一种中频炉及其应用和利用晶体硅废料冶炼硅铁的方法
一种中频炉及其应用和利用晶体硅废料冶炼硅铁的方法
【专利摘要】本发明公开了一种中频炉及其应用和利用晶体硅废料冶炼硅铁的方法，属于晶体硅废料处理领域。该中频炉包括炉体，炉体自下而上分为炉体下段、炉体中段和炉体上段三段；所述的炉体下段的直径小于炉体上段的直径；所述的炉体中段的纵截面的形状为内部中空的倒圆台形，炉体中段下端的直径等于炉体下段的直径；炉体中段上端的直径等于炉体上段的直径。利用晶体硅废料冶炼硅铁的方法是将冶炼硅铁合金所需的废钢装炉，然后吹入硅粉废料，最后硅铁合金液出炉，经过真空脱碳，铸造冷却，冶炼过程结束。本发明利用碳化硅中的碳元素来还原二氧化硅，减少了能源消耗，而且不需要加入焦炭，减少了磷元素和硫元素的影响，产品硅铁是低磷低硫低碳硅铁，价值高。
【专利说明】一种中频炉及其应用和利用晶体硅废料冶炼硅铁的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于晶体硅废料处理领域，具体地说，涉及一种中频炉及其应用和利用晶体硅废料冶炼硅铁的方法，更具体地说，涉及一种特殊形状的中频炉和利用太阳能电池板生产过程中产生的晶体硅废料来冶炼硅铁的方法。
【背景技术】
[0002]目前，随着清洁能源的发展，太阳能技术得到飞速发展。在生产太阳能电池板的过程中，用到了大量的晶体硅，一个直径75皿的硅片，可集成几万至几十万甚至几百万个元件，形成了微电子学，从而出现了微型计算机、微处理机等。由于当前信息工程的发展，硅主要用于微电子技术。为适应大规模集成电路的发展、单晶硅正向大直径、高纯度、高均匀性，无缺陷方向发展。在太阳能电池娃片生产过程中产生大量的6.5 V III至38 V III的切割娃粉废料，该硅粉属于较难处理的固体微废，处理和利用硅粉废料可以使硅资源在得到有效利用同时实现环境保护的目的。太阳能电池硅片制造过程中所产生的硅粉废料属于无硫、磷成份的材料，采用硅粉废料生产硅铁可生产出超低硫、磷或无硫、磷的硅铁合金，可为钢铁冶金领域提供优质的硅铁合金原料，能大幅度提高钢铁产品的质量。
[0003]目前我国已成为太阳能电池生产大国，如何处理和利用太阳能电池生产过程中所产生的大量硅粉废料，已变得非常重要。现有的处理硅粉废料有如下几种方法:
[0004]1、晶体硅切割废料制备碳化硅
[0005]中国专利号201110152492.2，
【公开日】:2011年12月14日，专利公开一种用硅晶体废料氮化反应烧结碳化硅的方法，其方法按如下步骤进行:
[0006]将晶体硅切割废料和生产碳化硅切割粉时产生的超细碳化硅微粉，按照游离硅占原料总量5-250%配料混合成型后，向原料中加入粘结剂制成生坯，在氮化炉中通入纯度99被％以上的高纯氮气并对生坯加热进行氮化处理，得到氮化硅反应烧结碳化硅的制品。
[0007]但是该发明无法对晶体硅废料进行直接处理，需要进行二次加工，工序复杂。成品为烧结碳化硅制品，没有充分发挥晶体硅废料低硫、磷的特点。
[0008]2、晶体硅切割废料中得到碳化硅颗粒增强含硅铝合金复合材料的方法
[0009]中国专利申请号:201310390694.X，
【公开日】:2014年3月26日，公开了一种用晶体硅切割废料中得到碳化硅颗粒增强含硅铝合金复合材料的方法，按如下步骤进行:首先对晶体切割废料进行酸洗除杂，除去切割废料中的氧化铁、金属杂质及少量二氧化硅等，经水洗、过滤、烘干等步骤得到粒度范围在0.5 0111-10 VIII的碳化娃及娃的混合微粉，将碳化硅微粉按复合材料总质量分数4.5-32.5%的比例、游离硅按复合材料总质量百分比
0.2% -9.8%与铝或铝合金配比，采用高温强力搅拌至碳化硅均匀分散及硅粉溶解后，经快速凝固处理得到复合材料。
[0010]但是该发明所使用的碳化硅、硅粉等是工业生产中的废料，确实是利用了废料，但是其得到的产品是碳化硅颗粒增强铝合金复合材料，文中并没有给出碳化硅颗粒增强铝合金复合材料的作用，虽然给晶体硅切割废料提供了一个出路，但是并没有发挥出晶体硅切割废料的低硫低磷的最佳价值。
[0011]3、采用矿热炉冶炼硅铁合金
[0012]硅粉废料采用矿热炉冶炼硅铁合金是在硅粉中配入焦粉、玻璃水及氧化铁皮等原料制成球料加入到矿热炉中冶炼硅铁，该冶炼方法存在如下缺陷:
[0013]1)、硅粉造球工艺段增加了生产成本，没有直接利用硅粉颗粒的特性；
[0014]2)、配入的焦粉带入了硫、磷等物质，增加了硅铁产品中的硫、磷含量，降低了硅铁产品的质量；
[0015]3)、硅粉废料中主要成份为单质硅和碳化硅。硅在矿热炉冶炼过程中主要是熔化与铁结合成硅铁合金，不存在还原吸热反应，采用矿热炉方法冶炼硅铁合金会导致矿热炉炉顶温度高，矿热炉中大量的热量被浪费，不能有效降低生产成本。
[0016]综上所述，现在缺乏一种既能解决废料问题，也能发挥其自身最大特点的处理晶体硅切割废料的合理的方法。
【发明内容】
[0017]1.要解决的问题
[0018]针对现有缺乏一种既能解决晶体硅废料问题，也能发挥其自身最大特点的处理晶体硅切割废料的合理的方法的问题，本发明提供一种中频炉及其应用和利用晶体硅废料冶炼硅铁的方法，其不但解决了晶体硅废料的处理问题，最核心的是最大程度的发挥了晶体硅废料的价值。
[0019]2.技术方案
[0020]为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下:
[0021]一种中频炉，包括炉体，炉体分为工作段和预留段，预留段位于工作段的上方；工作段自下而上分为炉体下段、炉体中段和炉体上段三段；所述的炉体下段的直径小于炉体上段的直径；所述的炉体中段的纵截面的形状为内部中空的倒圆台形，炉体中段下端的直径等于炉体下段的直径；炉体中段上端的直径等于炉体上段的直径。
[0022]优选地，还包括喷嘴和/或喷吹枪，所述的喷嘴位于炉体中段的侧壁和/或炉体下段的底部和/或炉体下段的侧壁上；所述的喷吹枪经过炉体的上部向下插入到炉体下段的底部。优选方案是炉体下段的底部有1个喷嘴，炉体中段的侧壁和炉体下段的侧壁上有1至6个侧吹喷嘴；喷吹枪有1个。
[0023]优选地，所述的炉体上段设有保温加热线圈；所述的炉体下段和炉体中段设有加热线圈；所述的炉体下段和炉体中段的加热线圈由同一电路控制。
[0024]优选地，所述的预留段的体积大于等于工作段体积的3/10 ；炉体下段的体积占炉体工作段的5%?40%，炉体下段的高度大于等于600皿。
[0025]优选地，所述的喷嘴采用透气砖。
[0026]优选地，所述的保温加热线圈位于炉体上段的下部。
[0027]前面所述的中频炉在冶炼硅粉废料中的应用。
[0028]一种利用晶体硅废料冶炼硅铁的方法，将晶体硅切割废料放入熔化的铁水中制备娃铁。
[0029]—种利用晶体娃废料冶炼娃铁的方法，其步骤为:
[0030]㈧将冶炼硅铁合金所需的废钢装炉，炉体下段和炉体中段加热线圈通电工作将废钢熔化成铁水，并将铁水继续加热到15701:以上；
[0031](8)通过炉体下段的喷嘴和/或喷吹枪将硅粉废料连续喷吹到铁水中，形成熔液，调整加热线圈的功率，控制并维持加入硅粉废料后熔液的温度在14801:以上；
[0032](0吹入硅粉废料后熔液的液面上升并注满炉体中段后，通过炉体中段的喷嘴喷吹硅粉废料，炉体上段的保温加热线圈开始工作；连续喷吹硅粉废料，控制并维持熔液的温度在13301:以上，直至硅铁合金液达到所需硅铁合金标号产品的液位。
[0033]优选地，还包括步骤(0):将炉中的硅铁合金液送往真空脱碳装置进行脱碳，进行成分最后调整，得到合格的硅铁合金液。
[0034]优选地，所述的喷吹采用氮气喷吹，喷吹氮气载气量为270?360他13711，硅粉废料喷吹量为270?4504加111；步骤(八)中废钢的加入量根据硅粉废料中成分组成和所要制备的硅铁的纯度来确定。废钢加入最好是破碎后加入。
[0035]本发明采用特定的中频炉熔化废钢成铁水，通过氮气喷吹方式将硅粉废料直接喷吹加入铁水中熔化并与铁水结合生成硅铁合金液，是一种无其他辅助材料加入条件下的生产硅铁合金的工艺和方法。
[0036]实际生产中，硅粉废料成份及特性为:太阳能电池硅片切割生产过程中，由于采用碳化硅线切割工艺，加之切割过程中产生高温氧化作用，使得处理后的硅粉废料有如下成份和特性:
[0037]硅粉废料成份:
[0038]81:30 ?80%、3102:0 ?:5 ?40%、:0 ?2% ；
[0039]硅粉废料颗粒度:6.5 VIII至38 VIII ；
[0040]硅粉废料堆比重:1000?
[0041]本发明的原理是通过两种原料混合加热，由于各自的特性，针对简单的混合存在一些问题，本发明也相应的提出了解决方案，具体为:
[0042]1)硅为非导磁性材料，在中频炉中不能自身通过磁场发热而熔化，难以采用电磁加热；所以本发明采用通过与铁水的热交换来实现熔化并与铁结合成硅铁合金；
[0043]2)硅粉废料的比重(1000?14001--3)远小于铁的比重(78001--3)，硅粉废料直接加入铁水中会与铁水分层，不能实现与铁水的热交换而熔化并与铁结合成硅铁合金；
[0044]3)硅铁合金中硅所占的比例过高，在传统的中频炉中铁水的总量无法达到硅粉废料喷吹所需要的铁水总量，为此本发明采用特殊炉型实现硅粉废料喷吹冶炼所需要的铁水总量。
[0045]本发明主要是考虑到硅铁广泛地用于金属冶炼中，是炼钢过程中重要的脱氧剂之一，是轻金属冶炼业中重要的还原剂之一，是冶金工业不可缺少的原料。同时，硅铁还可作为合金元素加入剂，广泛应用于低合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、耐热钢及电工硅钢之中，硅铁在铁合金生产及化学工业中，常用作还原剂。由于它属于高能耗产品，所以全世界上硅铁的生产绝大多数是在发展中国家及欠发达地区进行，并且要有电力、煤炭及矿产资源的充分供应保证。
[0046]硅石是自然界储量最多的矿产资源之一，也是世界上最难还原的一种矿石。必须在高温条件下才能实现，在常压下其还原温度较高，这样硅石中的氧才能与碳发生化学反应，产生的一氧化碳溢出燃烧，硅才能与铁发生化合反应生成硅铁合金。但是现有的硅铁的冶炼工艺中，都含有大量的3、？等杂质，想去除3、？，需要花费大量的人力和物力，而且精度不尚。
[0047]而本发明对太阳能电池板晶体硅废料进行再利用，减少填埋污染，不但可以解决太阳能电池板晶体硅废料的填埋污染问题，还能够使其作为原料生产硅铁，从而得到客观的经济效益，重点是能得到没有3、？的硅铁。
[0048]3.有益效果
[0049]相比于现有技术，本发明的有益效果为:
[0050](1)本发明的中频炉能用于利用晶体硅废料冶炼硅铁，加热效果好，效率高，电耗低；利用晶体娃废料冶炼娃铁的方法中，使用太阳能电池板晶体娃废料进彳丁娃铁冶炼的时候，首先原料主要是高纯度的硅和碳化硅以及少量的二氧化硅，而晶体硅的冶炼工艺确保其不含有3、？，或者说即使有，含量也极低；本发明同时利用碳化硅中的碳元素来还原二氧化硅，因此不需要额外加入焦炭，所以减少了能源的消耗，而且由于不需要加入焦炭，减少了磷元素和硫元素的影响，产品硅铁是低磷、低硫、低碳以及硅铁，价值高；重点是由于原料中不含有磷元素和硫元素，生产过程中也不添加磷元素和硫元素，其生产的硅铁中不用担心磷和硫杂质，无磷和硫杂质，纯度高；
[0051](2)本发明的方法可以在生产硅铁的同时，减少太阳能电池板废料的排放，一举两得，减少资源消耗，生产工艺采用喷吹方式，缩短了冶炼硅铁合金的工艺流程；
[0052](3)本发明生产过程简单，设计合理，易于实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0053]图1为本发明的结构示意图；
[0054]图2为实施例1中的本发明的结构示意图；
[0055]图3为实施例2中的本发明的结构示意图。
[0056]图中:1、炉体下段；2、炉体中段；3、炉体上段；4、喷嘴；5、喷吹枪。
【具体实施方式】
[0057]下面结合附图和具体实施例对本发明进一步进行描述。
[0058]如图1、图2和图3所示，一种中频炉，包括炉体，炉体分为工作段和预留段，预留段位于工作段的上方；预留段的体积大于等于工作段体积的3/10 ；工作段自下而上分为炉体下段1、炉体中段2和炉体上段3三段；所述的炉体下段1的直径小于炉体上段3的直径；所述的炉体中段2的纵截面的形状为内部中空的倒圆台形，炉体中段2下端的直径等于炉体下段1的直径；炉体中段2上端的直径等于炉体上段3的直径。还包括喷嘴4和/或喷吹枪5，喷嘴4采用透气砖。所述的喷嘴4位于炉体中段2的侧壁和/或炉体下段1的底部和丨或炉体下段1的侧壁上；所述的喷吹枪5经过炉体的上部向下插入到炉体下段1的底部。炉体上段3设有保温加热线圈；所述的炉体下段1和炉体中段2设有加热线圈。炉体上段3的保温加热线圈独立工作；所述的炉体下段1和炉体中段2的加热线圈由同一电路控制。保温加热线圈位于炉体上段3的下部。炉体下段1的体积占炉体工作段的5%?40%，炉体下段1的高度大于等于600111111
[0059]一种利用晶体硅废料冶炼硅铁的方法，其步骤为:
[0060](八)将冶炼硅铁合金所需的废钢装炉，废钢的加入量根据硅粉废料中成分组成和所要制备的硅铁的纯度来确定；炉体下段1和炉体中段2加热线圈通电工作将废钢熔化成铁水，并将铁水继续加热到15701:以上；
[0061](8)通过炉体下段1的喷嘴4和/或喷吹枪5将硅粉废料连续喷吹到铁水中，形成熔液，调整加热线圈的功率，控制并维持加入硅粉废料后熔液的温度在14801:以上；喷吹采用氮气喷吹，喷吹氮气载气量为270?360跑3作，硅粉废料喷吹量为270?4504加111，下同；
[0062](0吹入硅粉废料后熔液的液面上升并注满炉体中段2后，通过炉体中段2的喷嘴4喷吹硅粉废料，炉体上段3的保温加热线圈开始工作，控制并维持熔液的温度在14801至15201:范围内；连续喷吹硅粉废料，控制并维持熔液的温度在13301:以上，直至硅铁合金液达到所需硅铁合金标号产品的液位。此时已经能达到硅铁合金的标准，但是部分情况可能会存在碳含量过高的问题，此时针对这种情况，只需将中频炉中的硅铁合金液送往真空脱碳装置进行脱碳，根据含碳的不同，选择添加氧化铁皮，进行成分最后调整，生成合格的硅铁合金液，冶炼过程结束。真空脱碳采用普通的脱碳工艺即可，本领域技术人员可以实现，所在在此不再赘述。
[0063]本发明主要是基于以下几个方面的机理来实现:硅、铁及硅铁的熔点及比重:
[0064]:熔点 1538。〇，比重 7800^?3
[0065]81:熔点 14141:，比重 23001--3
[0066]？6~81:熔点 13001:，比重 3300^?3
[0067]硅粉废料中硅粉颗粒被喷吹入铁水或硅铁合金液中，在比重差的作用下，硅粉颗粒会上浮。硅粉颗粒在上升过程中与铁水或硅铁合金液进行充分的热力学和动力学交换而恪化，形成娃铁合金并逐步提高娃在娃铁合金液中的浓度。随着娃的不断加入和恪化，娃铁合金中的硅含量逐步上升并最终达到所需的硅铁合金产品。硅铁合金中硅的浓度逐步提高，使得硅铁合金的熔点逐步下降并变化。
[0068]本发明利用了碳化硅熔解反应机理
[0069]碳化硅熔解
[0070]碳化硅熔点为27001，比重32001^?3。硅粉废料中碳化硅颗粒被喷吹入铁水或硅铁合金液中，在比重差的作用下上浮。碳化硅颗粒在上浮过程中与铁水或硅铁合金液进行充分的热力学和动力学交换，使得碳与铁结合并熔解了碳化硅，硅与铁水或硅铁合金液进一步结合形成硅铁合金液。
[0071]反应方程:310？6— 31？6十?:
[0072]二氧化硅反应机理
[0073]二氧化硅熔点16501:，比重22001^?3。硅粉废料中二氧化硅颗粒被喷吹入铁水或硅铁合金液中，在比重差的作用下二氧化硅颗粒上浮，上浮过程中与铁水或硅铁合金液进行充分的热力学和动力学交换，部分二氧化硅颗粒与铁水或硅铁合金液冲的碳发生化学反应，使得二氧化硅被还原成硅。化学反应如下:
[0074]03102— 810+00 个
[0075]喷吹搅拌及电磁搅拌机理
[0076](1)喷吹搅拌
[0077]喷吹载气在吹入铁水或硅铁合金液中，在铁水或硅铁合金液的加热下进行膨胀，膨胀的气体对铁水或硅铁合金液进行充分的搅拌使得喷入的硅粉废料在铁水或硅铁合金液中被均匀分布，进一步促进了硅粉废料颗粒在铁水或硅铁合金液热力学和动力学交换，加速了硅粉废料在铁水或硅铁合金液中的各种反应，缩短了冶炼的时间。
[0078](2)电磁搅拌
[0079]铁水或硅铁合金液在中频炉电磁力的作用下形成旋转搅拌，搅拌促进了硅粉废料在铁水或硅铁合金液中的均匀分布，加强了硅粉废料颗粒在铁水或硅铁合金液中热力学和动力学交换，加速了硅粉废料在铁水或硅铁合金液中的各种反应，缩短了冶炼硅铁的时间。
[0080](3)真空脱碳机理
[0081]在碳化硅熔解的过程中，有时会产生一定量的元素，无法排出。同时在常压条件下，二氧化硅熔解的过程中产生的310熔解在硅铁合金液中，无法继续反应生成31和⑶。因此在硅铁合金液出炉后经过真空脱碳装置，即可通过反应平衡移动可以去除310，若仍旧含有元素，添加适量的氧化铁皮，达到脱除元素的目的，生产合格硅铁。
[0082]真空脱碳反应式如下:
[0083]0+810 — 81+00 个
[0084]0十？6304— 1^60+00 |
[0085]？6-0？00 —作+⑶ |
[0086]下面结合具体的实施例来进一步解释本发明。
[0087]实施例1
[0088]如图2所示，一种中频炉，包括炉体，炉体自下而上分为炉体下段1、炉体中段2和炉体上段3三段；炉体下段1的直径为764臟，高度为700臟，炉体中段2的纵截面的形状为内部中空的倒圆台形，炉体中段2下端的直径等于炉体下段1的直径；炉体中段2的高度为700！11111，侧面与水平面的夹角为60。，炉体上段3的高度为1462臟，炉体中段2上端的直径等于炉体上段3的直径，该中频炉为10吨硅铁中频炉。炉体中段2的侧壁底部上设有2个喷嘴4，炉体下段1的底部设有一个喷嘴4，喷嘴4采用透气砖；炉体上段3设有保温加热线圈；炉体下段1和炉体中段2设有加热线圈。炉体上段3的保温加热线圈独立工作；炉体下段1和炉体中段2的加热线圈由同一电路控制。保温加热线圈位于炉体上段3的下部。
[0089]使用时，其步骤为:
[0090]㈧将冶炼硅铁合金所需的25001?低碳废钢装炉，炉体下段1和炉体中段2加热线圈通电工作将废钢熔化成铁水，并将铁水继续加热到15701:至16101:范围内；硅粉废料的成份为:81:72%^81~0:16%.?:2%，其余为 3102，颗粒度:6.5 V111-10 V111 ；
[0091](8)通过炉体下段1的喷嘴4将硅粉废料连续喷吹到铁水中，形成熔液，调整加热线圈的功率，控制并维持加入硅粉废料后熔液的温度在14801:至15201:范围内；喷吹采用氮气喷吹，喷吹氮气载气量为300跑3作，硅粉废料喷吹量为300匕加111 ；
[0092](0吹入硅粉废料后熔液的液面上升并注满炉体中段2后，通过炉体中段2的喷嘴4喷吹硅粉废料，炉体上段3的保温加热线圈开始工作，连续喷吹硅粉废料，最终控制并维持熔液的温度在13301:至13701:范围内，直至硅铁合金液充满炉体工作段。
[0093](￡)将硅铁合金液送入真空脱碳装置，调节真空度至-5，同时加入氧化铁皮252.4匕，生产出合格的硅铁合金液，冶炼过程结束。
[0094]出炉硅铁合金量:102831?，含硅量72.9%。
[0095]实施例2
[0096]如图3所示，一种中频炉，同实施例1，所不同是炉体下段1的高度为600皿，炉体下段1的体积占炉体工作段的40% ；还包括喷吹枪5，进料通过喷吹枪5，喷吹枪5经过炉体的上部向下插入到炉体下段1的底部。采用喷吹枪5添加硅粉废料。
[0097]㈧将冶炼硅铁合金所需的25001?低碳废钢装炉，炉体下段1和炉体中段2加热线圈通电工作将废钢熔化成铁水，并将铁水继续加热到15901:至16301:范围内；硅粉废料的成份为:81:72%^81~0:16%.?:2%，其余为 3102，颗粒度:6.5 V111-10 V111 ；
[0098](8)通过炉体下段1的喷嘴4将硅粉废料连续喷吹到铁水中，形成熔液，调整加热线圈的功率，控制并维持加入硅粉废料后熔液的温度在14501:至15601:范围内；喷吹采用氮气喷吹，喷吹氮气载气量为350跑3作，硅粉废料喷吹量为390匕加111 ；
[0099](0吹入硅粉废料后熔液的液面上升并注满炉体中段2后，通过炉体中段2的喷嘴4喷吹硅粉废料，炉体上段3的保温加热线圈开始工作，连续喷吹硅粉废料，最终控制并维持熔液的温度在13401:至13601:范围内，直至硅铁合金液充满炉体工作段。
[0100](￡)将硅铁合金液送入真空脱碳装置，调节真空度至-5，同时加入氧化铁皮252.4匕，生产出合格的硅铁合金液，冶炼过程结束。
[0101]出炉硅铁合金量:102831?，含硅量72.9%。
[0102]实施例3
[0103]如图2所示，一种中频炉，包括炉体，炉体自下而上分为炉体下段1、炉体中段2和炉体上段3三段；炉体下段1的直径为874臟，高度为800臟，炉体中段2的纵截面的形状为内部中空的倒圆台形，炉体中段2下端的直径等于炉体下段1的直径；炉体中段2的高度为700！11111，侧面与水平面的夹角为60。，炉体上段3的高度为202?^炉体中段2上端的直径等于炉体上段3的直径，该中频炉为15吨硅铁中频炉。炉体中段2的侧壁底部上设有2个喷嘴4，炉体下段1的底部设有一个喷嘴4，喷嘴4采用透气砖；炉体上段3设有保温加热线圈；炉体下段1和炉体中段2设有加热线圈。炉体上段3的保温加热线圈独立工作；炉体下段1和炉体中段2的加热线圈由同一电路控制。保温加热线圈位于炉体上段3的下部。
[0104]使用时，其步骤为:
[0105]㈧将冶炼硅铁合金所需的37501?低碳废钢装炉，炉体下段1和炉体中段2加热线圈通电工作将废钢熔化成铁水，并将铁水继续加热到15701:至16001:范围内；硅粉废料的成份为:81:72%^81~0:16%.?:2%，其余为 3102，颗粒度:10 V111-38 V111 ；
[0106](8)通过炉体下段1的喷嘴4将硅粉废料连续喷吹到铁水中，形成熔液，调整加热线圈的功率，控制并维持加入硅粉废料后熔液的温度在14801:至15101:范围内；喷吹采用氮气喷吹，喷吹氮气载气量为300跑3作，硅粉废料喷吹量为300匕加111 ；
[0107](0吹入硅粉废料后熔液的液面上升并注满炉体中段2后，通过炉体中段2的喷嘴4喷吹硅粉废料，炉体上段3的保温加热线圈开始工作，控制并维持熔液的温度在14801至15101范围内；
[0108](0)连续喷吹硅粉废料，最终控制并维持熔液的温度在13501:至14001:范围内，直至硅铁合金液充满炉体工作段。
[0109](￡)将硅铁合金液送入真空脱碳装置，调节真空度至-5,同时加入氧化铁皮378.6匕，生产出合格的硅铁合金液，冶炼过程结束。
[0110]出炉硅铁合金量:154241?，含硅量73%。
[0111]以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，本领域普通技术人员根据本申请文件中的描述和附图，已能知晓本发明的工作原理并且能完整实现本发明的技术方案以及达到本发明所要达到的效果，所以不再赘述；该示意性描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构和方法并不局限于此，例如可以采用普通中频炉直接加热，但是这样硅含量较低，需要先炼一炉，然后倒出一半到另一个炉子，然后再加硅粉，程序复杂，或者说直接采用真空炉冶炼或者喷吹进料冶炼+后面真空脱碳，这些也都是能根据本发明的文件的原理，本领域技术人员可以自然想到并且轻松实现的技术方案，所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相同或者相似的结构方式及实施例，基于专利法的立法精神，均应属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种中频炉，包括炉体，炉体分为工作段和预留段，预留段位于工作段的上方；其特征在于，工作段自下而上分为炉体下段(1)、炉体中段(2)和炉体上段(3)三段；所述的炉体下段(I)的直径小于炉体上段(3)的直径；所述的炉体中段(2)的纵截面的形状为内部中空的倒圆台形，炉体中段(2)下端的直径等于炉体下段(I)的直径；炉体中段(2)上端的直径等于炉体上段(3)的直径。
2.根据权利要求1所述的一种中频炉，其特征在于，还包括喷嘴(4)和/或喷吹枪(5)，所述的喷嘴(4)位于炉体中段(2)的侧壁和/或炉体下段(I)的底部和/或炉体下段(I)的侧壁上；所述的喷吹枪(5)经过炉体的上部向下插入到炉体下段(I)的底部。
3.根据权利要求1所述的一种中频炉，其特征在于，所述的炉体上段(3)设有保温加热线圈；所述的炉体下段⑴和炉体中段⑵设有加热线圈；所述的炉体下段⑴和炉体中段(2)的加热线圈由同一电路控制。
4.根据权利要求3所述的一种中频炉，其特征在于，所述的预留段的体积大于等于工作段体积的3/10 ;炉体下段(I)的体积占炉体工作段的5%?40%，炉体下段(I)的高度大于等于600_;所述的保温加热线圈位于炉体上段(3)的下部。
5.根据权利要求2或4所述的一种中频炉，其特征在于，所述的喷嘴(4)采用透气砖。
6.权利要求1中所述的中频炉在冶炼硅粉废料中的应用。
7.一种利用晶体硅废料冶炼硅铁的方法，将晶体硅切割废料放入熔化的铁水中制备硅铁。
8.一种利用晶体硅废料冶炼硅铁的方法，其步骤为: (A)将冶炼硅铁合金所需的废钢装炉，炉体下段(I)和炉体中段(2)加热线圈通电工作将废钢熔化成铁水，并将铁水继续加热到1570°C以上； (B)通过炉体下段(I)的喷嘴(4)和/或喷吹枪(5)将硅粉废料连续喷吹到铁水中，形成熔液，调整加热线圈的功率，控制并维持加入硅粉废料后熔液的温度在1480°C以上； (C)吹入硅粉废料后熔液的液面上升并注满炉体中段(2)后，通过炉体中段(2)的喷嘴(4)喷吹硅粉废料，炉体上段(3)的保温加热线圈开始工作；连续喷吹硅粉废料，控制并维持熔液的温度在1330°C以上，直至硅铁合金液达到所需硅铁合金标号产品的液位。
9.根据权利要求8所述的一种利用晶体硅废料冶炼硅铁的方法，其特征在于，还包括步骤(D):将炉中的硅铁合金液送往真空脱碳装置进行脱碳，进行成分最后调整，得到合格的硅铁合金液。
10.根据权利要求8所述的一种利用晶体硅废料冶炼硅铁的方法，其特征在于，所述的步骤(A)中废钢的加入量根据硅粉废料中成分组成和所要制备的硅铁的纯度来确定。
【文档编号】C22C33/04GK104482761SQ201410788395
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月17日 优先权日:2014年12月17日
【发明者】王先玉 申请人:王先玉
【专利摘要】本发明公开了一种中频炉及其应用和利用晶体硅废料冶炼硅铁的方法，属于晶体硅废料处理领域。该中频炉包括炉体，炉体自下而上分为炉体下段、炉体中段和炉体上段三段；所述的炉体下段的直径小于炉体上段的直径；所述的炉体中段的纵截面的形状为内部中空的倒圆台形，炉体中段下端的直径等于炉体下段的直径；炉体中段上端的直径等于炉体上段的直径。利用晶体硅废料冶炼硅铁的方法是将冶炼硅铁合金所需的废钢装炉，然后吹入硅粉废料，最后硅铁合金液出炉，经过真空脱碳，铸造冷却，冶炼过程结束。本发明利用碳化硅中的碳元素来还原二氧化硅，减少了能源消耗，而且不需要加入焦炭，减少了磷元素和硫元素的影响，产品硅铁是低磷低硫低碳硅铁，价值高。
【专利说明】一种中频炉及其应用和利用晶体硅废料冶炼硅铁的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于晶体硅废料处理领域，具体地说，涉及一种中频炉及其应用和利用晶体硅废料冶炼硅铁的方法，更具体地说，涉及一种特殊形状的中频炉和利用太阳能电池板生产过程中产生的晶体硅废料来冶炼硅铁的方法。
【背景技术】
[0002]目前，随着清洁能源的发展，太阳能技术得到飞速发展。在生产太阳能电池板的过程中，用到了大量的晶体硅，一个直径75皿的硅片，可集成几万至几十万甚至几百万个元件，形成了微电子学，从而出现了微型计算机、微处理机等。由于当前信息工程的发展，硅主要用于微电子技术。为适应大规模集成电路的发展、单晶硅正向大直径、高纯度、高均匀性，无缺陷方向发展。在太阳能电池娃片生产过程中产生大量的6.5 V III至38 V III的切割娃粉废料，该硅粉属于较难处理的固体微废，处理和利用硅粉废料可以使硅资源在得到有效利用同时实现环境保护的目的。太阳能电池硅片制造过程中所产生的硅粉废料属于无硫、磷成份的材料，采用硅粉废料生产硅铁可生产出超低硫、磷或无硫、磷的硅铁合金，可为钢铁冶金领域提供优质的硅铁合金原料，能大幅度提高钢铁产品的质量。
[0003]目前我国已成为太阳能电池生产大国，如何处理和利用太阳能电池生产过程中所产生的大量硅粉废料，已变得非常重要。现有的处理硅粉废料有如下几种方法:
[0004]1、晶体硅切割废料制备碳化硅
[0005]中国专利号201110152492.2，
【公开日】:2011年12月14日，专利公开一种用硅晶体废料氮化反应烧结碳化硅的方法，其方法按如下步骤进行:
[0006]将晶体硅切割废料和生产碳化硅切割粉时产生的超细碳化硅微粉，按照游离硅占原料总量5-250%配料混合成型后，向原料中加入粘结剂制成生坯，在氮化炉中通入纯度99被％以上的高纯氮气并对生坯加热进行氮化处理，得到氮化硅反应烧结碳化硅的制品。
[0007]但是该发明无法对晶体硅废料进行直接处理，需要进行二次加工，工序复杂。成品为烧结碳化硅制品，没有充分发挥晶体硅废料低硫、磷的特点。
[0008]2、晶体硅切割废料中得到碳化硅颗粒增强含硅铝合金复合材料的方法
[0009]中国专利申请号:201310390694.X，
【公开日】:2014年3月26日，公开了一种用晶体硅切割废料中得到碳化硅颗粒增强含硅铝合金复合材料的方法，按如下步骤进行:首先对晶体切割废料进行酸洗除杂，除去切割废料中的氧化铁、金属杂质及少量二氧化硅等，经水洗、过滤、烘干等步骤得到粒度范围在0.5 0111-10 VIII的碳化娃及娃的混合微粉，将碳化硅微粉按复合材料总质量分数4.5-32.5%的比例、游离硅按复合材料总质量百分比
0.2% -9.8%与铝或铝合金配比，采用高温强力搅拌至碳化硅均匀分散及硅粉溶解后，经快速凝固处理得到复合材料。
[0010]但是该发明所使用的碳化硅、硅粉等是工业生产中的废料，确实是利用了废料，但是其得到的产品是碳化硅颗粒增强铝合金复合材料，文中并没有给出碳化硅颗粒增强铝合金复合材料的作用，虽然给晶体硅切割废料提供了一个出路，但是并没有发挥出晶体硅切割废料的低硫低磷的最佳价值。
[0011]3、采用矿热炉冶炼硅铁合金
[0012]硅粉废料采用矿热炉冶炼硅铁合金是在硅粉中配入焦粉、玻璃水及氧化铁皮等原料制成球料加入到矿热炉中冶炼硅铁，该冶炼方法存在如下缺陷:
[0013]1)、硅粉造球工艺段增加了生产成本，没有直接利用硅粉颗粒的特性；
[0014]2)、配入的焦粉带入了硫、磷等物质，增加了硅铁产品中的硫、磷含量，降低了硅铁产品的质量；
[0015]3)、硅粉废料中主要成份为单质硅和碳化硅。硅在矿热炉冶炼过程中主要是熔化与铁结合成硅铁合金，不存在还原吸热反应，采用矿热炉方法冶炼硅铁合金会导致矿热炉炉顶温度高，矿热炉中大量的热量被浪费，不能有效降低生产成本。
[0016]综上所述，现在缺乏一种既能解决废料问题，也能发挥其自身最大特点的处理晶体硅切割废料的合理的方法。
【发明内容】
[0017]1.要解决的问题
[0018]针对现有缺乏一种既能解决晶体硅废料问题，也能发挥其自身最大特点的处理晶体硅切割废料的合理的方法的问题，本发明提供一种中频炉及其应用和利用晶体硅废料冶炼硅铁的方法，其不但解决了晶体硅废料的处理问题，最核心的是最大程度的发挥了晶体硅废料的价值。
[0019]2.技术方案
[0020]为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下:
[0021]一种中频炉，包括炉体，炉体分为工作段和预留段，预留段位于工作段的上方；工作段自下而上分为炉体下段、炉体中段和炉体上段三段；所述的炉体下段的直径小于炉体上段的直径；所述的炉体中段的纵截面的形状为内部中空的倒圆台形，炉体中段下端的直径等于炉体下段的直径；炉体中段上端的直径等于炉体上段的直径。
[0022]优选地，还包括喷嘴和/或喷吹枪，所述的喷嘴位于炉体中段的侧壁和/或炉体下段的底部和/或炉体下段的侧壁上；所述的喷吹枪经过炉体的上部向下插入到炉体下段的底部。优选方案是炉体下段的底部有1个喷嘴，炉体中段的侧壁和炉体下段的侧壁上有1至6个侧吹喷嘴；喷吹枪有1个。
[0023]优选地，所述的炉体上段设有保温加热线圈；所述的炉体下段和炉体中段设有加热线圈；所述的炉体下段和炉体中段的加热线圈由同一电路控制。
[0024]优选地，所述的预留段的体积大于等于工作段体积的3/10 ；炉体下段的体积占炉体工作段的5%?40%，炉体下段的高度大于等于600皿。
[0025]优选地，所述的喷嘴采用透气砖。
[0026]优选地，所述的保温加热线圈位于炉体上段的下部。
[0027]前面所述的中频炉在冶炼硅粉废料中的应用。
[0028]一种利用晶体硅废料冶炼硅铁的方法，将晶体硅切割废料放入熔化的铁水中制备娃铁。
[0029]—种利用晶体娃废料冶炼娃铁的方法，其步骤为:
[0030]㈧将冶炼硅铁合金所需的废钢装炉，炉体下段和炉体中段加热线圈通电工作将废钢熔化成铁水，并将铁水继续加热到15701:以上；
[0031](8)通过炉体下段的喷嘴和/或喷吹枪将硅粉废料连续喷吹到铁水中，形成熔液，调整加热线圈的功率，控制并维持加入硅粉废料后熔液的温度在14801:以上；
[0032](0吹入硅粉废料后熔液的液面上升并注满炉体中段后，通过炉体中段的喷嘴喷吹硅粉废料，炉体上段的保温加热线圈开始工作；连续喷吹硅粉废料，控制并维持熔液的温度在13301:以上，直至硅铁合金液达到所需硅铁合金标号产品的液位。
[0033]优选地，还包括步骤(0):将炉中的硅铁合金液送往真空脱碳装置进行脱碳，进行成分最后调整，得到合格的硅铁合金液。
[0034]优选地，所述的喷吹采用氮气喷吹，喷吹氮气载气量为270?360他13711，硅粉废料喷吹量为270?4504加111；步骤(八)中废钢的加入量根据硅粉废料中成分组成和所要制备的硅铁的纯度来确定。废钢加入最好是破碎后加入。
[0035]本发明采用特定的中频炉熔化废钢成铁水，通过氮气喷吹方式将硅粉废料直接喷吹加入铁水中熔化并与铁水结合生成硅铁合金液，是一种无其他辅助材料加入条件下的生产硅铁合金的工艺和方法。
[0036]实际生产中，硅粉废料成份及特性为:太阳能电池硅片切割生产过程中，由于采用碳化硅线切割工艺，加之切割过程中产生高温氧化作用，使得处理后的硅粉废料有如下成份和特性:
[0037]硅粉废料成份:
[0038]81:30 ?80%、3102:0 ?:5 ?40%、:0 ?2% ；
[0039]硅粉废料颗粒度:6.5 VIII至38 VIII ；
[0040]硅粉废料堆比重:1000?
[0041]本发明的原理是通过两种原料混合加热，由于各自的特性，针对简单的混合存在一些问题，本发明也相应的提出了解决方案，具体为:
[0042]1)硅为非导磁性材料，在中频炉中不能自身通过磁场发热而熔化，难以采用电磁加热；所以本发明采用通过与铁水的热交换来实现熔化并与铁结合成硅铁合金；
[0043]2)硅粉废料的比重(1000?14001--3)远小于铁的比重(78001--3)，硅粉废料直接加入铁水中会与铁水分层，不能实现与铁水的热交换而熔化并与铁结合成硅铁合金；
[0044]3)硅铁合金中硅所占的比例过高，在传统的中频炉中铁水的总量无法达到硅粉废料喷吹所需要的铁水总量，为此本发明采用特殊炉型实现硅粉废料喷吹冶炼所需要的铁水总量。
[0045]本发明主要是考虑到硅铁广泛地用于金属冶炼中，是炼钢过程中重要的脱氧剂之一，是轻金属冶炼业中重要的还原剂之一，是冶金工业不可缺少的原料。同时，硅铁还可作为合金元素加入剂，广泛应用于低合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、耐热钢及电工硅钢之中，硅铁在铁合金生产及化学工业中，常用作还原剂。由于它属于高能耗产品，所以全世界上硅铁的生产绝大多数是在发展中国家及欠发达地区进行，并且要有电力、煤炭及矿产资源的充分供应保证。
[0046]硅石是自然界储量最多的矿产资源之一，也是世界上最难还原的一种矿石。必须在高温条件下才能实现，在常压下其还原温度较高，这样硅石中的氧才能与碳发生化学反应，产生的一氧化碳溢出燃烧，硅才能与铁发生化合反应生成硅铁合金。但是现有的硅铁的冶炼工艺中，都含有大量的3、？等杂质，想去除3、？，需要花费大量的人力和物力，而且精度不尚。
[0047]而本发明对太阳能电池板晶体硅废料进行再利用，减少填埋污染，不但可以解决太阳能电池板晶体硅废料的填埋污染问题，还能够使其作为原料生产硅铁，从而得到客观的经济效益，重点是能得到没有3、？的硅铁。
[0048]3.有益效果
[0049]相比于现有技术，本发明的有益效果为:
[0050](1)本发明的中频炉能用于利用晶体硅废料冶炼硅铁，加热效果好，效率高，电耗低；利用晶体娃废料冶炼娃铁的方法中，使用太阳能电池板晶体娃废料进彳丁娃铁冶炼的时候，首先原料主要是高纯度的硅和碳化硅以及少量的二氧化硅，而晶体硅的冶炼工艺确保其不含有3、？，或者说即使有，含量也极低；本发明同时利用碳化硅中的碳元素来还原二氧化硅，因此不需要额外加入焦炭，所以减少了能源的消耗，而且由于不需要加入焦炭，减少了磷元素和硫元素的影响，产品硅铁是低磷、低硫、低碳以及硅铁，价值高；重点是由于原料中不含有磷元素和硫元素，生产过程中也不添加磷元素和硫元素，其生产的硅铁中不用担心磷和硫杂质，无磷和硫杂质，纯度高；
[0051](2)本发明的方法可以在生产硅铁的同时，减少太阳能电池板废料的排放，一举两得，减少资源消耗，生产工艺采用喷吹方式，缩短了冶炼硅铁合金的工艺流程；
[0052](3)本发明生产过程简单，设计合理，易于实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0053]图1为本发明的结构示意图；
[0054]图2为实施例1中的本发明的结构示意图；
[0055]图3为实施例2中的本发明的结构示意图。
[0056]图中:1、炉体下段；2、炉体中段；3、炉体上段；4、喷嘴；5、喷吹枪。
【具体实施方式】
[0057]下面结合附图和具体实施例对本发明进一步进行描述。
[0058]如图1、图2和图3所示，一种中频炉，包括炉体，炉体分为工作段和预留段，预留段位于工作段的上方；预留段的体积大于等于工作段体积的3/10 ；工作段自下而上分为炉体下段1、炉体中段2和炉体上段3三段；所述的炉体下段1的直径小于炉体上段3的直径；所述的炉体中段2的纵截面的形状为内部中空的倒圆台形，炉体中段2下端的直径等于炉体下段1的直径；炉体中段2上端的直径等于炉体上段3的直径。还包括喷嘴4和/或喷吹枪5，喷嘴4采用透气砖。所述的喷嘴4位于炉体中段2的侧壁和/或炉体下段1的底部和丨或炉体下段1的侧壁上；所述的喷吹枪5经过炉体的上部向下插入到炉体下段1的底部。炉体上段3设有保温加热线圈；所述的炉体下段1和炉体中段2设有加热线圈。炉体上段3的保温加热线圈独立工作；所述的炉体下段1和炉体中段2的加热线圈由同一电路控制。保温加热线圈位于炉体上段3的下部。炉体下段1的体积占炉体工作段的5%?40%，炉体下段1的高度大于等于600111111
[0059]一种利用晶体硅废料冶炼硅铁的方法，其步骤为:
[0060](八)将冶炼硅铁合金所需的废钢装炉，废钢的加入量根据硅粉废料中成分组成和所要制备的硅铁的纯度来确定；炉体下段1和炉体中段2加热线圈通电工作将废钢熔化成铁水，并将铁水继续加热到15701:以上；
[0061](8)通过炉体下段1的喷嘴4和/或喷吹枪5将硅粉废料连续喷吹到铁水中，形成熔液，调整加热线圈的功率，控制并维持加入硅粉废料后熔液的温度在14801:以上；喷吹采用氮气喷吹，喷吹氮气载气量为270?360跑3作，硅粉废料喷吹量为270?4504加111，下同；
[0062](0吹入硅粉废料后熔液的液面上升并注满炉体中段2后，通过炉体中段2的喷嘴4喷吹硅粉废料，炉体上段3的保温加热线圈开始工作，控制并维持熔液的温度在14801至15201:范围内；连续喷吹硅粉废料，控制并维持熔液的温度在13301:以上，直至硅铁合金液达到所需硅铁合金标号产品的液位。此时已经能达到硅铁合金的标准，但是部分情况可能会存在碳含量过高的问题，此时针对这种情况，只需将中频炉中的硅铁合金液送往真空脱碳装置进行脱碳，根据含碳的不同，选择添加氧化铁皮，进行成分最后调整，生成合格的硅铁合金液，冶炼过程结束。真空脱碳采用普通的脱碳工艺即可，本领域技术人员可以实现，所在在此不再赘述。
[0063]本发明主要是基于以下几个方面的机理来实现:硅、铁及硅铁的熔点及比重:
[0064]:熔点 1538。〇，比重 7800^?3
[0065]81:熔点 14141:，比重 23001--3
[0066]？6~81:熔点 13001:，比重 3300^?3
[0067]硅粉废料中硅粉颗粒被喷吹入铁水或硅铁合金液中，在比重差的作用下，硅粉颗粒会上浮。硅粉颗粒在上升过程中与铁水或硅铁合金液进行充分的热力学和动力学交换而恪化，形成娃铁合金并逐步提高娃在娃铁合金液中的浓度。随着娃的不断加入和恪化，娃铁合金中的硅含量逐步上升并最终达到所需的硅铁合金产品。硅铁合金中硅的浓度逐步提高，使得硅铁合金的熔点逐步下降并变化。
[0068]本发明利用了碳化硅熔解反应机理
[0069]碳化硅熔解
[0070]碳化硅熔点为27001，比重32001^?3。硅粉废料中碳化硅颗粒被喷吹入铁水或硅铁合金液中，在比重差的作用下上浮。碳化硅颗粒在上浮过程中与铁水或硅铁合金液进行充分的热力学和动力学交换，使得碳与铁结合并熔解了碳化硅，硅与铁水或硅铁合金液进一步结合形成硅铁合金液。
[0071]反应方程:310？6— 31？6十?:
[0072]二氧化硅反应机理
[0073]二氧化硅熔点16501:，比重22001^?3。硅粉废料中二氧化硅颗粒被喷吹入铁水或硅铁合金液中，在比重差的作用下二氧化硅颗粒上浮，上浮过程中与铁水或硅铁合金液进行充分的热力学和动力学交换，部分二氧化硅颗粒与铁水或硅铁合金液冲的碳发生化学反应，使得二氧化硅被还原成硅。化学反应如下:
[0074]03102— 810+00 个
[0075]喷吹搅拌及电磁搅拌机理
[0076](1)喷吹搅拌
[0077]喷吹载气在吹入铁水或硅铁合金液中，在铁水或硅铁合金液的加热下进行膨胀，膨胀的气体对铁水或硅铁合金液进行充分的搅拌使得喷入的硅粉废料在铁水或硅铁合金液中被均匀分布，进一步促进了硅粉废料颗粒在铁水或硅铁合金液热力学和动力学交换，加速了硅粉废料在铁水或硅铁合金液中的各种反应，缩短了冶炼的时间。
[0078](2)电磁搅拌
[0079]铁水或硅铁合金液在中频炉电磁力的作用下形成旋转搅拌，搅拌促进了硅粉废料在铁水或硅铁合金液中的均匀分布，加强了硅粉废料颗粒在铁水或硅铁合金液中热力学和动力学交换，加速了硅粉废料在铁水或硅铁合金液中的各种反应，缩短了冶炼硅铁的时间。
[0080](3)真空脱碳机理
[0081]在碳化硅熔解的过程中，有时会产生一定量的元素，无法排出。同时在常压条件下，二氧化硅熔解的过程中产生的310熔解在硅铁合金液中，无法继续反应生成31和⑶。因此在硅铁合金液出炉后经过真空脱碳装置，即可通过反应平衡移动可以去除310，若仍旧含有元素，添加适量的氧化铁皮，达到脱除元素的目的，生产合格硅铁。
[0082]真空脱碳反应式如下:
[0083]0+810 — 81+00 个
[0084]0十？6304— 1^60+00 |
[0085]？6-0？00 —作+⑶ |
[0086]下面结合具体的实施例来进一步解释本发明。
[0087]实施例1
[0088]如图2所示，一种中频炉，包括炉体，炉体自下而上分为炉体下段1、炉体中段2和炉体上段3三段；炉体下段1的直径为764臟，高度为700臟，炉体中段2的纵截面的形状为内部中空的倒圆台形，炉体中段2下端的直径等于炉体下段1的直径；炉体中段2的高度为700！11111，侧面与水平面的夹角为60。，炉体上段3的高度为1462臟，炉体中段2上端的直径等于炉体上段3的直径，该中频炉为10吨硅铁中频炉。炉体中段2的侧壁底部上设有2个喷嘴4，炉体下段1的底部设有一个喷嘴4，喷嘴4采用透气砖；炉体上段3设有保温加热线圈；炉体下段1和炉体中段2设有加热线圈。炉体上段3的保温加热线圈独立工作；炉体下段1和炉体中段2的加热线圈由同一电路控制。保温加热线圈位于炉体上段3的下部。
[0089]使用时，其步骤为:
[0090]㈧将冶炼硅铁合金所需的25001?低碳废钢装炉，炉体下段1和炉体中段2加热线圈通电工作将废钢熔化成铁水，并将铁水继续加热到15701:至16101:范围内；硅粉废料的成份为:81:72%^81~0:16%.?:2%，其余为 3102，颗粒度:6.5 V111-10 V111 ；
[0091](8)通过炉体下段1的喷嘴4将硅粉废料连续喷吹到铁水中，形成熔液，调整加热线圈的功率，控制并维持加入硅粉废料后熔液的温度在14801:至15201:范围内；喷吹采用氮气喷吹，喷吹氮气载气量为300跑3作，硅粉废料喷吹量为300匕加111 ；
[0092](0吹入硅粉废料后熔液的液面上升并注满炉体中段2后，通过炉体中段2的喷嘴4喷吹硅粉废料，炉体上段3的保温加热线圈开始工作，连续喷吹硅粉废料，最终控制并维持熔液的温度在13301:至13701:范围内，直至硅铁合金液充满炉体工作段。
[0093](￡)将硅铁合金液送入真空脱碳装置，调节真空度至-5，同时加入氧化铁皮252.4匕，生产出合格的硅铁合金液，冶炼过程结束。
[0094]出炉硅铁合金量:102831?，含硅量72.9%。
[0095]实施例2
[0096]如图3所示，一种中频炉，同实施例1，所不同是炉体下段1的高度为600皿，炉体下段1的体积占炉体工作段的40% ；还包括喷吹枪5，进料通过喷吹枪5，喷吹枪5经过炉体的上部向下插入到炉体下段1的底部。采用喷吹枪5添加硅粉废料。
[0097]㈧将冶炼硅铁合金所需的25001?低碳废钢装炉，炉体下段1和炉体中段2加热线圈通电工作将废钢熔化成铁水，并将铁水继续加热到15901:至16301:范围内；硅粉废料的成份为:81:72%^81~0:16%.?:2%，其余为 3102，颗粒度:6.5 V111-10 V111 ；
[0098](8)通过炉体下段1的喷嘴4将硅粉废料连续喷吹到铁水中，形成熔液，调整加热线圈的功率，控制并维持加入硅粉废料后熔液的温度在14501:至15601:范围内；喷吹采用氮气喷吹，喷吹氮气载气量为350跑3作，硅粉废料喷吹量为390匕加111 ；
[0099](0吹入硅粉废料后熔液的液面上升并注满炉体中段2后，通过炉体中段2的喷嘴4喷吹硅粉废料，炉体上段3的保温加热线圈开始工作，连续喷吹硅粉废料，最终控制并维持熔液的温度在13401:至13601:范围内，直至硅铁合金液充满炉体工作段。
[0100](￡)将硅铁合金液送入真空脱碳装置，调节真空度至-5，同时加入氧化铁皮252.4匕，生产出合格的硅铁合金液，冶炼过程结束。
[0101]出炉硅铁合金量:102831?，含硅量72.9%。
[0102]实施例3
[0103]如图2所示，一种中频炉，包括炉体，炉体自下而上分为炉体下段1、炉体中段2和炉体上段3三段；炉体下段1的直径为874臟，高度为800臟，炉体中段2的纵截面的形状为内部中空的倒圆台形，炉体中段2下端的直径等于炉体下段1的直径；炉体中段2的高度为700！11111，侧面与水平面的夹角为60。，炉体上段3的高度为202?^炉体中段2上端的直径等于炉体上段3的直径，该中频炉为15吨硅铁中频炉。炉体中段2的侧壁底部上设有2个喷嘴4，炉体下段1的底部设有一个喷嘴4，喷嘴4采用透气砖；炉体上段3设有保温加热线圈；炉体下段1和炉体中段2设有加热线圈。炉体上段3的保温加热线圈独立工作；炉体下段1和炉体中段2的加热线圈由同一电路控制。保温加热线圈位于炉体上段3的下部。
[0104]使用时，其步骤为:
[0105]㈧将冶炼硅铁合金所需的37501?低碳废钢装炉，炉体下段1和炉体中段2加热线圈通电工作将废钢熔化成铁水，并将铁水继续加热到15701:至16001:范围内；硅粉废料的成份为:81:72%^81~0:16%.?:2%，其余为 3102，颗粒度:10 V111-38 V111 ；
[0106](8)通过炉体下段1的喷嘴4将硅粉废料连续喷吹到铁水中，形成熔液，调整加热线圈的功率，控制并维持加入硅粉废料后熔液的温度在14801:至15101:范围内；喷吹采用氮气喷吹，喷吹氮气载气量为300跑3作，硅粉废料喷吹量为300匕加111 ；
[0107](0吹入硅粉废料后熔液的液面上升并注满炉体中段2后，通过炉体中段2的喷嘴4喷吹硅粉废料，炉体上段3的保温加热线圈开始工作，控制并维持熔液的温度在14801至15101范围内；
[0108](0)连续喷吹硅粉废料，最终控制并维持熔液的温度在13501:至14001:范围内，直至硅铁合金液充满炉体工作段。
[0109](￡)将硅铁合金液送入真空脱碳装置，调节真空度至-5,同时加入氧化铁皮378.6匕，生产出合格的硅铁合金液，冶炼过程结束。
[0110]出炉硅铁合金量:154241?，含硅量73%。
[0111]以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，本领域普通技术人员根据本申请文件中的描述和附图，已能知晓本发明的工作原理并且能完整实现本发明的技术方案以及达到本发明所要达到的效果，所以不再赘述；该示意性描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构和方法并不局限于此，例如可以采用普通中频炉直接加热，但是这样硅含量较低，需要先炼一炉，然后倒出一半到另一个炉子，然后再加硅粉，程序复杂，或者说直接采用真空炉冶炼或者喷吹进料冶炼+后面真空脱碳，这些也都是能根据本发明的文件的原理，本领域技术人员可以自然想到并且轻松实现的技术方案，所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相同或者相似的结构方式及实施例，基于专利法的立法精神，均应属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种中频炉，包括炉体，炉体分为工作段和预留段，预留段位于工作段的上方；其特征在于，工作段自下而上分为炉体下段(1)、炉体中段(2)和炉体上段(3)三段；所述的炉体下段(I)的直径小于炉体上段(3)的直径；所述的炉体中段(2)的纵截面的形状为内部中空的倒圆台形，炉体中段(2)下端的直径等于炉体下段(I)的直径；炉体中段(2)上端的直径等于炉体上段(3)的直径。
2.根据权利要求1所述的一种中频炉，其特征在于，还包括喷嘴(4)和/或喷吹枪(5)，所述的喷嘴(4)位于炉体中段(2)的侧壁和/或炉体下段(I)的底部和/或炉体下段(I)的侧壁上；所述的喷吹枪(5)经过炉体的上部向下插入到炉体下段(I)的底部。
3.根据权利要求1所述的一种中频炉，其特征在于，所述的炉体上段(3)设有保温加热线圈；所述的炉体下段⑴和炉体中段⑵设有加热线圈；所述的炉体下段⑴和炉体中段(2)的加热线圈由同一电路控制。
4.根据权利要求3所述的一种中频炉，其特征在于，所述的预留段的体积大于等于工作段体积的3/10 ;炉体下段(I)的体积占炉体工作段的5%?40%，炉体下段(I)的高度大于等于600_;所述的保温加热线圈位于炉体上段(3)的下部。
5.根据权利要求2或4所述的一种中频炉，其特征在于，所述的喷嘴(4)采用透气砖。
6.权利要求1中所述的中频炉在冶炼硅粉废料中的应用。
7.一种利用晶体硅废料冶炼硅铁的方法，将晶体硅切割废料放入熔化的铁水中制备硅铁。
8.一种利用晶体硅废料冶炼硅铁的方法，其步骤为: (A)将冶炼硅铁合金所需的废钢装炉，炉体下段(I)和炉体中段(2)加热线圈通电工作将废钢熔化成铁水，并将铁水继续加热到1570°C以上； (B)通过炉体下段(I)的喷嘴(4)和/或喷吹枪(5)将硅粉废料连续喷吹到铁水中，形成熔液，调整加热线圈的功率，控制并维持加入硅粉废料后熔液的温度在1480°C以上； (C)吹入硅粉废料后熔液的液面上升并注满炉体中段(2)后，通过炉体中段(2)的喷嘴(4)喷吹硅粉废料，炉体上段(3)的保温加热线圈开始工作；连续喷吹硅粉废料，控制并维持熔液的温度在1330°C以上，直至硅铁合金液达到所需硅铁合金标号产品的液位。
9.根据权利要求8所述的一种利用晶体硅废料冶炼硅铁的方法，其特征在于，还包括步骤(D):将炉中的硅铁合金液送往真空脱碳装置进行脱碳，进行成分最后调整，得到合格的硅铁合金液。
10.根据权利要求8所述的一种利用晶体硅废料冶炼硅铁的方法，其特征在于，所述的步骤(A)中废钢的加入量根据硅粉废料中成分组成和所要制备的硅铁的纯度来确定。
【文档编号】C22C33/04GK104482761SQ201410788395
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月17日 优先权日:2014年12月17日
【发明者】王先玉 申请人:王先玉
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0访客 来自[中国] 2020年10月14日 22:08用中频炉，直接来熔炼硅沙和铁可以吗？？还需要加什么别的原料吗？
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