The invention relates to a directional solidification and purification device for metallurgical silicon, which comprises a ceramic crucible, a water-cooled copper crucible, a graphite base bracket, an induction coil and a lifting system; a ceramic crucible and a water-cooled copper crucible are bottomless crucibles, and a ceramic crucible is coaxially mounted on a water-cooled copper crucible to form a combined crucible for melting and casting separation; a graphite base bracket is movably mounted in a water-cooled copper crucible for feeding metallu Preheat and hold metallurgical silicon melt; induction coil sleeve is installed on the outer wall of melting-casting separation combined crucible for heating graphite base and metallurgical silicon melt; lifting system is used to drive graphite base for lifting motion. The invention installs a bottomless slotted water-cooled copper crucible at the lower part of the bottomless ceramic crucible to continuously solidify the metallurgical silicon melt melted in the ceramic crucible. Compared with the directional solidification in the traditional bottomless ceramic crucible, the pollution of the crucible to the melt during solidification can be avoided, and the cold crucible can be reused, which is beneficial to reducing the loss of the crucible and the purification cost.
【技术实现步骤摘要】
冶金硅的定向凝固提纯装置与提纯方法
本专利技术涉及物理冶金法提纯
,具体涉及一种低能耗、高效率的冶金硅的定向凝固提纯装置与提纯方法。
技术介绍
由于社会发展能源消耗的加大及人们环保意识的增强,清洁可再生能源的开发与利用成为了热点。太阳能具备分布广、储量大且清洁无污染的优点,受到了广泛关注。光伏发电作为太阳能利用方式中的一种,近年来发展迅速。太阳能级硅(纯度≥99.9999%)是目前太阳能电池生产的主要基材,目前其主要通过改良西门子法提纯冶金硅(2N)所得。由该技术提纯制备太阳能级硅纯度高、质量稳定,但其投资大、工艺复杂、能耗大、成本高,且由于复杂的化学反应,过程中副产品对环境有污染。因此,为充分发挥光伏发电的潜力,并大规模推广应用,开发投资小、工艺简单、能耗小、成本低及对环境友好的冶金法提纯工艺成为了目前光伏行业研究的一个热点与难点。作为冶金法提纯中重要的一环,定向凝固可有效去除硅中的金属杂质,如Al、Fe、Ca等。目前开发的定向凝固装置与方法很多,但大多都是采用批量加料的方式,即整批料放入炉中,一起加热熔化,而后再通过控制散热实现定向凝固。采用这种方式首先存在提纯生产效率低的问题;其次,由于是整批料加热熔化形成熔池后再凝固,则定向凝固提纯过程中固液界面面积S与熔池体积V之比(S/V)较小,这显然不利于除杂率的进一步提高;再者,一般均采用陶瓷坩埚进行熔炼,其不可避免存在一定的污染,且坩埚不能重复使用,不利于提纯成本的进一步降低。而采用电磁连铸的方式虽可有效提高提纯效率,但开缝式冷坩埚的采用必将消耗大量感应热,不利于提纯能耗的降低。基于此,目前定向凝固 ...
【技术保护点】
1.一种冶金硅的定向凝固提纯装置,其特征在于,包括陶瓷坩埚、水冷铜坩埚、石墨底托、感应线圈和升降系统;所述陶瓷坩埚和水冷铜坩埚均为无底式坩埚,所述陶瓷坩埚同轴安装于所述水冷铜坩埚上以形成熔铸分离组合式坩埚;所述石墨底托活动安装于所述水冷铜坩埚内,用于对冶金硅进行预热并托住冶金硅熔体;所述感应线圈套装于所述熔铸分离组合式坩埚外壁,用于给所述石墨底托及冶金硅熔体加热;所述升降系统用于驱动所述石墨底托做升降运动。
【技术特征摘要】
1.一种冶金硅的定向凝固提纯装置,其特征在于,包括陶瓷坩埚、水冷铜坩埚、石墨底托、感应线圈和升降系统;所述陶瓷坩埚和水冷铜坩埚均为无底式坩埚,所述陶瓷坩埚同轴安装于所述水冷铜坩埚上以形成熔铸分离组合式坩埚;所述石墨底托活动安装于所述水冷铜坩埚内,用于对冶金硅进行预热并托住冶金硅熔体;所述感应线圈套装于所述熔铸分离组合式坩埚外壁,用于给所述石墨底托及冶金硅熔体加热;所述升降系统用于驱动所述石墨底托做升降运动。2.根据权利要求1所述的冶金硅的定向凝固提纯装置,其特征在于,所述陶瓷坩埚为无底式刚玉坩埚,陶瓷坩埚内径为200~300mm,壁厚15~20mm,高300~400mm。3.根据权利要求2所述的冶金硅的定向凝固提纯装置,其特征在于,所述水冷铜坩埚的内径与外径分别与所述陶瓷坩埚相同,高60~80mm;所述水冷铜坩埚的顶部向下设有开缝,下部不开缝区域高15~20mm,所述开缝的横截面为类三角形,水冷铜坩埚内壁缝宽0.5~1mm,外壁缝宽10~15mm,开缝沿水冷铜坩埚的周向均匀布置,数量为8~12个。4.根据权利要求3所述的冶金硅的定向凝固提纯装置,其特征在于,所述水冷铜坩埚外依次设有总回路进水管和总回路出水管;相邻两个开缝之间形成一个水冷铜坩埚分瓣,每个分瓣内开有两个水道,两个水道通过分瓣顶部通水槽相通,两个水道分别在距水冷铜坩埚底部6~10mm处沿径向向外设置水孔,其中一个为进水孔,通过进水支路细管与总回路进水管连通,另一个为出水孔,通过出水支路细管与总回路出水管连通。5.根据权利要求1所述的冶金硅的定向凝固提纯装置,其特征在于,所述感应线圈铜管内径10~20mm,壁厚2~3mm,线圈5~8匝,感应线圈内径比坩埚外径大3~5mm,线圈上所加交变电流频率为30~50kHz;所述感应线圈与陶瓷坩埚轴向安装关系为:陶瓷坩埚底部位于感应线圈高度的1/4~1/3处。6.根据权利要求1所述的冶金硅的定向凝固提纯装置,其特征在于,该装置还包括抽拉杆,所述抽拉杆上端与石墨底托相连,下端与升降系统相连;所述升降系统采用电机带动螺旋杆旋转,旋转螺...
【专利技术属性】
技术研发人员:黄锋,曾祥振,鲁晓波,
申请(专利权)人:武汉理工大学,
类型:发明
国别省市:湖北,42
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。