[go: up one dir, main page]

RU2565198C1 - Purification of industrial silicon - Google Patents

Purification of industrial silicon Download PDF

Info

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
Application number
RU2014147958/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Константинович Ёлкин
Сергей Валентинович Кошкин
Сергей Иванович Голосеев
Михаил Владиславович Пеганов
Дмитрий Викторович Дресвянский
Антон Алексеевич Молявко
Константин Сергеевич Ёлкин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр"
Priority to RU2014147958/05A priority Critical patent/RU2565198C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2565198C1 publication Critical patent/RU2565198C1/en

Links

Landscapes

  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: removal of impurities from industrial silicon, in particular, of iron comprises fusing the charge in the crucible, silicon teeming and melt crystallization for pushing off of impurities. Prior to teeming iron content in silicon is defined. Teeming and crystallization are performed in inclined crucibles preheated to 400-600°C. The inclination angle of said crucibles relative to horizon in the range of 0-90 degrees is defined by the formula Φ = 400·Fe, where Φ is said inclination angle, degrees, Fe is iron content in silicon before teeming, wt %. Invention allows the production of silicon with iron content lower than 0.20 wt %.
EFFECT: higher purification degree.
2 tbl

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.

Figure 00000001
Figure 00000001

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.

Figure 00000002
Figure 00000002

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)

Способ очистки технического кремния, включающий расплавление шихты в тигле, разливку кремния и направленную кристаллизацию расплава для оттеснения примесей, отличающийся тем, что перед разливкой кремния определяют содержание в нем железа, а разливку и кристаллизацию кремния ведут в предварительно прогретых до температуры 400-600°C наклонных изложницах, угол наклона которых относительно горизонта в интервале 0-90° определяют по формуле:
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. %
RU2014147958/05A 2014-11-27 2014-11-27 Purification of industrial silicon RU2565198C1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU195618U1 (en) * 2019-08-06 2020-02-03 Константин Сергеевич Ёлкин SILICON FILLING STONE

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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