RU2085324C1 - Silicon pouring ingot mold - Google Patents

Silicon pouring ingot mold Download PDF

Info

Publication number
RU2085324C1
RU2085324C1 RU95105903A RU95105903A RU2085324C1 RU 2085324 C1 RU2085324 C1 RU 2085324C1 RU 95105903 A RU95105903 A RU 95105903A RU 95105903 A RU95105903 A RU 95105903A RU 2085324 C1 RU2085324 C1 RU 2085324C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lining
silicon
mold
stepped
binder
Prior art date
Application number
RU95105903A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU95105903A (en
Inventor
В.Э. Лисай
А.Н. Маленьких
В.Н. Ильин
П.П. Лукьянов
Д.К. Елкин
В.А. Васильев
А.П. Оскольских
Б.П. Куликов
Original Assignee
Акционерное общество открытого типа "Братский алюминиевый завод"
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 Акционерное общество открытого типа "Братский алюминиевый завод" filed Critical Акционерное общество открытого типа "Братский алюминиевый завод"
Priority to RU95105903A priority Critical patent/RU2085324C1/en
Publication of RU95105903A publication Critical patent/RU95105903A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2085324C1 publication Critical patent/RU2085324C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: metallurgy, in particular, thermoelectric production of crystalline silicon. SUBSTANCE: ingot mold has metal housing with peripheral stepped lining extending on longitudinal sides of ingot mold from bottom to top of longitudinal walls. Lining is made from material having low silicon melt wettability and providing high chemical resistance of this part of lining. Additional stepped metal walls are mounted within metal housing to define closed spaces between metal walls and metal housing. These walls are adapted to carry peripheral lining masonry. Closed spaces are filled with powdered heat-insulating material, such as diatomite, pearlite etc. Stepped peripheral lining is fabricated from fireclay brick impregnated with compound containing, % by weight: coal dust 5-15; ground silicon 10-30; binder, such as chromo-aluminaphosphate binder. Service life of ingot mold is increased by 1.2 times. Specific consumption of coal product is reduced by 50%. EFFECT: increased efficiency, prolonged service life and improved quality of silicon. 9 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к электротермическому производству кристаллического кремния и может быть использовано при разливке кремния в изложницы. The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the electrothermal production of crystalline silicon and can be used in the casting of silicon into molds.

Известна изложница из чугуна (см. Л. С. Кохан и др. Механическое оборудование заводов цветной металлургии, М. "Металлургия", 1988, ч. 2, с. 256). A well-known mold of cast iron (see L. S. Kokhan and others. Mechanical equipment of non-ferrous metallurgy plants, M. "Metallurgy", 1988, part 2, p. 256).

Недостатком данной изложницы является ее низкий срок службы из-за низкой химической стойкости чугуна по отношению к расплаву кремния, а также невысокое качество разливаемого кремния от засорения его примесью железа. Эти недостатки в меньше степени проявляются при нанесении защитных покрытий, но срок службы изложницы все-таки остается невысоким. Кроме того, малая емкость таких изложниц отрицательно сказывается на ведении технологии производства кремния, т.к. при этом требуется более частный выпуск кремния из руднотермической печи. The disadvantage of this mold is its low life due to the low chemical resistance of cast iron with respect to the molten silicon, as well as the low quality of the cast silicon from clogging it with an admixture of iron. These disadvantages are less evident when applying protective coatings, but the life of the mold still remains low. In addition, the small capacity of such molds adversely affects the conduct of silicon production technology, because this requires a more private release of silicon from the ore-thermal furnace.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является изложница, включающая металлический кожух и футеровку его днища и боковых стенок (скосов) из угольных плит (Технологическая Инструкция АООТ "БрАЗ" 25204.00001 "Электротермическое производство кристаллического кремния", 1993, с.30-31, п. 5.3.8.2). The closest in technical essence and the achieved result to the invention is a mold, including a metal casing and lining of its bottom and side walls (bevels) of coal plates (Technological Instruction BrOO OJSC 25204.00001 "Electrothermal production of crystalline silicon", 1993, p.30- 31, clause 5.3.8.2).

Использование таких изложниц позволяет разливать кремний за один выпуск из печи в значительных объемах, что способствует поддержанию технологического режима плавки при оптимальных параметрах. The use of such molds allows to pour silicon in a single volume from the furnace in significant volumes, which helps to maintain the technological mode of smelting at optimal parameters.

Недостатком известной изложницы является недостаточно высокий срок футеровки из-за того, что подсыпка из мелочи кремния, наносимая перед заливкой расплава (используется для отбора тепла от заливаемого расплава в результате подплавления данной подсыпки) покрывает лишь горизонтальную часть подины, а на плоских скосах она не удерживается, в результате чего происходит преждевременный износ футеровки в этой части изложницы. Усугубляется разрушающее действие высоким перепадом температур центра и периферии футеровки из-за слабой тепловой изоляции по бортам изложницы, что приводит к трещинообразованию в футеровке. A disadvantage of the known mold is the insufficiently long lining time due to the fact that the silicon fill, applied before pouring the melt (used to take heat from the melt to be poured as a result of melting this fill) covers only the horizontal part of the hearth, but it does not hold on flat bevels resulting in premature wear of the lining in this part of the mold. The destructive effect is aggravated by the high temperature difference of the center and periphery of the lining due to poor thermal insulation along the sides of the mold, which leads to cracking in the lining.

Целью изобретения является увеличение срока службы футеровки изложницы за счет снижения температуры ее после заливки расплава, уменьшения перепада температур центра и периферии футеровки и повышения стойкости последней от воздействия расплава с одновременным понижением смачиваемости футеровки этим расплавом. The aim of the invention is to increase the service life of the lining of the mold by reducing its temperature after pouring the melt, reducing the temperature difference of the center and periphery of the lining and increasing the resistance of the latter from the influence of the melt while reducing the wettability of the lining by this melt.

На чертеже изображена изложница для разливки кремния, разрез. The drawing shows a mold for casting silicon, section.

Изложница состоит из металлического кожуха 1, который может быть разборного типа, шамотного цоколя 2, подовой футеровки 3 из угольных блоков, ступенчатообразной футеровки 4, выложенной из шамотного кирпича, пропитанного составом 5, обеспечивающим низкую смачиваемость и высокую химическую стойкость по отношению к расплаву кремния, металлических ступенчатообразных перегородок 6, засыпки 7 из теплоизоляционного порошкообразного материала (диатомит, перлит и т.п.). Перед заливкой кремния на поверхность подины 3 и ступенчатообразной футеровки 4 нанесен слой подсыпки 3 из мелочи кремния. The mold consists of a metal casing 1, which can be of a collapsible type, a fireclay base 2, a hearth lining 3 of coal blocks, a step-like lining 4, made of fireclay brick impregnated with composition 5, which provides low wettability and high chemical resistance to molten silicon, metal step-like partitions 6, backfill 7 from heat-insulating powdery material (diatomite, perlite, etc.). Before pouring silicon on the surface of the hearth 3 and the stepped lining 4, a layer of bedding 3 made of silicon fines is applied.

В процессе разливки кремния после выпуска его из руднотермической печи типа РКО-25КрИ с температурой 1600-1700oC расплав контактирует с подсыпкой из мелочи кремния, далее с поверхностью футеровки и кристаллизуется по мере его охлаждения. Поскольку конструкция изложницы обеспечивает создание слоя подсыпки из мелочи кремния по всей контактирующей с расплавом поверхности футеровки, то отбор тепла от расплава увеличивается, в результате чего термический удар на футеровку уменьшается, что ведет к уменьшению износа футеровки от скалывания верхних слоев футеровки.In the process of casting silicon after it is discharged from an ore-thermal furnace of the RKO-25KrI type with a temperature of 1600-1700 o C, the melt comes into contact with a bed of silicon fines, then with the surface of the lining and crystallizes as it cools. Since the design of the mold provides the creation of a layer of silicon fills over the entire surface of the lining that is in contact with the melt, heat transfer from the melt increases, as a result of which the thermal impact on the lining is reduced, which leads to a decrease in the wear of the lining from chipping of the upper layers of the lining.

Выполнение периферийной футеровки по продольным сторонам изложницы от подины до верха продольных стенок металлического кожуха в виде ступенек и в заданных размерах позволяет осуществить подсыпку из мелочи кремния не только на центральную часть подины, но и на наклонную периферийную футеровку, что расширяет зону контактирования заливаемого расплава с подсыпкой, в результате чего температура расплавленного кремния на границе расплав-футеровка снижается, что ведет к уменьшению износа футеровки изложницы. Peripheral lining along the longitudinal sides of the mold from the bottom to the top of the longitudinal walls of the metal casing in the form of steps and in the given sizes allows the addition of silicon fines not only to the central part of the hearth, but also to the inclined peripheral lining, which expands the contact zone of the molten melt with the bed As a result, the temperature of molten silicon at the melt-lining boundary decreases, which leads to a decrease in wear of the mold lining.

Наличие пространств, образованных при помощи дополнительных металлических перегородок и заполненных порошкообразным огнеупорным теплоизоляционным материалом, например диатомитом, перлитом и т.п. способствует снижению перепада температур центра и периферии футеровки, что ведет к уменьшению трещинообразования в футеровке. Указанные перегородки одновременно способствуют упрощению и облегчению монтажа ступенчатообразной периферийной футеровки. The presence of spaces formed by additional metal partitions and filled with powdery refractory heat-insulating material, such as diatomite, perlite, etc. helps to reduce the temperature difference of the center and periphery of the lining, which leads to a decrease in crack formation in the lining. These partitions at the same time contribute to the simplification and facilitation of the installation of a stepped peripheral lining.

Пропитка шамотного кирпича, из которого выполнена ступенчатообразная футеровка, составом, содержащим угольную пыль, измельченный кремний (являются отходами производства соответственно алюминия и кремния) и связующее, например АХФС в заданных соотношениях, обеспечивает повышение химической стойкости и снижение смачиваемости периферийной футеровки расплавом, что снижает износ поверхности последней. Пылевидное и измельченное состояние соответственно углерода и кремния позволяет эффективно осуществить процесс пропитки шамотного кирпича, используемого для кладки периферийно ступенчатообразной футеровки. Impregnation of fireclay brick, of which the stepped lining is made, with a composition containing coal dust, crushed silicon (waste products of aluminum and silicon, respectively) and a binder, for example, AXPS in predetermined proportions, increase the chemical resistance and decrease the wettability of the peripheral lining by melt, which reduces wear surface of the latter. The dust-like and ground state of carbon and silicon, respectively, makes it possible to effectively carry out the process of impregnating fireclay bricks, used for laying a peripherally stepped lining.

Выбранные условия лимитируются следующими факторами:
уменьшение толщины ступенчатообразной футеровки менее 1,1 толщины подовой футеровки 3 ведет к уменьшению механической прочности футеровки, а увеличение более 1,2 снижает периферийную теплоизоляцию, что приводит к увеличению перепада температур центра и периферии футеровки;
уменьшение ширины в ступенчатообразной футеровки менее 0,2 ширины изложницы ведет к снижению теплоизоляции периферии футеровки, а увеличение более 0,3 ведет к чрезмерному уменьшению емкости изложницы;
уменьшение содержания угольной пыли менее 5 мас. или из мельченного кремния менее 10 мас. ведет к повышению смачиваемости и за счет этого - приварке слитка к поверхности периферийной футеровки, а увеличение соответственно более 15 мас. или 30 мас. снижает степень пропитки шамотного кирпича (за счет снижения жидкотекучести пропиточного состава), а значит, и химстойкость периферийной футеровки.
The selected conditions are limited by the following factors:
a decrease in the thickness of the stepped lining less than 1.1 of the thickness of the hearth lining 3 leads to a decrease in the mechanical strength of the lining, and an increase of more than 1.2 reduces the peripheral thermal insulation, which leads to an increase in the temperature difference between the center and periphery of the lining;
a decrease in the width in the stepped lining of less than 0.2 of the mold width leads to a decrease in the thermal insulation of the periphery of the lining, and an increase of more than 0.3 leads to an excessive decrease in the mold capacity;
coal dust reduction of less than 5 wt. or from crushed silicon less than 10 wt. leads to an increase in wettability and due to this - welding of the ingot to the surface of the peripheral lining, and the increase, respectively, more than 15 wt. or 30 wt. reduces the degree of impregnation of fireclay bricks (by reducing the fluidity of the impregnating composition), and hence the chemical resistance of the peripheral lining.

Перед заливкой кремния в изложнице установлены термопары для определения перепада температур в центре и периферии футеровки. После удаления слитка и охлаждения изложницы фиксируют состояние футеровки (скалывание верхних слоев и трещинообразование). С целью определения срока службы футеровки фиксируют число заливок кремния в изложницы. Before pouring silicon, thermocouples are installed in the mold to determine the temperature difference in the center and periphery of the lining. After removing the ingot and cooling the molds, the condition of the lining is fixed (chipping of the upper layers and cracking). In order to determine the service life of the lining, the number of silicon fillings in the molds is fixed.

Реализация исполнения предложенной изложницы осуществляется следующим образом. The implementation of the proposed mold is as follows.

Пример 1
На днище металлического кожуха шириной 1350 мм и длиной 2650 мм - уложен цоколь из одного ряда шамотного кирпича, на котором по центру уложены угольные блоки толщиной 200 мм и длиной 810 мм. Внутри металлического кожуха по продольным сторонам от низа подины до верха продольных стенок металлического кожуха выполнены ступенчатообразные металлические перегородки, образующие между ними и кожухом пространства, которые через отверстия на горизонтальных площадках ступеней заполнены порошкообразным теплоизоляционным материалом, например диатомитом. На металлических перегородках, имеющих ступени, выложена ступенчатообразная футеровка из шамотного кирпича, предварительно пропитанного составом, придающим футеровке низкую смачиваемость и высокую химическую стойкость по отношению к расплавленному кремнию.
Example 1
On the bottom of a metal casing with a width of 1350 mm and a length of 2650 mm - a basement of one row of fireclay bricks is laid, on which coal blocks 200 mm thick and 810 mm long are laid in the center. Inside the metal casing along the longitudinal sides from the bottom of the bottom to the top of the longitudinal walls of the metal casing, step-shaped metal partitions are made, forming spaces between them and the casing, which are filled with powdery heat-insulating material, for example diatomite, through the openings on the horizontal stages of the steps. On metal partitions having steps, a step-like lining of chamotte brick is laid out, pre-impregnated with a composition that gives the lining low wettability and high chemical resistance to molten silicon.

Ширина ступенчатообразной футеровки составляет 270 мм или 0,2 ширины изложницы. The width of the stepped lining is 270 mm or 0.2 of the mold width.

Толщина ступенчатообразной футеровки составляет 220 мм или 1,1 толщины подины. The thickness of the stepped lining is 220 mm or 1.1 the thickness of the hearth.

Состав для пропитки шамотного кирпича содержит, мас. The composition for impregnating fireclay bricks contains, by weight.

Угольную пыль 5
Кремний измельченный 10
АХФС 85
В примерах 2 и 3 изложница смонтирована и испытана аналогично примеру 1 при следующих параметрах.
Coal dust 5
Crushed silicon 10
AHFS 85
In examples 2 and 3, the mold is mounted and tested analogously to example 1 with the following parameters.

Пример 2
1. Ширина ступенчатообразной футеровки 350 мм или 0,26 ширины изложницы.
Example 2
1. The width of the stepped lining is 350 mm or 0.26 of the width of the mold.

2. Толщина ступенчатообразной футеровки 230 мм или 1,15 толщины подины. 2. The thickness of the stepped lining is 230 mm or 1.15 of the thickness of the hearth.

3. Состав для пропитки содержит, мас. 3. The composition for impregnation contains, by weight.

Угольную пыль 10
Кремний измельченный 20
АХФС 70
Пример 3
1. Ширина ступенчатообразной футеровки 405 мм или 0,3 ширины изложницы.
Coal dust 10
Crushed Silicon 20
AHFS 70
Example 3
1. The width of the stepped lining is 405 mm or 0.3 of the width of the mold.

2. Толщина ступенчатообразной футеровки 240 мм или 1,2 толщины подины
3. Состав для пропитки содержит, мас.
2. The thickness of the stepped lining is 240 mm or 1.2 the thickness of the bottom
3. The composition for impregnation contains, by weight.

Угольную пыль 20
Кремний измельченный 30
АХФС 50
В примерах 4-11 изложница смонтирована и испытана аналогично примерам 1-3 за пределами заявленных интервалов.
Coal dust 20
Crushed silicon 30
AHFS 50
In examples 4-11, the mold is mounted and tested similarly to examples 1-3 outside the declared intervals.

Выполнена и испытана изложница по известному решению. The mold has been completed and tested by a well-known solution.

Результаты испытаний приведены в таблице. The test results are shown in the table.

Из данных таблицы видно, что использование изложницы для разливки кремния (по примерам 1-3) обеспечивает сохранение целостности футеровки изложницы на более длительный срок за счет снижения температуры футеровки после заливки расплавленного кремния в изложницу, уменьшения перепада температур центра и периферии футеровки, снижения смачиваемости и повышения химической стойкости последней по отношению к расплавленному кремнию, что способствует снижению степени износа футеровки и уменьшению трещинообразования в ней. Срок службы футеровки увеличивается в 1,2 раза. Расход огнеупорных материалов на одну тонну разливаемого кремния уменьшается на 20% Удельный расход дорогостоящей и дефицитной угольной продукции сокращается на 50% The table shows that the use of the mold for casting silicon (according to examples 1-3) ensures the integrity of the lining of the mold for a longer period by lowering the temperature of the lining after pouring molten silicon into the mold, reducing the temperature difference between the center and periphery of the lining, and reducing wettability increase the chemical resistance of the latter with respect to molten silicon, which helps to reduce the degree of wear of the lining and to reduce cracking in it. The service life of the lining is increased by 1.2 times. The consumption of refractory materials per ton of cast silicon is reduced by 20%. The specific consumption of expensive and scarce coal products is reduced by 50%

Claims (8)

1. Изложница для разливки кремния, включающая металлический кожух и футеровку из огнеупоров, отличающаяся тем, что периферийная футеровка по продольным сторонам изложницы от подины до верха продольных стенок металлического кожуха выполнена ступенчатообразной. 1. The mold for casting silicon, comprising a metal casing and a lining of refractories, characterized in that the peripheral lining along the longitudinal sides of the mold from the bottom to the top of the longitudinal walls of the metal casing is made stepwise. 2. Изложница по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена ступенчатообразными перегородками, расположенными внутри металлического кожуха для образования между ними и кожухом замкнутых полостей и несущими на себе кладку периферийной футеровки. 2. The mold according to claim 1, characterized in that it is equipped with step-like partitions located inside the metal casing for the formation of closed cavities between them and the casing and bearing the masonry of the peripheral lining. 3. Изложница по п.1, отличающаяся тем, что замкнутые полости заполнены порошкообразным огнеупорным теплоизоляционным материалом. 3. The mold according to claim 1, characterized in that the closed cavity is filled with a powdery refractory heat-insulating material. 4. Изложница по п.3, отличающаяся тем, что замкнутые полости заполнены диатомитом. 4. The mold according to claim 3, characterized in that the closed cavity is filled with diatomaceous earth. 5. Изложница по п.3, отличающаяся тем, что замкнутые полости заполнены перлитом. 5. The mold according to claim 3, characterized in that the closed cavity is filled with perlite. 6. Изложница по п.3, отличающаяся тем, что замкнутые полости заполнены смесью диатомита и перлита. 6. The mold according to claim 3, characterized in that the closed cavity is filled with a mixture of diatomite and perlite. 7. Изложница по п.1, отличающаяся тем, что ступенчатообразная футеровка выполнена толщиной 1,1 1,2 толщины подовой футеровки и шириной 0,2 0,3 ширины изложницы. 7. The mold according to claim 1, characterized in that the stepped lining is made with a thickness of 1.1 to 1.2 the thickness of the hearth lining and a width of 0.2 to 0.3 the width of the mold. 8. Изложница по п.1, отличающаяся тем, что ступенчатообразная футеровка выполнена из шамотного кирпича, пропитанного составом, содержащим угольную пыль, измельченный кремний и связующее при следующем соотношении, мас. 8. The mold according to claim 1, characterized in that the stepped lining is made of fireclay bricks, impregnated with a composition containing coal dust, crushed silicon and a binder in the following ratio, wt. Угольная пыль 5 15
Кремний измельченный 10 30
Связующее Остальное
9. Изложница по п.8, отличающаяся тем, что в качестве связующего использована алюмохромофосфатная связка.
Coal dust 5 15
Crushed silicon 10 30
Binder Else
9. The mold of claim 8, characterized in that the binder is used alumina-chromophosphate binder.
RU95105903A 1995-04-14 1995-04-14 Silicon pouring ingot mold RU2085324C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95105903A RU2085324C1 (en) 1995-04-14 1995-04-14 Silicon pouring ingot mold

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95105903A RU2085324C1 (en) 1995-04-14 1995-04-14 Silicon pouring ingot mold

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU95105903A RU95105903A (en) 1996-12-20
RU2085324C1 true RU2085324C1 (en) 1997-07-27

Family

ID=20166813

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU95105903A RU2085324C1 (en) 1995-04-14 1995-04-14 Silicon pouring ingot mold

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2085324C1 (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

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Кохан Л.С. и др. Механическое оборудование заводов цветной металлургии. - М.: Металлургия, 1988, ч.2, с. 256. Технологическая инструкция АООТ "БрАЗ" 25204.00001. Электротермическое производство кристаллического кремния. - 1993, с. 30 и 31, п. 5.3.8.2. *

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

Also Published As

Publication number Publication date
RU95105903A (en) 1996-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4012029A (en) Tundishes
US4351058A (en) Induction crucible furnace and method for its preparation
GB2041180A (en) Cooling element for a metallurgical furnace
EP0076577B1 (en) Molten metal transfer channels
SU927103A3 (en) Method for making prefabricated structure of metal production furnace wall
US3687437A (en) Metallurgical furnaces or vessels
RU2085324C1 (en) Silicon pouring ingot mold
GB2104633A (en) Tundish
US4330107A (en) Teapot ladle and method of use
JP3016124B2 (en) Molten container and aluminum holding furnace
US1901427A (en) Lining for casting mold cavities
US3672918A (en) Hot tops
US4900603A (en) Refractory, heat insulating articles
RU195618U1 (en) SILICON FILLING STONE
CA1072131A (en) Heat insulating article for the treatment of molten steel
US4162179A (en) Refractory article and method of making the same
US3662058A (en) Utilization of molten slag from metallurgical furnace in manufacture of fused cast refractory shapes
JPS59469B2 (en) Method for manufacturing graphite-containing refractories
RU2007114077A (en) METHOD FOR MAKING A WEAR LAYER OF FIRE-RESISTANT LINING IN TILLING BUCKETS AND TILLING FORMS, ALSO MADE IN ACCORDANCE WITH THIS WEARING LAYER LAYER
RU2051769C1 (en) Method of making stone cast products
SU518271A1 (en) Differentiated lining of steel bucket
SU1693101A1 (en) Method of refining copper base alloys
RU2055690C1 (en) Metallurgical vessel lining
JPS6028783B2 (en) Basic monolithic refractory for molten metal containers
SU749550A1 (en) Method of producing ingot moulds