Refino de Silício Metálico Líquido com Escórias Sintéticas

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<p>2° Congresso Internacional de Tecnologia Metalurgica e de Materiais São Paulo/1997 Trabalho: Henrique Braga Autor: Aplicação de modelo de refino de silício com escórias sintéticas. Pag. 1 APLICAÇÃO DE MODELO DE REFINO DE SILÍCIO COM ESCÓRIAS João Batista Ferreira Flávio Beneduce João Pedro Valls Márcio Henrique Rubens Corrêa da Resumo o refino do silício com de misturas de é eficiente na remoção das impurezas Al e Ca do silício para teores bastante reduzidos. No entanto, quando se deseja o controle da composição química em diversos níveis de Ca e Al. tal como exigido pelas empresas consumidoras de silício grau químico (SiGQ), tal técnica necessita de correções em panela que nem sempre permitem uma boa reprodutibilidade de resultados. Com o objetivo de elevar o grau de controle sobre o processo de refino, foi desenvolvido um modelo utilizando escórias sintéticas. o modelo emprega a viscosidade da escória sintética inicial adicionada como principal parâmetro de controle do Esta atividade é parte integrante de um projeto em andamento no IPT com recursos da FINEP (Financiadora de Estudos e Projetos) dentro do PADCT (Programa de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico). modelo permite o cálculo da composição química da escória de equilíbrio com uma determinada composição química de silício que se deseja atingir, assim como a composição química e a quantidade de com viscosidade controlada necessária para atingir tal composição. o modelo foi testado tanto na escala laboratorial (ensaios com 1 kg de silício realizados no IPT) como na escala industrial (testes com 1 t de silício, realizados na Eletrosilex). Os resultados mostraram que o modelo é eficiente para controle da composição química do SiGQ principalmente quando objetiva-se o controle do teor de Al, elemento em que a especificação do SiGQ é mais rigorosa. silício, refino (1) Trabalho a ser apresentado no 2° Congresso Internacional de Tecnologia Metalúrgica e de Materiais da ABM, 12 a 17 de outubro de São Paulo-SP. (2) Membro da ABM: M.E, Pesquisador do Laboratório de Processamento da Divisão de Metalurgia do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo (3) Membro da A.B.M.</p><p>2° Congresso Internacional de Tecnologia Metalurgica e de Materiais São Paulo/1997 Trabalho: Henrique Braga Autor: Aplicação de modelo de refino de silício com escórias sintéticas. Pag. 2 1. INTRODUÇÃO o silício grau químico (SiGQ) é obtido a partir do refino do silício grau metalúrgico (SiGM), e é matéria prima para produção dos silanos de onde deriva a família dos silicones, cuja aplicação tem crescido nos últimos anos. consumo de silício no mundo ocidental em 1985 foi de aproximadamente 490.000 t, dos quais, 33% de SiGQ (163.000 t). Em 1995 a demanda aproximadamente dobrou para o SiGQ, 330.000 t, correspondendo a 42% do total A projeção de crescimento da demanda mundial para o SiGQ na próxima década é de 5% ao ano, sendo responsável por 2/3 da taxa de crescimento global do mercado de silício. Os outros 1/3 são decorrentes da aplicação na indústria de alumínio, que consome A produção Brasileira 1995 foi de 115.756 1 (US$ 139,5 milhões), com quase a totalidade destinada ao mercado A operação do reator de leito fluidizado empregado como reator primário na produção de silicones é sensível às seguintes características do silício: composição química, grau de limpeza (nível de inclusões de escória e carbeto de silício), microestrutura (distribuição e composição química dos intermetálicos presentes) e, constância destas características em um mesmo No reator são alimentados, o silício em uma granulometria de 50 a 150 um e, cloreto de metila em contra fluxo. A reação se processa a aproximadamente 320 °C empregando cobre, ou um composto de cobre, como catalisador das reações de síntese. Neste processo, são produzidos diversos metilclorosilanos (MCS), dentre os quais destacam-se, pelas quantidades geradas, o dimetildiclorosilano e o trimetilclorosilano o primeiro é o composto empregado como matéria prima para fabricação dos silicones, enquanto que, o segundo é indesejável. A eficiência do reator é medida por dois parâmetros: reatividade e A reatividade é definida pela quantidade total de metilclorosilanos formados por unidade de massa de silício carregado por unidade de tempo, enquanto que a seletividade é definida pela relação entre as quantidades de trimetilclorosilano e Desta forma, deseja-se um elevado valor de reatividade, normalmente superior 110 g de MCS/kg Si.h, e reduzidos valores de seletividade, inferiores a 0,05. Em dezembro de 1995 foi iniciado no IPT um projeto de pesquisa que visa desenvolver melhorias no processo de produção de silício grau químico, de forma a auxiliar as empresas produtoras no aprimoramento e garantia de qualidade de seus produtos. Tal projeto com término previsto para junho de 1988 está sendo conduzido com recursos da FINEP dentro do Programa de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico (PADCT). projeto objetiva o desenvolvimento de técnicas que permitam a obtenção de silício grau químico com graus de reatividade e seletividade controlados, que por sua vez dependem do controle da composição química, nível de limpeza e microestrutura do silício.</p><p>2° Congresso Internacional de Tecnologia Metalurgica e de Materiais São Paulo/1997 Trabalho: Henrique Braga Autor: Aplicação de modelo de refino de silício com escórias sintéticas. Pag. 3 Desta forma, estão sendo estudos nas áreas de refino, controle de microestrutura (através de diferentes formas de solidificação do silício, incluindo atomização e granulação) e síntese de silanos (construção de um reator de laboratório para medidas dos índices de reatividade e seletividade). Na área de refino foi desenvolvido um modelo com escórias sintéticas de forma a permitir o controle sobre as impurezas Ca Al, tais elementos formam intermetálicos com o silício e com outras impurezas (Fe, Ti, etc), que precipitam em contorno de grão e que afetam os índices de reatividade e seletividade. Portanto, o controle dos teores destes elementos é fundamental para atender as exigências das empresas consumidoras do SiGQ. 2. MODELO DE REFINO refino do silício é normalmente conduzido através do emprego da em panela, de misturas ou enriquecido em oxigênio, através de plug poroso ou lança. Durante o refino os elementos Ca e Al e, o próprio silício, são oxidados formando uma escória rica em refino pode ser considerado eficiente do ponto de vista de remoção dos elementos Ca e Al, pois teores inferiores a 400 ppm podem ser obtidos sem maiores dificuldades. Por outro lado, tal procedimento conduz a uma elevada oxidação do silício (redução do rendimento de processo), a uma oxidação excessiva do Al (promove a necessidade de correções posteriores em panela) e a produção de uma escória muito viscosa e pouco reativa que prejudica a cinética do processo, introduzido condições pouco favoráveis para que o equilíbrio metal/escória seja atingido. Desta forma, o refino com escórias sintéticas especialmente projetadas para atingir uma determinada especificação, pode favorecer a elevação do rendimento do silício, a redução no consumo de oxigênio e propiciar a obtenção de uma composição química previamente estabelecida, sem a necessidade de correções posteriores, independentemente da composição química inicial do silício a ser refinado. modelo foi construído em planilha eletrônica e se baseia em dois parâmetros básicos para o cálculo da composição química da escória sintética a ser adicionada para o refino: Viscosidade da escória; Composição da escória de equilíbrio com os teores de Ca e Al descjados. o cálculo de equilíbrio se baseia nas reações [2]. 3/4 [1] 1/2 [2]</p><p>2° Congresso Internacional de Tecnologia Metalurgica e de Materiais São Paulo/1997 Trabalho: Henrique Braga Autor: Aplicação de modelo de refino de silício com escórias sintéticas. Pag. 4 = Para o cálculo da composição química da escória de equilíbrio é necessário conhecer os seguintes Temperatura; Composição química do silício (teores de Ca e Al); de formação dos óxidos; Diagramas de isoatividades de CaO, e no sistema Coeficientes de atividade para soluções diluídas de Ca e Al no silício Os dados de atividades dos óxidos na escória foram extraídos do trabalho de Chipman e o cálculo da entalpia molar parcial relativa de cada óxido (AH), tendo como base os valores das atividades a 1550 e 1600°C, permitiu a extrapolação das atividades dos óxidos para a qualquer temperatura. Os coeficientes de atividade para soluções diluídas em Ca e foram determinados no e, da mesma forma, foram extrapolados para qualquer temperatura empregando os valores de AH de Ca e Al, calculados com base nos coeficientes de atividade determinados a duas temperaturas. Os valores de de formação dos óxidos foram extraídos da JANAF e do próprio trabalho de Chipman e Desta forma, conhecendo a composição inicial do silício a ser refinado e, a composição da escória de equilíbrio com o silício desejado, é possível calcular a quantidade e a composição química da escória que deveria ser adicionada para promover o refino até a composição objetivada. Entretanto, tal composição normalmente conduz a obtenção de uma escória muito viscosa, na maioria das projeções sólida e, portanto, pouco reativa para permitir que equilíbrio scja atingido rapidamente. o efeito da viscosidade inicial da escória foi motivo de investigação preliminar (9,10) Assim sendo, foi desenvolvida uma rotina de cálculo que permite alterar a viscosidade da escória inicial sem, no entanto, alterar as de equilíbrio final. A viscosidade da escória inicial é alterada através de adições de CaO, e MgO. A partir de uma dada viscosidade por sua vez, foi determinada experimentalmente como adequada para promover uma elevada velocidade de remoção das impurezas até o equilíbrio, o modelo permite o cálculo da quantidade e a composição química da escória de baixa viscosidade. cálculo da viscosidade é baseado em dados disponíveis na e foram extrapoladas em função da temperatura, através do emprego da energia de ativação do escoamento viscoso.</p><p>2° Congresso Internacional de Tecnologia Metalurgica e de Materiais São Paulo/1997 Trabalho: Henrique Braga Autor: Aplicação de modelo de refino de silício com escórias sintéticas. Pag. 5 Na tabelas e 2 são apresentados, respectivamente como exemplo, os dados alimentados e gerados na planilha de cálculo para uma condição particular. Na figura 1, observa-se a representação, no diagrama ternário CaO-SiO2- das composições apresentadas na tabela 2 representadas. Como pode ser observado, são gerados os seguintes dados: i) composição química e viscosidade da escória de equilíbrio; ii) composição, quantidade e viscosidade da escória estequiométrica necessária para atingir as condições de equilíbrio e; iii) composições, viscosidades e quantidades das escórias de baixa viscosidade, contendo ou não adições de MgO. Foram realizados ensaios de avaliação do modelo nas escalas laboratorial (IPT) e industrial (ELETROSILEX). 3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 3.1 Ensaios IPT Conforme descrito em trabalhos foi desenvolvido um aparato experimental que permite o controle da temperatura do banho, o emprego de atmosfera inerte e a realização de amostragens de silício durante o ensaio. Os ensaios foram realizados em cadinho de grafita contendo 700 g de silício aquecido por indução em forno de 15 kW de potência (figura 2). o fluxo necessário para obtenção da escória de refino foi preparado através da simples mistura de cal calcítica calcinada à durante 2h, quartzito de alta pureza e alumina eletrofundida. A temperatura empregada em todos os ensaios foi mantida constante e igual a 1550°C +/- Preliminarmente, verificou-se o efeito de realizar o refino com e sem controle da viscosidade inicial da escória, objetivando a obtenção de um silício com 0,15-0,25% Al e 0,04% Ca. Posteriormente, verificou-se a validade do modelo controlando-se a viscosidade inicial da escória e visando a obtenção de três diferentes composições químicas de silício: 0,05-0,15% Al, 0,15-0,25% Al e 0,25-0,35% Al, mantendo-se constante o teor de Ca objetivado (0,04%). A fusão e o refino do silício ocorreram sob atmosfera de argônio. Após sua fusão e acerto da temperatura, eram adicionadas quantidades pré-determinadas de Ca- Si e alumínio visando alterar a composição inicial do silício para o valor desejado. Após a dissolução das adições, realizava-se a amostragem do silício e procedia-se a adição do fluxo previamente calculado pelo modelo, amostragens de silício seqüenciais eram então realizadas, e após decorrido o tempo de ensaio pré-estabelecido, o metal e a escória eram vazados. Os teores iniciais de Ca e Al do silício empregado nos ensaios foram variados, justamente para simular as condições industriais e validar emprego do modelo. o estudo de sensibilidade do modelo indicou que a temperatura tem pouco efeito sobre a quantidade e composição química da escória a ser adicionada.</p><p>2° Congresso Internacional de Tecnologia Metalurgica e de Materiais São Paulo/1997 Trabalho: Henrique Braga Autor: Aplicação de modelo de refino de silício com escórias sintéticas. Pag. 6 3.2. Ensaios ELETROSILEX Os ensaios realizados na Eletrosilex foram conduzidos nas seguintes condições: Quantidade de silício tratado em panela: 950 kg Vazão de oxigênio: 20 Tempo de refino: 75 min Temperatura média do silício na saída do forno de redução: 1550 Para o cálculo das quantidades e composições químicas dos fluxos a serem adicionados para promover o refino, adotou-se como composição inicial do silício os teores médios de Ca e Al que estavam sendo obtidos no período em que os testes foram realizados, ou seja, 0,2% Al e 0,5% Ca. o tratamento de refino ocorreu durante o vazamento do silício do forno de redução para a panela de refino. Durante este período, foi mantida a injeção da mistura e foi promovida a adição do fluxo de refino calculado pelo modelo. Amostras de silício foram coletadas ao longo deste período, para determinação posterior dos teores de Ca e Al. 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.1 Ensaios IPT Efeito do controle da viscosidade inicial da escória de refino Os ensaios foram realizados variando-se a viscosidade inicial da escória nas faixas: 200, 400 e 800 poise, visando a obtenção de um silício contendo 0,15-0,25% Al e 0,05% Ca. As quantidades e composições químicas das escórias, calculadas pelo modelo, para uma dada viscosidade inicial, podem ser observadas na tabela 3. Nas figuras 3 a 6 são apresentados os resultados obtidos em termos da variação dos teores de Ca e Al do silício com o tempo. Visando avaliar a distância do equilíbrio, estão representadas também curvas teóricas dos teores de Ca de equilíbrio com as escórias formadas a cada instante do ensaio. As composições químicas das escórias a cada instante foram estimadas com base em um balanço de massas, considerando a quantidade de que é consumida e as quantidades de CaO c que são formadas a cada instante, devido a oxidação de Ca e Al do silício. Na figura 3, verifica-se que sem um controle da viscosidade houve uma elevada diferença entre o teor de Al obtido e aquele pelo modelo ao final do [3] A escória correspondente a estequiométrica para o refino (tabela 2), é uma escória do sistema CaO-SiO2 ou Tais escórias são normalmente sólidas na temperatura de 1550</p><p>2° Congresso Internacional de Tecnologia Metalurgica e de Materiais - São Paulo/1997 Trabalho: Henrique Braga Autor: Aplicação de modelo de refino de silício com escórias sintéticas. Pag. 7 Entretanto, o teor de Ca final obtido é próximo do calculado pelo modelo. Tal fato confirma resultados obtidos em trabalhos anteriores realizados no em que conclui-se que a viscosidade afeta preferencialmente a remoção do Al. Por outro lado, quando se controlou a viscosidade da escória inicial, obteve-se uma convergência não só dos teores de Ca, mas também dos de Al para o equilíbrio calculado pelo modelo (figuras 4 a 6). No ensaio 5, é importante notar que o teor de Al do silício inicial era menor do que o teor objetivado, indicando que o modelo é eficiente para o controle da composição química do silício qualquer que seja sua composição inicial. De qualquer forma, não se observou diferenças significativas na cinética de remoção de Ca e Al quando a viscosidade da escória inicial foi alterada de 200 para 400 ou 800 poise. Provavelmente pelo fato que, nestes ensaios, os teores de Al iniciais eram relativamente próximos daqueles desejados ou de equilíbrio. Por outro lado, o emprego de uma escória inicial sólida e, portanto, pouco reativa, tem um efeito importante em relação aos ensaios realizados com controle de viscosidade inicial (figura 7 e 8). Observando os resultados obtidos, verifica-se que o controle de viscosidade da escória possivelmente se obteria o teor de Al desejado, porém a tempos de refino excessivamente longos. No entanto, quando se controla a viscosidade da escória inicial de refino é possível obter-se o teor de Al desejado, em pouco tempo, para qualquer teor de Al inicial. Ensaios visando a obtenção de silício de composição: e Ca: Na figura 9 observa-se a variação dos teores de Ca e Al do silício obtidos e calculados pelo modelo para um ensaio realizado visando a obtenção de um silício com 0,05-0,15% Al e 0,04% Ca. Neste ensaio foram empregadas 17,0 g de uma escória que tem uma viscosidade inicial de aproximadamente 400 poise. Verifica-se que existe uma convergência dos teores de Ca e Al obtidos para aqueles previstos pelo modelo. Ensaios visando a obtenção de silício de composição: e 0,04% Ca Na figura 10 observa-se a variação dos teores de Ca e Al do silício obtidos e calculados pelo modelo para um ensaio realizado visando a obtenção de um silício com e 0,04% Ca. Neste ensaio foram empregadas 32,2 g de uma escória que tem uma viscosidade inicial de aproximadamente 100 poise. Verifica-se que foi possível a obtenção de uma composição química próxima da e próxima da calculada pelo equilíbrio silício/escória ao final do ensaio. [4] Nem sempre é possível calcular os teores de Ca e Al pelo modelo, pois existem composições de escória que estão fora do campo conhecido dos valores de atividade de CaO, e no sistema</p><p>2° Congresso Internacional de Tecnologia Metalurgica e de Materiais - São Paulo/1997 Trabalho: Henrique Braga Autor: Aplicação de modelo de refino de silício com escórias sintéticas. Pag. 8 4.2 Ensaios Eletrosilex Foram realizados sete ensaios de refino, três objetivando a obtenção de um silício contendo 0,03% Al e 0,02%Ca e quatro visando a obtenção de 0,15% Al e 0,02% Ca. Para o cálculo do fluxo a ser adicionado algumas modificações no modelo foram introduzidas objetivando adequar o refino às práticas normais daquela empresa que inclui o refino com oxigênio. Para tanto, uma parte do do fluxo foi substituído pela injeção de oxigênio. As figuras 11 e 12 apresentam os resultados obtidos para as duas composições químicas visadas: 0,03% Al, 0,02% Ca e 0,15% Al, 0,02% Ca Observa-se nestas figuras que uma elevada aproximação com os resultados previstos foi obtida, indicando que o modelo pode ser empregado na escala industrial. 5. CONCLUSÕES Foi desenvolvido um modelo de refino de silício empregando escórias sintéticas que permite calcular a quantidade, composição química e viscosidade da escória necessária para se atingir uma composição química previamente determinada após refino. Verificou-se a importância do controle da viscosidade inicial da escória para permitir que a composição química calculada pelo modelo possa ser atingida. Com o emprego do modelo desenvolvido, foi possível, através de ensaios realizados na escala laboratorial (~1 kg de silício) controlar a composição química do silício em três níveis de alumínio (0,05-0,15; 0,15-0,25 e 0,25-0,35% Al) mantendo-se um teor aproximadamente constante de Ca (0,04%). Através de uma adaptação do modelo às condições industriais, foram realizados ensaios na ELETROSILEX (~1 t), onde foi possível controlar a composição química do silício em dois níveis de alumínio desejados (~ 0,03% e % Al), mantendo-se um teor aproximadamente constante de Ca (0,02%). Agradecimentos Os autores agradecem à FINEP pelos recursos financeiros para realização deste trabalho. Os autores agradecem ao corpo técnico da ELETROSILEX pela colaboração em realizar testes em sua unidade industrial situada no município de Capitão Enéas MG.</p><p>2° Congresso Internacional de Tecnologia Metalurgica e de Materiais - São Paulo/1997 Trabalho: Henrique Braga Autor: Aplicação de modelo de refino de silício com escórias sintéticas. Pag. 9 Referências bibliográficas 1. LINDE, J.P. ; SILICON METAL: AN ERA OF GROWTH AND PROSPERITY? in Proceedings of Silicon for the Chemical Industry III, Sandeford, Norway, june 18-20, 1996. 2. ANUÁRIO ESTATÍSTICO DO SETOR 1991/1995 - Ferro Ligas e Metais não ferrosos. Secretaria de Minas e Metalurgia do Ministério de Minas e Energia. 3. HOLM, R.; LEICH, J.; TRUNZO, J. Silicon requeriments for use in the silicones and chemical industries.IN ELECTRIC FURNACE CONFERENCE, 44, 1986, Dallas, p.205-213. 4. FORWALD, et alii; Quality criteria for silicon used for organo silicon industry, METALLWISSENCHAFT, 42, Jahrgang, Heft 7, Juli 1988, p 681-684. 5.CHIPMAN, J.; REIN, R.H..Activities in the liquid solution CaO- MgO- at 1600°C. TRANSACTIONS OF THE METALLURGICAL SOCIETY OF AIME,233:415-425, feb.1965. 6. FERREIRA NETO, J. B.. Estudo termodinâmico do comportamento das impurezas alumínio e cálcio contidas no silício em contato com escórias do sistema CaO - - DISSERTAÇÃO (MESTRADO EM ENGENHARIA)- ESCOLA DE ENGENHARIA E MATERIAIS, UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO, Dez. 1991. 142 p. 7 PINTO, E.C.O.: Tese de Doutoramento, ESCOLA POLITÉCNICA/ DEPTO. DE ENGENHARIA E MATERIAIS, UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO, 1995. 8.JANAF THERMOCHEMICAL TABLES-NSRDS- NBS 37 June 1971 with Supplements up to 1978. 9. FERREIRA NETO, J.B;. VALLS TOSETTI, J.P.; REFINO DE SILÍCIO GRAU - PARTE I; Revista Metalurgia & Materiais, Vol 50, 433, Setembro 1994. 10. FERREIRA NETO, VALLS TOSETTI, J.P.; REFINO DE SILÍCIO GRAU - PARTE II; Revista Metalurgia & Materiais, Vol 51, 439, Março1995. 11. TURKDOGAN, E.T.; PATRICIA, M.B.; A CRITICAL REVIEW OF VISCOSITY OF MELTS; Ceramic Bulletin, V. 39, 11 (1960); p 682-687. 12. ELLIOT, J.F.; THERMOCHEMISTRY FOR STEELMAKING, Vol II, Reading: Addison-wesley Publishing Company Inc., 1963. p652/667.</p><p>2° Congresso Internacional de Tecnologia Metalurgica e de Materiais - São Paulo/1997 Trabalho: Henrique Braga Autor: Aplicação de modelo de refino de silício com escórias sintéticas. Pag. 10 Tabela 1. Dados de entrada do modelo para uma determinada condição. Massa de silício (kg) 950 Ca inicial (%) 0,5 Al inicial (%) 0,4 Ca visado (%) 0,04 Al visado (%) 0,15 Temperatura 1550 Viscosidade da escória inicial (poise) 230 Adição de MgO(%) 2 Tabela 2. Dados de saída obtidos a partir dos dados de entrada da tabela 1. Esc. EQ. Esc. baixa Esc. baixa viscosidade Estequiométrica viscosidade com MgO CaO (%) 24,21 - 17,49 15,05 (%) 49,00 89,58 60,26 62.56 (%) 26,79 10,42 22,24 20,39 MgO (%) 0 0 0 2,00 Total (%) 100 100 100 100 M esc (kg) - 21,90 78,90 61,12 Visc. (poisc) 53,9 "sólida" 230 230 Tabela 3. Composições químicas e viscosidades calculadas pelo modelo para refino de silício visando a obtenção de silício com 0,15-0,25% Al e 0,04% Ca. M esc (g) (%) CaO (%) (%) visc. inicial (poise) Ensaio 1 43.51 79.4 0 20.6 "esc. sólida" Ensaio 3 150.0 52.7 18.6 28,7 200 Ensaio 5 100.0 16.1 400 13.8 22.6 800</p><p>2° Congresso Internacional de Tecnologia Metalurgica e de Materiais - São Paulo/1997 Trabalho: Henrique Braga Autor: Aplicação de modelo de refino de silício com escórias sintéticas. Pag. 11 SiO2 10 90 Equilíbrio 20 80 B viscosidade B DISCOS c/ MgO 30 70 %CaO 40 60 50 50 %SiO2 60 40 70 30 80 20 90 10 CaO 10 20 30 40 50 60 70 80 A12O3 90 Figura 1. Representação no diagrama das escórias apresentadas na tabela 2 7 8 Esc. Si Ar 9 3 2 4 Figura 2. Esquema do aparato experimental para ensaios realizados em escala laboratorial: (1) refratário de (2) cadinho de grafita, (3) e (7) entradas de argônio, (4) termopar, (5) e (6) tampas refratárias, (8) rotâmetro e (9) cilindro de argônio.</p><p>2° Congresso Internacional de Tecnologia Metalurgica e de Materiais - São Paulo/1997 Trabalho: Henrique Braga Autor: Aplicação de modelo de refino de silício com escórias sintéticas. Pag. 12 Ad. escória Ensaio 1 1 0.8 Ca Al 0.4 0.2 Aleq 0 Caeq 0 20 40 60 80 100 120 t (min) Figura 3. Variação dos teores de Ca e Al com o decorrer do tempo para o ensaio 1 (escória sólida, sem controle de viscosidade inicial). e Alca- equilíbrio calculado. Ensaio 3 Ad. escória 1 0.8 Ca IV 0.6 0.4 Aleq 0.2 Al Caeq 0 0 20 40 60 80 t (min) Figura 4. Variação dos teores de Ca e Al com o decorrer do tempo para o ensaio 3 (escória com controle de viscosidade inicial de 200 poise). ). e equilíbrio calculado.</p><p>2° Congresso Internacional de Tecnologia Metalurgica e de Materiais - São Paulo/1997 Trabalho: Henrique Braga Autor: Aplicação de modelo de refino de silício com escórias sintéticas. Pag. 13 Ad. escória Ensaio 11 1 0.8 Al 0.2 Aleq Ca Caeq 0 0 50 100 150 200 Figura 5. Variação dos teores de Ca e Al com o decorrer do tempo para o ensaio 11 (escória com controle de viscosidade inicial de 800 poise). ). Caca e calculado. Ensaio 5 Ad. escória 1 0.6 0.4 Al 0.2 Ca Cacq 0 0 50 100 150 200 t (min) Figura 6. Variação dos teores de Ca c Al com o decorrer do tempo para o ensaio 5 (escória com controle de viscosidade inicial de 400 poise). ). equilíbrio</p><p>2° Congresso Internacional de Tecnologia Metalurgica e de Materiais - São Paulo/1997 Trabalho: Henrique Braga Autor: Aplicação de modelo de refino de silício com escórias sintéticas. Pag. 14 Sem controle de viscosidade 0.3 Faixa desejada para Al 0.2 0.1 Com controle de viscosidade 0 0 50 100 150 200 t (min) Figura 7. Variação do teor de Al com o tempo para os ensaios realizados com aplicação do modelo de refino. Composição final desejada: 0,04% Ca. 1 Sem controle de viscosidade 0.4 0.2 Com controle de viscosidade 0 0 50 100 150 200 t (min) Figura 8. Variação do teor de Ca com o tempo para os ensaios realizados com aplicação do modelo de refino. Composição final desejada: % Ca < 0,05.</p><p>2° Congresso Internacional de Tecnologia Metalurgica e de Materiais - São Paulo/1997 Trabalho: Henrique Braga Autor: Aplicação de modelo de refino de silício com escórias sintéticas. Pag. 15 Ad. escória Ensaio 12 0.3 0.25 0.2 Al 0.15 Ca 0.1 Aleq Cacq 0 0 20 40 60 80 100 120 140 t (min) Figura 9. Variação dos teores de Ca e Al com o decorrer do tempo para o ensaio 12 (escória com controle de viscosidade inicial de 400 poise). e equilíbrio calculado. escória Ensaio 15 0.5 0.4 Al 0.3 0.2 Aleq Ca 0.1 Caeq 0 0 20 40 60 80 100 120 t (min) Figura 10. Variação dos teores de Ca e Al com o decorrer do tempo para ensaio 8 (escória com controle de viscosidade inicial de 100 poise). e equilíbrio calculado.</p><p>2° Congresso Internacional de Tecnologia Metalurgica e de Materiais - São Paulo/1997 Trabalho: Henrique Braga Autor: Aplicação de modelo de refino de silício com escórias sintéticas. Pag. 16 Testes Industriais c/ modelo IPT na Eletrosilex 0.6 Baixo 1 t de Si Médio Al 0.5 0.4 0.3 IV 0.2 0,15% 0.1 0,03% 0 0 20 40 60 80 t (min) Figura 11. Variação dos teores de Al com o tempo para os testes industriais realizados na Eletrosilex com aplicação do modelo de refino. Composições finais descjadas: 0,02% Ca, 0,03% Al (baixo e 0,02% Ca, 0,15% Al (médio Al). Testes Industriais c/ modelo IPT na Eletrosilex 0.8 Baixo Al 1 t de Si Médio 0.4 0,02% Ca 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 t (min) Figura 12. Variação dos teores de Ca com o tempo para os testes industriais realizados na Eletrosilex com aplicação do de refino. Composições finais desejadas: 0,02% Ca, 0,03% Al (baixo Al) e 0,02% Ca, 0,15% Al (médio Al).</p><p>2° Congresso Internacional de Tecnologia Metalurgica e de Materiais - São Paulo/1997 Trabalho: Henrique Braga Autor: Aplicação de modelo de refino de silício com escórias sintéticas. Pag. 17 MODEL FOR SILICON REFINING CONTROL BY SYNTHETIC SLAGS ABSTRACT Chemical grade silicon, produced from the metallurgical grade one, presents some important characteristics related to the process to obtain silicones. Such characteristics are mainly related to the chemical composition and microstructure. In this way, it has been more and more interesting processes with high chemical composition and solidification control. The traditional refining process, carried out by oxidant gas blowing, is efficient to calcium and aluminium removal, however during that process, a silica rich, high viscous and consequently non reactive slag is formed. This slag is not suitable to reach equilibrium conditions between silicon and slag, difficulting the process control. Therefore, it was developed a thermodynamic model for silicon refining by synthetic slags. The model is based on the chemical equilibrium between silicon and slag and on the initial viscosity control of the added slag. The weight, chemical composition and viscosity of the added slag are calculated by the model from the silicon weight, initial and final chemical composition and temperature. Laboratory (~ 1 kg of silicon) and industrial (~1t) experiments were carried out respectively, at IPT and at Eletrosilex silicon plant. The results showed that the model is suitable to silicon chemical composition control, mainly Al content, which is one of the most important characteristics of chemical grade silicon. silicon, refining</p><p>CONGRESS INTERNACIONAL TECNOLOGIA METALURGICA EDE MATERIALS SECOND INTERNATIONAL CONGRESS ON METALLURGY AND MATERIALS TECHNOLOGY ANAIS/ANNALS ABM ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE METALURGIA E MATERIAIS ABM ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE METALURGIA E MATERIAIS - ABM Rua Antonio 218 Campo Belo CEP 04605-030 São Paulo/SP Brasil Tel.: (011) 536-4333 Fax: (011) 240-4273 - E-Mail: ABMBRASI@ABMBRASIL.COM.BR Ficha Card Congresso Internacional de de : 1997 : São Paulo) II Congresso Internacional de Tecnologia Metalurgica e de Materiais: 52° Congresso Anual. -- São Paulo : Associação Brasileira de Metalurgia e Vários Obra em 1. Metalurgia - Congressos 2. Materiais - Congressos título CDD 669.06 Índices para Catálogos 1. Congressos : : nologia 669.06 2. Metalurgia : nologia : Congressos 669.06 ISBN Prouzido em Abril/98 Printed 1998 788586778018</p>