改良西门子法多晶硅还原工序节能降耗研究

介绍了多晶硅产业的发展和研究现状,并针对改良西门子法的多晶硅制备环节,总结和分析了工艺、装备及管理的能耗影响规律,并阐述了节能降耗的方法和措施。工艺方面应在保证三氯氢硅一次转化率的前提下,尽量提高多晶硅的沉积速率,通过适当提高混合气流量和硅棒温度,提高三氯氢硅摩尔比例,提高炉内反应压力,达到降低电耗的效果;装备方面可以选用多对棒还原炉,并优化配套电器系统来确保电耗进一步降低;管理降耗的重点是重视市场的资源配置作用,能够适时根据市场环境及时调整多晶硅质量策略,并尽量降低备件消耗,利用考核和绩效激励方式减少人为浪费。     

多晶硅还原炉装备发展展望

基于改良西门子多晶硅生产工艺技术的关键设备众多,因此研究各类关键设备的特性是一件非常有意义的事情;还原炉作为最终产品的关键生产设备,其性能的好坏对多晶硅的生产有着举足轻重的作用,还原炉的大小、结构形式、材质等直接决定了多晶硅产品的品质、能耗等关键生产参数,因此本文就还原炉的特性进行分析,展望未来多晶硅还原炉的发展,旨在帮助各生产企业根据自身的发展需求选择合适的还原炉炉型。     

还原炉生产多晶硅常见问题及对策探讨

在使用改良西门子法生产多晶硅的过程中,还原生产工艺是最关键的工艺,而还原炉运行成功与否最终关系到生产成本和企业效益。通过对启炉及运行过程中硅芯倒伏、倒炉、电器与设备故障等问题进行总结和分析,发现硅芯质量与安装水平、系统常规检查与维护、以及工艺控制水平和精细化程度等是影响还原炉运行成功率的主要原因,本文对问题控制方法进行了探讨,以期为提高还原炉运行稳定性提供参考。     

改良西门子法多晶硅产品质量控制措施探究

随着太阳能行业的发展,提高太阳能电池板转化率的需求越来越强烈,导致单晶硅硅片的用量占比快速提高,多晶硅硅片比例逐渐减少。而生产单晶硅片用的多晶硅质量要求高于铸锭多晶硅,主要体现在同样内在品质情况下,多晶硅外观要求致密、无缝隙、无孔洞等异常情况。本文主要针对改良西门子法还原炉在还原工艺阶段造成的硅芯芯夹、断面结构疏松和表面颜色异常等问题进行了原因分析,并给出了处理措施。实践表明,本文列举措施可以有效提升多晶硅质量。     

冷压烧结制备Cu-15%Cr_2AlC复合材料的组织与性能研究

以自制的高纯Cr_2AlC陶瓷粉体为原料,采用冷压真空烧结技术制备了Cu-15%Cr_2AlC(质量分数)复合材料。研究了不同压制压力、烧结温度及烧结时间对复合材料的电阻率、热导率、摩擦因数以及材料的断裂方式和组织结构的影响。结果表明:随着压制压力的增大、烧结温度的升高,复合材料的电阻率、摩擦因数呈下降趋势,热导率逐渐升高;随着烧结时间延长,复合材料的电阻率逐渐降低,摩擦因数先降低后升高,热导率先升高后降低;复合材料的断裂方式均为脆性断裂;随着烧结温度的提高、烧结时间的延长,Cr_2AlC与Cu发生固溶强化效应,引起Cr_2AlC晶格常数畸变。     

国内冶金动态

<正>N2015021中硅高科承担的两项国家科技支撑计划课题顺利通过验收中硅高科承担的两项国家科技部"十二五"科技支撑计划"36对棒多晶硅还原炉及工艺技术研发""新型高效节能提纯技术及装备研究"课题技术通过验收。这两个课题的顺利验收,标志着我国高效节能多晶硅大规模清洁生产关键技术又取得重大突破,为整个产业升级与健康持续发展提供了重要支撑。多晶硅作为一种超高纯材料,是国务院重点发     

循环镀液电沉积法制备Fe-Si镀层试验研究

研究了采用硅质量分数为50%的Fe-Si合金颗粒为原料,以循环镀液电沉积法制备Fe-Si复合镀层,考察了电极位向、镀液流速、颗粒质量浓度及电流密度对Fe-Si复合镀层形貌及硅质量分数的影响。结果表明:采用竖直电极电镀时,当电镀槽镀液向下循环搅拌时,获得的镀层中硅质量分数较低;当镀液向上循环时,镀层中硅质量分数随镀液流速增大呈先升高后降低趋势,镀层硅质量分数达10.33%;采用水平电极电镀时,随镀液流速增大,镀层中硅质量分数呈先升高后降低趋势,镀层硅质量分数可达28.47%,但显著高于竖直电极电镀时获得的镀层硅质量分数;同时,随电流密度增大,采用竖直电极电镀获得的镀层硅质量分数升高,在电流密度为2.5A/dm~2时达最大;采用水平电极电镀获得的镀层硅质量分数随电流密度增大而显著降低。     

影响二氧化硅溶胶粒径及粒度分布因素的研究

以氢氧化钾为催化剂,用硅粉溶解法制备硅溶胶,通过扫描电镜(SEM)、激光粒度分析(SL)、pH值和粘度测试对所得硅溶胶进行表征.研究反应温度、硅粉加入量、氢氧化钾加入量和反应时间对胶粒粒径、粒度分布以及形貌的影响,并对粒径增长进行理论分析.结果表明:随着反应温度的升高,平均粒径先增大后减小,粒径分散度先减小后增大:随着...     

工艺参数对低钛型钒钛磁铁精粉烧结制粒的影响

研究了工艺参数对低钛型钒钛磁铁精粉烧结制粒行为的影响。研究结果表明:低钛型钒钛磁铁精粉的颗粒长大指数和均匀性指数随着制粒时间的延长而增大,当制粒时间超过5 min后,颗粒长大指数和均匀性指数的增幅降低,基本维持在一个稳定水平,准颗粒小球的强度和热稳定性随着制粒时间的延长先升高后降低;颗粒长大指数和均匀性指数随着圆筒转速的增大先升高后降低,而破损指数随着圆筒转速的升高先降低后升高,制粒小球的抗热粉化性能与圆筒的转速没有明显关系;颗粒长大指数、均匀性指数和热粉化指数随着填充率的升高先升高后降低,而破损指数随着填充率的增大先降低后升高;综合分析制粒时间、转速和填充率对低钛型钒钛磁铁精粉制粒的影响,混合料二混制粒时间应控制在5 min,圆筒转速应控制在22 rpm,填充率应控制在13%左右。     

温度和压强对硅钢叠片等效热导率影响的实验研究

文章设计了硅钢叠片等效热导率的实验测试方案,测量不同温度、压强条件下硅钢叠片的等效热导率,最终通过参数回归分析的方法,得到等效热导率随着温度、压强的定量化的变化规律。实验结果表明,在温度一定时,硅钢片之间的等效热导率随界面压强的增大而增大;压强卸载过程的等效热导率高于压强加载过程的等效热导率,并且温度越高,加载和卸载测得的等效热导率数值差别越大;当压强一定时,硅钢片之间的等效热导率随着温度的升高而降低,且压强越大,等效热导率随温度的变化越小。     

关于冶金流程的能效与能耗问题及其计算方法

应用工程热力学和普瑞高津的耗散结构理论，研究冶金流程的能源效率和能源消耗问题、评价指标及其计算方法。基于耗散结构的特征及其组成关系，建立钢铁生产流程的能源效率、产品能耗和材比系数等重要概念，以其分析流程中各组成装置的串联关系及其能量耗散对能耗和能效指标的影响。构建了简单流程、复杂流程及其组成装置的能量流网络数学模型及其能量平衡方程，推导出流程能效的通用计算公式。产品能耗计算公式既适用单元装置又适用生产流程，它弥补了传统工序能耗计算式的不足。以钢铁流程为例，计算并比较了钢材生产高炉-转炉长流程与全废钢电炉短流程的流程能效、产品能耗和能量耗散：长流程能效39.7%,吨材能耗423.3 kgce/t材，能源耗散量396.7 kgce/t材；短流程能效26.3%,吨材能耗123.8 kgce/t材，能源耗散量97.2 kgce/t材。短流程的产品能耗最低，长流程的产品能源耗散量最大，减少能量耗散可获得提高流程能效、降低能耗的双重效果。     

关于半导体硅材料工业的几个经济问题

硅作为信息载体在当今世界的信息革命中起着重要作用。硅的质量和硅的成本对集成电路生产有极大影响。因此,有必要在提高硅质量的同时降低硅生产的成本。成本分析表明,多晶成本对于硅材料的成本来说是很重要的。多晶硅成本取决于生产规模,还原炉的结构以及对还原炉排除物的综合利用的程度。影响单晶成本的部分因素是单晶炉的性能和单晶炉的装料量。单晶的直径与器件工艺关系密切。大直径的效益要联系器件的效益统一考虑。文中分析了器件对单晶直径的要求。作者认为,大力支持包括硅材料在内的固态电子工业,发展联合企业,加强硅的新工艺的研究是今后硅工业发展的重要途径。     

高压热处理对Cu-37.67Zn-1.43Al合金导热及导电性能的影响

采用热常数测试仪和电导仪测试了Cu-37.67Zn-1.43Al合金经1~5 GPa,700℃保温20 min处理前后的热导率和电导率,用光学显微镜和透射电镜对其组织特征进行观察,并探讨了高压热处理对Cu-37.67Zn-1.43Al合金导热性能和导电性能的影响。结果表明:退火态Cu-37.67Zn-1.43Al合金的原始组织由α相和少量的β相组成。经高压热处理后,合金组织中白色块状α相数量减少,出现细条状α相,组织明显细化,细化效果随压力的增大先增强后减弱,当压力为3 GPa时,组织细化效果最好。并且,高压热处理能降低Cu-37.67Zn-1.43Al合金的热导率和电导率,在1~5 GPa范围内,随着压力的增大,该合金的热导率和电导率均先降低后升高;压力为3 GPa时,热导率和电导率均达到最低值,分别为99 W·m-1·K-1和20.86%IACS,较高压处理前分别降低了14.66%和15.07%,但经高压处理与未经高压处理的样品热导率差值随着温度的升高而逐渐减小,在25℃时,两者的差值为17 W·m-1·K-1,而在400℃时,两者的差值为4 W·m-1·K-1。其原因主要是高压热处理后Cu-37.67Zn-1.43Al合金组织细化及组织内位错密度增大。     

钛酸钾晶须/聚丙烯导热抗静电复合材料的制备与性能

采用热压成型工艺制备了导电钛酸钾晶须（PTWs）/聚丙烯（PP）复合材料,研究了晶须用量对复合材料导热性能、抗静电性能和力学性能的影响。结果表明,随着PTWs用量的增加,PTWs/PP复合材料的热导率提高、体积电阻率和摩擦静电荷下降;材料的拉伸强度、弯曲强度均随PTWs用量的增加呈先增大后减小的趋势;而熔体流动速率则呈增大趋势。当PTWs体积分数达到0.38%时,材料的热导率达到最大值0.5105 W.m-1.K-1,电阻率降低到109Ω.cm以下,满足一般抗静电材料的要求。     

单轴压缩下不同尺寸充填体能量损伤演化特征试验研究

对4种不同尺寸（40,70.7,100,150 mm）的充填体试件进行了室内单轴压缩试验,研究了尺寸变化对充填体能量演化规律和损伤破坏机制的影响,并得到了基于弹性能耗比的充填体破坏前兆判据。研究结果表明：单轴压缩下不同尺寸充填体的能量演化规律相似,体现为峰前以弹性应变能积蓄为主,峰后耗散能占比不断上升并迅速超越弹性应变能;随着试件尺寸的增加,充填体在峰值应力处总输入应变能、弹性应变能和耗散能均呈非线性下降趋势;根据耗散能曲线,可将充填体能量损伤演化过程划分为初始损伤、损伤加速、损伤稳定发展和损伤破坏4个阶段;试件尺寸越大,弹性能耗比K值变化幅度越大;弹性能耗比K值曲线整体先上升后下降,持续到一个较低值,在临近峰值应力处再转为上升。弹性能耗比K值曲线的这一变化规律可作为充填体临界破坏前兆特征。     

硅灰加入量对水泥结合铝硅浇注料性能的影响

为了研究硅灰加入量对水泥结合铝硅浇注料性能的影响,以88高铝矾土、白刚玉、艾肯951u硅灰为主要原料,S71水泥作为结合剂制备了铝硅浇注料。其中硅灰加入量分别为2%、3%、4%、5%、6%、7%等量代替88高铝粉(≤0.044 mm),研究其对水泥结合铝硅浇注料性能的影响。结果表明:随着硅灰加入量的增加,浇注料经110℃×24 h、1 000℃×3 h和1 500℃×3 h处理后,体密先增大后减小;110℃×24 h和1 000℃×3 h处理后抗折强度和耐压强度先增大后减小;1 500℃×3 h处理后抗折和耐压强度则逐渐增大;1 450℃×1 h高温抗折强度逐渐增大。当硅灰加入量为6%时,即可获得较好的综合指标。     

基于单胞结构的2.5D碳纤维织物增强复合材料等效热导率

采用有限元法分别建立碳纤维束微观结构模型和2.5D碳纤维织物增强碳基复合材料单胞结构模型,计算稳态热边界条件下的碳纤维束等效热导率和碳基复合材料等效热导率,研究碳纤维直径和单丝间距对碳纤维束轴向、径向热导率及碳基复合材料沿厚度方向热导率的影响。结果表明,基体碳的热导率介于碳纤维的径向热导率和轴向热导率之间;纤维束横截面积一定时,随碳纤维直径增大,纤维束轴向热导率升高,径向热导率降低,碳基复合材料沿厚度方向热导率降低;随单丝间距增加,纤维束轴向热导率降低,径向热导率升高,碳基复合材料沿厚度方向热导率升高。     

高静应力和频繁动力扰动共同作用下矽卡岩动力学特性

为进一步揭示深部岩体受到开挖爆破等动力作用时的破坏机理,利用基于SHPB装置的动静组合加载试验系统,首次对中高应变率下矽卡岩在高静应力和频繁动力扰动共同作用时的变形特性、能量规律、破坏模式等进行了研究.随着冲击次数的增加,岩石的弹性模量先增大后减小,而每次冲击时的最大应变整体表现出先减小后增大的趋势,最后一次冲击时弹性模量骤降,最大应变突增,岩石试样发生破坏.单位体积岩石能耗为负值,说明在冲击动载的作用下岩石试样表现出释放能量的特性,这是由于高静应力作用产生的弹性应变能受动力冲击作用诱导而释放;随着冲击次数的增加,单位体积岩石释放的能量先增大后减小.结构致密、强度较高的矽卡岩试样随冲击次数的增加表现出劈裂破坏模式.      

加水量及加水方式对低钛型钒钛磁铁精粉烧结制粒的影响

研究了加水量及加水方式对低钛型钒钛磁铁精粉烧结制粒行为的影响。研究结果表明:在其它条件一定的条件下,颗粒长大指数随着混合料水分的增加呈线性增加趋势;均匀性指数随着混合料水分的增加先增加后降低,混合料水分为7.5%,均匀性指数达到最大值0.6817,此时制粒小球的均匀程度最高;准颗粒小球的强度和热稳定性随着混合料水分的增加先增加后降低,最后趋于稳定,当混合料水分控制在7.0%~7.5%时,准颗粒小球的强度较高,当混合料水分为6.5%,抗热粉化指数最高为5.84;颗粒长大指数和均匀性指数随着一混配水比例的增大先升高后降低;随着一混配水比例的升高,破损指数呈现出降低的趋势,而热粉化指数随着一混配水比例的增加呈现出先升高后降低的趋势。综合考虑混合料配水量和一混加水比例对低钛型钒钛磁铁精粉制粒的影响,混合料水分应控制在7.0%,一混加水比例应控制在80%。     

喷吹循环煤气氧气高炉的静态模型

根据整体及各区域的物理化学约束条件建立了氧气高炉工艺综合数学模型.通过模型的计算结果对能量在不同区域的利用情况进行了分析.得出结论如下:氧气高炉无煤气循环流程的一次能耗很高,燃料比在600 kg/tHM以上,并且无法实现高温区和固体炉料区之间的能量匹配.炉顶煤气循环后,可以实现能量在高温区和固体炉料区的同时平衡;在同时满足全炉热平衡和区域热平衡的条件下,氧气高炉炉身喷吹循环煤气流程的理论燃烧温度过高,而炉缸喷吹循环煤气流程的理论燃烧温度偏低;对于氧气高炉炉身、炉缸同时喷吹循环煤气流程,随着循环煤气量的增大,焦比升高,煤比降低,理论燃烧温度可以维持在合理的范围内.