[发明专利]一种利用硅粉进行熔炼生产硅锭的工艺

说明书

本发明公开了一种利用硅粉进行熔炼生产硅锭的工艺，包括(a)起炉：在中频炉中制备得到纯净度达标硅液；(b)炼硅：将硅粉投入到硅液中进行熔炼，制得硅液；(c)成型：预留中频炉内容量15％～20％容量的硅液作为下一次熔炼的初始硅水，将其余的硅液倾倒成型系统，制造形成硅锭。本发明利用硅液的微弱导电性来进行感应生热；达到熔炼硅块的目的，相对于坩埚的最大容量20KG而言，本发明利用感应炉进行硅熔炼的方式，可以将单体的熔炼量提升至5吨，相对于现有技术的坩埚熔炼而言，大大提高了产量和生产效率。

技术领域

本发明涉及硅渣的重复利用加工领域，具体涉及一种利用硅粉进行熔炼生产硅锭的工艺。

背景技术

硅渣一般是指原矿提炼之后的剩余部分，还含有一定量的硅。硅渣分很多种，工业硅渣，太阳能硅渣，半导体硅渣等等。硅渣可以用来回炉重新结晶、提纯、现在硅料紧缺，价格不菲。硅锰渣也叫硅锰冶炼渣，是冶炼硅锰合金时排放的一种工业废渣，其结构疏松，外观常为浅绿色的颗粒，由一些形状不规则的多孔非晶质颗粒组成。硅锰渣性脆易碎，通过破碎机可以将大块的硅锰渣破碎成小块，然后进入细碎机将粗碎后的物料进一步粉碎，确保进入料仓的物料能够达到单体解离的程度，然后通过振动给料机和皮带输送机均匀的将物料给入梯形跳汰机进行分选。破碎的主要目的在于打破连生体结构，跳汰的主要目的在于从硅锰渣中回收硅锰合金。硅锰渣和硅锰合金存在较大的比重差，通过跳汰机的重选作用可以将金属和废渣分离，获得纯净的合金和废渣，最后可以通过脱水筛的脱水作用分别将精矿和尾矿进行脱水。

感应炉是利用物料的感应电热效应而使物料加热或熔化的电炉。感应炉采用的交流电源有工频(50或60赫)、中频(150～10000赫)和高频(高于10000赫)3种。感应炉的主要部件有感应器、炉体、电源、电容和控制系统等。在感应炉中的交变电磁场作用下，物料内部产生涡流从而达到加热或着熔化的效果。感应炉通常分为感应加热炉和熔炼炉。熔炼炉分为有芯感应炉和无芯感应炉两类。有芯感应炉主要用于各种铸铁等金属的熔炼和保温，能利用废炉料，熔炼成本低。无芯感应炉分为工频感应炉、三倍频感炉、发电机组中频感应炉、可控硅中频感应炉、高频感应炉。感应炉根据频率分为：工频炉50赫、中频炉(150～10000赫)和高频炉(高于10000赫)3种。

目前的硅熔炼的主要设备是坩埚，利用坩埚来进行硅熔炼的技术也比较成熟，但是坩埚的最大缺点就是容量太小，单次熔炼的量小，量产困难的瓶颈一直制约了硅的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用硅粉进行熔炼生产硅锭的工艺，通过建立新的工艺来提高硅熔炼的效率，从而大幅提高硅的产量，达到降低量产成本的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

一种利用硅粉进行熔炼生产硅锭的工艺，包括以下步骤：

(a)起炉：在中频炉中制备得到纯净度达标硅液；

(b)炼硅：将硅粉投入到硅液中进行熔炼，制得硅液；

(c)成型：预留中频炉内容量15％～20％容量的硅液作为下一次熔炼的初始硅水，将其余的硅液倾倒成型系统，制造形成硅锭。

本发明的申请人发现现有的硅熔炼技术都是采用坩埚进行的，坩埚的本身形状、物理性质决定了其尺寸不能太大，较小的尺寸限制了产量，申请人对熔炼技术中感应炉做了详细的研究，感应炉都是用于金属熔炼的，而硅是非金属材料，不能使用感应炉；为了提高硅熔炼的产出效率，申请人对感应炉、硅进行了深入研究，经研究发现，弱导电性的硅液也可以产生微弱的感应生热，但是现有的感应炉并不能作为硅熔炼的工具而使用，为了利用感应炉来进行硅熔炼，申请人对设备和工艺做了改进，克服了技术上的偏见，利用硅液的微弱导电性来进行感应生热；达到熔炼硅块的目的，相对于坩埚的最大容量20KG而言，本发明利用感应炉进行硅熔炼的方式，可以将单体的熔炼量提升至5吨，相对于现有技术的坩埚熔炼而言，大大提高了产量和生产效率。