RU2245381C1 - Device for cleaning molten metals, mainly silicon - Google Patents
Device for cleaning molten metals, mainly silicon Download PDFInfo
- Publication number
- RU2245381C1 RU2245381C1 RU2003115906/02A RU2003115906A RU2245381C1 RU 2245381 C1 RU2245381 C1 RU 2245381C1 RU 2003115906/02 A RU2003115906/02 A RU 2003115906/02A RU 2003115906 A RU2003115906 A RU 2003115906A RU 2245381 C1 RU2245381 C1 RU 2245381C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal
- tube
- channel
- reservoir
- purified
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
- Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (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.
Известно устройство для очистки жидких металлов электропереносом /1/, которое состоит из двух емкостей, соединенных между собой каналом. В емкостях находятся электроды, соединенные с источником постоянного тока. При протекании тока по жидкому металлу электроны рассеиваются на примесях и удаляют примеси из объема металла в продольном направлении.A device for cleaning liquid metals by electrotransfer / 1 /, which consists of two containers connected by a channel. In capacities are electrodes connected to a direct current source. When current flows through a liquid metal, electrons scatter on impurities and remove impurities from the metal volume in the longitudinal direction.
Для достижения необходимой очистки необходимо переместить примеси вдоль всей длины капилляра с дрейфовой скоростью, которая зависит от коэффициента диффузии примеси в расплаве и движущей силы электропереноса в продольном направлении. Поэтому производительность такого устройства мала, а себестоимость очистки высока. Такие устройства очистки целесообразно применять только для исследовательских целей и в технологиях с малой потребностью, где высокая цена не существенна.To achieve the necessary cleaning, it is necessary to move the impurities along the entire length of the capillary with a drift velocity, which depends on the diffusion coefficient of the impurity in the melt and the driving force of electric transport in the longitudinal direction. Therefore, the performance of such a device is small, and the cost of cleaning is high. Such cleaning devices are advisable to use only for research purposes and in technologies with low demand, where the high price is not significant.
Известно устройство /2/, в котором 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 /3/. Однако эти устройства не предназначены для проведения очистки жидких металлов с высокой температурой плавления, в том числе кремния (кремний в жидком состоянии является металлом).A device / 2 / is known 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. The indicated devices for cleaning by electric transport in a magnetic field are successfully used to obtain high-purity 99.99999% indium and gallium / 3 /. 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).
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 до высоты выпускного отверстия, через которое очищенный металл попадает в кристаллизатор. Электрические и магнитные поля позволяют удалять примеси из объема кремния. Однако кремний в жидком состоянии имеет плотность 2, 5 г/см, а при охлаждении плотность 2,3 г/см. То есть оставшийся в тигле и в канале кремний расширяется при кристаллизации и разрывает канал и емкости. Этот элемент оборудования при остановке технологического процесса приходится заменять каждый раз на новый. В случае, если металл расширяется при плавлении, то разрушение канала с металлом происходит при разогревании устройства очистки. Поэтому жидкий металл целесообразно сливать из устройства очистки при остановке в любом случае.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 to the height of the outlet through which the purified metal enters the mold. Electric and magnetic fields make it possible to remove impurities from the bulk of silicon. However, silicon in a liquid state has a density of 2.5 g / cm, and when cooled, a density of 2.3 g / cm. That is, the silicon remaining in the crucible and in the channel expands upon crystallization and breaks the channel and capacities. When stopping the process, this item of equipment has to be replaced each time with a new one. If the metal expands during melting, the destruction of the channel with the metal occurs when the cleaning device is heated. Therefore, it is advisable to drain the liquid metal from the cleaning device when stopped in any case.
Задача предлагаемого изобретения заключается в исключении этого недостатка и в обеспечении надежности работы устройства для очистки жидких металлов. Технический результат - снижение трудоемкости процесса.The objective of the invention is to eliminate this drawback and to ensure the reliability of the device for cleaning liquid metals. The technical result is a decrease in the complexity of the process.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для очистки жидких металлов, преимущественно кремния, содержащем нагреваемый объем с емкостью для исходного металла и выполненной с выпускным отверстием емкостью для очищенного металла, соединенными между собой каналом, магнит для создания магнитного поля в канале, и электроды, расположенные в емкостях для исходного и очищенного металла, канал соединен с емкостью для очищенного металла в нижней ее точке и имеет наклон в сторону емкости для очищенного металла на угол α, синус которого меньше отношения высоты h емкости для очищенного металла от дна до выпускного отверстия, к длине 1 канала, а в нижней точке емкости для очищенного металла расположена перекрываемая трубка для слива остатков металла, направленная вниз.The technical result is achieved by the fact that in the device for cleaning liquid metals, mainly silicon, containing a heated volume with a container for the source metal and made with an outlet for the capacity of the purified metal, interconnected by a channel, a magnet to create a magnetic field in the channel, and electrodes, located in the containers for the source and purified metal, the channel is connected to the container for purified metal at its lower point and tilts towards the container for purified metal at an angle α, the sine of which it is less than the ratio of the height h of the tank for purified metal from the bottom to the outlet, to the length of 1 channel, and at the lower point of the tank for purified metal there is an overlapping pipe for draining metal residues, directed downward.
Трубка для слива остатков металла перекрывается разовой пришлифованной заглушкой, выполненной из очищаемого металла и расположенной на штоке, охлаждаемом ниже температуры плавления металла.The tube for draining metal residues is blocked by a single polished plug made of metal to be cleaned and located on a rod cooled below the melting temperature of the metal.
Трубка для слива остатков металла может выходить за пределы зоны нагреваемой до температуры плавления и имеет дополнительный нагреватель, расположенный вдоль всей длины трубки.The tube for draining metal residues can go beyond the zone heated to the melting temperature and has an additional heater located along the entire length of the tube.
На трубке для слива остатков металла расположен кольцевой электрод для формирования электромагнитного импульса, выталкивающего остатки металла из трубки.An annular electrode is located on the tube for draining metal residues to form an electromagnetic pulse that ejects the metal residues from the tube.
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. В металл, находящийся в емкостях для исходного и очищенного металла, погружены электроды, которые обеспечивают контакт, прохождение тока по очищаемому металлу и процесс очистки. Наклон канала устройства необходим для удаления остатков жидкого металла (преимущественно кремния) после прекращения работы и открывания трубки, расположенной на дне емкости. Величина угла (α) наклона канала не должна превышать предельную величину, при которой становится невозможным контакт электродов с жидким металлом, То есть угол (α) наклона канала выбирают таким образом, чтобы выполнялось соотношение: синус (α) угла наклона канала меньше отношения высоты (h) емкости для очищенного металла к длине (1) канала. Магнитное поле в канале создается электромагнитом или постоянным магнитом. 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 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. Electrodes are immersed in the metal in the containers for the source and purified metal, which provide contact, the passage of current through the metal being cleaned and the cleaning process. The inclination of the channel of the device is necessary to remove residual liquid metal (mainly silicon) after stopping work and opening the tube located at the bottom of the tank. The value of the angle of inclination of the channel should not exceed the limit value at which it becomes impossible for the electrodes to contact the liquid metal, that is, the angle (α) of the inclination of the channel is chosen so that the following relationship is fulfilled: the sine (α) of the angle of inclination of the channel is less than the height ratio ( h) containers for purified metal to the length (1) of the channel. The magnetic field in the channel is created by an electromagnet or a permanent magnet. 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, изображено на фиг.1, общий вид.The inventive device for cleaning liquid metals, mainly silicon, is shown in figure 1, a General view.
На фиг.2, 3, 4 изображены фрагменты устройства для очистки жидких металлов с вариантами устройства для перекрывания трубки для слива остатков металла.Figure 2, 3, 4 shows fragments of a device for cleaning liquid metals with device options for blocking the tube for draining metal residues.
Устройство для очистки жидких металлов, преимущественно кремния, представленное на фиг.1 содержит: 1 - емкость для исходного металла, 2 - емкость для очищенного металла, 3 - жидкий металл, 4 - канал, 5 - магнит для создания магнитного поля, 6 - граница зоны плавления металла, 7 - электроды, 8 - источник питания, 9 - выпускное отверстие, 10 - кристаллизатор для очищенного металла, 11 - трубка для слива остатков металла, 12 - кристаллизатор, 13 - нагреваемый объем.A device for cleaning liquid metals, mainly silicon, shown in figure 1 contains: 1 - a container for the source metal, 2 - a container for purified metal, 3 - a liquid metal, 4 - a channel, 5 - a magnet to create a magnetic field, 6 - border metal melting zones, 7 - electrodes, 8 - power source, 9 - outlet, 10 - mold for purified metal, 11 - pipe for draining metal residues, 12 - mold, 13 - heated volume.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Кремний поступает в емкость 1 для исходного металла, расплавляется и заполняет канал 4 и емкость 2 для очищенного металла. Через электроды 7 к металлу подводится ток и в канале происходит очистка металла. После достижения уровня расплавленного металла до высоты выпускного отверстия 9 металл поступает в кристаллизатор 10. В процессе работы трубка 11 для слива остатков металла закрыта. Закрывание может быть осуществлено устройствами, выполненными как обычные краны из чистых кварца, графита, карбида, кремния так и устройствами, представленными на фиг.2, 3, 4.Silicon enters the
На фиг.2. представлен фрагмент устройства для очистки жидких металлов, содержащего: 1 - емкость для очищенного металла, 2 - канал, 3 - жидкий металл, 4 - затвердевший металл, 5 - пришлифованная заглушка из очищенного металла, 6 - охлаждаемый шток, 7 - условная граница температурной зоны плавления, 8 - устройство для крепления и перемещения охлаждаемого штока, 9 - трубка для слива остатков металла. При высоких температурах устройства закрывания-открывания выполнение как обычные краны из чистых кварца, графита, карбида кремния, как правило, взаимодействуют с расплавленным металлом и могут не работать. В случае применения разовой пришлифованной заглушки, размещенной на охлаждаемом штоке, увеличивается надежность работы и обеспечивается работоспособность устройства. При подаче охлаждения к материалу, расположенному в нижней части трубки для слива остатков металла, поступивший сверху первоначально расплавленный металл постепенно кристаллизуется снизу и обеспечивает герметизацию. После удаления охлаждаемого штока металл нагревается, плавится и вытекает.In figure 2. a fragment of a device for cleaning liquid metals is presented, comprising: 1 - a container for purified metal, 2 - a channel, 3 - liquid metal, 4 - hardened metal, 5 - a ground plug of purified metal, 6 - a cooled rod, 7 - a conditional boundary of the temperature zone melting, 8 - a device for attaching and moving the cooled rod, 9 - a pipe for draining metal residues. At high temperatures, closing-opening devices, like conventional taps made of pure quartz, graphite, silicon carbide, as a rule, interact with molten metal and may not work. In the case of the use of a single polished plug placed on a cooled rod, the reliability of operation increases and the operability of the device is ensured. When cooling is applied to the material located at the bottom of the tube for draining metal residues, the initially molten metal coming from above gradually crystallizes from below and provides sealing. After removing the cooled rod, the metal heats up, melts and flows out.
На фиг.3 представлен фрагмент устройства для очистки жидких металлов, содержащего: 1 - емкость для очищенного металла, 2 - канал, 3 - жидкий металл, 4 - условная граница температурной зоны плавления, 5 - затвердевший металл, 6 - нагреватель, 7 - трубка для слива остатков металла, выходящая за пределы зоны, нагреваемой до температуры плавления.Figure 3 presents a fragment of a device for cleaning liquid metals, containing: 1 - a container for purified metal, 2 - channel, 3 - liquid metal, 4 - conditional boundary of the temperature zone of melting, 5 - hardened metal, 6 - heater, 7 - tube for draining metal residues that goes beyond the zone heated to the melting temperature.
В случае трубки, которая выступает за границы зоны температуры плавления, первые порции расплавленного металла из устройства вытекают по мере поступления в трубку. Металл кристаллизуется. Следующая порция увеличивает зону затвердевшего металла и граница твердого-жидкого металла остается на температурной границе плавления металла в течение всего процесса очистки. Плавление металла в трубке осуществляется дополнительным нагревателем, расположенным вдоль всей длины трубки.In the case of a tube that extends beyond the boundaries of the melting temperature zone, the first portions of molten metal from the device flow out as they enter the tube. The metal crystallizes. The next portion increases the zone of solidified metal and the boundary of the solid-liquid metal remains at the temperature boundary of the melting of the metal during the entire cleaning process. Metal melting in the tube is carried out by an additional heater located along the entire length of the tube.
На фиг.4 представлен фрагмент устройства для очистки жидких металлов, содержащего: 1 - емкость для очищенного металла, 2 - канал, 3 - жидкий металл, 4 - условная граница температурной зоны плавления, 5 - кольцевой электрод для формирования электромагнитного импульса, 6 - трубка для слива остатков металла.Figure 4 presents a fragment of a device for cleaning liquid metals, containing: 1 - capacity for purified metal, 2 - channel, 3 - liquid metal, 4 - conditional boundary of the temperature zone of melting, 5 - ring electrode for the formation of an electromagnetic pulse, 6 - tube for draining metal residues.
В некоторых случаях, при больших коэффициентах поверхностного натяжения жидкого металла заметная часть металла может остаться в трубке. При подаче мощного электромагнитного импульса на электрод, расположенный вокруг трубки, создается противоположный по направлению импульс тока в жидком металле и жидкий металл выбрасывается из трубки.In some cases, at high surface tension coefficients of the liquid metal, a noticeable part of the metal may remain in the tube. When a powerful electromagnetic pulse is applied to an electrode located around the tube, a current pulse in the liquid metal that is opposite in direction is created and the liquid metal is ejected from the tube.
В соответствии с правилом Ленца, изменение вихревого магнитного поля в контуре наводит в проводнике (в жидком металле) ток противоположного направления с магнитным полем, в результате возникают механические пондеромоторные силы, которые отталкивают два проводника друг от друга.In accordance with the Lenz rule, a change in the vortex magnetic field in the circuit induces a current in the conductor (in the liquid metal) in the opposite direction with the magnetic field, resulting in mechanical ponderomotive forces that repel the two conductors from each other.
Импульс тока, подаваемый на электрод создает силы, воздействующие на жидкий металл и выталкивает металл из трубки.The current pulse supplied to the electrode creates forces acting on the liquid metal and pushes the metal out of the tube.
Источники информацииSources of information
1. Обзор по электронной технике: Чистые материалы в электронной технике (новые методы очистки). И.В.Закурдаев, Д.П.Музлов, Е.Б.Трунин, А.В.Жевняк. М.Электроника,1980, вып. 12 (754), сер. Технология, организация производства и оборудование, 53 с.1. Overview of electronic technology: Clean materials in electronic technology (new cleaning methods). I.V. Zakurdaev, D.P. Muzlov, E.B. Trunin, A.V. Zhevnyak. M. Electronics, 1980, no. 12 (754), ser. Technology, organization of production and equipment, 53 p.
2. Трунин Е.Б. Перенос примесей в жидких металлах при протекании тока в поперечном магнитном поле. Высокочистые вещества, 1988, №1, с.77-80.2. Trunin E.B. 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.
3. Трунин Е.Б., Трунина О.Е. Получение индия и галлия высокой чистоты методом электропереноса в магнитном поле.// Материалы XVII научного совещания “Высокочистые материалы с особыми физическими свойствами", Суздаль. 2001 г. с.25.3. Trunin E.B., Trunina O.E. Obtaining high purity indium and gallium by electric field transport in a magnetic field. // Materials of the XVII Scientific Conference “High-Purity Materials with Special Physical Properties", Suzdal. 2001, p.25.
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. B., 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.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003115906/02A RU2245381C1 (en) | 2003-05-27 | 2003-05-27 | Device for cleaning molten metals, mainly silicon |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003115906/02A RU2245381C1 (en) | 2003-05-27 | 2003-05-27 | Device for cleaning molten metals, mainly silicon |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003115906A RU2003115906A (en) | 2005-01-27 |
RU2245381C1 true RU2245381C1 (en) | 2005-01-27 |
Family
ID=35138200
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003115906/02A RU2245381C1 (en) | 2003-05-27 | 2003-05-27 | Device for cleaning molten metals, mainly silicon |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2245381C1 (en) |
-
2003
- 2003-05-27 RU RU2003115906/02A patent/RU2245381C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Karabanov S.M., Trunin E.B., Prikhodko V.V., Study of solar-grade silicon prouction technology by the metod of carbotermic reduction. Proceeding of the Seventinth European Photovoltaic Solar Energy Conference. s.77-79. Munich, Germany, 22-26 october 2001. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2003115906A (en) | 2005-01-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5530351B2 (en) | Precipitation of high-purity silicon using a high surface area gas-solid or gas-liquid interface and recovery from the liquid phase | |
WO2007018243A1 (en) | Purification apparatus and method of purification | |
KR20110069790A (en) | Apparatus and method of use for casting system with independent melting and solidification | |
EA011381B1 (en) | Method and apparatus for refining a molten material | |
JPS63242442A (en) | Continuous manufacture of directional magnetostriction body | |
TW200938664A (en) | Method for producing a monocrystalline or polycrystalline semiconductor material | |
RU2245381C1 (en) | Device for cleaning molten metals, mainly silicon | |
JP5639053B2 (en) | Melt refining and transportation system | |
EP1380658A1 (en) | Method for fractional crystallisation of a molten metal | |
KR20140016148A (en) | Melting apparatus | |
AU2006334868A1 (en) | Method for the production of silicon suitable for solar purposes | |
EP1520053B1 (en) | Method for fractional crystallisation of a metal | |
JP2004099959A (en) | Method and device for cleaning material containing impurity | |
FR2512066A1 (en) | METHOD FOR THE PHYSICAL SEPARATION OF A METAL PHASE AND SLAGS IN AN INDUCTION OVEN | |
JP5906911B2 (en) | Sodium separator | |
RU2753847C1 (en) | Method and device for production of metal ingot | |
CN108101064A (en) | A kind of method of hard inclusions in temperature gradient divided silicon | |
JP5168657B2 (en) | Granular silicon manufacturing method and apparatus | |
JP3980998B2 (en) | Method and apparatus for purifying gallium | |
JP2010037143A (en) | Glass melting furnace | |
JPH10167716A (en) | Purification of silicon | |
JP3766828B2 (en) | Bottom electrode of glass melting furnace | |
Drini et al. | Metal refining with fractional crystallisation: State-of-the-art and future prospects | |
JPH0320422A (en) | Method and apparatus for solidification refining | |
WO2005112067A1 (en) | New material for vapor sources of alkali and alkaline earth metals and a method of its production |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100528 |