭式、粗放形的电 炉，从炉型、内衬材料、操作方法、炉内氛围、原料准备到硅液的炉外处理等，都不可能生产 出高纯金属硅，工业硅是所有铁合金产品中最难生产的品种，属于无渣操作，因此，只有从 设备到工艺不进行创新与改革才能生产出比工业硅要求高得多的高纯金属硅4N)，从 而得以用冶金法大规模、低成本生产出太阳能多晶硅成为可能，本专利技术是冶金法生产太阳 能级多晶硅头道关键装备。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术就是利用不同于一般矿热炉的特种还原炉，配合相 应新工艺，直接生产低P、B (0. 5?2ppm)的高纯金属硅（彡4N)，实现用火法冶金提纯新 工艺生产出符合太阳能电池生产所需的原料，而这种高纯金属硅如用于西门子化学法或冶 金工艺进一步提纯，都将可以大大降低成本，缩短工艺流程，并可实现规模化生产，本专利技术 的特点在于把工艺与装备结合起来研发，充分应用冶金学的基本原理和冶金科技的最新成 果，既源于它又超越于它，进行科学创新，创新型装备是新材料制备与发展中最重要的基 础。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种封闭式高纯金属硅还原炉，其 特征在于：包含炉内压力调节阀、进料口、自动加料装置、排气管、电极、捣料口、绝热炉盖、 绝热炉体、短网、等离子系统、前炉、出料口、出料阀门、连续铸模，所述炉内压力调节阀设置 在排气管上，排气管另一端连接有自动加料装置，排气管上还设置有进料口，排气管安装在 绝热炉体顶端，绝热炉体顶端的排气管两侧分别设置有电极和短网，电极和短网一端设置 在绝热炉体内侧，绝热炉体上还设置有捣料口，绝热炉体顶端设置有绝热炉盖，绝热炉体底 端设置有出料阀门，出料阀门与前炉连接，前炉上端设置有等离子系统，前炉底部通过出料 口连接有连续铸模机。 进一步，所述绝热炉体为坚炉。 进一步，所述炉气通过加料系统向外排放。 进一步，所述连续铸模机为转盘水冷铸模机。 本专利技术的有益效果是： 1、本专利技术的炉型为坚炉，不同于一般矿热炉的矮胖型，二氧化硅与碳还原生成硅 是在不同区域的五个化学反应完成的，而是先生成SiC和气态SiO,通过SiO在炉内的循环 与凝聚、SiC的破坏而生成硅，所以炉腔升高有利于这些中间反应的进行，减少有效成分的 损失，提高硅的收得率。 2、本专利技术将炉气通过加料系统向外排放，这个系统既能利用余热加热炉料降低单 位能耗，还能使残余的SiO进一步与炉料的凝聚反应提高娃的收得率。 3、本专利技术的加料机构可以不必开启炉盖或加料口，这对减少热的损失和降低能耗 有明显效果。对于产量要求不高的小型高纯金属硅还原炉而言，尤为重要。 4、封闭式炉型对形成炉内还原气氛、节能、环保和操作安全都具有明显优势，但必 须控制好炉内气压，使气态反应物顺利循环与炉料的正常下行。本专利技术具有将的炉内气压 与炉况相匹配的智能调控系统，这个智能调控系统所采集的参数众多，从而把炉况与确保 安全有机统合起来，是本专利技术的重要特色之一。 5、本专利技术为适应炉容量比较小（如3000?6000KW)的特点和充分利用液态硅的 热能，设有带等离子枪的前炉，在封闭式环境下不必定时打开或封堵出铁口，既简化了操作 也减少硅液的二次污染与损耗。当炉缸内硅液面达到一定高度时会自动流入前炉，前炉硅 液达到规定容量时关闭闸门，在等离子孤与炉渣的共同作用下，进行炉外精炉，去除含量相 对较1?的铁、错、I丐及砸等杂质，进一步提1?娃的纯度。 6、本专利技术的铸锭机构为转盘水冷铸模，并采用防止二次污染的措施，如涂刷防污 涂料和选择相适应的材质等，转盘式铸模的另一个优点可以降低设备高度，适用中小型炉 的操作，防止二次污是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种封闭式高纯金属硅还原炉，其特征在于：包含炉内压力调节阀、进料口、自动加料装置、排气管、电极、捣料口、绝热炉盖、绝热炉体、短网、等离子系统、前炉、出料口、出料阀门、连续铸模，所述炉内压力调节阀设置在排气管上，排气管另一端连接有自动加料装置，排气管上还设置有进料口，排气管安装在绝热炉体顶端，绝热炉体顶端的排气管两侧分别设置有电极和短网，电极和短网一端设置在绝热炉体内侧，绝热炉体上还设置有捣料口，绝热炉体顶端设置有绝热炉盖，绝热炉体底端设置有出料阀门，出料阀门与前炉连接，前炉上端设置有等离子系统，前炉底部通过出料口连接有连续铸模机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潘健武，苏善存，石祥，
申请(专利权)人：苏州晶科新能源装备科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32