CN114405394B - 一种熔融硅出料的造粒装置及其造粒方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种熔融硅出料的造粒装置及其造粒方法，所述造粒装置包括壳体，所述壳体顶部开设有进料口，所述壳体内部对应进料口的一端设置有分布装置，靠近所述分布装置的壳体两侧分别设置有介质口和回收口一，所述壳体内部在所述介质口和回收口一的下方对称设置有冷却件，所述壳体底部开设有出料口，所述出料口外接筛分装置，且所述筛分装置上开设有回收口二。在本发明中，提供的造粒装置通过分布装置、冷却件和筛分装置的相互配合，省却了传统工艺中使用金属结构破碎的步骤，且消除了其他金属元素混入的风险，能够使得熔融硅液制成的硅造粒纯度更高，构造简单，便于调整，适合推广。
Description
技术领域
本发明属于熔融硅造粒技术领域，涉及一种熔融硅出料的造粒装置及其造粒方法。
背景技术
工业硅的性质与锗、铅、锡相近，具有半导体性质。硅在地壳中资源极为丰富，仅次于氧，占地壳总重的四分之一还多，以二氧化硅或硅酸盐形式存在。工业硅的应用领域非常广泛，主要用于有机硅生产原料、非铁基合金的添加剂以及制取高纯度的半导体材料等。工业中高纯度硅的生产工艺中需要将高温熔融硅冷却破碎造粒并同时保证纯度。一般的工艺方法是直接冷却再用锤破机破碎，但锤破机的锤头与硅块直接接触，其金属物质会混入硅块，导致硅纯度下降，成品价格大打折扣。
CN110860333A公开了工业硅造粒技术领域的一种工业硅造粒装置及其造粒方法，该工业硅造粒装置包括支撑架，该工业硅造粒装置的造粒方法包括如下步骤：粉碎造粒；筛分；研磨；该装置通过在进料口处设置电磁振动给料机，一方面能够实现定量加料，另一方面可以使原料连续均匀的进入粉碎箱内，避免了进料忽多忽少的现象，使得粉碎成粒后的工业硅颗粒大小较为均匀，粉碎箱体内设有筛板，通过粉碎箱粉碎工业硅时产生的振动带动筛板振动可直接将工业硅粗粉和工业硅颗粒进行分离，分离后将工业硅粗粉进一步研磨成细粉，以用于其它场合，提高了经济效益，支撑架底部设有减振器，具有一定减振隔振作用。
CN211436965U公开了一种用于硅生产的硅料造粒装置，其结构包括机架，机架上倾斜设有造粒圆盘，其创新点在于：其结构还包括筛网组件，造粒圆盘设有出料口，出料口上设有电磁阀，筛网组件位于造粒圆盘的下方，上述筛网组件包括底座、振动单元以及若干层筛板，振动单元振动设置在底座上，若干筛板从上到下依次逐层倾斜且相互平行的设置在振动单元上，筛板的倾斜方向和造粒圆盘的倾斜方向一致，筛板上均匀分布有滤孔，每层滤孔的孔径从上到下依次降低，每层筛板设有收集箱，该实用新型实现了对硅料造粒后的分类收集，保证了收集硅料粒径大小的均匀性，同时方便后续对不同粒径的硅料进行分类烘干处理，提高了后续硅料颗粒的烘干效率。
CN208275362U公开了一种无机硅造粒装置，包括料槽，料槽内设有搅拌装置，料槽的开口上方设有料液喷头，料槽的槽体外部设有冷却夹套；搅拌装置包括平行设置的多个转轴，转轴沿轴向设有第一搅拌机构和第二搅拌机构，第一搅拌机构包括设置在转轴上的转盘，转盘沿周向设有多个搅拌叶片；第二搅拌机构包括设置在转轴上的搅拌框，搅拌框上均匀设有多个搅拌叶轮。利用该实用新型中的造粒装置，不需要搅拌装置高速旋转将物料混合均匀，防止物料成块，而且还可以除去铁性异物的干扰。
现有的造粒装置，没有将产生的工业硅粗颗粒与工业硅细颗粒进行分离，影响了成品的品质，同时粉碎装置进料口进料量不均匀，易造成粉碎不均匀现象，且还不能有效去除金属物质混入产生的不利影响，因此，亟需设计研究一套硅造粒的装置，克服现有技术的缺陷，以满足实际生产生活的需求。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种熔融硅出料的造粒装置及其造粒方法，在本发明中，提供的造粒装置通过分布装置、冷却件和筛分装置的相互配合，省却了传统工艺中使用金属结构破碎的步骤，且消除了其他金属元素混入的风险，同时采用氮气作为冷却气体，避免在造粒过程中硅液滴被氧化，能够使得熔融硅液制成的硅造粒纯度更高，构造简单，便于调整，适合推广。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种熔融硅出料的造粒装置，所述造粒装置包括壳体，所述壳体顶部开设有进料口，所述壳体内部对应进料口的一端设置有分布装置，靠近所述分布装置的壳体两侧分别设置有介质口和回收口一，所述壳体内部在所述介质口和回收口一的下方对称设置有冷却件，所述壳体底部开设有出料口，所述出料口外接筛分装置，且所述筛分装置上开设有回收口二。
在本发明中，提供的造粒装置通过分布装置、冷却件和筛分装置的相互配合，省却了传统工艺中使用金属结构破碎的步骤，且消除了其他金属元素混入的风险，同时采用氮气作为冷却气体，避免在造粒过程中硅液滴被氧化，能够使得熔融硅液制成的硅造粒纯度更高，构造简单，便于调整，适合推广。
作为本发明一种优选的技术方案，所述分布装置为水冷分布器。
作为本发明一种优选的技术方案，所述分布装置为圆锥形，且圆锥形的椎尖朝向所述进料口，所述分布装置设置有通孔，且所述分布装置内有冷却水循环。
本发明特别限定了分装装置的位置和形状(为圆锥形)，是因为在这个设置条件下，能确保把熔融硅液分成相同的小股，最终达到造粒的颗粒相对均匀。
作为本发明一种优选的技术方案，所述介质口为冷固态介质口。
作为本发明一种优选的技术方案，所述回收口一和回收口二均为气体回收口。
本发明特别限定了回收口一和回收口二为气体回收口，是因为本发明可以对高温气体进行回收，达到既能节约氮气消耗，又能回收高温气体带的热量和硅粉尘，达到节能减排的效果。
优选地，所述气体回收口回收氮气。
优选地，所述介质口和回收口一采用管路插入壳体中形成。
优选地，所述回收口二采用管路插入筛分装置中形成。
作为本发明一种优选的技术方案，所述冷却件设置有至少两个。
本发明中的冷却件能够对熔融硅液进行冷却，对熔融硅液进行冷却的介质有氮气和硅块，硅块的作业把液硅分割成小颗粒，使小硅液滴容易固化，氮气一方面换热，另一方面氮气喷入装置还能够起到保护气的作用，防止高温硅液滴和氧气发生反应，从而影响造粒品质。
优选地，每个所述冷却件为冷却氮气喷入装置。
优选地，每个所述冷却件的喷射方向朝向所述分布装置。
优选地，每个所述冷却件的喷射角度为40～50°，例如可以是40°、41°、42°、43°、44°、45°、46°、47°、48°、49°、50°，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明特别限定了所述冷却件的喷射角度为40～50°，规定氮气喷射角度是因为在此角度范围内，氮气能有效扰动下落的硅粒，使氮气与硅粒充分接触，有利于换热和造粒均匀；大于50°时，会造成氮气对部分硅粒没有起到扰动作业，造成造粒不彻底，容易形成大颗粒；小于40°会导致氮气与硅颗粒接触时间短，影响换热时间，从而影响冷却效果。
优选地，所述冷却氮气喷入装置的氮气压力为0.5～0.8MPa，例如可以是0.5MPa、0.55MPa、0.6MPa、0.65MPa、0.7MPa、0.75MPa、0.8MPa，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明一种优选的技术方案，所述筛分装置为震动筛分机。
优选地，所述震动筛分机底部设置有筛分板。
优选地，所述筛分板沿物料流动方向分为第一筛分段、第二筛分段和第三筛分段。
优选地，所述第一筛分段的孔径小于第二筛分段的孔径，所述第二筛分段的孔径小于第三筛分段的孔径。
第二方面，本发明提供了一种第一方面所述的造粒装置的造粒方法，所述造粒方法包括：
熔融硅液自进料口进入壳体内部，硅介质颗粒由介质口进入壳体内部，依次经分布装置分散、冷却件冷却后，至筛分装置后被分散成粒径不同的熔融硅造粒。
作为本发明一种优选的技术方案，所述熔融硅液的温度为1500～1600℃，例如可以是1500℃、1510℃、1520℃、1530℃、1540℃、1550℃、1560℃、1570℃、1580℃、1590℃、1600℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述硅介质颗粒自介质口进入壳体内部的流速为5～8m/s，例如可以是5m/s、5.5m/s、6m/s、6.5m/s、7m/s、7.5m/s、8m/s，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明一种优选的技术方案，所述分布装置将熔融硅液分散成至少两股硅液流。
优选地，所述分布装置将熔融硅液分散成2～10股硅液流，例如可以是2股、3股、4股、5股、6股、7股、8股、9股、10股，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述熔融硅经冷却件冷却后的温度为200～250℃，例如可以是200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
在本发明中，提供的造粒装置通过分布装置、冷却件和筛分装置的相互配合，省却了传统工艺中使用金属结构破碎的步骤，且消除了其他金属元素混入的风险，同时采用氮气作为冷却气体，避免在造粒过程中硅液滴被氧化，能够使得熔融硅液制成的硅造粒纯度更高，构造简单，便于调整，适合推广。
附图说明
图1为本发明一个具体实施方式中提供的熔融硅出料的造粒装置结构示意图；
其中，1-壳体；2-分布装置；3-冷却件；4-筛分装置；5-介质口；6-回收口一；7-回收口二；8-进料口；9-出料口；10-成品仓一；11-冷固态介质收集仓；12-成品仓二。
具体实施方式
需要理解的是，在本发明的描述中，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。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以是两个元件内部的连通。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。
本领域技术人员理应了解的是，本发明中必然包括用于实现工艺完整的必要管线、常规阀门和通用泵设备，但以上内容不属于本发明的主要发明点，本领域技术人员可以基于工艺流程和设备结构选型可以自行增设布局，本发明对此不做特殊要求和具体限定。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种熔融硅出料的造粒装置，如图1所示，所述造粒装置包括壳体1，壳体1顶部开设有进料口8，壳体1内部对应进料口8的一端设置有分布装置2，靠近分布装置2的壳体1两侧分别设置有介质口5和回收口一6，壳体1内部在所述介质口5和回收口一6的下方对称设置有冷却件3，壳体1底部开设有出料口9，出料口9外接筛分装置4，且筛分装置4上开设有回收口二7。
在本发明中，提供的造粒装置通过分布装置2、冷却件3和筛分装置4的相互配合，省却了传统工艺中使用金属结构破碎的步骤，且消除了其他金属元素混入的风险，能够使得熔融硅液制成的硅造粒纯度更高，构造简单，便于调整，适合推广。
分布装置2为水冷分布器。分布装置2为圆锥形，且圆锥形的椎尖朝向进料口8，分布装置2设置有通孔，且分布装置2内有冷却水循环。本发明特别限定了分装装置的位置和形状(为圆锥形)，是因为在这个设置条件下，能确保把熔融硅液分成相同的小股，最终达到造粒的颗粒相对均匀。
介质口5为冷固态介质口5，回收口一6和回收口二7均为气体回收口。本发明特别限定了回收口一6和回收口二7为气体回收口，是因为本发明可以对高温气体进行回收，达到既能节约氮气消耗，又能回收高温气体带的热量和硅粉尘，达到节能减排的效果。
气体回收口回收氮气，介质口5和回收口一6采用管路插入壳体1中形成，回收口二7采用管路插入筛分装置4中形成。
冷却件3设置有至少两个，每个冷却件3为冷却氮气喷入装置，每个冷却件3的喷射方向朝向分布装置2，本发明中的冷却件3能够对熔融硅液进行冷却，对熔融硅液进行冷却的介质有氮气和硅块，硅块的作业把液硅分割成小颗粒，使小硅液滴容易固化，氮气一方面换热，另一方面氮气喷入装置还能够起到保护气的作用，防止高温硅液滴和氧气发生反应，从而影响造粒品质。
每个冷却件3的喷射角度为40～50°，冷却氮气喷入装置的氮气压力为0.5～0.8MPa，本发明特别限定了所述冷却件3的喷射角度为40～50°，规定氮气喷射角度是因为在此角度范围内，氮气能有效扰动下落的硅粒，使氮气与硅粒充分接触，有利于换热和造粒均匀，大于50°时，会造成氮气对部分硅粒没有起到扰动作业，造成造粒不彻底，容易形成大颗粒；小于40°会导致氮气与硅颗粒接触时间短，影响换热时间，从而影响冷却效果。
筛分装置4为震动筛分机，震动筛分机底部设置有筛分板，筛分板沿物料流动方向分为第一筛分段、第二筛分段和第三筛分段，进一步地，第一筛分段的孔径小于第二筛分段的孔径，第二筛分段的孔径小于第三筛分段的孔径。
在另一个具体实施方式中，本发明提供了一个具体实施方式中所述的造粒装置的造粒方法，所述造粒方法包括：
熔融硅液自进料口8进入壳体1内部，硅介质颗粒自介质口5进入壳体1内部，依次经分布装置2分散、冷却件3冷却后，至筛分装置4后被分散成粒径不同的熔融硅造粒。
熔融硅液的温度为1500～1600℃，硅介质颗粒自介质口5进入壳体1内部的流速为5～8m/s；分布装置2将熔融硅液分散成至少两股硅液流，分布装置2将熔融硅液分散成2～10股硅液流；熔融硅经冷却件3冷却后的温度为200～250℃。
实施例1
本实施例提供了一种熔融硅出料的造粒装置及其造粒方法，其中：
造粒装置包括壳体1，壳体1顶部开设有进料口8，壳体1内部对应进料口8的一端设置有分布装置2，靠近分布装置2的壳体1两侧分别设置有介质口5和回收口一6，壳体1内部在所述介质口5和回收口一6的下方对称设置有冷却件3，壳体1底部开设有出料口9，出料口9外接筛分装置4，且筛分装置4上开设有回收口二7。
分布装置2为水冷分布器，分布装置2为圆锥形，且圆锥形的椎尖朝向进料口8，分布装置2设置有通孔，且分布装置2内有冷却水循环。介质口5为冷固态介质口5，回收口一6和回收口二7均为气体回收口。气体回收口回收氮气，介质口5和回收口一6采用管路插入壳体1中形成，回收口二7采用管路插入筛分装置4中形成。冷却件3设置有6个，每个冷却件3为冷却氮气喷入装置，每个冷却件3的喷射方向朝向分布装置2。
每个冷却件3的喷射角度为45°，冷却氮气喷入装置的氮气压力为0.6MPa，筛分装置4为震动筛分机，震动筛分机底部设置有筛分板，筛分板沿物料流动方向分为第一筛分段、第二筛分段和第三筛分段，分别连接成品仓一10、冷固态介质收集仓11、成品仓二12，进一步地，第一筛分段的孔径小于第二筛分段的孔径，第二筛分段的孔径小于第三筛分段的孔径。
所述的造粒装置的造粒方法包括：熔融硅液自进料口8进入壳体1内部，硅介质颗粒自介质口5进入壳体1内部，依次经分布装置2分散、冷却件3冷却后，至筛分装置4后被分散成粒径不同的熔融硅造粒。
熔融硅液的温度为1550℃，硅介质颗粒自介质口5进入壳体1内部的流速为6m/s；分布装置2将熔融硅液分散成至少两股硅液流，分布装置2将熔融硅液分散成8股硅液流；熔融硅经冷却件3冷却后的温度为250℃。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (15)
1.一种熔融硅出料的造粒方法，其特征在于，所述造粒方法包括：
熔融硅液自进料口进入壳体内部，硅介质颗粒由介质口进入壳体内部，依次经分布装置分散、冷却件冷却后，至筛分装置后被分散成粒径不同的熔融硅造粒；
所述介质口为冷固态介质口；
所述造粒方法采用造粒装置，所述造粒装置包括壳体，所述壳体顶部开设有进料口，所述壳体内部对应进料口的一端设置有分布装置，靠近所述分布装置的壳体两侧分别设置有介质口和回收口一，所述壳体内部在所述介质口和回收口一的下方对称设置有冷却件，所述壳体底部开设有出料口，所述出料口外接筛分装置，且所述筛分装置上开设有回收口二；
所述冷却件设置有至少两个，每个所述冷却件为冷却氮气喷入装置，每个所述冷却件的喷射方向朝向所述分布装置，每个所述冷却件的喷射角度为40～50°；
所述分布装置为水冷分布器，所述分布装置为圆锥形，且圆锥形的锥尖朝向所述进料口，所述分布装置设置有通孔，且所述分布装置内有冷却水循环。
2.根据权利要求1所述的造粒方法，其特征在于，所述回收口一和回收口二均为气体回收口。
3.根据权利要求2所述的造粒方法，其特征在于，所述气体回收口回收氮气。
4.根据权利要求1所述的造粒方法，其特征在于，所述介质口和回收口一采用管路插入壳体中形成。
5.根据权利要求1所述的造粒方法，其特征在于，所述回收口二采用管路插入筛分装置中形成。
6.根据权利要求1所述的造粒方法，其特征在于，所述冷却氮气喷入装置的氮气压力为0.5～0.8MPa。
7.根据权利要求1所述的造粒方法，其特征在于，所述筛分装置为震动筛分机。
8.根据权利要求7所述的造粒方法，其特征在于，所述震动筛分机底部设置有筛分板。
9.根据权利要求8所述的造粒方法，其特征在于，所述筛分板沿物料流动方向分为第一筛分段、第二筛分段和第三筛分段。
10.根据权利要求9所述的造粒方法，其特征在于，所述第一筛分段的孔径小于第二筛分段的孔径，所述第二筛分段的孔径小于第三筛分段的孔径。
11.根据权利要求1所述的造粒方法，其特征在于，所述熔融硅液的温度为1500～1600℃。
12.根据权利要求1所述的造粒方法，其特征在于，所述硅介质颗粒自介质口进入壳体内部的流速为5～8m/s。
13.根据权利要求1所述的造粒方法，其特征在于，所述分布装置将熔融硅液分散成至少两股硅液流。
14.根据权利要求13所述的造粒方法，其特征在于，所述分布装置将熔融硅液分散成2～10股硅液流。
15.根据权利要求1所述的造粒方法，其特征在于，所述熔融硅经冷却件冷却后的温度为200～250℃。
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