CN216038678U - 一种湿氧提纯工业硅的顶吹装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种湿氧提纯工业硅的顶吹装置，属于工业硅提纯技术领域。该顶吹装置，包括炉体、湿氧供给装置和保护气装置，炉体的中心为加热腔体，加热腔体中心设置有镁砂坩埚，镁砂坩埚的中心设置有刚玉坩埚，湿氧供给装置与进气管的顶端连通，进气管的底端向下插设在刚玉坩埚内。本实用新型不仅能够提高实验效率，降低实验成本，且装置结构简单，成本低；吹气管采用顶部吹气的方式，气流直接吹入样品内部充分氧化，提高了氧化效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种湿氧提纯工业硅的顶吹装置，属于工业硅提纯技术领域。
背景技术
光伏技术是一种绿色可再生能源技术，预计未来几年将大幅增长，而硅是光伏行业太阳能电池构建的主导材料。由于硼在硅中的分凝系数大，饱和蒸气压低,很难通过真空精炼和定向凝固等成熟工艺将其有效去除。相比之下,吹气精炼通过硼与氧等物质之间的化学反应,将硼杂质转化为其他物质从而有效降低硼杂质含量。吹气精炼是种操作简便且廉价的方法，对工业硅中杂质有一定的去除作用，吹湿氧精炼是利用不同元素之间氧化性不同的原理，进行选择性氧化的过程。在吹湿氧时对硅熔体进行搅拌，可以促进原子与熔体的接触，使更多的自由离子溶解在硅液中，与工业硅熔体中的杂质充分接触发生反应，生成一定的氧化物造渣，然后将杂质元素富集起来浮到硅液表面去除。
然而，目前却没有合适的湿氧提纯工业硅的顶吹装置。
实用新型内容
本实用新型针对工业硅中对杂质的去除，提出一种湿氧提纯工业硅的顶吹装置，本实用新型可同时使不同气体同时进入进气管，进气管伸入料内进行搅拌，使硅液中夹杂物粒子的碰撞机率增加并促进这些杂质物粒子的聚合、长大，同时加快夹杂物的上浮速度。
本实用新型为解决其技术问题而采用的技术方案是：
一种湿氧提纯工业硅的顶吹装置，包括炉体18、湿氧供给装置和保护气装置，炉体18的中心为加热腔体12，加热腔体12中心设置有镁砂坩埚15，镁砂坩埚15的中心设置有刚玉坩埚13，湿氧供给装置与进气管6的顶端连通，进气管6的底端向下插设在刚玉坩埚13内；
所述湿氧提纯工业硅的顶吹装置还包括硅钼棒19和热电偶7，硅钼棒19嵌设在炉体18的侧壁内部，硅钼棒19外接变压器，热电偶7设置在炉体18的加热腔体12内，热电偶7外接温度控制器；变压器与温度控制器电连接，温度控制器控制炉体18的升温速率；
所述湿氧供给装置包括水蒸气供给装置和氧气供给装置，水蒸气供给装置、氧气供给装置和进气管6通过三通管I5连通；
将工业硅放入炉体内的刚玉坩埚中，通过保护气装置向炉体内通入保护气，将去离子水通过进水管进入蒸汽发生器，通过温度控制器控制炉体侧壁内部的硅钼棒持续进行加热升温，当温度达到设定温度时，将进气管伸入刚玉坩埚内，通过湿氧供给装置将湿氧气体通入刚玉坩埚内进行顶吹提纯，持续吹入指定时间后，拔出进气管，通过温度控制器控制炉体降温，同时湿氧供给装置，通过保护气装置持续通入保护气，待温度为室温后，关闭保护气装置，实验结束后，取出刚玉坩埚内的物料；
进一步的，所述水蒸气供给装置为水蒸气发生器20，水蒸气发生器20的顶端设置有与水蒸气发生器20连通的进水管1，水蒸气发生器20的底端置有与水蒸气发生器20连通的排水管22，水蒸气发生器20的壳体上还设置有气压表2，水蒸气发生器20的排气端连接设置有水蒸气排气管21，水蒸气排气管21通过三通管I5与进气管6连通；
所述排气管21上设置有气阀I3；
所述氧气供给装置包括O2气瓶14和Ar气瓶I11，O2气瓶14的出口端与O2气管连通，Ar气瓶I11的出口端与Ar气管I连通，O2气管与Ar气管I通过三通阀II8与O2/Ar排气管连通，O2/Ar排气管通过三通管I5与进气管6连通；
进一步的，所述O2气管上设置有气阀II和气体流量计I，Ar气管I上设置有气阀III和气体流量计II；
所述保护气装置包括Ar气瓶II，Ar气瓶II的出口端通过保护气管与底吹管16连通，底吹管16的吹气端穿过炉体18的底面并向上延伸至耐火砖17；
进一步的，所述保护气管上设置有气阀IV10和气体流量计III9，气阀IV10靠近Ar气瓶II的出口端；
所述炉体18的顶端设置有炉盖4，进气管6的底端穿过炉盖并延伸至刚玉坩埚13内；
进一步的，所述镁砂坩埚15底部设置耐火砖17，底吹管16的吹气口位于耐火砖17的下方；
进一步的，所述进气管6为刚玉进气管；
湿氧提纯工业硅的顶吹装置的使用方法，具体步骤如下：
将炉体的顶端炉盖打开，工业硅放入刚玉坩埚中，打开Ar气瓶II的气阀IV，使氩气通过底吹管通入炉体内充当保护气，将去离子水通过进水管进入蒸汽发生器，通过温度控制器控制炉体内的硅钼棒进行持续加热升温，当温度达到设定温度时，将刚玉进气管伸入刚玉坩埚内，同时打开O2气瓶和气阀Ⅱ，打开Ar气瓶I和气阀III，通过控制气体流量计I和气体流量计II达到指定气体流量，且打开水蒸气发生器并控制气压表达到稳定值，打开气阀Ⅰ，通过三通管Ⅰ和三通管Ⅱ的连接将湿氧通入刚玉坩埚内，持续吹入指定时间后，拔出刚玉进气管，通过温度控制器控制炉体降温，同时关闭O2气瓶、Ar气瓶I、关闭水蒸气发生器、关闭气阀Ⅰ，将去离子水通过排水管排除，持续通入Ar气，待温度降为室温后，关闭Ar气瓶、气阀Ⅱ，实验结束后，打开炉盖，取出刚玉坩埚内的物料。
本实用新型的有益效果：
(1)本实用新型不仅能够提高实验效率，降低实验成本，且装置结构简单，成本低；吹气管采用顶部吹气的方式，气流直接吹入样品内部充分氧化，提高了氧化效率；
(2)本实用新型可同时使不同气体同时进入进气管，进气管伸入料内进行搅拌，使硅液中夹杂物粒子的碰撞机率增加并促进这些杂质物粒子的聚合、长大，同时加快夹杂物的上浮速度。
附图说明
图1为湿氧提纯工业硅的顶吹装置结构示意图；
图2为耐火砖俯视图；
图中：1-进水管、2-气压表、3-气阀Ⅰ、4-炉盖、5-三通管Ⅰ、6-进气管、7-热电偶、8-三通管Ⅱ、9-气体流量计III、10-气阀IV、11-Ar气瓶I、12-加热腔体、13-刚玉坩埚、14-O2气瓶、15-镁砂坩埚、16-底吹管、17-耐火砖、18-炉体、19-硅钼棒、20-水蒸气发生器、21-水蒸气排气管、22-排水管。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本实用新型作进一步说明。
实施例1：如图1所示，一种湿氧提纯工业硅的顶吹装置，包括炉体18、湿氧供给装置和保护气装置，炉体18的中心为加热腔体12，加热腔体12中心设置有镁砂坩埚15，镁砂坩埚15的中心设置有刚玉坩埚13，湿氧供给装置与进气管6的顶端连通，进气管6的底端向下插设在刚玉坩埚13内；
湿氧提纯工业硅的顶吹装置还包括硅钼棒19和热电偶7，硅钼棒19嵌设在炉体18的侧壁内部，硅钼棒19外接变压器，热电偶7设置在炉体18的加热腔体12内，热电偶7外接温度控制器；变压器与温度控制器电连接，温度控制器控制炉体18的升温速率；
湿氧供给装置包括水蒸气供给装置和氧气供给装置，水蒸气供给装置、氧气供给装置和进气管6通过三通管I5连通；
湿氧提纯工业硅的顶吹装置的使用方法，具体步骤如下：
将工业硅放入炉体内的刚玉坩埚中，通过保护气装置向炉体内通入保护气，将去离子水通过进水管进入蒸汽发生器，通过温度控制器控制炉体内的升温速率且持续加热升温，当温度达到设定温度时，将进气管伸入刚玉坩埚内，通过湿氧供给装置将湿氧气体通入刚玉坩埚内进行顶吹提纯，持续吹入指定时间后，拔出进气管，通过温度控制器控制炉体降温，同时湿氧供给装置，通过保护气装置持续通入保护气，待温度降为室温后，关闭保护气装置，实验结束后，取出刚玉坩埚内的物料。
实施例2：本实例湿氧提纯工业硅的顶吹装置与实施例1的湿氧提纯工业硅的顶吹装置基本相同，不同之处在于：
水蒸气供给装置为水蒸气发生器20，水蒸气发生器20的顶端设置有与水蒸气发生器20连通的进水管1，水蒸气发生器20的底端置有与水蒸气发生器20连通的排水管22，水蒸气发生器20的壳体上还设置有气压表2，水蒸气发生器20的排气端连接设置有水蒸气排气管21，水蒸气排气管21通过三通管I5与进气管6连通；
排气管21上设置有气阀I3；
氧气供给装置包括O2气瓶14和Ar气瓶I11，O2气瓶14的出口端与O2气管连通，Ar气瓶I11的出口端与Ar气管I连通，O2气管与Ar气管I通过三通阀II8与O2/Ar排气管连通，O2/Ar排气管通过三通管I5与进气管6连通；
O2气管上设置有气阀II和气体流量计I，Ar气管I上设置有气阀III和气体流量计II；
保护气装置包括Ar气瓶II，Ar气瓶II的出口端通过保护气管与底吹管16连通，底吹管16的吹气端穿过炉体18的底面并向上延伸至耐火砖17中；
保护气管上设置有气阀IV10和气体流量计III9，气阀IV10靠近Ar气瓶II的出口端；
炉体18的顶端设置有炉盖4，进气管6的底端穿过炉盖并延伸至刚玉坩埚13内；
湿氧提纯工业硅的顶吹装置的使用方法，具体步骤如下：
将炉体的顶端炉盖打开，工业硅放入刚玉坩埚中，打开Ar气瓶II的气阀IV，使氩气通过底吹管通入炉体内充当保护气，将去离子水通过进水管进入蒸汽发生器，通过温度控制器控制炉体内的升温速率且持续加热升温，当温度达到设定温度时，将刚玉进气管伸入刚玉坩埚内，同时打开O2气瓶和气阀Ⅱ，打开Ar气瓶I和气阀III，通过控制气体流量计I和气体流量计II达到指定气体流量，且打开水蒸气发生器并控制气压表达到稳定值，打开气阀Ⅰ，通过三通管Ⅰ和三通管Ⅱ的连接将湿氧通入刚玉坩埚内，持续吹入指定时间后，拔出刚玉进气管，通过温度控制器控制炉体降温，同时关闭O2气瓶、Ar气瓶I、关闭水蒸气发生器、关闭气阀Ⅰ，将去离子水通过排水管排除，持续通入Ar气，待温度降为室温后，关闭Ar气瓶、气阀Ⅱ，实验结束后，打开炉盖，取出刚玉坩埚内的物料。
实施例3：本实施例湿氧提纯工业硅的顶吹装置与实施例2的湿氧提纯工业硅的顶吹装置基本相同，不同之处在于：镁砂坩埚15底部设置耐火砖17，耐火砖17中心设置圆孔，底吹管16的吹气口位于耐火砖17的圆孔下方，保证底吹管16不被堵塞，确保Ar气充满炉体18内部作为保护气；进气管6为刚玉进气管。
上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.一种湿氧提纯工业硅的顶吹装置，其特征在于：包括炉体(18)、湿氧供给装置和保护气装置，炉体(18)的中心为加热腔体(12)，加热腔体(12)中心设置有镁砂坩埚(15)，镁砂坩埚(15)的中心设置有刚玉坩埚(13)，湿氧供给装置与进气管(6)的顶端连通，进气管(6)的底端向下插设在刚玉坩埚(13)内。
2.根据权利要求1所述湿氧提纯工业硅的顶吹装置，其特征在于：还包括硅钼棒(19)和热电偶(7)，硅钼棒(19)嵌设在炉体(18)的侧壁内部，硅钼棒(19)外接变压器，热电偶(7)设置在炉体(18)的加热腔体(12)内，热电偶(7)外接温度控制器。
3.根据权利要求1所述湿氧提纯工业硅的顶吹装置，其特征在于：湿氧供给装置包括水蒸气供给装置和氧气供给装置，水蒸气供给装置、氧气供给装置和进气管(6)通过三通管I(5)连通。
4.根据权利要求3所述湿氧提纯工业硅的顶吹装置，其特征在于：水蒸气供给装置为水蒸气发生器(20)，水蒸气发生器(20)的顶端设置有与水蒸气发生器(20)连通的进水管(1)，水蒸气发生器(20)的底端置有与水蒸气发生器(20)连通的排水管(22)，水蒸气发生器(20)的壳体上还设置有气压表(2)，水蒸气发生器(20)的排气端连接设置有水蒸气排气管(21)，水蒸气排气管(21)通过三通管I(5)与进气管(6)连通。
5.根据权利要求4所述湿氧提纯工业硅的顶吹装置，其特征在于：排气管(21)上设置有气阀I(3)。
6.根据权利要求3或4所述湿氧提纯工业硅的顶吹装置，其特征在于：氧气供给装置包括O2气瓶(14)和Ar气瓶I(11)，O2气瓶(14)的出口端与O2气管连通，Ar气瓶I(11)的出口端与Ar气管I连通，O2气管与Ar气管I通过三通阀II(8)与O2/Ar排气管连通，O2/Ar排气管通过三通管I(5)与进气管(6)连通。
7.根据权利要求6所述湿氧提纯工业硅的顶吹装置，其特征在于：O2气管上设置有气阀II和气体流量计I，Ar气管I上设置有气阀III和气体流量计II。
8.根据权利要求1所述湿氧提纯工业硅的顶吹装置，其特征在于：保护气装置包括Ar气瓶II，Ar气瓶II的出口端通过保护气管与底吹管(16)连通，底吹管(16)的吹气端穿过装置炉体(18)的底面并向上延伸至耐火砖(17)。
9.根据权利要求8所述湿氧提纯工业硅的顶吹装置，其特征在于：保护气管上设置有气阀IV(10)和气体流量计III(9)，气阀IV(10)靠近Ar气瓶II的出口端。
10.根据权利要求1所述湿氧提纯工业硅的顶吹装置，其特征在于：炉体(18)的顶端设置有炉盖(4)，进气管(6)的底端穿过炉盖(4)并延伸至刚玉坩埚(13)内。
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