一种电子束浅熔池熔炼用水冷装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于用物理冶金技术提纯多晶硅的技术领域。一种电子束浅熔池熔炼用水冷装置，支撑底座内安装有水冷支撑杆，石墨块安装于水冷支撑杆的上方，支撑底座上一侧固定两根水冷连通轴，水冷铜套环采用相对成圆形的两瓣式结构，每瓣套环的一侧有套孔，套孔与水冷连通轴套装，每瓣套环可围绕水冷连通轴转动，套环的另一侧设有开闭装置，每瓣套环中开有冷却水通道，套环开闭装置一侧的支撑底座上安装有结晶器。本实用新型专利技术装置结构紧凑，构思独特，在硅锭的外壁套上多层铜套环，在铜套环中形成浅层熔池，熔炼后去除磷杂质，此装置使得熔化提纯时间减少，整体提纯时间减少，能耗降低，效率提高，去除效果良好，适合大规模工业化生产。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于用物理冶金技术提纯多晶硅的
，特别涉及一种用于电子束浅熔池熔炼提纯多晶硅的水冷装置。
技术介绍
太阳能电池可以将太阳能转化为电能，在常规能源紧缺的今天，太阳能具有巨大的应用价值。太阳能级高纯多晶硅材料(SOG-Si)是太阳能电池的基本原料，其供给的质量和充足性是支撑太阳能光伏产业发展的重要基础。全球的光伏产业发展迅猛，以中国为例， 到2020年将达到20GW，年增长速度达到1. 1倍。但与此同时，对太阳能级多晶硅生产的环保和节能限制愈发严格。2011年1月，工信部、发改委和环保部联合发布的《多晶硅行业准入条件》对多晶硅的电耗提出了明确的要求，到2011年底前，淘汰综合电耗大于200千瓦时 /千克的太阳能级多晶硅生产线，支持节能环保太阳能级多晶硅技术研发，降低成本。在这种背景下，具有低成本、无污染、绿色制造特点的冶金法制备太阳能级多晶硅技术快速发展并有广阔的应用前景。电子束是冶金法的关键技术，可以有效去除多晶硅中杂质磷和其他蒸发性杂质， 已经被广泛认，并取得了很可观的经济效益。但是电子束熔炼仍存在能耗较高的问题，目前能耗在25kWh/kg左右，限制了电子束技术更加广泛的应用。电子束浅熔池熔炼是对电子束熔炼的改进，在大块硅锭的顶部通过电子束形成大面积浅层熔池，熔炼一段时间后去除磷等挥发性的杂质，此方法使用大块硅锭，硅锭与水冷铜之间的接触面积较少，能量利用率较高，但是满足于电子束浅熔池熔炼的水冷装置目前还没有解决。已知申请号为 2008100713986. X的专利技术专利，利用电子束熔炼达到去除多晶硅中磷的目的，但该专利使用较大的整体的水冷铜坩埚作为熔炼的容器，能耗较大。
技术实现思路
本技术克服上述不足问题，提供一种电子束浅熔池熔炼用水冷装置，结构紧凑，易于操作，利用多层水冷铜套环束缚熔池，形成大面积的浅层熔池高效去除多晶硅中的磷等挥发性杂质，提纯效果好，达到太阳能级多晶硅材料的使用要求。本技术为实现上述目的所采用的技术方案是一种电子束浅熔池熔炼用水冷装置，支撑底座内安装有水冷支撑杆，石墨块安装于水冷支撑杆的上方，支撑底座上一侧固定两根水冷连通轴，水冷铜套环采用相对成圆形的两瓣式结构，每瓣套环的一侧有套孔，套孔与水冷连通轴套装，每瓣套环可围绕水冷连通轴转动，套环的另一侧设有开闭装置，每瓣套环中开有冷却水通道，套环开闭装置一侧的支撑底座上安装有结晶器。所述水冷铜套环有3-7层，由下向上安装于支撑底座之上的水冷连通轴上。所述水冷装置的支撑底座固定在真空室底部，高磷硅锭置于水冷铜套环内部石墨块之上，机械泵、罗茨泵、扩散泵和放气阀分别安装于真空炉壁之上，电子枪安装于真空室上部，电子枪束流对准高磷硅锭顶部。本技术装置结构紧凑，构思独特，电子束熔炼时不采用整体的水冷铜坩埚，而是直接将大块硅锭置于石墨块之上，并且在硅锭的外壁套上多层铜套环，电子束熔炼硅锭的顶部，在铜套环中形成浅层熔池，熔炼后去除磷杂质，然后将铜套环右侧打开一个小口， 低磷硅液流入结晶器之中，此后完全打开上层铜套环，最后硅锭一层一层被熔化提纯并在结晶器中收集。每层硅锭熔炼过程中，下层的硅锭未熔化但温度升高，当电子束熔炼时，熔化提纯时间减少，整体提纯时间减少，能耗降低，效率提高，去除效果良好，可控性较强，适合大规模工业化生产。附图说明图1为本技术一种电子束浅熔池熔炼用水冷装置结构示意图。图2为图1中水冷铜套环的结构简图。图中，1.电子枪，2.真空炉壁，3.真空室，4.真空盖，5.结晶器，6.水冷支撑杆，7.支撑底座，8.石墨块，9.水冷铜套环，10.水冷连通轴，11.高磷硅锭，12.机械泵，13.罗茨泵，14.扩散泵，15.放气阀，16.套孔。具体实施方式下面结合具体实施例及附图详细说明本技术，但本技术并不局限于具体实施例。实施例1如图1所示的一种电子束浅熔池熔炼用水冷装置，装置由真空盖4及真空炉壁2 构成真空设备，真空设备的内腔即为真空室3 ；真空室3底部固定安装水冷装置，水冷装置采用支撑底座7内安装有水冷支撑杆6，石墨块8安装于水冷支撑杆的上方，支撑底座上一侧固定两根水冷连通轴10，水冷铜套环9图2所示采用相对成圆形的两瓣式结构，每瓣套环的一侧有套孔16，套孔16与水冷连通轴10套装，每瓣套环可围绕水冷连通轴转动，套环的另一侧设有开闭装置(图中省略，可以是卡扣等各种开闭装置)，开闭装置在熔炼过程中可控制水冷铜套环的打开和闭合，每瓣套环中开有冷却水通道，冷却水通道入口和出口均在套环的左端，入口在内侧，出口在外侧，入水通道和出水通道呈与套环相同的圆弧形，且平行排列，入水通道末端与出水通道前端相连，以对铜套环进行冷却，套环开闭装置一侧的支撑底座上安装有结晶器5，水冷铜套环有3-7层，由下向上安装于支撑底座之上的水冷连通轴上，水冷连通轴10给每瓣套环提供冷却水。采用上述水装置时，水冷装置的支撑底座固定在真空室底部，高磷硅锭置于水冷铜套环内部石墨块之上，机械泵12、罗茨泵13、扩散泵14和放气阀15分别安装于真空炉壁 2之上，电子枪1安装于真空室3上部，电子枪1束流对准高磷硅锭11顶部。实施例2采用上述装置进行电子束浅熔池熔炼提纯多晶硅，其具体步骤如下第一步备料打开所有层的水冷铜套环9，将磷含量为0. 0030%的大块圆形的高磷硅锭11置于石墨块8正上方位置，高磷硅锭11的顶部稍高于水冷铜套环9，关闭所有层的水冷铜套环9，关闭真空盖4;第二步预处理抽取真空，用机械泵12、罗茨泵13将真空室3抽到低真空7Pa，再用扩散泵14将真空室3抽到高真空0. 0016Pa ；向结晶器5、水冷支撑杆6、水冷连通杆10及所有层的水冷铜套环9通入冷却水，将温度维持在44°C ；给电子枪1预热，设置高压为30kV， 高压稳定5分钟后，关闭高压，设置电子枪1束流为IOOmA进行预热，预热15分钟后，关闭电子枪1束流； 第三步提纯同时打开电子枪1的高压和束流，稳定后，通过电子枪 1以250mA的束流轰击高磷硅锭11顶部，高磷硅锭11顶部不断熔化在水冷铜套环9的作用下形成大面积的浅层熔池，熔炼过程中杂质磷快速去除，然后将第一层水冷铜套环9右侧打开一个小口，低磷硅液流入结晶器之中，此后完全打开第一层水冷铜套环(9)，进行下一层硅锭的熔炼，最后硅锭一层一层被熔化提纯并在结晶器5中收集，直到硅锭全部熔炼提纯结束。关闭扩散泵14，继续抽真空20分钟，再进一步关闭罗茨泵13和机械泵12，打开放气阀15放气， 最后从结晶器5取出硅锭。经ELAN DRC-II型电感耦合等离子质谱仪设备(ICP—MS)检测， 磷的含量降低到0. 00004%以下，达到了太阳能级硅材料的使用要求。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电子束浅熔池熔炼用水冷装置，支撑底座内安装有水冷支撑杆，石墨块安装于水冷支撑杆的上方，其特征是：支撑底座上一侧固定两根水冷连通轴，水冷铜套环采用相对成圆形的两瓣式结构，每瓣套环的一侧有套孔，套孔与水冷连通轴套装，每瓣套环可围绕水冷连通轴转动，套环的另一侧设有开闭装置，每瓣套环中开有冷却水通道，套环开闭装置一侧的支撑底座上安装有结晶器。

【技术特征摘要】
1.一种电子束浅熔池熔炼用水冷装置，支撑底座内安装有水冷支撑杆，石墨块安装于水冷支撑杆的上方，其特征是支撑底座上一侧固定两根水冷连通轴，水冷铜套环采用相对成圆形的两瓣式结构，每瓣套环的一侧有套孔，套孔与水冷连通轴套装，每瓣套环可围绕水冷连通轴转动，套环的另一侧设有开闭装置，每瓣套环中开有冷却水通道，套环开闭装置一侧的支撑底座上安装有结晶器。2.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：战丽姝，谭毅，顾正，
申请(专利权)人：大连隆田科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：91