[实用新型]一种工业硅熔体炉外精炼提纯的设备

说明书

技术领域

本实用新型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。

背景技术

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。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本实用新型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。本实用新型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。

本实用新型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。