本發(fā)明涉及一種硅熔體爐外精煉的裝置及其方法，屬于提純工業(yè)硅技術領域。

背景技術：

工業(yè)硅產業(yè)是整個硅產業(yè)鏈的源頭和基礎產業(yè)。多晶硅及光伏產業(yè)是近年來發(fā)展最快，最具有發(fā)展前景的產業(yè)。工業(yè)硅產業(yè)和多晶硅及光伏產業(yè)是同屬于硅產業(yè)鏈的上下游產品行業(yè)，在數量和質量間制約緊密。我國是工業(yè)硅的生產大國，2016年我國工業(yè)硅產量為225.20萬噸，同比增長4.74％。

光伏產業(yè)的迅速發(fā)展，多晶硅太陽能電池的需求日益增長，鋁硅合金、有機硅的較快發(fā)展，這些都帶動工業(yè)硅的快速發(fā)展,其市場需求增加也日益顯著?？萍忌a發(fā)展的同時，市場對工業(yè)硅的質量要求也越來越高，現有的工業(yè)硅生產技術已逐漸滿足不了市場要求。因此，如何去除工業(yè)硅中更多雜質，制備高純工業(yè)硅成為每個生產產家重點關注的問題。在工業(yè)生產中，工業(yè)硅廠最常用的除雜方法是在抬包中對礦熱爐出來的硅熔體進行爐外精煉。張安福等人(專利申請?zhí)枺?01110127717)通過底吹壓縮空氣和氧氣以及附加精煉脫硫劑鈣石，使硅液中的鋁加速氧化，形成氧化渣，有效除去了雜質al含量，提高了工業(yè)硅產品質量。周繼紅等人(專利申請?zhí)枺?01510654085)通過先吹氧精煉，再適時加入一定比例的鎂鹽和鈉鹽混合成的組合絮劑，有效將冶金級硅提升到化學級硅的品級?？梢钥闯觯禋饩珶捄驮煸珶捘苡行СスI(yè)硅中部分雜質，提高硅產品質量。

實際上，發(fā)明的爐外精煉技術中使用的抬包底部只有一個噴嘴。在實際生產中，一個噴嘴的底吹精煉既會使硅熔體攪拌不充分，硅熔體內成分不均勻，從而影響產品質量，又造成精煉時間較長，熱量損失多，最終影響產量，增加能耗。采用合理位置布置的雙噴嘴抬包進行爐外精煉，能在不過多增加基建投資下，有效解決上述問題。

技術實現要素：

針對上述現有技術存在的問題及不足，本發(fā)明提供一種硅熔體爐外精煉的裝置及其方法。本發(fā)明的裝置在精煉中采用底部雙噴嘴特制抬包來強化爐外精煉，本發(fā)明通過以下技術方案實現。

一種硅熔體爐外精煉的裝置，所述抬包底2設置兩個氣體噴嘴3，兩個噴嘴3圓心和抬包底部圓心呈現的夾角θ滿足：90°≤θ≤180°；兩個噴嘴3圓心與抬包底部圓心的距離1、噴嘴3半徑r和抬包底2半徑r之間的關系為：其中

一種硅熔體爐外精煉的裝置的應用方法，其具體步驟如下：

步驟1、向抬包底2設置兩個氣體噴嘴3中持續(xù)通入壓縮空氣或者精煉氣體，向抬包中放入礦熱爐冶煉出的硅熔體，隨著抬包內釋放硅熔體的增加，加入精煉劑，并調節(jié)通入精煉氣體成分和流量，進行爐外吹氣、造渣精煉；

步驟2、硅熔體爐外精煉完畢后，扒開硅熔體表面的浮渣，實現渣硅分離后，進行硅熔體的澆注，獲得高純工業(yè)硅產品。

所述步驟1通入精煉氣體流量為0.5～15m³/h，壓力為1～15mpa，通氣時間為0.3～8h。上述精煉氣體包括但不限于：空氣、富氧空氣、水蒸氣等中一種或幾種氣體任意比例的混合氣體。

所述步驟1精煉劑加入量與硅熔體質量比為20：1～1：20。精煉劑的加入方式包括：一次性加入、分批次加入等；精煉劑為硅熔體精煉通用精煉劑，包括但不限于：cao、caf2、sio2、第ⅰ和ⅱ主族堿金屬化合物等中一種或多種精煉劑任意比例的混合精煉劑。

本發(fā)明旨在解決使用現有抬包進行爐外精煉時，抬包內硅熔體攪拌不充分，存在攪拌死角，導致包內熔體質量不均勻；精煉時間長，硅熔體熱量損失多，從而影響產量的現實問題。在充分研究工業(yè)硅爐外精煉的的工藝特點和實際工況后，本發(fā)明直接對抬包進行改造，通過在抬包底部適當位置設置兩個噴嘴，各自配置獨立的吹氣系統(tǒng)，進行造渣、吹氣聯合精煉，很好的利用硅熔體的熱量，提高了產品質量，其中al、ca、ti、c雜質含量較之前顯著降低。

本發(fā)明所述的方法在于采用底部雙噴嘴特制抬包進行吹氣、造渣精煉。在此爐外精煉過程中，可以根據特制抬包內硅熔體量的多少，硅熔體的噴濺情況，合理調整每個噴嘴的氣體流量、氣體壓力和氣體成份，使得特制抬包內硅熔體無流動“死區(qū)”，實現精煉時間較短、精煉效率較高的精煉過程。本發(fā)現具有精煉效果好、生產效率高、基建投資少，環(huán)境無污染，易于大規(guī)模工業(yè)化應用等特點。

本發(fā)明具有的優(yōu)點：

(1)精煉效果好：在本發(fā)明的雙噴嘴特制抬包中進行爐外精煉，保證了特制抬包內硅熔體的動力學條件，消除了攪拌死角，有效的提高了硅產品質量。

(2)生產效率高；爐外精煉采用本發(fā)明的特制抬包進行吹氣、造渣精煉，通過調節(jié)每個噴嘴的氣體流量、氣體壓力，兩個噴嘴間斷或同時噴吹等操作，對工業(yè)硅熔體實現高效率提純。

(3)基建投資少；本發(fā)明只需對抬包進行合理改造，在抬包底部的特定位置安裝兩個噴嘴，增加一個獨立的吹氣系統(tǒng)，設備簡單，方便可行。

(4)環(huán)境無污染；由于此過程不會產生二次污染，對環(huán)境壓力小，因此能實現綠色冶金。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1裝置結構圖；

圖2是本發(fā)明實施例1裝置具體尺寸結構圖；

圖3是本發(fā)明實施例2裝置具體尺寸結構圖；

圖4是本發(fā)明實施例3裝置具體尺寸結構圖。

圖中：1-抬包口，2-抬包底，3-噴嘴。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式，對本發(fā)明作進一步說明。

實施例1

如圖1和2所示，該硅熔體爐外精煉的裝置，所述抬包底2設置兩個氣體噴嘴3，兩個噴嘴3圓心和抬包底部圓心呈現的夾角θ為120°(滿足：90°≤θ≤180°)；兩個噴嘴3圓心與抬包底部圓心的距離1均為0.5r、噴嘴3半徑r為0.2r，滿足其中

該硅熔體爐外精煉的裝置的應用方法，其具體步驟如下：

步驟1、向抬包底2設置兩個氣體噴嘴3中持續(xù)通入壓縮空氣(壓縮空氣的流量為8m³/h)，向抬包中放入礦熱爐冶煉出的硅熔體(主要包括以下質量百分比組分：96％si、0.8％al、3％ca)，隨著抬包內釋放硅熔體的增加，加入質量比為10：1：10的sio2、caf2和al2o3精煉劑(精煉劑加入量與硅熔體質量比為20：1)，并將兩個氣體噴嘴3改通富氧空氣(氧氣與空氣體積比為9：1，通入的富氧空氣壓力為5mpa，流量為10m³/h)，進行爐外吹氣、造渣精煉0.3h(即通氣時間為0.3h)；

步驟2、硅熔體爐外精煉完畢后，扒開硅熔體表面的浮渣，實現渣硅分離后，進行硅熔體的澆注，獲得高純工業(yè)硅產品。

本實施例制備得到的工業(yè)硅產品中al含量<0.1wt％，ca含量<0.02wt％，硅含量為99.6％?，F有常規(guī)的硅熔體爐外精煉提純的設備(僅在抬包底部中間位置設置噴嘴1)在與本實施例相同的參數條件下制備得到的硅產品中al含量<0.3wt％，ca含量<0.04wt％，硅含量為99.3％，明顯可以看出本申請的工業(yè)硅熔體爐外精煉提純的設備al、ca、ti、c等雜質含量被高效去除，提高了精煉效果。

實施例2

如圖3所示，該硅熔體爐外精煉的裝置，所述抬包底2設置兩個氣體噴嘴3，兩個噴嘴3圓心和抬包底部圓心呈現的夾角θ為90°(滿足：90°≤θ≤180°)；兩個噴嘴3圓心與抬包底部圓心的距離1均為0.3r、噴嘴3半徑r為0.2r，滿足其中

該硅熔體爐外精煉的裝置的應用方法，其具體步驟如下：

步驟1、向抬包底2設置兩個氣體噴嘴3中持續(xù)通入壓縮空氣(壓縮空氣的流量為8m³/h)，向抬包中放入礦熱爐冶煉出的硅熔體(主要包括以下質量百分比組分：96％si、0.8％al、3％ca)，隨著抬包內釋放硅熔體的增加，加入質量比為10：1：2的nao、caf2和al2o3精煉劑(精煉劑加入量與硅熔體質量比為1：20)，并將兩個氣體噴嘴3改通水蒸氣(通入的水蒸氣壓力為15mpa，流量為0.5m³/h)，進行爐外吹氣、造渣精煉2h(即通氣時間為2h)；

步驟2、硅熔體爐外精煉完畢后，扒開硅熔體表面的浮渣，實現渣硅分離后，進行硅熔體的澆注，獲得高純工業(yè)硅產品。

本實施例制備得到的工業(yè)硅產品中al含量<0.1wt％，ca含量<0.01wt％，b<10ppm，硅含量為99.6％?，F有常規(guī)的硅熔體爐外精煉提純的設備(僅在抬包底部中間位置設置噴嘴1)在與本實施例相同的參數條件下制備得到的硅產品中al含量<0.2wt％，ca含量<0.04wt％，硅含量為99.3％，明顯可以看出本申請的工業(yè)硅熔體爐外精煉提純的設備al、ca、ti、c等雜質含量被高效去除，提高了精煉效果。

實施例3

如圖4所示，該硅熔體爐外精煉的裝置，所述抬包底2設置兩個氣體噴嘴3，兩個噴嘴3圓心和抬包底部圓心呈現的夾角θ為180°(滿足：90°≤θ≤180°)；兩個噴嘴3圓心與抬包底部圓心的距離1均為0.7r、噴嘴3半徑r為0.2r，滿足其中

該硅熔體爐外精煉的裝置的應用方法，其具體步驟如下：

步驟1、向抬包底2設置兩個氣體噴嘴3中持續(xù)通入壓縮空氣(壓縮空氣的流量為12m³/h)，向抬包中放入礦熱爐冶煉出的硅熔體(主要包括以下質量百分比組分：96％si、0.8％al、3％ca)，隨著抬包內釋放硅熔體的增加，加入質量比為cao：mgo：caf2＝6：3：1精煉劑(精煉劑加入量與硅熔體質量比為10：1)，并將兩個氣體噴嘴3改通體積比為1:1的氫氣和氮氣混合氣體(通入的混合氣體壓力為1mpa，流量為15m³/h)，進行爐外吹氣、造渣精煉8h(即通氣時間為8h)；

步驟2、硅熔體爐外精煉完畢后，扒開硅熔體表面的浮渣，實現渣硅分離后，進行硅熔體的澆注，獲得高純工業(yè)硅產品。

本實施例制備得到的工業(yè)硅產品中al含量<0.08wt％，ca含量<0.005wt％，b<8ppm，硅含量為99.7％。現有常規(guī)的硅熔體爐外精煉提純的設備(僅在抬包底部中間位置設置噴嘴1)在與本實施例相同的參數條件下制備得到的硅產品中al含量<0.2wt％，ca含量<0.02wt％，硅含量為99.4％，明顯可以看出本申請的工業(yè)硅熔體爐外精煉提純的設備al、ca、ti、c等雜質含量被高效去除，提高了精煉效果。

實施例4

該硅熔體爐外精煉的裝置，所述抬包底2設置兩個氣體噴嘴3，兩個噴嘴3圓心和抬包底部圓心呈現的夾角θ為150°(滿足：90°≤θ≤180°)；兩個噴嘴3圓心與抬包底部圓心的距離1均為噴嘴3半徑r為滿足其中

該硅熔體爐外精煉的裝置的應用方法，其具體步驟如下：

步驟1、向抬包底2設置兩個氣體噴嘴3中持續(xù)通入壓縮空氣(壓縮空氣的流量為15m³/h單位)，向抬包中放入礦熱爐冶煉出的硅熔體(主要包括以下質量百分比組分：96％si、0.8％al、3％ca)，隨著抬包內釋放硅熔體的增加，加入cao：mgo：caf2＝6：3：1精煉劑(精煉劑加入量與硅熔體質量比為1：10)，并將兩個氣體噴嘴3改通體積比為1:1:1的氫氣、水蒸汽和氮氣混合氣體(通入的混合氣體壓力為5mpa，流量為10m³/h)，進行爐外吹氣、造渣精煉2h(即通氣時間為2h)；

步驟2、硅熔體爐外精煉完畢后，扒開硅熔體表面的浮渣，實現渣硅分離后，進行硅熔體的澆注，獲得高純工業(yè)硅產品。

本實施例制備得到的工業(yè)硅產品中al含量<0.06wt％，ca含量<0.005wt％，b<8ppm，硅含量為99.7％?，F有常規(guī)的硅熔體爐外精煉提純的設備(僅在抬包底部中間位置設置噴嘴1)在與本實施例相同的參數條件下制備得到的硅產品中al含量<0.2wt％，ca含量<0.015wt％，硅含量為99.5％，明顯可以看出本申請的工業(yè)硅熔體爐外精煉提純的設備al、ca、ti、c等雜質含量被高效去除，提高了精煉效果。

以上結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。