一種定向凝固尾料快速收集提純多晶硅的設備制造技術

本實用新型專利技術涉及一種定向凝固尾料快速收集提純多晶硅的設備，該設備石墨板置于水冷盤頂端，石墨支柱一端通過孔與石墨板嵌套連接，另一端與石墨托盤嵌套連接，坩堝置于石墨托盤上，石墨發熱體套于坩堝外圍，碳氈保溫桶套于石墨發熱體外，石墨彎管上端固定安裝于伸縮桿上，且其下端穿過碳氈保溫蓋置于坩堝正上方中心位置，石墨彎管上端開口處通過連接器與石墨導管中部開口密封連接，石墨導管上端密封活動安裝于真空腔室頂端，水冷收集箱密封固定安裝于真空腔室側壁上，石墨彎管下端開口與水冷收集箱密封活動連接。本實用新型專利技術的設備改造安裝方便，能有效去除鑄錠尾部富集的雜質，該尾料收集裝置可以重復的使用。?（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
一種定向凝固尾料快速收集提純多晶硅的設備
本技術屬于冶金提純
，特別涉及一種尾料取出式定向凝固提純多晶硅的設備。
技術介紹
硅原料的提純是太陽能光伏產業鏈的重要環節，光伏產業的快速發展依賴于高效率、低成本的提純方法。定向凝固技術已經被廣泛應用于金屬提純的諸多領域，取得了顯著的成效。在對硅原料進行提純的過程中，分凝系數遠小于I的金屬雜質在定向凝固過程中會向液相中富集，最終被去除。這種方法是目前冶金法制備太陽能級多晶硅的關鍵環節之一，是去除多晶硅中金屬雜質的最有效的方法。定向凝固的原理是采用強制的手段在熔體中形成特定方向的溫度梯度，硅熔體中溫度較低的部位成為形核源首先結晶成核，成為熔體凝固的起點并開始生長，由于單向溫度梯度的存在，熔體沿著與熱流相反的方向不斷生長，最終形成具有特定取向的柱狀晶。定向凝固提純是利用雜質元素在熔體與固體中的溶解度不同，在凝固過程中分凝系數較小的雜質元素在固液界面處前沿被排出進入液相中，并在熔體中不斷富集，最后在鑄錠的尾部凝固，將鑄錠尾部雜質濃度較高的區域切除，即可獲得低金屬含量的鑄錠，進而達到提純的目的。然而，在凝固末期，隨著雜質的不斷富集以及熔體體積的不斷減小，雜質的濃度會越來越高，高濃度的雜質被保留在最后凝固的區域中。在隨后緩慢降溫過程中，高濃度區域的雜質會向低濃度區域擴散，使得硅純度隨著保溫時間的延長反而逐漸降低，這影響了提純效果，且在這種情況下，需要被切除的尾部廢料高達25%~35%，成品率僅為65-75%。同時，由于硅的硬度比較大，需要大功率切割設備才能將提純的硅錠和尾部雜質含量高的鑄錠尾料分離出來，目前一般使用線切割和金剛石鋸帶切割的方法進行切割，但是切割設備成本高，鋸帶消耗大，不利于工業化生產成本的降低，目前，國內鮮見富有成效的方法來方便尾料的去除。
技術實現思路
本專利技術目的是為克服以上不足，提出了一種定向凝固尾料快速收集提純多晶硅的設備，該設備簡單，操作簡便，成本較低，且利于雜質含量高的尾料得到方便快捷地去除，在凝固末期，將石墨彎管伸入上層未凝固的雜質含量較高的硅熔體之中，在石墨彎管的另一端抽取真空，上層未凝固的雜質含量高的硅熔體在壓力差的作用下進入石墨彎管中，在石墨導管的引導下進入水冷收集箱之中，在凝固結束階段實現雜質富集區與已凝固的高純硅鑄錠的直接分離，抑制了雜質的反擴散，提高了多晶硅的純度和鑄錠的出成率，減少了工藝環節。為實現上述目的所采用的技術方案是:一種定向凝固尾料快速收集提純多晶硅的設備，由真空腔室構成外壁，外壁上安裝有真空管路，真空管路一端與真空泵組相連，其特征是:外壁上固定安裝有通氣管路，水冷盤活動安裝于真空腔室底部，石墨板置于水冷盤頂端，石墨板上開有孔，石墨支柱一端通過孔與石墨板嵌套連接，另一端與石墨托盤嵌套連接，坩堝置于石墨托盤之上，石墨發熱體套于坩堝外圍且固定于真空腔室側壁，碳氈保溫桶套于石墨發熱體之外且固定于真空腔室側壁，碳氈保溫蓋上開有孔，置于碳氈保溫桶頂端，感應線圈套于碳氈保溫桶之外，且固定于真空腔室側壁之上，石墨彎管上端固定安裝于伸縮桿之上，且其下端穿過碳氈保溫蓋置于坩堝正上方中心位置，石墨彎管上端開口處通過連接器與石墨導管中部開口密封連接，石墨導管上端密封活動安裝于真空腔室頂端，其上端開口通過閥門與真空抽取裝置密封連接，水冷收集箱密封固定安裝于真空腔室側壁上，石墨彎管下端開口與水冷收集箱密封活動連接。所述石墨板上的孔至少3個，石墨托盤上開有卡槽。所述石墨彎管為尖嘴石墨彎管，其下端管口為尖嘴錐形。所述石墨導管中部固定安裝有伸縮桿。所述水冷收集箱外側壁上安裝有收集箱蓋所述真空抽取裝置采用抽氣管路密封活動安裝于石墨導管上端開口之上，真空裝置固定安裝于抽氣管路的另一端，抽氣管路上安裝有真空計。本技術的設備是在原有定向凝固設備的基礎之上增加通氣管道、石墨彎管、石墨導管和水冷收集箱，設備改造安裝方便，操作簡單，能有效去除鑄錠尾部富集的雜質，該尾料收集裝置不僅可以重復的使用，而且可以收集的尾料量較大，裝置安全可靠，節約了生產周期和成本，適用于工業化大規模生產。使用本技術設備獲得的顯著效果是:當熔體凝固到雜質相對集中的硅錠頂部時，利用壓力差將雜質含量高的尾料收集到水冷收集箱中，這樣就減少了雜質的反擴散，提高了鑄錠的出成率，出成率達到85%-95%，減少了線切割和金剛石鋸帶切割的消耗，減少了工藝環節，降低了能耗。【附圖說明】圖1 一種定向凝固尾料快速收集提純多晶硅的設備示意圖圖中:(I)石墨彎管，(2 )真空腔室，(3 )碳氈保溫蓋，(4)碳氈保溫桶，(5 )感應線圈，(6)石墨發熱體，(7)坩堝，(8)凝固硅錠，(9)石墨托盤，(10)石墨支柱，(11)石墨板，(12)水冷盤，(13)通氣管路，(14)真空泵組，(15)真空管路，(16)收集箱蓋，(17)水冷收集箱，(18)石墨導管，(19)連接器，(20)閥門，(21)抽氣管路，(22)伸縮桿，(23)真空計，(24)真空裝置。【具體實施方式】下面結合具體實施例和附圖詳細說明本專利技術，但本專利技術并不局限于具體實施例。實施例1如圖1所示的一種定向凝固尾料快速收集提純多晶硅的設備，由真空腔室2構成外壁，外壁上安裝有真空管路15，真空管路15 —端與真空泵組14相連，真空泵組用于對真空腔室抽取真空。外壁上固定安裝有通氣管路13，通氣管路用于對真空腔室充入氣體，如惰性氣體等，水冷盤12活動安裝于真空腔室2底部，水冷盤在絲杠和電機的作用下可以按照設定的速度上升或下降，石墨板11置于水冷盤頂端，石墨板11上開有4個孔，石墨支柱10—端通過孔與石墨板11嵌套連接，另一端與石墨托盤9嵌套連接，石墨托盤上開有卡槽，利于石墨支柱與其的嵌套連接。坩堝I置于石墨托盤9之上，石墨發熱體6套于坩堝外圍且固定于真空腔室2側壁，碳氈保溫桶4套于石墨發熱體6之外且固定于真空腔室2側壁，碳氈保溫蓋3上開有孔，置于碳氈保溫桶4頂端，感應線圈5套于碳氈保溫桶4之外，且固定于真空腔室2側壁之上。石墨彎管I上端固定安裝于伸縮桿22之上，且其下端穿過碳氈保溫蓋3置于坩堝正上方中心位置，石墨彎管I上端開口處通過連接器19與石墨導管18中部開口密封連接，石墨導管上端密封活動安裝于真空腔室2頂端，其上端開口通過閥門20與真空抽取裝置密封連接，水冷收集箱17密封固定安裝于真空腔室2側壁上，石墨彎管I下端開口與水冷收集箱17密封活動連接。石墨彎管I為尖嘴石墨彎管，其下端管口為尖嘴錐形，以利于將上層未凝固的尾部硅料收集于水冷收集箱之中石墨導管18中部固定安裝有伸縮桿22，石墨彎管和石墨導管之間通過連接器密封連接，并一起在伸縮桿22的作用下上升和下降。水冷收集箱17外側壁上安裝有收集箱蓋16，當水冷收集箱中收集滿尾料后，可以打開收集箱蓋后取出并回收尾料。真空抽取裝置采用抽氣管路21密封活動安裝于石墨導管上端開口之上，真空裝置24固定安裝于抽氣管路的另一端，抽氣管路上安裝有真空計23，該裝置用于對石墨導管和石墨彎管抽取真空。實施例2采用實施例1所述的設備來取尾料進行定向凝固提純多晶硅，首先向坩堝7中添加坩堝體積90%洗凈的純度為99.0%硅料，關閉通氣管路13，開啟真空泵組15，將真空腔室2內的真空度抽到10Pa，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種定向凝固尾料快速收集提純多晶硅的設備，由真空腔室（2）構成外壁，外壁上安裝有真空管路（15），真空管路（15）一端與真空泵組（14）相連，其特征是：外壁上固定安裝有通氣管路（13），水冷盤（12）活動安裝于真空腔室（2）底部，石墨板（11）置于水冷盤頂端，石墨板（11）上開有孔，石墨支柱（10）一端通過孔與石墨板（11）嵌套連接，另一端與石墨托盤（9）嵌套連接，坩堝（7）置于石墨托盤（9）之上，石墨發熱體（6）套于坩堝外圍且固定于真空腔室（2）側壁，碳氈保溫桶（4）套于石墨發熱體（6）之外且固定于真空腔室（2）側壁，碳氈保溫蓋（3）上開有孔，置于碳氈保溫桶（4）頂端，感應線圈（5）套于碳氈保溫桶（4）之外，且固定于真空腔室（2）側壁之上，石墨彎管（1）上端固定安裝于伸縮桿（22）之上，且其下端穿過碳氈保溫蓋（3）置于坩堝正上方中心位置，石墨彎管（1）上端開口處通過連接器（19）與石墨導管（18）中部開口密封連接，石墨導管上端密封活動安裝于真空腔室（2）頂端，其上端開口通過閥門（20）與真空抽取裝置密封連接，水冷收集箱（17）密封固定安裝于真空腔室（2）側壁上，石墨彎管（1）下端開口與水冷收集箱（17）密封活動連接。...

【技術特征摘要】
2012.12.13 CN 201220686928.61.一種定向凝固尾料快速收集提純多晶硅的設備，由真空腔室(2)構成外壁，外壁上安裝有真空管路(15)，真空管路(15) 一端與真空泵組(14)相連，其特征是:外壁上固定安裝有通氣管路(13)，水冷盤(12)活動安裝于真空腔室(2)底部，石墨板(11)置于水冷盤頂端，石墨板(11)上開有孔，石墨支柱(10) —端通過孔與石墨板(11)嵌套連接，另一端與石墨托盤(9)嵌套連接，坩堝(7)置于石墨托盤(9)之上，石墨發熱體(6)套于坩堝外圍且固定于真空腔室(2)側壁，碳氈保溫桶(4)套于石墨發熱體(6)之外且固定于真空腔室(2)側壁，碳氈保溫蓋(3 )上開有孔，置于碳氈保溫桶(4 )頂端，感應線圈(5 )套于碳氈保溫桶(4 )之外，且固定于真空腔室(2)側壁之上，石墨彎管(I)上端固定安裝于伸縮桿(22)之上，且其下端穿過碳氈保溫蓋(3)置于坩堝正上方中心位置，石墨彎管(I)上端開口處通過連接器(19)與石墨導管(18)中部開口密封連接，石...

【專利技術屬性】
技術研發人員：譚毅，任世強，鄒瑞洵，劉纘森，
申請(專利權)人：青島隆盛晶硅科技有限公司，
類型：實用新型
國別省市：