CN212504017U - 一种高纯工业硅的生产装置 - Google Patents

Abstract

一种高纯工业硅的生产装置，该生产装置为一个精炼包，该精炼包设置由外至高铝砖，依次钢板层、隔热层、保温层、保护层、工作层，其中隔热层、保温层、保护层材质分别为石棉板、轻质粘土砖和高铝砖，工作层包括镁碳砖和铝镁碳砖。精炼包底部设有斜向中心对称的2个锥形氧气进气孔道和2个锥形氩气进气孔道。精炼包顶部的钢板设有中心对称的四个出气孔道，出气孔半径为0.1R₂（R₂为精炼包顶部钢板半径），距精炼包顶部钢板圆心距离为0.5R₂。与现有的工业硅冶炼装置相比，本实用新型选择了优质的耐火和保温材料，并且增加精炼包的容积和厚度，提高保温性能，保障冶炼过程不穿包，不渗漏，冶炼的工业硅纯度高。

Description

一种高纯工业硅的生产装置

技术领域

本实用新型属于工业硅冶炼装置技术领域，具体涉及一种高纯工业硅的生产装置。

背景技术

根据硅材料的纯度及工业用途，可以将其划分为以下三类：工业硅（99%纯度）、太阳能级硅（99.9999%-99.99999%纯度）和电子级硅（99.999999999%-99.9999999999%纯度）。其中工业硅是信息、新能源、新材料产业中最重要的材料之一，以其为基础衍生出的工业产品种类繁多，涉及领域广泛。其主要应用于以下四个方面：一是用作冶炼铝材和钢材的添加剂；二是用于合成各种有机硅材料；三是经提纯后制备太阳能级多晶硅；四是用于制造半导体硅、碳化硅的新材料。以工业硅为起点的产业链不但数量巨大，关联产业众多，而且链环长，层次高，技术含量大，是我国经济结构调整的主导方向之一（张立峰，李亚琼.太阳能级多晶硅的精炼方法[M].北京：冶金工业出版社，2017:7-11）。

目前，国内外普遍采用矿热炉冶炼硅矿石生产工业硅。由于高温反应过程中原料、炉内耐火材料中的杂质会进入硅熔体，因此工业硅的纯度较低，硅中含有大量的Fe、Al、Ca等金属杂质以及C、O、B、P等非金属杂质，纯度仅能达到98%-99.5%，这严重影响了工业硅的质量，因此还需进一步精炼去除硅中杂质，这就会造成成本增加，能耗增大等问题。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有生产工业硅装置存在的缺陷，提供一种新的高纯工业硅的生产装置。

本实用新型的技术方案是这样的：一种高纯工业硅的生产装置，本实用新型所述的一种高纯工业硅的生产装置为一个精炼包，该精炼包设置由外至高铝砖，依次钢板层、隔热层、保温层、保护层、工作层，其中隔热层、保温层、保护层材质分别为石棉板、轻质粘土砖和高铝砖，工作层包括镁碳砖和铝镁碳砖。精炼包底部设有斜向中心对称的2个锥形氧气进气孔道和2个锥形氩气进气孔道，氧气进气孔道、氩气进气孔道相对包底呈45°斜角，进气孔道小锥面半径为0.1R₁（R₁为精炼包底部半径），进气孔道内塞有用耐火材料制作的锥形微孔堵塞，锥形微孔堵塞的锥度为15°，进气孔道小锥度端距精炼包底部圆心距离为0.5R₁。精炼包顶部的钢板设有中心对称的四个出气孔道，出气孔半径为0.1R₂（R₂为精炼包顶部钢板半径），距精炼包顶部钢板圆心距离为0.5R₂。

本实用新型与现有技术相比有如下显著效果：

本实用新型中的精炼包选择了优质的耐火和保温材料，并且增加精炼包的容积和厚度，提高保温性能，保障冶炼过程不穿包，不渗漏，冶炼的工业硅纯度高。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1结构的俯视图。

图中：1-钢板层；2-石棉板；3-氩气进气孔道；4-轻质保温砖；5-高铝砖；6-氧气进气孔道；7-镁碳砖；8-铝镁碳砖；9-出气孔道。

具体实施方式

本实用新型的具体实施方式，结合附图加以说明。

如图、图2所示，一种高纯工业硅的生产装置，该生产装置为一个精炼包，该精炼包由外至高铝砖5，依次由钢板层1、隔热层、保温层、保护层、工作层组成，其中隔热层、保温层、保护层材质分别为石棉板2、轻质保温砖4和高铝砖5，工作层包括镁碳砖7和铝镁碳砖8。精炼包底部设有斜向中心对称的2个锥形氧气进气孔道6和2个锥形氩气进气孔道3，氧气进气孔道6、氩气进气孔道3相对包底呈45°斜角，进气孔道小锥面半径为0.1R₁（R₁为精炼包底部半径），氧气进气孔道6或氩气进气孔道3内塞有用耐火材料制作的锥形微孔堵塞，锥形微孔堵塞的锥度为15°，进气孔道小锥度端距精炼包底部圆心距离为0.5R₁。精炼包顶部的钢板设有中心对称的四个出气孔道9，出气孔半径为0.1R₂（R₂为精炼包顶部钢板半径），距精炼包顶部钢板圆心距离为0.5R₂。

实施例1

取200 kg矿热炉熔炼后温度高于2200 ℃的硅液，缓缓地倒入精炼包，温度保持在1800 ℃，将100 kg造渣剂加入精炼包中（造渣剂的质量百分比为： CaCO₃为45 wt.%，SiO₂为45wt.%，其余为CaCl₂），温度保持2000 ℃；保持1.1个标准大气压，精炼包底部氧气通气管与氩气通气管通入氩气，流速为8 L/min，通气时间为2.5 h。将处理后的溶液冷却至环境温度，渣硅分离，得到高纯工业硅。

通过电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测得硅锭中元素浓度如下：Si≥99.99%，Fe≤0.003%，Al≤0.001%，Ca≤0.003%，Ti≤0.0001%，Mn≤0.0001%，Mg≤0.0002%，Cu≤0.0003%，Na≤0.0001%，Zn≤0.0003%，As≤0.0002%，Pb≤0.0003%，Zr≤0.0004%， Ni≤0.0002%，V≤0.0001%，Cr≤0.0001%，C≤0.0004%，P≤0.0001%，B≤0.0001%，S≤0.0001%。

Claims (4)

1.一种高纯工业硅的生产装置，其特征在于该装置为一个精炼包，该精炼包设置由外至内依次为钢板层、隔热层、保温层、保护层、工作层，其中隔热层、保温层、保护层材质分别为石棉板、轻质粘土砖和高铝砖，工作层包括镁碳砖和铝镁碳砖，精炼包底部设有斜向中心对称的2个锥形氧气进气孔道和2个锥形氩气进气孔道。

2.如权利要求1所述的一种高纯工业硅的生产装置，其特征在于，所述的氧气进气孔道、氩气进气孔道相对精炼包包底呈45°斜角，进气孔道小锥面半径为0.1R₁，R₁为精炼包底部半径。

3.如权利要求2所述的一种高纯工业硅的生产装置，其特征在于，所述的氧气进气孔道或氩气进气孔道内塞有用耐火材料制作的锥形微孔堵塞，锥形微孔堵塞的锥度为15°，进气孔道小锥度端距精炼包底部圆心距离为0.5R₁。

4.如权利要求1所述的一种高纯工业硅的生产装置，其特征在于精炼包顶部的钢板设有中心对称的四个通气孔道；通气孔道半径为0.1R₂，R₂为精炼包顶部钢板半径，通气孔道距精炼包顶部钢板圆心距离为0.5R₂。

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