1.本发明属于硅材料提纯的技术领域，尤其是涉及一种硅材料提纯装置及方法。
背景技术：
2.进入21世纪以来，随着矿石能源的日益枯竭及其应用过程中对环境的严重污染，促使
光伏产业世界范围内快速发展。我国在联合国大会上明确提出，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现
碳中和。如果到了2060年，中国实现碳中和，核能的装机容量是现在的5倍多，风能的装机容量是现在的12倍多，而太阳能装机容量会是现在的70多倍。光伏产能的迅速扩张使得
多晶硅原料的需求大涨。
3.但是，光伏产业消耗的多晶硅会有近30％在硅棒加工过程中生成硅粉，2020年我国光伏产业多晶硅消耗量为54万吨，意味着有16万吨左右的硅粉产生。另一方面，光伏协会统计我国目前各型号单晶炉43900多台，每炉每月生产3炉，每炉产生5公斤的锅底料，则每年有近20000多吨的锅底料产生。还有大量的原生多晶硅破碎过程中产生的落地料等。当前对于这些硅料还没有实现科学的综合循环利用，是对资源的极大浪费，也是制约光伏产业发展的瓶颈。
技术实现要素：
4.有鉴于此，本发明旨在提出一种硅材料提纯装置及方法，以缓解上述的技术问题。
5.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
6.第一方面：
7.本发明提供了一种硅材料提纯装置，包括提炼炉、坩埚、真空机组、冷却系统及加热系统；所述提炼炉具有炉盖和炉门；所述坩埚设于所述提炼炉的内部，所述真空机组与所述提炼炉连通，所述加热系统设置于所述坩埚上，所述冷却系统设置于所述坩埚的下方。
8.进一步地，还包括下料仓，所述下料仓具有加料口和下料管道，所述下料管道倾斜设置，且其底端位于所述提炼炉的内部，并位于所述坩埚的上方。
9.进一步地，所述加热系统包括电磁感应线圈，所述电磁感应线圈围绕所述坩埚的外部设置。
10.进一步地，所述加热系统还包括引燃环和提拉装置，所述引燃环位于所述坩埚的内部，所述引燃环与所述提拉装置连接。
11.进一步地，所述提拉装置包括第一机架、电机、减速齿轮组和提拉杆，所述第一机架设置于所述炉盖上，所述电机和所述减速齿轮组固定于所述第一机架上，所述提拉杆的底端与所述引燃环固定连接，所述电机的动力输出轴与所述减速齿轮组的输入端连接，所述提拉杆与所述减速齿轮组的输出端连接。
12.进一步地，所述冷却系统包括下拉装置和承托座，所述坩埚为筒状结构，所述承托座位于所述坩埚的底部，所述下拉装置与所述承托座连接。
13.进一步地，所述下拉装置包括第二机架、升降柱及液压缸，所述第二机架预埋于所
述提炼炉的下方，所述液压缸固定于所述第二机架上，所述升降柱的底端与所述液压缸的动力输出杆连接，所述升降柱的顶端与所述承托座固定连接。
14.进一步地，所述冷却系统还包括水冷装置，所述水冷装置围绕所述承托座设置。
15.进一步地，还包括底座，所述底座设置于所述提炼炉的底部。
16.第二方面：
17.本发明提供了一种硅材料提纯方法，包括如下步骤：
18.s1:将待处理的硅料自加料口放入至下料仓，并关闭料仓口；
19.s2:启动真空机组对提炼炉内抽真空；
20.s3:将硅料自下料仓的下料管道导送至坩埚内的承托座上；
21.s4:启动加热系统的电磁感应线圈和引燃环，并将硅料加热至熔融状态；
22.s5:关闭电磁感应线圈，并利用提拉装置将引燃环提升至坩埚的外部；
23.s6:启动水冷装置，并利用下拉装置对熔融的硅料进行下移，冷却至硅锭；
24.s7:停止真空机组抽真空，并给提炼炉内充气，打开炉门，取出硅锭。
25.相对于现有技术，本发明提供的一种硅材料提纯装置及方法具有以下优势：
26.(1)本发明第一方面通过硅料提炼装置对占多晶年消耗量30％以上的切割硅棒产生的硅粉、单晶炉锅底料、多晶硅落地料等实现科学有效的循环利用，补齐光伏产业最后一块短板，推动光伏产业绿色安全、健康友好地发展。
27.(2)本发明第二方面通过硅料提炼方法，使用第一方面中的提炼装置，能够达到第一方面中所能达到的效果。
附图说明
28.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
29.图1为本发明实施例所述的一种硅材料提纯装置及方法的整体结构示意图；
30.图2为图1中a部分的放大示意图；
31.图3为图1中b部分的放大示意图。
32.附图标记说明：
33.1-提炼炉；2-坩埚；3-真空机组；4-炉盖；5-炉门；6-下料仓；7-加料口；8-下料管道；9-电磁感应线圈；10-引燃环；11-第一机架；12-电机；13-提拉杆；14-承托座；15-第二机架；16-升降柱；17-液压缸；18-水冷装置；19-底座。
具体实施方式
34.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
35.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相
对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
36.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内单元的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
38.如图1-3所示，第一方面：本发明提供了一种硅材料提纯装置，包括提炼炉1、坩埚2、真空机组3、冷却系统及加热系统；所述提炼炉1具有炉盖4和炉门5；所述坩埚2设于所述提炼炉1的内部，所述真空机组3与所述提炼炉1连通，所述加热系统设置于所述坩埚2上，所述冷却系统设置于所述坩埚2的下方。更为优选地，还包括下料仓6，所述下料仓6具有加料口7和下料管道8，所述下料管道8倾斜设置，且其底端位于所述提炼炉1的内部，并位于所述坩埚2的上方。更为优选地，所述加热系统包括电磁感应线圈9，所述电磁感应线圈9围绕所述坩埚2的外部设置。更为优选地，所述加热系统还包括引燃环10和提拉装置，所述引燃环10位于所述坩埚2的内部，所述引燃环10与所述提拉装置连接。更为优选地，所述提拉装置包括第一机架11、电机12、减速齿轮组和提拉杆13，所述第一机架11设置于所述炉盖4上，所述电机12和所述减速齿轮组固定于所述第一机架11上，所述提拉杆13的底端与所述引燃环10固定连接，所述电机12的动力输出轴与所述减速齿轮组的输入端连接，所述提拉杆13与所述减速齿轮组的输出端连接。更为优选地，所述冷却系统包括下拉装置和承托座14，所述坩埚2为筒状结构，所述承托座14位于所述坩埚2的底部，所述下拉装置与所述承托座14连接。更为优选地，所述下拉装置包括第二机架15、升降柱16及液压缸17，所述第二机架15预埋于所述提炼炉1的下方，所述液压缸17固定于所述第二机架15上，所述升降柱16的底端与所述液压缸17的动力输出杆连接，所述升降柱16的顶端与所述承托座14固定连接。更为优选地，所述冷却系统还包括水冷装置18，所述水冷装置18围绕所述承托座14设置。更为优选地，还包括底座19，所述底座19设置于所述提炼炉1的底部。
39.第二方面：本发明提供了一种硅材料提纯方法，包括如下步骤：s1:将待处理的硅料自加料口7放入至下料仓6，并关闭料仓口；s2:启动真空机组3对提炼炉1内抽真空；s3:将硅料自下料仓6的下料管道8导送至坩埚2内的承托座14上；s4:启动加热系统的电磁感应线圈9和引燃环10，并将硅料加热至熔融状态；s5:关闭电磁感应线圈9，并利用提拉装置将引燃环10提升至坩埚2的外部；s6:启动水冷装置18，并利用下拉装置对熔融的硅料进行下移，冷却至硅锭；s7:停止真空机组3抽真空，并给提炼炉1内充气，打开炉门5，取出硅锭。
40.在实际使用过程中，硅料在真空环境下进行熔化并定向凝固，有效去除硅中饱和蒸气压高于硅的杂质和硅中杂质分凝系数小于或大于1的杂质。电磁感应线圈9的加热功率一般为200kw-1200kw，频率一般为20000hz-50000hz。坩埚2与电磁感应线圈9尺寸相配套，电磁感应线圈9自凝壳坩埚2外围，坩埚2与线圈之间距离在5mm-50mm范围内，一般最优间距在于15mm-25mm。线圈匝数及高度根据电源参数及工艺参数来调整。一般为80mm-200mm之间，一般最优在于100mm-150mm之间。真空机组3一般为3级泵机组，如机械泵、罗茨泵、扩散
泵组成的3级泵。维持提纯炉体内的真空度在工作过程中≤9.9
×
10-2pa。下料仓6内设有控制硅料进入至提炼炉1内的装置，例如阀门，振动装置等引燃环10为石墨引燃环10，引燃环10通过提拉杆13可上下移动。精炼提纯后得到的硅锭，由炉门5取出。启动真空系统抽真空，炉体真空度≤9.9
×
10-2pa，一般最优为真空度≤5.0
×
10-3pa，启动加热系统时，先启动电磁感应线圈9，然后引燃环10通过感应到电磁感应线圈9的热量被加热，把热量传给坩埚2内的硅料，硅料被加热到200℃之后逐渐吸收电磁场的能量，温度继续升高，直到熔化，硅料温度700℃以上就可充分吸收电磁场的能量，这时就可提升提拉杆13，把引燃环10移出坩埚2。
41.整体上，由下料操作、加热操作与下拉操作相互配合，硅料由下料仓6进入坩埚2，加热熔化后随着下拉装置的下移，熔化后的液体硅料移出电磁感应线圈9的有效加热范围重新凝固，随着下拉系统的下移形成硅锭。硅锭达到工艺要求的高度就可停止加料、拉锭、加热。最后停止抽真空，给炉体充气、开炉门5、取硅锭。
42.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。技术特征：
1.一种硅材料提纯装置，其特征在于：包括提炼炉、坩埚、真空机组、冷却系统及加热系统；所述提炼炉具有炉盖和炉门；所述坩埚设于所述提炼炉的内部，所述真空机组与所述提炼炉连通，所述加热系统设置于所述坩埚上，所述冷却系统设置于所述坩埚的下方。2.根据权利要求1所述的一种硅材料提纯装置及方法，其特征在于：还包括下料仓，所述下料仓具有加料口和下料管道，所述下料管道倾斜设置，且其底端位于所述提炼炉的内部，并位于所述坩埚的上方。3.根据权利要求2所述的一种硅材料提纯装置及方法，其特征在于：所述加热系统包括电磁感应线圈，所述电磁感应线圈围绕所述坩埚的外部设置。4.根据权利要求3的一种硅材料提纯装置及方法，其特征在于：所述加热系统还包括引燃环和提拉装置，所述引燃环位于所述坩埚的内部，所述引燃环与所述提拉装置连接。5.根据权利要求4的一种硅材料提纯装置及方法，其特征在于：所述提拉装置包括第一机架、电机、减速齿轮组和提拉杆，所述第一机架设置于所述炉盖上，所述电机和所述减速齿轮组固定于所述第一机架上，所述提拉杆的底端与所述引燃环固定连接，所述电机的动力输出轴与所述减速齿轮组的输入端连接，所述提拉杆与所述减速齿轮组的输出端连接。6.根据权利要求5的一种硅材料提纯装置及方法，其特征在于：所述冷却系统包括下拉装置和承托座，所述坩埚为筒状结构，所述承托座位于所述坩埚的底部，所述下拉装置与所述承托座连接。7.根据权利要求6的一种硅材料提纯装置及方法，其特征在于：所述下拉装置包括第二机架、升降柱及液压缸，所述第二机架预埋于所述提炼炉的下方，所述液压缸固定于所述第二机架上，所述升降柱的底端与所述液压缸的动力输出杆连接，所述升降柱的顶端与所述承托座固定连接。8.根据权利要求7的一种硅材料提纯装置及方法，其特征在于：所述冷却系统还包括水冷装置，所述水冷装置围绕所述承托座设置。9.根据权利要求8的一种硅材料提纯装置及方法，其特征在于：还包括底座，所述底座设置于所述提炼炉的底部。10.一种硅材料提纯方法，其特征在于，包括如下步骤：将待处理的硅料自加料口放入至下料仓，并关闭料仓口；启动真空机组对提炼炉内抽真空；将硅料自下料仓的下料管道导送至坩埚内的承托座上；启动加热系统的电磁感应线圈和引燃环，并将硅料加热至熔融状态；关闭电磁感应线圈，并利用提拉装置将引燃环提升至坩埚的外部；启动水冷装置，并利用下拉装置对熔融的硅料进行下移，冷却至硅锭；停止真空机组抽真空，并给提炼炉内充气，打开炉门，取出硅锭。
技术总结
本发明提供了一种硅材料提纯装置及方法，提纯装置包括提炼炉、坩埚、真空机组、冷却系统及加热系统；坩埚设于提炼炉的内部，真空机组与提炼炉连通，加热系统设置于坩埚上，冷却系统设置于坩埚的下方。提纯方法包括将待处理的硅料自加料口放入至下料仓，并关闭料仓口；启动真空机组对提炼炉内抽真空；将硅料自下料仓的下料管道导送至坩埚内的承托座上；启动加热系统的电磁感应线圈和引燃环，并将硅料加热至熔融状态；关闭电磁感应线圈，并利用提拉装置将引燃环提升至坩埚的外部；启动水冷装置，并利用下拉装置对熔融的硅料进行下移，冷却至硅锭；停止真空机组抽真空，并给提炼炉内充气，打开炉门，取出硅锭。本发明能够有效节省硅料。本发明能够有效节省硅料。本发明能够有效节省硅料。
技术研发人员：朱业胜 姜承法 吴旭宏 董志远
受保护的技术使用者：万向新元科技股份有限公司
技术研发日：2021.12.30
技术公布日：2022/3/4
声明：
“硅材料提纯装置及方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：万向新元科技股份有限公司
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2024年06月28日 ~ 30日 
