RU2301840C2 - Device for cleaning liquid silicon - Google Patents
Device for cleaning liquid silicon Download PDFInfo
- Publication number
- RU2301840C2 RU2301840C2 RU2005128747/02A RU2005128747A RU2301840C2 RU 2301840 C2 RU2301840 C2 RU 2301840C2 RU 2005128747/02 A RU2005128747/02 A RU 2005128747/02A RU 2005128747 A RU2005128747 A RU 2005128747A RU 2301840 C2 RU2301840 C2 RU 2301840C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal
- magnetic field
- channel
- silicon
- cleaning liquid
- Prior art date
Links
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 20
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 36
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 35
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 10
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 abstract description 17
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 3
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- -1 silicon Chemical class 0.000 description 1
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
- Cleaning And De-Greasing Of Metallic Materials By Chemical Methods (AREA)
- Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии, химической технологии, получению металлов высокой чистоты, преимущественно кремния, в частности к устройствам для очистки жидких металлов электропереносом в поперечном магнитном поле.The invention relates to metallurgy, chemical technology, the production of high-purity metals, mainly silicon, in particular to devices for cleaning liquid metals by electric transport in a transverse magnetic field.
Известны устройства [1, 2], в которых имеется канал с электродами, помещенный в поперечное магнитное поле. По каналу протекает постоянный электрический ток. В магнитном поле ток создает поперечные движущие силы, которые приводят к поперечному переносу примесей и удалению их из объема металла. При увеличении длины канала возрастает производительность очистки. Производительность устройств очистки в поперечном магнитном поле в сотни - тысячи раз выше, чем обычный электроперенос. Указанные устройства очистки электропереносом в магнитном поле успешно применяются для получения высокочистых 99,99999% индия и галлия. Однако эти устройства не предназначены для проведения очистки жидких металлов с высокой температурой плавления, в том числе кремния (кремний в жидком состоянии является металлом).Known devices [1, 2], in which there is a channel with electrodes placed in a transverse magnetic field. A constant electric current flows through the channel. In a magnetic field, the current creates transverse driving forces that lead to the transverse transfer of impurities and their removal from the bulk of the metal. As the channel length increases, cleaning performance increases. The performance of the cleaning devices in a transverse magnetic field is hundreds to thousands of times higher than conventional electric transfer. These magnetic field cleaning electrotransfer cleaning devices have been successfully used to produce highly pure 99.99999% indium and gallium. However, these devices are not intended for the purification of liquid metals with a high melting point, including silicon (silicon in the liquid state is a metal).
Известно устройство [3] для очистки жидких металлов, преимущественно кремния, которое содержит нагреваемый объем с емкостями для исходного металла и для очищенного металла, соединенные между собой каналом, магнит для создания магнитного поля в канале. Недостатком данного устройства является наличие специального магнита с системой охлаждения и блоком питания.A device [3] is known for cleaning liquid metals, mainly silicon, which contains a heated volume with containers for the source metal and for the purified metal, interconnected by a channel, a magnet to create a magnetic field in the channel. The disadvantage of this device is the presence of a special magnet with a cooling system and a power supply.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство [4] очистки кремния электропереносом в магнитном поле, которое представляет собой нагреваемый объем с емкостями: для исходного металла, в которую осуществляется подзагрузка, и для очищенного металла, соединенными между собой каналом, помещенным в магнитное поле. Металл прокачивается через канал и вытекает из емкости для очищенного металла в кристаллизатор, где затвердевает. При прокачке металл проходит через область скрещенных электрического и магнитного полей. Электрический ток подводится электродами, расположенными в емкостях. Электроды погружены в жидкий кремний. Очищенный металл попадает в кристаллизатор через выпускное отверстие. Электрические и магнитные поля позволяют удалять примеси из объема кремния.Closest to the claimed invention is a device [4] for cleaning silicon by electric transport in a magnetic field, which is a heated volume with containers: for the starting metal into which the loading is carried out, and for the purified metal, interconnected by a channel placed in a magnetic field. The metal is pumped through the channel and flows from the container for purified metal into the mold, where it hardens. During pumping, the metal passes through the region of crossed electric and magnetic fields. Electric current is supplied by electrodes located in containers. The electrodes are immersed in liquid silicon. The purified metal enters the mold through the outlet. Electric and magnetic fields make it possible to remove impurities from the bulk of silicon.
Однако при высоких температурах имеются трудности в подведении магнитного поля. Чем ближе расположены полюса магнита к каналу, через который пропускают электрический ток и жидкий металл, тем сильнее величина магнитной индукции в зазоре и действующие на примеси силы. С другой стороны, магнитные свойства сердечника из ферромагнитного металла, который нельзя нагревать выше температуры точки Кюри, при этом все ферромагнитные свойства теряются и магнитное поле уменьшается в сотни раз. Поэтому магниты приходится охлаждать водой. Охлаждение магнитов водой приводит к необходимости повышения мощности нагревателя, чтобы металл не закристаллизовался при температуре ниже 1420°С. При работе с жидким кремнием для разогревания канала применяют токи 1500-5000 А и напряжения до 100 В. А охлаждение вызывает необходимость увеличивать ток, то есть мощность трансформатора, величину подводящих медных шин, что увеличивает эксплуатационные расходы на электроэнергию.However, at high temperatures there are difficulties in applying a magnetic field. The closer the magnet poles are to the channel through which electric current and liquid metal are passed, the stronger the magnetic induction in the gap and the forces acting on the impurities. On the other hand, the magnetic properties of the core are made of ferromagnetic metal, which cannot be heated above the temperature of the Curie point, while all ferromagnetic properties are lost and the magnetic field decreases hundreds of times. Therefore, the magnets have to be cooled with water. The cooling of the magnets with water leads to the need to increase the power of the heater so that the metal does not crystallize at temperatures below 1420 ° C. When working with liquid silicon, currents of 1500-5000 A and voltages up to 100 V are used to heat the channel. And cooling makes it necessary to increase the current, that is, the power of the transformer, the amount of supplying copper busbars, which increases operating costs for electricity.
Задача предлагаемого изобретения заключается в обеспечении работоспособности устройства очистки жидких металлов электропереносом в поперечном магнитном поле без наличия специального магнита и блока питания, что делает устройство более экономичным и удобным в работе.The objective of the invention is to ensure the operability of the device for cleaning liquid metals by electric transport in a transverse magnetic field without a special magnet and power supply, which makes the device more economical and convenient to use.
Предлагается:Offered:
1. Устройство для очистки жидкого кремния от примесей электропереносом в магнитном поле, содержащее нагреваемые емкости для исходного металла и очищенного металла с расположенными в них электродами и соединенные между собой нагреваемом каналом, отличающееся тем, что канал выполнен в виде спирали для создания магнитного поля в нем при пропускании тока.1. A device for cleaning liquid silicon from impurities by electric transport in a magnetic field, containing heated containers for the source metal and purified metal with electrodes located in them and interconnected by a heated channel, characterized in that the channel is made in the form of a spiral to create a magnetic field in it when passing current.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что стенки канала выполнены из проводящего материала.2. The device according to claim 1, characterized in that the channel walls are made of conductive material.
Спиральный канала в устройстве для очистки жидких металлов выполняет несколько функций:The spiral channel in the device for cleaning liquid metals performs several functions:
- ограничивает очищаемый жидкий металл в определенной геометрии и обеспечивает протекание жидкого металла;- limits the cleaned liquid metal in a certain geometry and ensures the flow of liquid metal;
- создает возможность получения магнитного поля достаточной величины в соленоиде, которым является канал, выполненный в виде спирали, и одновременно обеспечивает возможность существования скрещенных перпендикулярных электрического и магнитного полей.- creates the possibility of obtaining a magnetic field of sufficient magnitude in the solenoid, which is a channel made in the form of a spiral, and at the same time provides the possibility of the existence of crossed perpendicular electric and magnetic fields.
Поэтому такое устройство:Therefore, such a device:
- является эффективным устройством очистки жидких металлов;- is an effective device for cleaning liquid metals;
- является нагревательным элементом нагреваемого объема, в котором расположены емкости для исходного и очищенного металла;- is a heating element of the heated volume, in which containers for the source and purified metal are located;
- канал может быть выполнен из проводящего материала (углерод, карбид кремния) и являться одновременно электродом, что упрощает конструкцию.- the channel can be made of a conductive material (carbon, silicon carbide) and simultaneously be an electrode, which simplifies the design.
Заявляемое устройство имеет параметры, обеспечивающие плавление и поступление кремния в емкость для исходного металла. Уровень кремния в режиме работы обеспечивает контакт электродов в сообщающихся емкостях с жидким кремнием и протекание тока по каналу с жидким кремнием. Высота расположения выпускного отверстия обеспечивает дальнейшее прохождение очищенного металла после накопления его до некоторого уровня. В системе должно быть некоторое количество металла, обеспечивающего нормальную работу устройства. Магнитное поле в канале создается самим каналом, который является соленоидом. Критерием эффективной работы устройства по очистке жидких металлов (кремния) является наличие достаточной поперечной силы, действующей как на примеси, так и на жидкий металл. Величина поперечной силы [1, 2] на эффективный объем v зависит от произведения плотности тока J на величину магнитного поля ВThe inventive device has parameters that provide melting and the flow of silicon into the tank for the source metal. The silicon level in the operating mode provides contact of the electrodes in communicating containers with liquid silicon and the flow of current through the channel with liquid silicon. The height of the outlet allows further passage of the purified metal after accumulating it to a certain level. The system must have a certain amount of metal, ensuring the normal operation of the device. The magnetic field in the channel is created by the channel itself, which is a solenoid. The criterion for the effective operation of the device for cleaning liquid metals (silicon) is the presence of a sufficient transverse force acting on both impurities and liquid metal. The magnitude of the transverse force [1, 2] by the effective volume v depends on the product of the current density J and the magnitude of the magnetic field B
При величине магнитного поля 0,1 Тл и при плотности тока 25 А/см сила магнитного поля равна по величине силе тяжести, а при больших плотностях тока она может значительно превосходить силу тяжести. Магнитное поле, создаваемое электрическим током I (5000 А), например, в n (20) витках устройства очистки примерно составляет [5]With a magnetic field of 0.1 T and a current density of 25 A / cm, the strength of the magnetic field is equal in magnitude to gravity, and at high current densities it can significantly exceed gravity. The magnetic field generated by the electric current I (5000 A), for example, in n (20) turns of the cleaning device is approximately [5]
где в данном случае μμо=4π/10000000 Гн/м - магнитная постоянная.where in this case μμ о = 4π / 10000000 GN / m is the magnetic constant.
Тогда величина магнитной индукции В составит примерно 0,1 Тл. А для создания эффективного силового воздействия на жидкий металл при больших токах бывает достаточно и 0,01 Тл, то есть достижение результата не вызовет технических сложностей.Then the magnitude of the magnetic induction B will be approximately 0.1 T. And to create an effective force effect on a liquid metal at high currents, 0.01 T is enough, that is, achieving the result will not cause technical difficulties.
Электроды, обеспечивающие прохождение тока, изготовлены из материалов не загрязняющих расплавленный металл. Кристаллизаторы для приема очищенного металла не загрязняют очищенный металл. Кристаллизаторы могут быть охлаждаемыми, иметь специальные покрытия. Кристаллизаторы могут заменяться по мере их наполнения.The electrodes providing the passage of current are made of materials that do not pollute the molten metal. Crystallizers for receiving purified metal do not contaminate the purified metal. Crystallizers can be cooled, have special coatings. Crystallizers can be replaced as they are filled.
Заявляемое устройство для очистки жидких металлов, преимущественно кремния, представлено на чертеже.The inventive device for cleaning liquid metals, mainly silicon, is shown in the drawing.
Устройство для очистки жидких металлов, преимущественно кремния, содержит: 1 - очищаемый металл, 2 - емкость для исходного металла, 3, 4 - электроды, 5 - емкость для очищенного металла, 6 - кристаллизатор для очищенного металла, 7 - канал, выполненный в виде спирали, 8 - нагреваемая соединительная трубка.A device for cleaning liquid metals, mainly silicon, contains: 1 - the metal to be cleaned, 2 - the capacity for the source metal, 3, 4 - the electrodes, 5 - the capacity for the purified metal, 6 - the mold for the purified metal, 7 - a channel made in the form spirals, 8 - heated connecting tube.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Очищаемый кремний 1 поступает в емкость 2 и проходит через канал 7 и соединительную трубку 8 в емкость 5 для очищенного металла. В канале через расплавленный металл проходит электрический ток и создает в нем векторное магнитное поле, направленное вдоль оси соленоида (спирального канала) по правилу буравчика в соответствии с законом Био-Савара-Лапласа. Электрический ток в витках соленоида направлен по направлению спирального канала в направлении перпендикулярном магнитному полю. Векторное произведение электрического тока и магнитного поля создают в жидком металле силу, действующую в перпендикулярном к векторам тока и магнитного поля направлениям по правилу левой руки в соответсвтвии законом Ампера. В это время на примеси действуют силы [1, 2], направленные поперек канала. Примеси выводятся из объема металла и оседают на стенках канала. Таким методом эффективно удаляются микровключения посторонних частиц и примеси металлов.The silicon being cleaned 1 enters the vessel 2 and passes through the channel 7 and the connecting tube 8 into the vessel 5 for purified metal. An electric current passes through the molten metal in the channel and creates a vector magnetic field in it, directed along the axis of the solenoid (spiral channel) according to the gimlet rule in accordance with the Bio-Savard-Laplace law. The electric current in the turns of the solenoid is directed in the direction of the spiral channel in the direction perpendicular to the magnetic field. The vector product of an electric current and a magnetic field creates a force in a liquid metal that acts in the directions perpendicular to the current and magnetic field vectors according to the rule of the left hand in accordance with Ampere's law. At this time, forces [1, 2] directed across the channel act on the impurities. Impurities are removed from the volume of the metal and settle on the walls of the channel. This method effectively removes microinclusions of foreign particles and metal impurities.
Источники информацииInformation sources
1. Трунин Е.Б. Перенос примесей в жидких металлах при протекании тока в поперечном магнитном поле. Высокочистые вещества, 1988, №1, с.77-80.1. Trunin EB The transfer of impurities in liquid metals during the flow of current in a transverse magnetic field. High Purity Substances, 1988, No. 1, pp. 77-80.
2. Трунин Е.Б., Трунина О.Е. Получение индия и галлия высокой чистоты методом электропереноса в магнитном поле. Неорганические материалы, 2003, Т.39, №8, с.798-802.2. Trunin E.B., Trunina O.E. Obtaining high purity indium and gallium by electric field transport in a magnetic field. Inorganic materials, 2003, Vol. 39, No. 8, pp. 798-802.
3. Патент №2245381. Устройство для очистки жидких металлов преимущественно кремния. Карабанов СМ., Трунин Е.Б., Трунина О.Е.3. Patent No. 2245381. A device for cleaning liquid metals, mainly silicon. Karabanov SM., Trunin EB, Trunina O.E.
4. Karabanov S.M., Trunin E.В., Prikhodko V.V. Study of solar-grade silicon production technology by the method of carbothermic reduction. Proceeding of the Seventinth European Photovoltaic Solar Energy Conference. s.77-79. Munich, Germany, 22-26 October 2001.4. Karabanov S.M., Trunin E.V., Prikhodko V.V. Study of solar-grade silicon production technology by the method of carbothermic reduction. Proceeding of the Seventinth European Photovoltaic Solar Energy Conference. s.77-79. Munich, Germany, October 22-26, 2001.
5. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука, 1968 г.5. Yavorsky B.M., Detlaf A.A. Handbook of Physics. M .: Nauka, 1968
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005128747/02A RU2301840C2 (en) | 2005-09-16 | 2005-09-16 | Device for cleaning liquid silicon |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005128747/02A RU2301840C2 (en) | 2005-09-16 | 2005-09-16 | Device for cleaning liquid silicon |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005128747A RU2005128747A (en) | 2007-03-27 |
| RU2301840C2 true RU2301840C2 (en) | 2007-06-27 |
Family
ID=37998765
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005128747/02A RU2301840C2 (en) | 2005-09-16 | 2005-09-16 | Device for cleaning liquid silicon |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2301840C2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1989002415A1 (en) * | 1987-09-15 | 1989-03-23 | Kemanord Industrikemi Ab | Method for the purification of silicon |
| EP0699625A1 (en) * | 1994-09-01 | 1996-03-06 | Elkem A/S | Method for refining silicon |
| RU2245381C1 (en) * | 2003-05-27 | 2005-01-27 | Открытое акционерное общество "Рязанский завод металлокерамических приборов" (ОАО "РЗМКП") | Device for cleaning molten metals, mainly silicon |
-
2005
- 2005-09-16 RU RU2005128747/02A patent/RU2301840C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1989002415A1 (en) * | 1987-09-15 | 1989-03-23 | Kemanord Industrikemi Ab | Method for the purification of silicon |
| EP0699625A1 (en) * | 1994-09-01 | 1996-03-06 | Elkem A/S | Method for refining silicon |
| RU2245381C1 (en) * | 2003-05-27 | 2005-01-27 | Открытое акционерное общество "Рязанский завод металлокерамических приборов" (ОАО "РЗМКП") | Device for cleaning molten metals, mainly silicon |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005128747A (en) | 2007-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20120261262A1 (en) | Purifying Apparatus and Purifying Method | |
| TW201114695A (en) | Desalination system and method | |
| JP7029798B2 (en) | Lithium isotope concentrator and multi-stage lithium isotope concentrator, and lithium isotope enrichment method | |
| CN102459711A (en) | Apparatus and method for reduction of a solid feedstock | |
| AU2003236884A1 (en) | Particle separation | |
| JP2006516480A (en) | Magnetic stirrer cooling | |
| RU2301840C2 (en) | Device for cleaning liquid silicon | |
| CZ354597A3 (en) | Process and apparatus for melting and cleaning aluminium, copper, brass, lead and bronze alloys | |
| FR2475935A1 (en) | METHOD FOR CLEANING MAGNETIC SEPARATOR AND MAGNETIC SEPARATOR | |
| US11357243B2 (en) | System and method for the electromagnetic energizing of packaged content and corresponding device | |
| CN106602839A (en) | Double-fluid power generation device | |
| JP4176971B2 (en) | Magnetic separation method and apparatus | |
| RU2245381C1 (en) | Device for cleaning molten metals, mainly silicon | |
| JP5126973B2 (en) | Glass melting furnace | |
| CN106916959B (en) | The method and apparatus of Electromagnetic heating Solid State Electrotransport Purification of Rare Earth Metals off field | |
| RU2706316C1 (en) | Magnetoelectric dehydrator | |
| JPH0230423A (en) | Machining fluid treatment equipment for electrical discharge machines | |
| CN101845639A (en) | Continuous operation small-size electrolytic reduction cell | |
| JP2008174423A (en) | Directional solidification of metal | |
| RU2224725C1 (en) | Method to produce one-phase vitreous material of a substance of a non-stoichiometric composition | |
| RU2272788C1 (en) | Device for magnetic treatment of liquids | |
| RU2733768C2 (en) | Device for copper refining by electrolysis of electrolyte and method for copper refining by electrolysis | |
| EP2391746B1 (en) | Enhancement of aluminum tapping by application of targeted electromagnetic field | |
| CN118105840A (en) | Conductive hollow fiber membrane and magnetic vibration system thereof | |
| JP2000074568A (en) | Vacuum flotation melting equipment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070917 |