权利要求
1.一种中频感应熔炼炉，包括由炉衬构成的炉体、设于炉体外侧的感应线圈以及炉盖，其特征在于，所述炉衬内嵌设有石墨加热器，所述石墨加热器包括多个第一开缝石墨片和第二开缝石墨片;其中，所述第一开缝石墨片与第二开缝石墨片的开口方向相反，并沿炉衬的周向交错间隔设置;所述炉体的内底部设置有通孔并配有控制通孔开合的组件。
2.根据权利要求1所述中频感应熔炼炉，其特征在于，所述第一开缝石墨片和第二开缝石墨片的开缝宽度相同。
3.根据权利要求2所述中频感应熔炼炉，其特征在于，所述交错间隔设置的间隔宽度与第一开缝石墨片和第二开缝石墨片各自的开缝宽度一致。
4.根据权利要求1所述中频感应熔炼炉，其特征在于，所述第一开缝石墨片和第二开缝石墨片的表面设置有抗氧化涂层;
所述炉体的内表面设置有隔热涂层。
5.根据权利要求4所述中频感应熔炼炉，其特征在于，所述抗氧化涂层的材质为
碳化硅;
所述隔热涂层的材质为氧化锆。
6.根据权利要求1所述中频感应熔炼炉，其特征在于，所述控制通孔开合的组件包括叠放设置的第一滑块和第二滑块。
7.根据权利要求1所述中频感应熔炼炉，其特征在于，所述炉体的外底部设置有隔热材料，所述隔热材料为石棉板和刚玉;
所述感应线圈远离炉体的一侧设置有铁芯;
所述炉体的外侧顶部设置有耐火转。
8.根据权利要求1所述中频感应熔炼炉，其特征在于，所述中频感应熔炼炉还包括炉盖移动组件，所述炉盖移动组件为连接杆，连接杆的一端与炉盖固定连接，另一端与炉体外侧可移动连接。
9.一种采用权利要求1~8任一项所述中频感应熔炼炉进行硅泥熔炼的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将硅泥分批加入炉体进行感应加热熔炼，待当前批次完全熔化后继续补加新料，直至熔融硅液位达到炉体容积的2/3~4/5;开启炉体内底部的通孔，将精炼后的液体硅导出，获得工业硅产品。
10.根据权利要求9所述硅泥熔炼的方法，其特征在于，所述将精炼后的液体硅导出指的是精炼后的液体硅全部导出或确保炉体内残留硅液的深度不超过30mm。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于
固废回收与资源循环利用技术领域，尤其涉及一种中频感应熔炼炉及硅泥熔炼方法。
背景技术
[0002]在
光伏硅切片过程中，会产生大量高纯度硅粉，这些硅粉进入切割液中，经沉淀和压滤处理后形成大量的硅泥。随着光伏产业的快速发展，每年产生的硅泥数量庞大。如此庞大的硅泥若不能有效回收利用，不仅会造成高价值硅资源的浪费，还会因固废堆积而带来环境污染问题。当前，最直接且有效的方法是采用中频感应熔炼技术对硅泥进行回收，制备高质量的冶金硅，从而实现硅资源的循环利用。
[0003]然而，由于硅泥在低温下导电性能较差，无法直接进行感应加热熔炼，因此通常需要借助石墨材料进行预热启熔。当前普遍的做法是：将直径小于中频炉坩埚内径的石墨棒从坩埚上部缓慢下降至坩埚内部，通过石墨棒在电磁场中的感应发热对坩埚内预先放置的硅泥进行预热。待硅泥初步熔化后，再将石墨棒上移并移出坩埚，随后继续添加硅泥，利用已熔化的硅水预热后续加入的硅泥，并在中频电磁场的作用下实现硅泥的持续熔化。当炉内硅水量达到一定量后，旋转炉体将坩埚内的硅水倒出并冷却，即可获得冶金硅产品。为实现连续化生产，在实际操作中需在坩埚内保留部分硅水(通常约为20%)，作为下一炉次添加硅泥时的预热介质。但值得注意的是，实际生产中硅水的残留量较难精准控制。若保留过多，会降低每炉的浇注量，影响生产效率;若保留过少，则难以有效预热后续硅泥，往往需要再次将石墨棒下移辅助加热，从而影响生产的连续性与效率。此外，预热结束后高温石墨棒被上移移出坩埚，造成大量热量散失，能耗较高;同时，高温环境下石墨棒易发生氧化，导致其消耗增加，进而提高了生产成本。
发明内容
[0004]针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种中频感应熔炼炉及硅泥熔炼方法，旨在解决现有技术中硅泥回收效率低、能耗和成本较高的问题。
[0005]本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种中频感应熔炼炉，包括由炉衬构成的炉体、设于炉体外侧的感应线圈以及炉盖，所述炉衬内嵌设有石墨加热器，所述石墨加热器包括多个第一开缝石墨片和第二开缝石墨片;其中，所述第一开缝石墨片与第二开缝石墨片的开口方向相反，并沿炉衬的周向交错间隔设置;所述炉体的内底部设置有通孔并配有控制该通孔开合的组件。
[0006]优选的，所述第一开缝石墨片和第二开缝石墨片的开缝宽度相同。
[0007]优选的，所述交错间隔设置的间隔宽度与第一开缝石墨片和第二开缝石墨片各自的开缝宽度一致。
[0008]优选的，所述第一开缝石墨片和第二开缝石墨片的表面设置有抗氧化涂层。
[0009]优选的，所述抗氧化涂层的材质为碳化硅。
[0010]优选的，所述炉体的内表面设置有隔热涂层。
[0011]优选的，所述隔热涂层的材质为氧化锆。
[0012]优选的，所述控制通孔开合的组件包括叠放设置的第一滑块和第二滑块，二者通过相对移动实现通孔的开启与关闭。
[0013]优选的，所述炉体的外底部设置有隔热材料，所述隔热材料为石棉板和刚玉，具体来说，炉体的外底部先铺一层石棉板，再铺设具有较大颗粒尺寸的刚玉材料。
[0014]优选的，所述感应线圈远离炉体的一侧设置有铁芯。
[0015]优选的，所述炉体的外侧顶部设置有耐火转。
[0016]优选的，所述中频感应熔炼炉还包括炉盖移动组件，所述炉盖移动组件为连接杆，连接杆的一端与炉盖固定连接，另一端与炉体外侧可移动连接。
[0017]采用上述中频感应熔炼炉进行硅泥熔炼的方法，包括如下步骤：
将硅泥分批加入炉体进行感应加热熔炼，待当前批次完全熔化后继续补加新料，直至熔融硅液位达到炉体容积的2/3~4/5;开启炉体内底部的通孔，将精炼后的液体硅导出，获得工业硅产品。
[0018]优选的，所述将精炼后的液体硅导出指的是精炼后的液体硅全部导出或确保炉体内残留硅液的深度不超过30mm。
[0019]与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
(1)本发明采用分体开缝式石墨片作为石墨加热器，替代现有工艺中的上下移动式石墨加热棒，并将其固定内嵌安装于炉衬内部。该改进能够确保石墨加热器产生的热量与感应热协同作用于硅泥的加热熔炼过程，从而有效降低能耗，提升熔炼回收率。
[0020](2)本发明通过在炉体底部设置通孔来导出硅液，相比现有采用旋转炉体导出硅液的方式，具有更高的可控性和更短的导液时间，从而提高了生产效率。
附图说明
[0021]图1为本申请实施例提供的中频感应熔炼炉的剖面结构示意图;
图中，1-炉体，2-感应线圈，3-炉盖，4-石墨加热器，5-铁芯，11-通孔，12-控制通孔开合的组件，13-
耐火砖，14-隔热材料，31-炉盖移动组件，121-第一滑块，122-第二滑块。
[0022]图2为石墨加热器的结构示意图，图中，41-第一开缝石墨片，42-第二开缝石墨片。
[0023]图3为本发明实施例提供的中频感应熔炼炉在加热时的温度场仿真图。
[0024]图4为本发明实施例提供的中频感应熔炼炉在加热时的磁场仿真图。
具体实施方式
[0025]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0026]参见图1，图1为本申请实施例提供的中频感应熔炼炉的剖面结构示意图。
[0027]一种中频感应熔炼炉，包括由炉衬构成的炉体1、设于炉体外侧的感应线圈2以及炉盖3，所述炉衬内嵌设有石墨加热器4，所述炉体1的内底部设置有通孔11并配有控制该通孔开合的组件12。继续参见图2，图2为石墨加热器4的结构示意图。所述石墨加热器4包括多个第一开缝石墨片41和第二开缝石墨片42;其中，所述第一开缝石墨片41与第二开缝石墨片42的开口方向相反，并沿炉衬的周向交错间隔设置。
[0028]在一些实施例中，炉衬材质为刚玉，其总厚度为30mm，由炉衬构成的炉体的内腔体高度为300mm。
[0029]为了磁场能够均匀的透过炉体内部，所述第一开缝石墨片41和第二开缝石墨片42的开缝宽度相同，相邻开缝石墨片之间的间隔宽度与第一开缝石墨片41和第二开缝石墨片42各自的开缝宽度一致。
[0030]具体来说，在一些实施例中，所述石墨加热器包括6片石墨片，即3片第一缝石墨片41和3片第二开缝石墨片42。第一开缝石墨片41和第二开缝石墨片42的高度均为250mm，壁厚为10mm，各自的开缝宽度为15mm，开缝高度为215mm。
[0031]为了减少熔炼过程中石墨加热器的氧化，在所述第一开缝石墨片41和第二开缝石墨片42的表面设置抗氧化涂层。
[0032]在一些实施例中，所述抗氧化涂层的材质为碳化硅，涂层的厚度为0.5~1mm。
[0033]为了延长炉体的使用寿命，在所述炉体1的内表面设置隔热涂层。
[0034]在一些实施例中，所述隔热涂层的材质为氧化锆，涂层的厚度为0.5~1mm。
[0035]在一些实施例中，控制通孔11开合的组件12包括叠放设置的第一滑块121和第二滑块122，二者通过相对移动实现通孔的开启与关闭。
[0036]为了防止炉体内部的热量散失到炉外，所述炉体1的外侧顶部设置有耐火砖13，所述炉体1的外底部设置有隔热材料14。所述隔热材料为石棉板和刚玉，具体来说，炉体的外底部先铺一层石棉板，再铺设具有较大颗粒尺寸的刚玉材料。
[0037]为了使磁场聚合，在所述感应线圈2远离炉体1的一侧设置有铁芯5。
[0038]实际生产中，需要频繁打开炉盖添加硅泥，为了开盖方便，设置了炉盖移动组件31，所述炉盖移动组件31为连接杆，连接杆的一端与炉盖3固定连接，另一端与炉体外侧可移动连接。
[0039]上述中频感应熔炼炉的工作原理：首先，将硅泥加入炉体内并启动电源，感应线圈开始工作;同时，内嵌于炉衬中的石墨加热器在电磁感应作用下发热，对炉内硅泥进行预热;预热后的硅泥导电性增强，中频交变磁场在其内部感应出涡流，产生焦耳热，实现快速升温，待硅泥完全熔化后，继续添加新的硅泥，直至熔融硅液的体积达到炉体容积的2/3～4/5;随后开启炉体底部的通孔，将精炼后的液体硅全部导出，或保留少量残余硅液(深度不超过30 mm);关闭通孔后，继续向炉体内加入新的硅泥，利用残余硅液的热量对其进行预热，从而实现连续熔炼，持续产出工业硅产品。
[0040]采用上述中频感应熔炼炉进行硅泥熔炼的方法，具体步骤如下：
(1)将占炉体容积1/2～2/3的硅泥加入炉体中，进行感应加热熔炼;待硅泥完全熔化后，继续添加新的硅泥，直至熔融硅液面达到炉体容积的2/3～4/5;随后开启炉体底部的通孔，将精炼后的液体硅全部导出，或确保残留硅液深度不超过30 mm，从而获得工业硅产品;
(2)导出液体硅后，关闭炉体底部的通孔，再次向炉体内加入硅泥，并重复执行步骤(1)，实现连续熔炼，持续获得工业硅产品。
[0041]图3为本发明实施例提供的中频感应熔炼炉在加热时的温度场仿真图，具体来说，基于COMSOL仿真软件进行建模，主要考虑刚玉炉体、炉盖、分体开缝式石墨加热器以及感应线圈(材质为Cu)。从图3可以看出，当分体式开缝石墨加热器内嵌于炉体内部时，加热过程中炉内温度可达到1300℃以上，因此，这种方法能够有效地对初期的硅泥进行预热和启动熔炼过程。
[0042]图4为本发明实施例提供的中频感应熔炼炉在加热时的磁场仿真图(建模方法同图3一致)，从图4能够看出：当分体式开缝石墨加热器内嵌于炉体内部时，并不会屏蔽电磁场，炉内的硅泥预热后在电磁场作用下能够快速受热熔化。
[0043]以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
说明书附图(4)
声明：
“中频感应熔炼炉及硅泥熔炼方法” 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。
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编辑：北方有色网
来源：湖北隆中实验室, 武汉理工大学
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