炉外精炼过程中硅及杂质元素氧化动力学研究

发布时间：2021-02-17 08:44

　　炉外精炼可以有效去除工业硅中的主要杂质,吹气过程对硅熔体的搅拌作用增强了除杂的动力学条件,但同时氧化性气体势必会造成熔池中硅的氧化损失。本文通过实验,衡量吹氧精炼和造渣精炼过程造成的硅损失,建立精炼过程主要元素氧化的动力学速率方程,探讨减小硅损失的方案,对工业硅的生产具有指导意义。向工业硅中吹入氧气精炼不同时间,熔体中元素的氧化包括直接氧化和间接氧化两个方面,氧化生成的SiO₂一方面作为氧化剂去氧化从熔池中扩散到渣-硅界面的元素[M],另一方面也按分配定律,以溶解氧原子的形式[O]进入硅熔体,氧化其中的杂质元素。精炼后的硅由于冷却速度较快,杂质组元发生不平衡结晶,杂质组元以Si化合物为骨架生长。精炼后,渣硅出现分层,没有夹杂,硅损失率随着精炼时间的增加而增加,90min达到最大为5.24%,且硅损失的速率在减慢。经计算,熔池中元素氧化的速率主要受硅液中[M]及渣中（MO）的扩散限制,杂质Al在硅熔体中的传质系数_Al=1.26×10^-5 m?s^-1。将CaO∶SiO₂=1∶1的渣... 

【文章来源】：昆明理工大学云南省

【文章页数】：115 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 概述
        1.1.1 太阳能资源的应用背景
        1.1.2 光伏产业的发展和现状
        1.1.3 太阳能电池的工作原理
    1.2 太阳能级多晶硅的制备
        1.2.1 制备指标
        1.2.2 太阳能级硅中的杂质
        1.2.3 冶金法制备太阳能级多晶硅的应用前景
        1.2.4 提纯太阳能级多晶硅的冶金方法
    1.3 工业硅炉外精炼
        1.3.1 工业硅精炼过程炉渣的产生环节
        1.3.2 精炼过程元素的氧化及硅损失
    1.4 本研究的意义、内容和创新性
        1.4.1 研究意义
        1.4.2 研究内容
        1.4.3 本论文的创新性
第二章 工业硅吹氧精炼过程中主要元素的氧化动力学
    2.1 实验原理及方法
        2.1.1 熔池中氧化剂的种类及反应方式
        2.1.2 反应速率限制环节的确定
        2.1.3 氧化扩散限制的速率式
        2.1.4 实验方法
    2.2 实验原料及设备
        2.2.1 实验原料
        2.2.2 实验设备
    2.3 工业硅吹氧精炼过程中主要杂质元素的氧化动力学
        2.3.1 工业硅吹氧精炼的结果
        2.3.2 传质系数和反应容量速率常数的计算
        2.3.3 Al氧化反应的速率限制环节
    2.4 工业硅吹氧精炼过程中Si的氧化及硅损失
        2.4.1 Si氧化过程的组成环节
        2.4.2 Si氧化的速率
    2.5 本章小结
第三章 工业硅造渣精炼过程中主要元素的氧化动力学
    3.1 实验原理及方法
        3.1.1 实验原理
        3.1.2 实验方法
    3.2 工业硅造渣精炼过程中主要元素的氧化动力学
        3.2.1 工业硅造渣精炼的结果
        3.2.2 传质系数和反应容量速率常数的计算
        3.2.3 Al氧化反应的速率限制环节
    3.3 本章小结
第四章 硅铝合金精炼过程中杂质Al的氧化动力学
    4.1 实验原理及方法
        4.1.1 硅铝合金氧化的反应方式
        4.1.2 反应速率限制环节的确定
        4.1.3 实验方法
    4.2 实验原料及设备
        4.2.1 预熔硅铝合金
        4.2.2 实验原料的检测
    4.3 硅铝合金精炼过程中杂质Al的氧化动力学
        4.3.1 硅铝合金的氧化结果
        4.3.2 传质系数和反应容量速率常数的计算
        4.3.3 Al氧化反应的速率限制环节
    4.4 硅铝合金氧化的分子动力学模拟
        4.4.1 动力学模拟的意义
        4.4.2 模拟计算方法
        4.4.3 扩散系数的计算
    4.5 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3037738