本發(fā)明涉及硅渣的重復利用加工領(lǐng)域，具體涉及一種基于電子束槍的感應爐熔硅起爐裝置及工藝。

背景技術(shù)：

硅渣一般是指原礦提煉之后的剩余部分，還含有一定量的硅。硅渣分很多種，工業(yè)硅渣，太陽能硅渣，半導體硅渣等等。硅渣可以用來回爐重新結(jié)晶、提純、現(xiàn)在硅料緊缺，價格不菲。硅錳渣也叫硅錳冶煉渣，是冶煉硅錳合金時排放的一種工業(yè)廢渣，其結(jié)構(gòu)疏松，外觀常為淺綠色的顆粒，由一些形狀不規(guī)則的多孔非晶質(zhì)顆粒組成。硅錳渣性脆易碎，通過破碎機可以將大塊的硅錳渣破碎成小塊，然后進入細碎機將粗碎后的物料進一步粉碎，確保進入料倉的物料能夠達到單體解離的程度，然后通過振動給料機和皮帶輸送機均勻的將物料給入梯形跳汰機進行分選。破碎的主要目的在于打破連生體結(jié)構(gòu)，跳汰的主要目的在于從硅錳渣中回收硅錳合金。硅錳渣和硅錳合金存在較大的比重差，通過跳汰機的重選作用可以將金屬和廢渣分離，獲得純凈的合金和廢渣，最后可以通過脫水篩的脫水作用分別將精礦和尾礦進行脫水。

感應爐是利用物料的感應電熱效應而使物料加熱或熔化的電爐。感應爐采用的交流電源有工頻(50或60赫)、中頻(150～10000赫)和高頻(高于10000赫)3種。感應爐的主要部件有感應器、爐體、電源、電容和控制系統(tǒng)等。在感應爐中的交變電磁場作用下，物料內(nèi)部產(chǎn)生渦流從而達到加熱或著熔化的效果。感應爐通常分為感應加熱爐和熔煉爐。熔煉爐分為有芯感應爐和無芯感應爐兩類。有芯感應爐主要用于各種鑄鐵等金屬的熔煉和保溫，能利用廢爐料，熔煉成本低。無芯感應爐分為工頻感應爐、三倍頻感爐、發(fā)電機組中頻感應爐、可控硅 中頻感應爐、高頻感應爐。感應爐根據(jù)頻率分為：工頻爐50赫、中頻爐(150～10000赫)和高頻爐(高于10000赫)3種。

目前的硅熔煉的主要設(shè)備是坩堝，利用坩堝來進行硅熔煉的技術(shù)也比較成熟，但是坩堝的最大缺點就是容量太小，單次熔煉的量小，量產(chǎn)困難的瓶頸一直制約了硅的發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于電子束槍的感應爐熔硅起爐裝置及工藝，通過建立新的工藝來提高硅熔煉的效率，從而大幅提高硅的產(chǎn)量，達到降低量產(chǎn)成本的目的。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于電子束槍的感應爐熔硅起爐裝置，包括感應爐，在感應爐的空腔內(nèi)設(shè)置有線圈，在線圈內(nèi)側(cè)設(shè)置有線圈膠泥層，在線圈膠泥層內(nèi)側(cè)填筑夯實形成有內(nèi)襯層，在感應爐頂部至少設(shè)置有一個或一個以上的電子束槍。本發(fā)明的感應爐采用鋼板制成的內(nèi)模體，其表面平滑，通過填筑夯實的內(nèi)襯層表面平滑，由于在夯實以后，內(nèi)模體鋼板與內(nèi)襯層之間貼合緊密，無法將內(nèi)模體取出，為了解決這個問題，申請人通過在內(nèi)模體內(nèi)部設(shè)置一個加熱裝置，在填筑夯實完成后，利用加熱裝置進行加熱，鋼板制成的內(nèi)模體其熱脹冷縮率遠遠大于內(nèi)襯層材料的膨脹率，因此，內(nèi)模體對內(nèi)襯層進行徑向的擠壓和底部向下的擠壓，如此不僅在徑向夯實搗緊了內(nèi)襯層，冷卻后，鋼板制成的內(nèi)模體向內(nèi)收縮，與內(nèi)襯層之間分離產(chǎn)生間隙，當間隙合理的時候，可以很容易的取出內(nèi)模體，本發(fā)明由于增加了內(nèi)襯層徑向的擠壓，使得內(nèi)襯層更加緊實，向下的夯實和徑向的壓緊過程，都對內(nèi)襯層的緊密性提供了有力的支撐，通過在感應爐上配置一個或者多個的電子束槍，利用電子束槍的集中加熱方式對感應爐內(nèi)的硅粉進行 加熱，當加熱形成部分硅液的時候，啟動感應爐，利用硅液的弱導電性進行感應加熱，從而熔化更多的硅液，在電子束槍和感應爐的配合作用下，可以短時間內(nèi)高效地熔化硅塊，完成硅液熔煉的起爐步驟，實現(xiàn)利用感應爐來進行硅熔煉的目的。

所述的電子束槍的發(fā)射方向從上至下，且電子束槍的作用點位于感應爐內(nèi)部空腔的底部。通過設(shè)定電子束槍的發(fā)射方向，使其加熱點聚集在感應爐內(nèi)部空腔的底部，從而可以有效地對硅塊進行加熱，底部硅塊的集中加熱可以形成較穩(wěn)定的熔化過程，便于硅液形成的過程控制。

所述的感應爐為中頻爐，其工作頻率為100～140Hz。申請人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的硅熔煉技術(shù)都是采用坩堝進行的，坩堝的本身形狀、物理性質(zhì)決定了其尺寸不能太大，較小的尺寸限制了產(chǎn)量，申請人對熔煉技術(shù)中感應爐做了詳細的研究，感應爐都是用于金屬熔煉的，而硅是非金屬材料，不能使用感應爐；為了利用感應爐來進行硅熔煉，申請人對工藝做了改進，克服了技術(shù)上的偏見，通過在起爐的時候，利用電子束槍對硅進行加熱形成硅液，利用硅液的弱導電性也可以自身感應生熱，從而快速地完成硅液的起爐，達到熔煉硅塊的目的，相對于坩堝的最大容量20KG而言，本發(fā)明利用感應爐進行硅熔煉的方式，可以將單體的熔煉量提升至5噸，相對于現(xiàn)有技術(shù)的坩堝熔煉而言，大大提高了產(chǎn)量和生產(chǎn)效率。申請人對現(xiàn)有的感應爐進行了上萬次的實驗，經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)了可以用于硅熔煉的感應爐的類型：中頻爐，但是并不是所有的中頻爐都能使用，現(xiàn)有技術(shù)中，中頻爐都是指頻率為150～10000Hz的頻率，而本發(fā)明中雖然采用了中頻爐的結(jié)構(gòu)，但是，對于其運行的參數(shù)做出了重大調(diào)整，將其運行參數(shù)調(diào)整為100～140Hz,此時,實際上是屬于中頻爐的非正常工作區(qū)間,利用病態(tài)的工作狀態(tài)來進行硅的熔煉,大大超出了本領(lǐng)域技術(shù)人員的認知范圍,同時也滿足硅熔 煉的條件,取得了意料不到的優(yōu)點,對于硅熔煉領(lǐng)域而言,具有突破性的進步,將硅熔煉的量產(chǎn)極大的提高,推動了行業(yè)的發(fā)展。

所述中頻爐，其工作頻率為120～130Hz。優(yōu)選的，通過對中頻爐的參數(shù)進行不斷調(diào)整和修訂，最后確定了一個較為優(yōu)選的范圍，在此范圍內(nèi)，硅的熔煉速度快，效率高。

一種基于電子束槍的感應爐熔硅起爐工藝，包括以下步驟：

(a)將硅粉或硅塊裝入到感應爐的內(nèi)部；

(b)啟動電子束槍，利用電子束槍對硅粉或硅塊進行加熱，制得硅液；

(c)在進行步驟(b)的同時，啟動感應爐進行加熱；

(d)在硅粉或硅塊全部轉(zhuǎn)化成硅液后，停止電子束槍加熱，完成起爐。

本發(fā)明通過在感應爐上配置一個或者多個的電子束槍，利用電子束槍的集中加熱方式對感應爐內(nèi)的硅粉進行加熱，當加熱形成部分硅液的時候，啟動感應爐，利用硅液的弱導電性進行感應加熱，從而熔化更多的硅液，在電子束槍和感應爐的配合作用下，可以短時間內(nèi)高效地熔化硅塊，完成硅液熔煉的起爐步驟，實現(xiàn)利用感應爐來進行硅熔煉的目的。

在進行步驟(b)和步驟(c)時，還對硅液進行攪拌操作，操作過程是：利用木棒對硅液進行順時針或逆時針的單向攪動，每分鐘攪動2～3圈。在實際的生產(chǎn)過程中，申請人發(fā)現(xiàn)，硅液的流動對于感應生熱是有利的，通過在起爐的過程中增加攪拌操作，可以使得硅水生熱的熱量進行快速散播，從而加快硅粉或硅塊的熔化，現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用石墨棒來作為硅熔煉過程中的操作工具，但是由于石墨棒本身的特性較軟，其本身的強度很低，很容易折損，石墨的消耗造成成本的上升，也制約了硅熔煉的發(fā)展，為此，申請人經(jīng)過多年的摸索發(fā)現(xiàn)，可以利用木棒進行操作，以木棒作為耗材來進行硅熔煉的攪動器具， 木棒經(jīng)過高溫后逐漸燃燒并隨廢氣排出，相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，不僅降低了生產(chǎn)成本，而且并不會引入雜質(zhì)，避免了石墨作為雜質(zhì)的問題，提高了產(chǎn)品的品質(zhì)。

所述的感應爐為中頻爐，其工作頻率為100～140Hz。

所述中頻爐，其工作頻率為120～130Hz。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果：

1、本發(fā)明一種基于電子束槍的感應爐熔硅起爐裝置及工藝，通過在感應爐上配置一個或者多個的電子束槍，利用電子束槍的集中加熱方式對感應爐內(nèi)的硅粉進行加熱，當加熱形成部分硅液的時候，啟動感應爐，利用硅液的弱導電性進行感應加熱，從而熔化更多的硅液，在電子束槍和感應爐的配合作用下，可以短時間內(nèi)高效地熔化硅塊，完成硅液熔煉的起爐步驟，實現(xiàn)利用感應爐來進行硅熔煉的目的；

2、本發(fā)明一種基于電子束槍的感應爐熔硅起爐裝置及工藝，通過在起爐的時候，將硅塊中添加鐵塊的方式，同時將溫度加熱到1480～1520℃，此時的溫度已經(jīng)達到硅的熔融溫度，但還沒有達到鐵的熔融溫度，鐵塊作為感應爐的生熱部件產(chǎn)生大量的熱量，硅塊吸收熱量后達到溫度并熔化形成硅水，而鐵塊并沒有達熔點，保持固體的狀態(tài)，硅塊在融化后形成硅水，將鐵塊取出后，利用硅水的弱導電性也可以自身感應生熱，達到熔煉硅塊的目的，相對于坩堝的最大容量20KG而言，本發(fā)明利用感應爐進行硅熔煉的方式，可以將單體的熔煉量提升至5噸，相對于現(xiàn)有技術(shù)的坩堝熔煉而言，大大提高了產(chǎn)量和生產(chǎn)效率；

3、本發(fā)明一種基于電子束槍的感應爐熔硅起爐裝置及工藝，對于其運行的參數(shù)做出了重大調(diào)整，將其運行參數(shù)調(diào)整為100～140Hz,此時,實際上是屬于中頻爐的非正常工作區(qū)間,利用病態(tài)的工作狀態(tài)來進行硅的熔煉,大大超出了本領(lǐng) 域技術(shù)人員的認知范圍,同時也滿足硅熔煉的條件,取得了意料不到的優(yōu)點,對于硅熔煉領(lǐng)域而言,具有突破性的進步,將硅熔煉的量產(chǎn)極大的提高,推動了行業(yè)的發(fā)展。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明實施例的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明實施例的限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中標記及對應的零部件名稱：

1-感應爐，2-線圈，3-線圈膠泥層，4-內(nèi)襯層，5-電子束槍。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對本發(fā)明的限定。

實施例

如圖1所示，本發(fā)明一種基于電子束槍的感應爐熔硅起爐裝置，包括感應爐1，感應爐1內(nèi)部為空腔結(jié)構(gòu)，在感應爐1的空腔內(nèi)設(shè)置有線圈2，在線圈2內(nèi)側(cè)設(shè)置有線圈膠泥層3、以及同軸設(shè)置的內(nèi)模體，內(nèi)模體采用鋼板焊接形成整體結(jié)構(gòu)，其上部為圓筒狀結(jié)構(gòu)，圓筒狀的底部通過弧形板封閉連接形成整體，通常，內(nèi)模體的表面為光滑板面，焊接處連接成平滑結(jié)構(gòu)，在內(nèi)模體與線圈膠泥層3之間的空腔內(nèi)填筑有內(nèi)襯層4，內(nèi)襯層4采用填筑方式，逐步添加并搗實；內(nèi)襯4燒結(jié)成型后，可以作為熔煉的感應爐1，此時，在感應爐1上方配置1至3個電子束槍5，電子束槍5的工作焦點位于感應爐1的內(nèi)部空腔底部，起爐的工藝如下：

(a)將硅粉或硅塊裝入到中頻爐的內(nèi)部；

(b)啟動電子束槍，利用電子束槍對硅粉或硅塊進行加熱，制得硅液；

(c)在進行步驟(b)的同時，啟動中頻爐進行加熱，其工作頻率為120～130Hz；在進行步驟(b)和步驟(c)時，還對硅液進行攪拌操作，操作過程是：利用木棒對硅液進行順時針或逆時針的單向攪動，每分鐘攪動2～3圈；

(d)在硅粉或硅塊全部轉(zhuǎn)化成硅液后，停止電子束槍加熱，完成起爐。

以上兩個實施例中，中頻爐的單次容量為3.5噸，根據(jù)中頻爐的規(guī)格和現(xiàn)有技術(shù)，可以將容量提高至5噸，單次的起爐時間為12至15分鐘，單次的熔煉時間是80～100分鐘，相對于坩堝的生產(chǎn)方式，大大提高了生產(chǎn)效率。

以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。