Silīcija kausējuma matemātiskā modelēšana attīrīšanas procesam ar elektronu kūli

Abstract

Darbā ar datormodelēšanas palīdzību tiek aplūkota inovatīva silīcija pārkausēšanas iekārta saules bateriju silīcija iegūšanai no metalurģiskā silīcija ar elektronu kūļa palīdzību. Ar programmu bibliotēku OpenFOAM tiek izstrādāts matemātiskais modelis kausējuma plūsmai šādā iekārtā. Veiktas aksiālsimetrisku aprēķinu studijas, no kurām secināts, ka iekārtā iegūstamas seklas izkusušās zonas. Aplūkota iespēja lietot skrejošu magnētisko lauku plūsmas pastiprināšanai, lai izkausētu visu iekārtā ievietoto silīciju. Rezultāti parāda, ka tas ir iespējams, bet nepieciešams lietot lielas elektronu kūļa jaudas un induktora strāvas. Veikti arī trīsdimensionāli aprēķini, parādot iespēju iegūt dziļas izkusušās zonas, lietojot nelielas elektronu kūļa jaudas, ja tīģeļa konstrukcijā lieto papildus grafīta slāni.

Present work considers an innovative electron beam remelting furnace for purifying metallurgical grade silicon up to solar grade. Mathematical model for melt flow in such a system is developed with program library OpenFOAM. From axisymmetric calculations it is concluded that only small region of the crucible volume can be melted. The use of traveling magnetic field is proposed to increase melt flow and enable the possibility of obtaining large melt depths. The results show that it is possible, but large beam powers and inductor currents are necessary. Three-dimensional calculations were performed, showing the possibility to obtain large melt depths with smaller beam powers if additional graphite layer is used for construction of the crucible.