一种利用激光加热炉冶炼工业硅的方法及激光加热炉技术

本发明专利技术提供一种利用激光加热炉冶炼工业硅的方法及激光加热炉，所述冶炼工业硅的方法具体包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种利用激光加热炉冶炼工业硅的方法及激光加热炉


[0001]本专利技术涉及工业硅冶炼
，具体而言，尤其涉及一种利用激光加热炉冶炼工业硅的方法及激光加热炉
。

技术介绍

[0002]工业硅也称金属硅或结晶硅，是重要的工业材料，广泛应用于冶金
、
化工
、
机械
、
电器
、
航空
、
船舶及能源等领域
。
工业硅主要用作冶金产品的合金剂
、
脱氧剂
、
还原剂及化工原料，如可作为有色合金的添加剂，起到提高基体金属强度
、
硬度和耐磨性，改善基体的铸造性能和焊接性能的作用，作为脱氧剂使用以降低有色合金的氧含量
。
在硅钢生产中工业硅可用作合金剂
。
作为氧化锰
、
氧化钒
、
氧化钙及氧化镁等氧化物的还原剂
。
作为生产有机硅
、
硅橡胶
、
晶体硅等的化工原料
。
随着科学技术的进步和社会的发展，工业硅的应用领域还将进一步扩大
。
[0003]传统冶炼工业硅是用碳热还原法，硅石为硅源，木炭
、
石油焦以及烟煤等为还原剂，将硅石和还原剂破碎至合适粒度，按一定的比例混合后投入到矿热炉中冶炼得到工业硅
。
反应是强吸热过程，需要
1900℃
以上的高温，电能消耗很大，且设备损坏快，技术经济指标差，劳动强度大，工作环境恶劣
。
因此，为降低硅冶炼成本，相关研究人员致力于寻找新型能源来替代传统方法，进而达到缩短冶炼时间，降低电能消耗的目的
。
[0004]激光是原子受激辐射的光，具有能量大
、
受热区域小
、
升温快
、
无变形或损伤
、
污染小且无噪声
、
无需接触等优点，被广泛应用于激光打标
、
激光焊接
、
激光切割等领域，是一种洁净
、
高效的新型能源
。
高能量激光聚变的温度可达
104～
108K。
因此，它是冶炼工业硅最有效的替代能源之一
。
激光的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质
、
形状
、
尺寸和加工环境的自由度都很大，已成为企业实行适时生产的关键技术，为优质
、
高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景
。
同时，随着激光技术和设备应用的不断突破，激光产品的市场需求快速扩张
。
近几年出现了功率高发展的趋势，在制造业中迎来了很好的发展机遇，也为未来更多制造和再制造领域提供可持续升级的国际前沿技术手段
。
高能量激光自动化已成为未来发展的方向和趋势
。
但目前国内对激光热处理技术的应用还是不够普遍，推广度和民众认知程度也没有达到比较好的标准
。

技术实现思路

[0005]根据上述提出传统工业硅冶炼方法存在电能消耗过大的问题，而提供一种利用激光加热炉冶炼工业硅的方法及激光加热炉，可以显著缩短冶炼时间，降低电能消耗，从而降低工业硅冶炼成本
。
[0006]本专利技术采用的技术手段如下：
[0007]一种利用激光加热炉冶炼工业硅的方法，具体包括以下步骤：
[0008](1)
准备混合均匀的冶炼工业硅的原料；
[0009](2)
将原料加入到激光加热炉中，置于炉膛正中位置，通过激光加热炉的激光器加
热炉料，通过调节激光器的输出功率，保证激光加热炉内的炉料能够在
600
～
1800kW
的加热功率和大于
2000℃
的温度下进行冶炼，冶炼结束后出硅
。
[0010]进一步地，步骤
(2)
中，控制激光器的初始功率为激光器额定功率的
60
～
70
％，待炉料开始熔化及反应后，再增加至额定功率
。
[0011]进一步地，冶炼工业硅的原料包括硅石和石油焦，所述硅石与所述石油焦质量比为
2.3
：1～
2.8
：1；所述硅石的
SiO2含量大于
98
％
、
粒度为
10
～
120mm、
其他杂质总和不大于
1.8
％；所述石油焦灰分小于
0.3
％，粒度为小于
15mm。
[0012]进一步地，冶炼温度为
2000
～
3000℃。
[0013]本专利技术还提供了一种激光加热炉，包括炉体
、
炉料反应器
、
激光器支撑座
、
旋转装置和激光器；
[0014]所述炉料反应器安装于所述炉体内部；所述炉料反应器内部设有用于容纳冶炼用原料的加热空间，底部设置有出硅口；
[0015]所述炉料反应器正上方设置有至少一个发射口朝向所述炉料反应器的所述激光器；所述炉料反应器侧面设置有至少三个发射口朝向所述炉料反应器的所述激光器；
[0016]所述炉体侧壁沿周向开设有环形进光口，位于所述炉料反应器侧面的所述激光器一端位于所述炉体外部并固定安装于所述激光器支撑座，另一端穿过所述环形进光口伸入所述炉体内部；所述激光器支撑座固定安装于所述旋转装置，所述旋转装置用于驱动所述激光器支撑座绕所述炉料反应器旋转
。
[0017]进一步地，所述激光器设置有激光电极，所述激光电极连接至供电装置，所述供电装置用于为所述激光电极供电，使所述激光器发射激光加热所述炉料反应器
。
[0018]进一步地，所述炉体的材质为钢铁材料，所述炉料反应器的材质为复合耐火材料
。
[0019]进一步地，所述炉体内壁与所述炉料反应器之间设置有隔热层，用于防止通过所述激光器对所述炉料反应器进行加热时热量的流失
。
[0020]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0021]本专利技术提供的利用激光加热炉冶炼工业硅的方法及激光加热炉，以硅石和石油焦等为原料，将所述原料混合均匀后加入到激光加热炉中，置于炉膛正中位置，在大于
2000℃
的温度冶炼工业硅，可以显著缩短冶炼时间，降低电能消耗，从而降低工业硅冶炼成本
。
[0022]基于上述理由本专利技术可在工业硅冶炼领域广泛推广
。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种利用激光加热炉冶炼工业硅的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)
准备混合均匀的冶炼工业硅的原料；
(2)
将原料加入到激光加热炉中，置于炉膛正中位置，通过激光加热炉的激光器加热炉料，通过调节激光器的输出功率，保证激光加热炉内的炉料能够在
600
～
1800kW
的加热功率和大于
2000℃
的温度下进行冶炼，冶炼结束后出硅
。2.
根据权利要求1所述的利用激光加热炉冶炼工业硅的方法，其特征在于，步骤
(2)
中，控制激光器的初始功率为激光器额定功率的
60
～
70
％，待炉料开始熔化及反应后，再增加至额定功率
。3.
根据权利要求1所述的利用激光加热炉冶炼工业硅的方法，其特征在于，冶炼工业硅的原料包括硅石和石油焦，所述硅石与所述石油焦质量比为
2.3
：1～
2.8
：1；所述硅石的
SiO2含量大于
98
％
、
粒度为
10
～
120mm、
其他杂质总和不大于
1.8
％；所述石油焦灰分小于
0.3
％，粒度为小于
15mm。4.
根据权利要求1所述的利用激光加热炉...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢飞，廖相巍，常桂华，李广帮，许孟春，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：