一种工业硅熔体炉外精炼提纯的设备制造技术

本实用新型专利技术涉及一种工业硅熔体炉外精炼提纯的设备，属于提纯工业硅技术领域。该设备包括抬包、喷嘴、通气管和储气装置，抬包底部和侧壁分别设有一个喷嘴，喷嘴均通过通气管与储气装置连通，抬包从里至外分别设有耐火砖、石棉板和铁架，耐火砖上设有喷嘴。通过储气装置向抬包底部和侧壁的喷嘴中持续通入压缩空气或者精炼气体，向抬包中放入矿热炉冶炼出的硅熔体，当硅熔体位于抬包中的高度到达侧壁的喷嘴的高度时，调节通气气体的流量和气体成份，对硅熔体进行炉外精炼，在该过程中，根据精炼情况，加入精炼剂，实现硅熔体吹气精炼和精炼剂造渣精炼的同时进行；扒开浮渣后获得符合国家标准的工业硅产品。本设备目的是制备杂质含量低的硅产品。

A kind of equipment for refining and refining of industrial silicon melt

The utility model relates to a equipment for refining the refining of an industrial silicon melt furnace outside the furnace, which belongs to the technical field of purification of industrial silicon. The equipment comprises a ladle, nozzle, ventilation pipe and gas storage device, ladle bottom and side walls are respectively provided with a nozzle, the nozzle is communicated through the ventilating pipe and the gas storage device, lift the bag from the inside to the outside are respectively provided with a refractory brick, asbestos and iron, refractory brick is provided with a nozzle. The nozzle on the bottom of the bag and the side wall to carry through the gas storage device continues to pass into the compressed air or gas to ladle refining, into the silicon melt furnace smelting ore, when the silicon melt in the ladle in height to the side wall of the nozzle height, flow rate and body composition regulation of ventilation gas. The silicon melt furnace refining, in the process, according to the situation of refining, adding refining agent and realize silicon melt blowing refining and refining slag refining agent and scum; after industrial silicon products meet national standards. The purpose of this equipment is to prepare silicon products with low impurity content.

【技术实现步骤摘要】
一种工业硅熔体炉外精炼提纯的设备
本技术涉及一种工业硅熔体炉外精炼提纯的设备，属于提纯工业硅

技术介绍
工业硅广泛应用于冶金、电子、化工等行业，其传统的生产方式是在矿热炉内以硅石和碳质还原剂冶炼制得。在冶炼过程中，随炉料带入炉内的其他元素在还原硅的同时也被还原，并且融入硅熔体，因此工业硅中存在Al、Ca、Ti、C等多种杂质，这些杂质的存在严重影响工业硅的性能、使用和价值；同时，随着各行业的快速发展，对工业硅的产品质量也提出了更高的要求,市场竞争愈加激烈，因此对工业硅的提纯一直是材料工作者的研究热点。在抬包中进行炉外精炼是一种经济适用且简单易行的工业硅精炼方法，能有效的去除硅熔体中杂质元素、提高工业硅产品质量、调整硅工业产品成份，在实际工业生产中得到了广泛应用。然而，目前工业硅生产过程中，抬包的喷嘴一般只有一个，且设置在抬包底部的中间位置，这种设计在实际生产中会使精炼时的硅熔体产生搅拌的死角、精炼时间较长、热量损失较多，从而影响精炼后硅的质量和产量。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题及不足，本技术提供一种工业硅熔体炉外精炼提纯的设备。本设备目的是制备产品成分均匀、杂质含量低的工业硅产品，而且本方法精炼时间短、环境无污染。本技术通过以下技术方案实现。一种工业硅熔体炉外精炼提纯的设备，包括抬包、喷嘴1、通气管2和储气装置3，抬包底部和侧壁分别设有一个喷嘴1，喷嘴1均通过通气管2与储气装置3连通，抬包从里至外分别设有耐火砖4、石棉板5和铁架6，耐火砖4上设有喷嘴1。所述抬包底部上设置的喷嘴1半径r1、底部喷嘴1与抬包底部圆心的距离l1以及抬包底部半径R之间的关系为：0≤l1≤R-r1。所述抬包侧壁上设置的喷嘴1半径r2、侧壁上喷嘴1与抬包侧壁底部l2以及抬包高度H之间的关系为r2≤l2≤H-r2，其中r2≤0.5H。一种工业硅熔体炉外精炼提纯的设备的应用方法，其具体步骤如下：步骤1、通过储气装置3向抬包底部和侧壁的喷嘴1中持续通入压缩空气或者精炼气体，向抬包中放入矿热炉冶炼出的硅熔体，当硅熔体位于抬包中的高度到达侧壁的喷嘴1的高度时，调节通气气体的流量和气体成份，对硅熔体进行炉外精炼，在该过程中，根据精炼情况，加入精炼剂，实现硅熔体吹气精炼和精炼剂造渣精炼的同时进行；步骤2、步骤1精炼完毕后，扒开硅熔体表面的浮渣，实现渣硅分离后，进行硅熔体的浇注，获得符合国家标准的工业硅产品。所述步骤1持续通入压缩空气、精炼气体的流量或调节通气气体的流量为0.5～15m3/h，压力为1～15MPa，通气时间为0.3～8h。上述压缩空气包括空气和富氧空气；精炼气体包括空气、富氧空气、水蒸气等中一种或几种气体任意比例的混合气体。所述步骤1中精炼剂的加入量为与硅熔体质量比为20：1～1：20；精炼剂为硅熔体精炼通用精炼剂，包括但不限于：CaO、CaF2、SiO2、第Ⅰ和Ⅱ主族碱金属化合物等中一种或多种精炼剂任意比例的混合精炼剂；精炼剂加入方式包括：一次性加入、分批次加入等。上述步骤2中的扒开硅熔体表面的浮渣，实现渣硅分离后，进行硅熔体的浇注包括：先扒渣再浇注、浇注过程中挡住浮渣并将浮渣残留在抬包底部等，硅熔体浇注后自然冷却后获得符合国家标准的工业硅产品。原抬包只有底部有一个喷嘴，通入精炼气体流量过小，会使包内上方硅液搅拌不充分，除杂不理想；供气量过大则会使硅液表面覆盖的渣卷入硅液内部，造成对硅液的污染，供气量难以把握，工人师傅操作难度较大。经过改造，在底部和侧壁适当位置均安装一个喷嘴，并各自配置有独立的吹气系统，可以根据需要调整侧壁喷嘴的气体流量、气体压力，很大程度上降低了工人师的操作难度。本技术通过侧壁和底部的两个喷嘴1进行吹气精炼，充分保证了硅熔体炉外精炼过程中的动力学条件，有效的消除了搅拌死角，解决了硅液成分不均匀问题：同时也缩短炉外精炼过程中的精炼时间，减少了硅熔体的热量损失。在吹气精炼过程中，根据精炼情况，可以往特制抬包内加入精炼剂，调整侧壁和底部喷嘴的气体成分、气体流量，从而提高精炼效果，获得成本相对较低，品质相对较高的工业硅产品，有效的改进了现有的工业硅熔体的炉外精炼技术。本技术的有益效果：（1）本技术在特制抬包中进行炉外精炼，联合侧吹、底吹、造渣精炼，产品质量均匀，Al、Ca、Ti、C等杂质含量被高效去除，操作简单，很好的提高了精炼效果，并易实现大规模工厂化应用。（2）本技术炉外精炼的抬包采用侧吹、底吹联合喷吹，提高了精炼速率，缩短了反应时间，很好的提高了生产效率。（3）本技术只要对抬包进行简单改造，在抬包侧壁和底部适当位置各设置一个喷嘴，并配置独立吹气系统，其设备简单，基建投资少；且在精炼过程中原料和副产品均不会污染环境，符合绿色冶金要求。附图说明图1是本技术设备结构示意图；图2是本技术实施例1设备结构示意图；图3是本技术实施例2设备结构示意图；图4是本技术实施例3设备结构示意图。图中：1-喷嘴，2-通气管，3-储气装置，4-耐火砖，5-石棉板，6-铁架。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，对本技术作进一步说明。实施例1如图1和2所示，该工业硅熔体炉外精炼提纯的设备，包括抬包、喷嘴1、通气管2和储气装置3，抬包底部和侧壁分别设有一个喷嘴1，喷嘴1均通过通气管2与储气装置3连通，抬包从里至外分别设有耐火砖4、石棉板5和铁架6，耐火砖4上设有喷嘴1。其中抬包侧壁上设置的喷嘴1半径r2为0.35H（H为抬包高度），侧壁上喷嘴1与抬包侧壁底部l2为0.65H（满足r2≤l2≤H-r2），抬包底部上设置的喷嘴1半径r1为0.2R，抬包底部上设置的喷嘴1在中间位置（即底部喷嘴1与抬包底部圆心的距离l1等于0），该工业硅熔体炉外精炼提纯的设备的应用方法，其具体步骤如下：步骤1、通过储气装置3向抬包底部和侧壁喷嘴1中持续通入压缩空气（压缩空气的流量为5m3/h），向抬包中放入矿热炉冶炼出的硅熔体（硅熔体主要包含以下质量百分比组分：96%Si、0.8%Al、3%Ca），随着抬包中硅熔体的增加，底部喷嘴1通入富氧空气（氧气与空气体积比为9：1），富氧空气气体的流量为5m3/h，压力为1MPa；当硅熔体位于抬包中的高度到达侧壁的喷嘴1的高度时，侧壁的喷嘴1通入富氧空气（氧气与空气体积比为9：1），富氧空气气体的流量为5m3/h，压力为1MPa；并向抬包中的硅熔体加入质量比为2:5:1的SiO2、CaO、CaF2混合精炼剂，混合精炼剂与硅熔体质量比为20：1，进行通气和精炼0.3h；步骤2、步骤1精炼完毕后，扒开硅熔体表面的浮渣，实现渣硅分离后，进行硅熔体的浇注，获得符合国家标准的工业硅产品。本实施例制备得到的工业硅产品中Al含量<0.1wt%，Ca含量<0.02wt%，硅含量为99.6%。现有常规的硅熔体炉外精炼提纯的设备（仅在抬包底部中间位置设置喷嘴1）在与本实施例相同的参数条件下制备得到的硅产品中Al含量<0.3wt%，Ca含量<0.05wt%，硅含量为99.2%，明显可以看出本申请的工业硅熔体炉外精炼提纯的设备Al、Ca、Ti、C等杂质含量被高效去除，提高了精炼效果。实施例2如图1和3所示，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工业硅熔体炉外精炼提纯的设备，其特征在于：包括抬包、喷嘴（1）、通气管（2）和储气装置（3），抬包底部和侧壁分别设有一个喷嘴（1），喷嘴（1）均通过通气管（2）与储气装置（3）连通，抬包从里至外分别设有耐火砖（4）、石棉板（5）和铁架（6），耐火砖（4）上设有喷嘴（1）。

【技术特征摘要】
1.一种工业硅熔体炉外精炼提纯的设备，其特征在于：包括抬包、喷嘴（1）、通气管（2）和储气装置（3），抬包底部和侧壁分别设有一个喷嘴（1），喷嘴（1）均通过通气管（2）与储气装置（3）连通，抬包从里至外分别设有耐火砖（4）、石棉板（5）和铁架（6），耐火砖（4）上设有喷嘴（1）。2.根据权利要求1所述的工业硅熔体炉外精炼提纯的设备，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏奎先，王杰，马文会，李绍元，谢克强，伍继君，于洁，雷云，吕国强，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：新型
国别省市：云南,53