RU2565198C1 - Purification of industrial silicon - Google Patents
Purification of industrial silicon Download PDFInfo
- Publication number
- RU2565198C1 RU2565198C1 RU2014147958/05A RU2014147958A RU2565198C1 RU 2565198 C1 RU2565198 C1 RU 2565198C1 RU 2014147958/05 A RU2014147958/05 A RU 2014147958/05A RU 2014147958 A RU2014147958 A RU 2014147958A RU 2565198 C1 RU2565198 C1 RU 2565198C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon
- iron content
- teeming
- impurities
- casting
- Prior art date
Links
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению металлов и сплавов в руднотермических электропечах, и может быть использовано в производстве технического кремния.The invention relates to the field of metallurgy, and in particular to the production of metals and alloys in ore-thermal electric furnaces, and can be used in the production of technical silicon.
Известен способ получения технического кремния, включающий в себя дозирование кварца или кварцита, углеродистых восстановителей, загрузку их в электрическую печь, карботермическое восстановление кремния, выпуск расплава из печи и окислительное рафинирование (очистка) от примесей (алюминия, кальция) и разливку кремний на слитки (Елкин К.С., Зельберг Б.И. и др. Производство кремния. Справочник металлурга. СПб.: МАНЭБ, 2013, 364 с.).A known method for producing technical silicon, including dosing of quartz or quartzite, carbon reducing agents, loading them into an electric furnace, carbothermic reduction of silicon, discharge of the melt from the furnace and oxidative refining (purification) of impurities (aluminum, calcium) and casting silicon onto ingots ( Elkin K.S., Zelberg B.I. et al. Silicon Production. Metallurgist Handbook. St. Petersburg: MANEB, 2013, 364 pp.).
В процессе производства технического кремния часть оксидов металлов (железа, алюминия, кальция), вносимых кварцитом и золой восстановителей, восстанавливается и переходит в расплав. Наличие в расплаве кремния посторонних металлов ухудшает его качество и потребительские свойства. Такие металлы, как алюминий и кальций, удаляются из расплава при окислительном рафинировании, но менее активные металлы, такие как железо, титан, окислительным рафинированием не удаляются.In the process of production of industrial silicon, part of the metal oxides (iron, aluminum, calcium) introduced by quartzite and ashes of reducing agents is reduced and transferred to the melt. The presence of foreign metals in the silicon melt impairs its quality and consumer properties. Metals such as aluminum and calcium are removed from the melt by oxidative refining, but less active metals such as iron and titanium are not removed by oxidative refining.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ вакуумной очистки кремния, известный из заявки US 2007077191 A1, опубл. 05.04.2007.The closest analogue to the present invention is a method of vacuum cleaning silicon, known from the application US 2007077191 A1, publ. 04/05/2007.
Способ включает расплавление шихты в тигле с использованием электронно-лучевого нагрева и выдержку расплава для удаления примесей, при этом процесс осуществляют в три стадии. На первой стадии в вакуумную камеру вводят окислители, например пары воды, для удаления примесей, упругость паров которых ниже упругости паров кремния. В результате эти примеси образуют соединения с высокой упругостью паров, удаляемые на этом этапе процесса. Затем в глубоком вакууме удаляют примеси, имеющие упругость паров выше, чем упругость паров кремния, а на третьей стадии проводят направленную кристаллизацию расплава для оттеснения примесей, например металлов, в последнюю часть кристаллизуемого объема, которую затем удаляют.The method includes melting the charge in a crucible using electron beam heating and holding the melt to remove impurities, the process being carried out in three stages. At the first stage, oxidizing agents, such as water vapor, are introduced into the vacuum chamber to remove impurities whose vapor pressure is lower than the silicon vapor pressure. As a result, these impurities form compounds with high vapor pressure, which are removed at this stage of the process. Then, in a high vacuum, impurities having a vapor pressure higher than the silicon vapor pressure are removed, and in the third stage, directed melt crystallization is carried out to push the impurities, for example metals, into the last part of the crystallized volume, which is then removed.
Недостатком данного способа являются высокие энергозатраты на проведение процесса очистки кремния от примесей.The disadvantage of this method is the high energy consumption for the process of purification of silicon from impurities.
В основу изобретения положена задача повышения качества кремния.The basis of the invention is the task of improving the quality of silicon.
При этом техническим результатом является получения кремния с содержанием железа менее 0,20 мас. %.In this case, the technical result is the production of silicon with an iron content of less than 0.20 wt. %
Технический результат достигается за счет того, что в способе, включающем расплавление шихты в тигле, разливку кремния и направленную кристаллизацию расплава для оттеснения примесей, перед разливкой кремния определяют содержание в нем железа, а разливку и кристаллизацию кремния ведут в предварительно прогретых наклонных изложницах, угол наклона которых относительно горизонта в интервале 0-90° определяют по формуле:The technical result is achieved due to the fact that in a method including melting a charge in a crucible, casting silicon and directing crystallization of a melt to displace impurities, the iron content is determined before casting silicon, and casting and crystallization of silicon are carried out in preheated inclined molds, the angle of inclination which relative to the horizon in the range of 0-90 ° is determined by the formula:
Φ=400·Fe,Φ = 400 Fe
где:Where:
Φ - угол наклона изложницы, град.;Φ - the angle of the mold, deg .;
Fe - содержание железа в кремнии перед разливкой, мас. %.Fe is the iron content in silicon before casting, wt. %
Для увеличения выхода кремния с минимальным содержанием железа, изложницы перед разливкой кремния прогревают до температуры 400-600°C.To increase the yield of silicon with a minimum iron content, the molds are heated to a temperature of 400-600 ° C before casting silicon.
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
В собранную из огнеупорных блоков изложницу после завершения процесса рафинирования и определения содержания железа заливают жидкий кремний, по окончании кристаллизации слиток извлекают из изложницы, определяют содержание железа по высоте слитка и сортируют по маркам.After the refining process and determination of the iron content are completed, molten silicon is poured into the mold assembled from refractory blocks, after the crystallization is completed, the ingot is removed from the mold, the iron content is determined by the height of the ingot and sorted by grade.
Для предотвращения получения кремния с высоким содержанием железа в кремнии, более 0,5 мас. %, за счет ликвации в слитке, изменяли величину столба жидкого кремния в изложнице за счет наклона изложницы. Угол наклона определяли по формуле:To prevent the production of silicon with a high iron content in silicon, more than 0.5 wt. %, due to segregation in the ingot, the size of the column of liquid silicon in the mold was changed due to the inclination of the mold. The angle of inclination was determined by the formula:
Ф=к·Fe, где:Ф = к · Fe, where:
Ф - угол наклона изложницы, град.;F - the angle of the mold, deg .;
к=400 - коэффициент пропорциональности, определенный статистическими методами;k = 400 - proportionality coefficient determined by statistical methods;
Fe - содержание железа в кремнии перед разливкой, мас. %.Fe is the iron content in silicon before casting, wt. %
Полученные результаты разливки кремния в наклонные изложницы приведены в таблице 1.The results of casting silicon into inclined molds are shown in table 1.
Для увеличения выхода целевой марки кремния с минимальным содержанием железа предварительно перед разливкой кремния изложницы прогревали. Результаты испытаний представлены в таблице 2.To increase the yield of the target grade of silicon with a minimum iron content, molds were preheated before casting silicon. The test results are presented in table 2.
При прогреве изложницы ниже 400°C наблюдается незначительное увеличение количества кремния марки до 0,20 мас. % железа, при прогреве выше 400°C выход кремния высшей марки увеличивается. Оптимальной температурой прогрева изложницы перед разливкой является температура 400-600°C, что соответствует максимальному получению марки кремния с минимальным содержанием железа. При температуре больше 600°C стальное обрамление футеровки изложниц теряет прочность, что приводит к выходу изложницы из строя.When the mold is heated below 400 ° C, there is a slight increase in the amount of silicon grade up to 0.20 wt. % iron, when heated above 400 ° C, the yield of silicon of the highest grade increases. The optimum temperature for heating the mold before casting is a temperature of 400-600 ° C, which corresponds to the maximum production of a grade of silicon with a minimum iron content. At temperatures above 600 ° C, the steel frame of the mold lining loses its strength, which leads to mold failure.
Claims (1)
Ф=400·Fe, где:
Ф - угол наклона изложницы, град.;
Fe - содержание железа в кремнии перед разливкой, мас. %. The method of purification of technical silicon, including melting the charge in a crucible, casting silicon and directional crystallization of the melt to displace impurities, characterized in that before the casting of silicon, the iron content is determined, and the casting and crystallization of silicon are carried out in preheated to a temperature of 400-600 ° C inclined molds, the angle of inclination of which relative to the horizon in the range of 0-90 ° is determined by the formula:
Ф = 400 · Fe, where:
F - the angle of the mold, deg .;
Fe is the iron content in silicon before casting, wt. %
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014147958/05A RU2565198C1 (en) | 2014-11-27 | 2014-11-27 | Purification of industrial silicon |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014147958/05A RU2565198C1 (en) | 2014-11-27 | 2014-11-27 | Purification of industrial silicon |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2565198C1 true RU2565198C1 (en) | 2015-10-20 |
Family
ID=54327081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014147958/05A RU2565198C1 (en) | 2014-11-27 | 2014-11-27 | Purification of industrial silicon |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2565198C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU195618U1 (en) * | 2019-08-06 | 2020-02-03 | Константин Сергеевич Ёлкин | SILICON FILLING STONE |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2127707C1 (en) * | 1997-12-03 | 1999-03-20 | Открытое акционерное общество "Братский алюминиевый завод" | Method of smelting silicon and its alloys |
| RU2159213C2 (en) * | 1999-02-25 | 2000-11-20 | Абдюханов Мансур Абдрахманович | Method of silicon purification and device for its embodiment |
| RU2415080C2 (en) * | 2008-12-30 | 2011-03-27 | Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) | Method and apparatus for purifying silicon |
-
2014
- 2014-11-27 RU RU2014147958/05A patent/RU2565198C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2127707C1 (en) * | 1997-12-03 | 1999-03-20 | Открытое акционерное общество "Братский алюминиевый завод" | Method of smelting silicon and its alloys |
| RU2159213C2 (en) * | 1999-02-25 | 2000-11-20 | Абдюханов Мансур Абдрахманович | Method of silicon purification and device for its embodiment |
| RU2415080C2 (en) * | 2008-12-30 | 2011-03-27 | Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) | Method and apparatus for purifying silicon |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU195618U1 (en) * | 2019-08-06 | 2020-02-03 | Константин Сергеевич Ёлкин | SILICON FILLING STONE |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6896623B2 (en) | A process for producing a low nitrogen, substantially nitride-free chromium and chromium and niobium-containing nickel-based alloy, and the resulting chromium and nickel-based alloy. | |
| CN107267788B (en) | A method for preparing high-purity nickel-based superalloys by combining electron beam refining and cold source gettering | |
| TWI385284B (en) | Method for refining silicon | |
| CN109680120A (en) | The control method of steel ingot total oxygen content in a kind of esr process | |
| CN102051492B (en) | Method for removing iron impurity from magnesium alloy by using Al-B intermediate alloy | |
| CN106282750B (en) | A kind of method for improving carbide in electroslag remelting mould steel | |
| RU2015143322A (en) | METHOD FOR PRODUCING HEAT-RESISTANT ALLOY ON THE BASIS OF NIOBIUM | |
| RU2565198C1 (en) | Purification of industrial silicon | |
| CN101418365B (en) | Magnesia-alumina-ferroalloy preparation method | |
| CN102517458B (en) | Method for removing Fe impurity in magnesium or magnesium alloys by adopting Mg-Zr intermediate alloy | |
| RU2360014C2 (en) | Vacuum arc-refining skull furnace | |
| KR102283343B1 (en) | Slag for electro slag remelting and the method for preparing ingot using the same | |
| RU2137857C1 (en) | Method of preparing pure niobium | |
| RU2635157C1 (en) | Method of technical silicon cleaning | |
| US7753986B2 (en) | Titanium processing with electric induction energy | |
| JP4209964B2 (en) | Method for melting and casting metal vanadium and / or metal vanadium alloy | |
| RU2270264C1 (en) | Vacuum arc furnace with a heat accumulator | |
| JP7385486B2 (en) | Manufacturing method of titanium sponge | |
| RU2649423C1 (en) | Method for technical silicon melting | |
| RU2557438C1 (en) | Chrome-based heat resisting alloy and method of smelting of chrome-based alloy | |
| CN110484742A (en) | A kind of method that electron-beam smelting High Purity prepares Fe-W intermediate alloy | |
| RU2770807C1 (en) | Method for producing blanks from low-alloy copper-based alloys | |
| JP6544638B2 (en) | Method of manufacturing Ti-containing maraging steel and method of manufacturing preform thereof | |
| KR20150076424A (en) | Method for producing high purity ferrosilicon | |
| KR101568026B1 (en) | Agent for reducing oxide of magnesium, magnesium thermal reducing apparatus using the agent and magnesium manufacturing method using the agent |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181128 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20210903 |