冶金硅造渣精炼制备太阳级硅研究进展

清洁可再生能源是解决未来能源短缺的重要途经,晶体硅光伏电池因其清洁、无污染的特点被广泛应用。太阳级硅(SOG-Si)要求硅的纯度达到99.9999%,如何研发高纯硅的低成本高效制备工艺是目前产学研界共同研究的热点和难点。由于造渣精炼法具有成本低,能耗低,设备简易,易于工业化生产等特点,被认为是冶金法制备太阳级硅的重要方法之一。本文系统回顾了近年来造渣精炼法提纯冶金硅的研究进展,对比分析二元渣系、多元渣系、合金−渣体系的除杂效果及机制,为研究人员研究造渣精炼法SOG-Si提供理论指导。

凝固精炼、造渣精炼提纯冶金硅的研究进展

冶金法集合多种提纯手段逐步降低冶金级硅中杂质含量,是制备太阳能级多晶硅的有效手段,显示了巨大的成本压缩空间,发展潜力巨大。为了进一步降低冶金法成本,国内外学者针对冶金硅提纯过程中存在的长流程、低提纯效率等关键问题展开了大量的研究工作,采用了多种有效手段强化冶金硅净化过程中杂质的去除效果,提升了多晶硅的提纯效率。主要以杂质的分凝和氧化性质为基础,重点综述了有关凝固精炼与造渣精炼过程中杂质去除的最新研究进展,并对冶金法下一阶段的研究重点和发展前景进行了展望。

造渣精炼去除多晶硅中B杂质的研究

以现有实验成果为基础,采用相关热力学及动力学分析,综述了造渣精炼去除多晶硅中B杂质的原理、影响因素及发展现状,总结了国内外已有研究结果,为进一步研究提供了理论依据。

铝硅合金低温造渣精炼提纯冶金硅的研究

为了在低温下精炼提纯冶金硅,在1200℃下采用Na_3AlF_-20atAl_2O_3渣剂进行了Al-Si合金造渣精炼去除冶金硅中硼杂质的研究。结果表明,造渣精炼工艺能明显提高Al-Si合金的除硼效果。在相同的熔炼时间下,A1-Si合金造渣精炼后初晶硅中杂质硼的含量降低至2.85×10^(-6),相比单一的没有渣精炼处理的除硼效果提高了15.7%;同时发现,随着造渣精炼时间的延长,初晶硅中杂质硼的去除效果逐渐增加。

凝固精炼、造渣精炼提纯冶金硅的研究进展

冶金法集合多种提纯手段逐步降低冶金级硅中杂质含量,是制备太阳能级多晶硅的有效手段,显示了巨大的成本压缩空间,发展潜力巨大。为了进一步降低冶金法成本,国内外学者针对冶金硅提纯过程中存在的长流程、低提纯效率等关键问题展开了大量的研究工作,采用了多种有效手段强化冶金硅净化过程中杂质的去除效果,提升了多晶硅的提纯效率。主要以杂质的分凝和氧化性质为基础,重点综述了有关凝固精炼与造渣精炼过程中杂质去除的最新研究进展,并对冶金法下一阶段的研究重点和发展前景进行了展望。

Si-Cu合金精炼与造渣精炼去除冶金级硅中金属杂质

采用Si-Cu合金精炼与CaO-SiO2-CaCl2造渣精炼相结合的方法对冶金级硅进行精炼,通过多种分析方法考察了合金造渣过程、渣剂添加剂和合金成分对金属杂质Fe、Al和Ca去除效果的影响.结果表明,提高Si-Cu合金中Cu的质量分数可以有效增加Cu3Si相在Si中的含量,造渣精炼过程会影响Si-Cu合金的相转变,造渣后金属杂质Fe和Ca聚集在Si-Cu合金的Cu3Si相中.在渣剂中添加CaCl2助溶剂可降低渣剂黏度以促进传质过程,从而有效提高金属杂质Fe、Al和Ca的去除率.此外,随着Si-Cu合金中Cu质量分数的增加,造渣后合金相中Cu的析出现象明显,Fe的去除率上升,Ca的去除率下降,而Al的去除率不变.当Si-30%Cu合金与CaO-SiO2-CaCl2(质量比9∶9∶2)渣剂进行精炼后,Fe、Al和Ca的去除率分别为68%,94%和86%.

造渣精炼去除硅铁合金中铝钙杂质研究

Al、Ca是硅铁合金中两种主要的有害杂质元素。为了寻求一种高效率去除铝钙的方法,文章尝试采用SiO_2和Fe_2O_3渣剂对硅铁合金进行造渣氧化精炼试验。研究发现:造渣精炼后,硅铁合金中的Al、Ca杂质含量分别降为0.13%、0.005%,去除率分别达到88.28%、98.38%。该方法不仅能有效避免渣剂对硅铁合金造成二次污染,还能大幅度降低铝钙杂质含量,从而提高了硅铁合金的洁净度。

造渣氧化精炼提纯冶金级硅研究进展

冶金级硅是生产晶体硅太阳能电池的重要原材料,需精炼处理以降低其中的杂质含量。造渣氧化精炼是一种相对能耗低,耗时少的冶金级硅提纯技术,对新能源时代太阳能的发展具有重要影响。本文对目前造渣氧化精炼冶金级硅制备太阳能级硅的最新研究进展作了较为全面的阐述,详细介绍了国内外研究人员利用CaO-SiO2,CaO-SiO2-CaF2,CaO-SiO2-Al2O3,CaO-SiO2-Na2O等渣系氧化精炼去除冶金级硅中杂质的方法、工艺和效果;其中更着重介绍了最难去除元素之一—硼的去除,分析了这些渣系的应用特点和研究现状;最后对造渣精炼的优缺点进行了简要的总结并对其发展趋势做了展望。

造渣-吹气联合精炼去除冶金硅中硼杂质的研究

对比研究了分别采用SiO_2-CaO-CaCl_2三元渣系精炼和喷吹氩气搅拌的造渣-吹气联合精炼方法进行冶金硅精炼的除硼效果。分别探讨了造渣精炼热力学,精炼前后硅样表面形貌变化,以及造渣-吹气联合精炼过程中不同吹气位置对于除硼效果的影响。研究发现,精炼后硅样品中存在Si-Ca、Si-W-Ti等析出相,B、P等杂质富集在析出相中;经酸洗处理后,造渣精炼的除硼率为55.42%,造渣-吹气联合精炼的除硼率为62.32%,造渣-吹气联合精炼可以有效去除硅中硼杂质。

LF炉精炼造渣制度研究与模型的建立

目前国内LF炉的电耗、电极消耗、氢气消耗以及合金消耗等技术经济指标偏高,与国外先进水平相比尚存在一定的差距。由于电炉即将迎来一个大发展,为了使得电炉配加LF炉的短流程更有竞争力,需要进行LF炉的过程优化。基于此,本文先研究了LF炉精炼造渣制度,后探究了造渣模型的建立以及造渣模型软件的建立。希望本文能起到抛砖引玉的作用。

Al-Si合金熔渣精炼过程中Al和B在渣金两相间的迁移与分配规律

在1500℃下将Al-Si合金与CaO-SiO_2-Al_2O_3熔渣混合精炼,考察了渣金比、精炼时间对体系中元素Al和B在渣金两相间分配的影响,并解析了这两种元素的迁移过程。结果表明:熔渣40%CaO-40%SiO_2-20%Al_2O_3和60%Al-Si合金在渣金质量比为5时,精炼硅中B含量由302.74×10^(-6)降至23.37×10^(-6)。元素Al和B在渣金两相间的迁移规律基本一致,呈现出明显的阶段性特征。合金中Al元素在精炼10 min内相间迁移最为剧烈,Al的转化率达到96.52%,剩余少量Al以Al-Si相或Al-Si-Ca相存在于硅晶界处;而B元素在精炼30 min内向渣中迁移效果最为显著,迁移比分别为12.32、10.96,继续延长时间二者含量均变化缓慢。Al元素的氧化会改变精炼渣的组成,精炼相同时间时,随渣中w(CaO+Al_2O_3)/w(SiO_2)值增大,精炼硅中B含量呈先下降后上升的趋势,B含量在w(CaO+Al_2O_3)/w(SiO_2)值1.24附近有最小值8.01×10^(-6),此时B的迁移比达到37.80。

高钛铁合金的电热还原法制备研究

采用电热还原热法制备了高钛铁合金,考察了氧化钙用量、铝钙合金用量及精炼剂对制备过程的影响。结果表明,氧化钙和铝钙合金加入量对钛收得率和合金中铝、氧杂质含量影响较大,CaO/Al质量比为0.3、(Al-Ca)/Al质量比为0.4时熔炼效果较好,钛收得率可达77.6%,铝、氧杂质含量分别为7.78%和2.77%。采用添加了一定TiO2的3CaF2-CaO渣体为精炼剂,采用喷吹造渣精炼方式,可较有效去除合金中铝杂质,并能起到一定脱氧作用,铝和氧含量可分别降到3.9%和2.5%左右。SEM分析表明,未精炼的合金除了含有富铁相和富钛相外,还含有很多大小不一的氧化物夹杂;通过造渣精炼,夹杂相明显减少。

冶金法制备太阳能级硅研究

能源危机和环境污染的双重压力导致世界各个国家对于新能源的探索和研究,太阳能作为一种清洁能源,得到了世界广泛重视与支持。这几年,太阳能硅电池的快速发展带来了巨大的多晶硅需求,冶金法制备太阳能级多晶硅具有低投资,低成本,较短能源收回期,无污染的特点。文章主要研究冶金法制备太阳能级多晶硅的工艺,实验考查各种不同工艺的参数。

LF精炼造渣工艺优化与深脱硫工艺研究

为了解决LF中造渣速度较慢的问题,本文针对LF炉前造渣技术进行了研究,在对LF精炼造渣工艺进行优化和深脱硫处理之后,可以在很大程度上提升LF造渣的速度和效率。本文主要阐述了LF造渣的现状,并对LF精炼造渣工艺优化和深脱硫技术进行了分析。

高强度结构钢4130品种开发

电炉分厂为拓宽产品市场,优化产品结构,充分发掘新的利润增长点。充分利用现有设备,通过一系列摸索,不断优化过程控制参数,成功开发高强度结构钢4130。

昆钢50tVD炉生产铸锻件钢脱氢工艺优化实践

针对昆钢50tVD炉生产铸锻件铜脱氢效果在生产实际中影响因素进行分析研究，从工艺控制和设备方面进行优化并应用于实践生产中，以进一步提高铸锻件铜品质。结果表明：通过控制钢水初始w（H）在6PPnl以下，良好的LF炉精炼造渣效果、干燥预热真空罐体耐材、认真做好真空系统各关键部位密封、适当增加底吹氩强度，确保67Pa的真空度下保持15～25rain，可实现钢中w（H）降到1．5PPmvR下，保证脱氢效果达到铸锻件工艺要求。

硅酸钙渣系中加入钠盐对硅切割废料分离与提纯的影响

晶体硅切割废料的综合回收是目前光伏行业亟待解决的问题.本研究以CaO-SiO_2为造渣剂基体,加入钠盐作为添加剂形成CaO-SiO_2-Na_xA_y渣系,在中频感应炉中进行硅切割废料的分离与提纯实验,研究CaO-SiO_2-Na_xA_y渣系对废料中硅的分离与提纯的影响.研究表明,该造渣剂对切割废料中金属硅具有很好的分离与提纯效果,硅中Al、B、P的去除效果明显,去除效率分别为91. 67%、93. 09%和37. 18%,但该方法对Fe和Ni没有去除效果.同时,由于CaO的添加会导致Ca含量的升高.

转炉流程生产SAE1008的实践

研究采用LD转炉-LF精炼炉-CC连铸-半连轧轧制流程的工艺,开发生产SAE1008低碳低硅自行车飞轮用钢的关键技术,通过对转炉吹氩工艺、LF精炼炉造渣工艺优化和全保护浇铸等措施,成功解决了SAE1008钢的成分控制及氧含量、纯净度的控制。