[发明专利]用于半连续定向凝固提纯硅的给料装置及其系统和方法

说明书

本发明公开了一种用于半连续定向凝固提纯硅的给料装置及其系统和方法，包括套筒本体、螺杆以及可调速电机，其中，套筒本体的上下两端分别开设有进料口和出料口，套筒本体的上下两端分别用于与料仓和进料管密封连接，螺杆支承于套筒本体形成的中空腔室内部且相对于其可转动，螺杆伸出于套筒本体外的端部与可调速电机连接，螺杆外部设置有螺旋叶片以带动套筒本体内部的工业硅料移动。本发明提出的用于半连续定向凝固提纯硅的给料装置，可实现均匀、稳定地给料。

技术领域

本发明涉及物理冶金法提纯技术领域，尤其涉及一种用于半连续定向凝固提纯硅的给料装置及其系统和方法。

背景技术

当前，硅材料提纯与硅片制备是限制光伏发电成本进一步降低的主要环节。与化学法相比，物理冶金法具备投资少、工艺简单、能耗小、成本低与环境友好等优势，是极具发展潜力的太阳能级硅提纯制备方法，近年来一直备受关注，取得了极大发展。

定向凝固可有效去除硅中分凝系数远小于1的金属杂质，是冶金法提纯制备太阳能级硅工艺过程中不可或缺的一环。与此同时，利用定向凝固还可有效回收硅片切片中产生的大量硅泥。有别于传统定向凝固中先将物料批次全部熔化而后定向移动散热凝固，电磁半连续定向凝固采用边熔化边凝固的方法，有助于提高提纯生产效率、进一步降低能耗与提纯成本，进而使冶金法提纯的优势得以充分发挥。

然而，由于硅属于半导体，其室温导电性差，不能直接进行感应加热熔炼，新加入的冷态工业硅料需经坩埚内熔池预热后方可被感应加热熔化。在连续熔铸过程中，若连续给料控制不当，造成加料速度与熔池连续凝固速度不匹配或瞬时大批进料，必然造成熔池失稳，进而导致熔池熄灭，连续定向凝固提纯过程中断。与此同时，连续熔铸过程中若加料装置出现故障不能继续连续均匀给料，亦会导致连续定向凝固提纯过程被迫中断。基于此，控制电磁半连续定向凝固提纯工业硅过程中的连续给料速度、给料均匀性与稳定性是利用该技术实现高效率、低成本提纯工业硅的难点与关键。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于半连续定向凝固提纯硅的给料装置及其系统和方法，旨在实现均匀、稳定地给料。

为实现上述目的，本发明提供一种用于半连续定向凝固提纯硅的给料装置，包括套筒本体、螺杆以及可调速电机，其中，

所述套筒本体的上下两端分别开设有进料口和出料口，套筒本体的上下两端分别用于与料仓和进料管密封连接，螺杆支承于套筒本体形成的中空腔室内部且相对于其可转动，螺杆伸出于套筒本体外的端部与可调速电机连接，螺杆外部设置有螺旋叶片以带动套筒本体内部的工业硅料移动。

优选地，所述套筒本体包括外套筒以及分别位于外套筒上、下两端连接的连接上法兰和连接下法兰，其中，连接上法兰用于与料仓下方的料仓下法兰密封连接，连接下法兰用于与进料管上方的进料管法兰密封连接，外套筒与连接上法兰和连接下法兰的接触面之间通过真空密封胶进行密封。

优选地，所述螺旋叶片外径与外套筒的内径之间间隙为0.5mm～0.75mm，外套筒的进料口与出料口之间间隔1个～2.5个螺旋叶片，相邻螺旋叶片螺旋间螺距为颗粒状工业硅原料最大尺寸的2倍～3倍。

优选地，所述料仓下法兰与连接上法兰之间密封安装有滑轨盘，滑轨盘上设置有滑槽和入料口，入料口与进料口连通，挡板安装于滑槽内且相对于其可移动，挡板移动时将入料口打开或关闭。

优选地，所述外套筒的两端均密封连接有左端盖和右端盖，螺杆的两端通过轴承支承于左端盖和右端盖内侧，螺杆的尾部穿设于右端盖上且通过压片将螺杆和右端盖的连接处密封。

优选地，所述螺杆外还套设有挡片，挡片外径与外套筒内径间间距为0.75mm～1mm，螺旋叶片的两端分别设置有一挡片以避免工业硅料与轴承接触；所述右端盖上通孔与螺杆之间设置有第一密封圈和第二密封圈以进行动密封，第一密封圈和第二密封圈之间的螺杆上套有垫片，第二密封圈的外侧通过压片密封。