[发明专利]利用中频炉冶炼工业硅的方法

说明书

一种利用中频炉冶炼工业硅的方法，包括以下步骤：筑炉：配置刚玉浇注料，使用耐高温云母纸将涂有绝缘胶泥的感应线圈铺设在中频炉的炉体内的底部，完成铺设后，浇筑刚玉浇注料并使用振动棒对炉底进行打结，将缠有瓦楞纸的模具安装在炉膛中，将刚玉浇注料浇注在炉壁与瓦楞纸的模具之间的间隙中并进行打结，阴干后取出模具，中频炉的炉体内的刚玉浇注料形成熔炼坩埚，按照烘烤工艺对熔炼坩埚进行烘烤后，向炉内投入硅料进行熔化后，将炉内石墨电极取出；当投入的预定量硅料完全熔化后，进行渣洗熔炼，将硅液导入浇包后导出冷却后获得工业硅。

技术领域

本发明涉及多晶硅生产技术领域，具体涉及一种利用中频炉冶炼工业硅的方法。

背景技术

冶金法制备太阳能级多晶硅的生产方法是我国走出硅原料依赖,发展低成本、环境友好的太阳能级多晶硅制备技术的必经之路。冶金法生产太阳能级多晶硅的生产方法曾经令国内外业界人士感到震惊，在多晶硅市场经过几次震荡后，使用冶金法生产多晶硅的企业几乎不受影响，当然国内有不少企业停产观望，由于该方法的核心技术发展的进程主要依靠上海普罗、宁夏发电集团、厦门佳科等大型企业,发展至今，这几家大型企业由于产业多元化的资金需求，停止了太阳能级多晶硅生产经营。

冶金法关键技术对除硼、除磷、除碳、除氧工艺的研究，金属杂质的去除主要依靠传统的定向凝固方法达到目的，在上述提及的工艺除杂方面，多晶硅的前期重点工艺为除硼工艺、坩埚寿命及产品出品率作为冶金法制备太阳能级多晶硅的重点研究内容，除硼设备主要以中频炉为主，由于硅属于半导体材料的特性决定，在前期熔化具有一定的局限性，对此通过不断实验确定，石墨坩埚作为一种高效加热材料，弥补了硅料在中频炉内前期熔化的缺陷；然而，石墨在持续高温状态的抗氧化以及寿命都属于它本身的缺陷，在使用期间也无法改善，导致存在以下问题：现有技术中采用石墨坩埚打结的炉体熔炼硅的过程中，由于使用辅助炉衬材料为镁砂，石墨与镁砂的热膨胀系数不一，造成在冶炼高温过程中出现的坩埚固定缺陷及期间坩埚受力影响，对石墨坩埚的结构造成不同程度的影响；由于石墨具有极强的还原性，在1800℃以上会与氧化镁发生还原反应，此时炉衬会出现一定程度的熔池，随着冶炼时间的不断延长，熔池逐渐扩大，炉体感应线圈出现不同程度短路，造成控制系统电器原件的大量损坏使冶炼不能正常进行，在冶炼后期，坩埚出现漏硅发生的感应线圈损坏情况下，硅液与水接触后瞬间出现大量蒸汽，坩埚底部受到蒸汽压力，坩埚会出现上移，严重时坩埚直接从炉体中脱引而出，造成极大的安全隐患；石墨坩埚运行时间平均不足100小时，石墨坩埚的运行成本占据整个运行成本一半以上，由于受中频炉感应线圈限制，配套石墨坩埚容积小，使设备整体产能无法得到正常释放，造成生产效率低，单位公斤能耗增高；随着中频炉设备产生的增加，石墨坩埚完全不能满足设备发展的需求，制约冶金法生产多晶硅发展。使用石墨坩埚在熔炼硅的过程中，会增加硅中碳元素含量，严重影响后期电池片的衰减和转换效率。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种利用中频炉冶炼工业硅的方法，该利用中频炉冶炼工业硅的方法安全可靠，能够降低生产成本且减少碳元素进入工业硅的机率。

一种利用中频炉冶炼工业硅的方法，包括以下步骤：

筑炉：将1mm～3mm的刚玉颗粒55份、α刚玉微粉40份、钎维素1份、糊精2份、铝酸钙水泥1份、耐火土1份混合均匀后，按照4.5～5.5kg/100kg的水进行搅拌，以获得配置刚玉浇注料；

使用耐高温云母纸将涂有绝缘胶泥的感应线圈铺设在中频炉的炉体内的底部，完成铺设后，浇筑刚玉浇注料并使用振动棒对炉底进行打结，按照炉膛深度确定将底部打结完成后，将表面缠有瓦楞纸的模具安装在炉膛中并进行固定，完成固定后，将刚玉浇注料浇注在炉壁与缠有瓦楞纸的模具之间的间隙中并进行打结，打结时使用振动棒将对刚玉浇注料进行振打以排出刚玉浇注料中的气体，每次振打时间为2～8分钟；