Title

EFEITO DA CONVECÇÃO FORÇADA NA MICRO E MACROESTRUTURA DE LINGOTES DE SILÍCIO GRAU METALÚRGICO OBTIDOS POR SOLIDIFICAÇÃO UNIDIRECIONAL

EFFECTS OF FORCED CONVECTION ON THE MICRO AND MACROSTRUCTURE OF METALLURGICAL GRADE INGOTS OBTAINED BY UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION

Authorship

Nascimento, Denir Paganini; Martorano, Marcelo de Aquino; Neto, João Batista Ferreira; Lima, Moysés Leite de; Ribeiro, Tiago Ramos

Nascimento, Denir Paganini

1 Articles, Downloaded 313 Times

Martorano, Marcelo de Aquino

I am this author

Neto, João Batista Ferreira

I am this author

Lima, Moysés Leite de

I am this author

Ribeiro, Tiago Ramos

I am this author

DOI

10.5151/1982-9345-30391

Downloads

Abstract

O efeito da convecção forçada foi estudado na micro e macroestrutura de lingotes de silício grau metalúrgico obtidos pela solidificação unidirecional a partir da extração de calor por uma base refrigerada em contato com o fundo do cadinho com o banho líquido. Um disco sob rotação foi imerso no silício líquido para promover a convecção forçada. Em lingotes de 100 mm, esta convecção aumenta de 8 para 80 mm o comprimento de uma região de grãos colunares claramente alinhados e livre de intermetálicos, indicando um aumento da macrossegregação. Um modelo de transferência de calor e massa indica que o aumento de transporte de soluto causado pela convecção forçada diminui o super-resfriamento constitucional e, consequentemente, aumenta a estabilidade da interface sólido-líquido plana, sem células ou dendritas. A ausência de células e dendritas pode ter contribuído para a maior macrossegregação de impurezas observada sob efeito de convecção forçada.

The effects of forced convection were investigated on the micro and macrostructure of metallurgical grade silicon ingots obtained by unidirectional solidification imposed by a water-cooled base in contact with a crucible bottom containing the melt. A rotating disk was immersed into the silicon melt to force convection. In the resulting ingots, of 100-mm height, convection increases from 8 to 80 mm the length of a region with clearly aligned columnar grains and free of intermetallic precipitates, indicating enhanced macrosegregation. A heat and mass transfer model indicates that the increase in solute transport caused by forced convection decreases the constitutional super-cooling ahead of the solidification front and, accordingly, increases the stability of a planar solid-liquid interface, free from cells or dendrites. The absence of cells and dendrites may have contributed to increase macrosegregation with forced convection.

Keywords

Solidificação, Silício, Refino, Convecção

Solidification, Silicon, Refining, Convection