專利名稱：一種多晶硅氫化爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多晶硅生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及一種多晶硅氫化爐。
背景技術(shù)：
多晶硅是最主要的光伏材料，是集成電路硅襯底、新型環(huán)保能源太陽能電池的主流材料，也是生產(chǎn)單晶硅的直接原料，是發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)和新能源產(chǎn)業(yè)的重要基石。目前多晶硅的生產(chǎn)設(shè)備多晶硅還原爐會產(chǎn)生大量尾氣，其中的Cl4Si不好處理，而且其量很大，其量占到多晶硅生產(chǎn)原料的20%。如果直接將這些四氯化硅作為廢物處理掉，則非常不合理，原因如下(1)副產(chǎn)物Cl4SI同樣消耗了原料工業(yè)硅粉和液氯，作為廢物處理掉就會造成這部分原料的損失，造成多晶硅生產(chǎn)中物料單耗的上升，增加了多晶硅的成本；(2)將Cl4Si作為廢物處理會對環(huán)境帶來污染；(3)將Cl4Si作為廢物處理也需要花費(fèi)大量資金。因此，必需對副產(chǎn)物Cl4Si進(jìn)行處理，這樣既可以對環(huán)境不造成污染，又可降低多晶硅生產(chǎn)成本。目前國內(nèi)外多晶硅生產(chǎn)廠家均采用Cl4Si的熱氫化來解決這一問題，用來提高多晶硅產(chǎn)量，使多晶硅實現(xiàn)閉環(huán)化生產(chǎn)。氫化爐就是用來對Cl4Si處理的專用設(shè)備，是Cl4Si 反應(yīng)的主要場所。但目前國內(nèi)多晶硅生產(chǎn)廠家使用的氫化爐設(shè)備基本上依靠外國進(jìn)口，其價格為國產(chǎn)氫化爐的10倍，且因設(shè)備結(jié)構(gòu)原因多數(shù)不能正常使用。國內(nèi)外均未公開多晶硅氫化爐的設(shè)計制造技術(shù)，國家也沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)出臺，故研制出一種結(jié)構(gòu)合理、優(yōu)質(zhì)高效、高產(chǎn)出低能耗的氫化爐顯得舉足輕重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)合理、優(yōu)質(zhì)高效、高產(chǎn)出低能耗的多晶硅氫化爐。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為，一種多晶硅氫化爐，包括爐體、視鏡、底盤、底座、電極、石墨接頭、進(jìn)出管、發(fā)熱體、總進(jìn)水口、容器法蘭、出水口、密封墊和螺栓，其中視鏡位于爐體中部，爐體和底盤之間墊有密封墊；底盤上開有電極孔和進(jìn)出氣孔，爐體通過容器法蘭與底座夾持底盤，用螺栓固定連接；電極穿過底盤與石墨接頭連接，石墨接頭與發(fā)熱體連接固定；此外，還包括單層隔熱裝置、進(jìn)出氣套管、底部進(jìn)出管和安全閥接口，其中底盤和爐體均為水冷式結(jié)構(gòu)，爐體上的內(nèi)筒筒體、內(nèi)筒封頭以及夾套筒體、夾套封頭和容器法蘭之間形成爐體冷卻腔，爐體冷卻腔內(nèi)部設(shè)置螺旋型導(dǎo)流板；底盤由上底板和下底板通過連接體組焊而成，上底板、下底板和連接體之間為底盤冷卻水腔；在容器法蘭密封面上部設(shè)置有墊片冷卻腔，爐體冷卻腔的總進(jìn)水口設(shè)置在爐體下部，內(nèi)筒筒體頂部中心連接有安全閥接口，出水口設(shè)置在與內(nèi)筒封頭連通的安全閥接口的夾層上；單層隔熱裝置置于爐體內(nèi)部，放置于底盤之上，其底部與底盤的電極孔處對應(yīng)開孔；發(fā)熱體均勻分布在單層隔熱裝置的內(nèi)腔內(nèi)；進(jìn)出氣套管穿過進(jìn)出管和單層隔熱裝置底部深入到單層隔熱裝置內(nèi)部，進(jìn)出氣套管、單層隔熱裝置、進(jìn)出管和爐體同軸心。上述單層隔熱裝置所用材料為耐高溫材料，其底部上均勻分布著兩圈電極孔，中心開有進(jìn)出氣孔，頂部開有6 10個均勻分布的孔。
上述進(jìn)出氣套管包括上段套管、下段套管、氣體分散器和隔熱套管，其中下段套管為徑向帶有兩圈圓孔的空心式結(jié)構(gòu)，其外圈為一圈均勻分布的出氣孔，內(nèi)圈為一圈均勻分布的進(jìn)氣孔；下段套管底部的末端連接進(jìn)氣口，進(jìn)氣口與進(jìn)氣孔連通；下段套管在靠近底部處開缺口，缺口與下段套管的出氣孔聯(lián)通，并與出氣口連通；上段套管為單圈空心結(jié)構(gòu)， 徑向均勻分布一圈進(jìn)氣孔，且上段套管的進(jìn)氣孔與下段套管的進(jìn)氣孔位置相對應(yīng)；在下段套管外套有隔熱套管，在上段套管頂部連接有氣體分散器。上述的出氣孔為15 25個，進(jìn)氣孔為5 15個。上述的出氣孔為18個Φ 18mm的出氣孔，進(jìn)氣孔為9個Φ 31mm的進(jìn)氣孔。上述進(jìn)出氣套管由石墨加工而成。上述下段套管和隔熱套管置于底部進(jìn)出管內(nèi)，底部進(jìn)出管由內(nèi)管和夾套管組成， 內(nèi)管緊貼隔熱套管，夾套管和內(nèi)管之間為夾套空腔；夾套空腔底部一側(cè)接底部冷卻水進(jìn)口， 另一側(cè)接出氣口，在出氣口外套設(shè)有出氣管冷卻水進(jìn)口。上述電極有12對，即M個電極，在底盤和單層隔熱裝置底部上分2圈均勻地布置，8對電極設(shè)置在外圓周上，4對電極設(shè)置在內(nèi)圓周上。上述電極與石墨接頭采用螺紋形式連結(jié)，石墨接頭與發(fā)熱體采用螺栓連接。上述電極為硅芯電極，其下端連接2000V電壓，持續(xù)給熱發(fā)熱體提供電源，使發(fā)熱體產(chǎn)生熱量，保證隔熱屏內(nèi)的溫度保持在1200 1250°C。本發(fā)明的進(jìn)步之處在于提供了一種設(shè)計簡單、結(jié)構(gòu)合理、優(yōu)質(zhì)高效、高產(chǎn)出低能耗的處理Cl4Si的專用設(shè)備，使多晶硅的生產(chǎn)實現(xiàn)封閉化，進(jìn)一步提高了多晶硅的產(chǎn)量，并達(dá)到了節(jié)約成本、節(jié)約能源、降低能耗和環(huán)保的目的。


圖1為本發(fā)明所述的多晶硅氫化爐主視圖。圖2為電極和進(jìn)氣口在底盤和隔熱屏下底板上的分布示意圖。圖3為進(jìn)出氣套管結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為電極與石墨接頭及發(fā)熱體連結(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5容器法蘭底部結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1-出水口、2-安全閥接口、3-夾套封頭、4-內(nèi)筒封頭、5-進(jìn)出氣套管、6-螺旋型導(dǎo)流板、7-視鏡、8-爐體冷卻腔、9-內(nèi)筒筒體、10-夾套筒體、11-單層隔熱裝置、12-容器法蘭、13-墊片冷卻腔出水口、14-墊片冷卻腔、15-底座、16-電極、17-氣體分散器、 18-發(fā)熱體、19-夾套管、20-夾套空腔、21-內(nèi)管、22-出氣管冷卻水進(jìn)口、23-出氣口、24-進(jìn)氣口、25-底部冷卻水進(jìn)口、26-底盤冷卻水出水口、27-下底板、28-底盤冷卻水腔、29-連接體、30-上底板、31-密封墊、32-螺栓、33-總進(jìn)水口、34-底部進(jìn)出管、35-爐體、36-底盤、 37-石墨接頭、40-上段套管、41-下段套管、42-隔熱套管、43-電極孔、44-進(jìn)出氣孔。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。一種多晶硅氫化爐，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括爐體35、視鏡7、底盤36、底座15、電極16、發(fā)熱體18、螺旋型導(dǎo)流板6、總進(jìn)水口 33、容器法蘭12、出水口 1、螺栓32、密封墊31、 單層隔熱裝置11、進(jìn)出氣套管5、石墨接頭37、進(jìn)出管34和安全閥接口 2，其中視鏡7位于爐體35中部，爐體35和底盤36之間墊有密封墊31 ；底盤36上開有電極孔43和進(jìn)出氣孔 44，爐體的容器法蘭與底座夾持底盤，用螺栓固定連接；電極16穿過底盤36與石墨接頭37 采用螺紋形式固定連接，石墨接頭與發(fā)熱體采用螺栓連接，以增加發(fā)熱體18、石墨接頭37 及電極連結(jié)的可靠性，使氫化爐的連續(xù)安全運(yùn)行；底盤36和爐體35均為水冷式結(jié)構(gòu)，爐體 35上的內(nèi)筒筒體9、內(nèi)筒封頭4、夾套筒體10、夾套封頭3和容器法蘭12之間形成有爐體冷卻腔8，以降低內(nèi)筒筒體9的壁溫；爐體冷卻腔8內(nèi)部設(shè)置螺旋型導(dǎo)流板6，以提高水冷效果；底盤36由上底板30和下底板27通過連接體四組焊而成，上底板30、下底板27和連接體四之間為底盤冷卻水腔觀；在容器法蘭12密封面上部設(shè)置有墊片冷卻腔14，用于冷卻容器法蘭12和密封墊31 ；爐體冷卻腔8的總進(jìn)水口 33設(shè)置在爐體35下部，內(nèi)筒筒體9 頂部中心連接有安全閥接口 2，用于控制爐體35內(nèi)的壓力，如果爐體35內(nèi)的壓力超壓，安全閥接口 2會自動打開，以保護(hù)裝置；出水口 1設(shè)置在與內(nèi)筒封頭4連通的安全閥接口 2的夾層上；冷卻水從總進(jìn)水口 33進(jìn)入后分為三路，一路進(jìn)入爐體冷卻腔8冷卻內(nèi)筒筒體9，一路進(jìn)入墊片冷卻腔14冷卻密封墊31，大大提高了密封墊31的使用壽命，一路進(jìn)入視鏡7冷卻腔，然后從爐體冷卻腔8頂部的出水口 1流出；單層隔熱裝置11所用材料為耐高溫材料，置于爐體內(nèi)部，放置于與底盤36之上；其底部與底盤36的電極孔43處對應(yīng)開孔，發(fā)熱體18 均勻分布在單層隔熱裝置11的內(nèi)腔內(nèi)；單層隔熱裝置11的頂部開有10個均勻分布的孔， 其作用是調(diào)節(jié)單層隔熱裝置的內(nèi)外氣體壓力平衡；單層隔熱裝置11的作用是將爐內(nèi)的熱量聚集起來，有利于SiCl4的氫化；進(jìn)出氣套管5穿過爐體35和單層隔熱裝置11底部深入到單層隔熱裝置11內(nèi)部，進(jìn)出氣套管5、單層隔熱裝置11、進(jìn)出管34和爐體35同軸心。上述電極16以及底盤36、單層隔熱裝置11底部上的電極孔43分布如圖2所示， 電極16有12對，即M個電極，在底盤36和單層隔熱裝置11底部上分2圈均勻布置，8對電極設(shè)置在外圓周上，4對電極設(shè)置在內(nèi)圓周上，電極16為硅芯電極，其下端連接2000V電壓，持續(xù)給發(fā)熱體18提供電源，使發(fā)熱體產(chǎn)生熱量，保證單層隔熱裝置11內(nèi)的溫度保持在 1200 1250°C。上述進(jìn)出氣套管5由石墨加工而成，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括上段套管40、下段套管41、氣體分散器17和隔熱套管42 ；下段套管41為兩圈空心式結(jié)構(gòu)，其外圈為18個 Φ 18mm的出氣孔，內(nèi)圈為9個Φ 31mm的進(jìn)氣孔，下段套管41底部末端連接進(jìn)氣口 24，進(jìn)氣口 M與進(jìn)氣孔聯(lián)通；下段套管41在靠近底部處開有缺口，缺口與下段套管41的出氣孔聯(lián)通，并與出氣口 23連通；上段套管40為單圈空心結(jié)構(gòu)，徑向上均勻分布一圈進(jìn)氣孔，進(jìn)氣孔為9個Φ31πιπι的進(jìn)氣孔，且與下段套管41的進(jìn)氣孔位置相對應(yīng)；在下段套管41外套有隔熱套管42，上段套管40頂部連接有氣體分散器17，用于使進(jìn)入的氣分散均勻；下段套管41 和隔熱套管42外側(cè)設(shè)置有底部進(jìn)出管34，底部進(jìn)出管34由夾套管19和內(nèi)管21組成，內(nèi)管21緊貼隔熱套管42，夾套管19和內(nèi)管21之間為夾套空腔20 ；夾套空腔20底部一側(cè)接底部冷卻水進(jìn)口 25，另一側(cè)接出氣口 23，在出氣口 23外套有出氣管冷卻水進(jìn)口 22，底部冷卻水從底部冷卻水進(jìn)口 25進(jìn)入，經(jīng)過夾套空腔20冷卻內(nèi)管21和隔熱套管42，而后進(jìn)入底盤冷卻水腔28冷卻上底板30及下底板27，然后從底盤冷卻水出水口沈流出；出氣管冷卻水進(jìn)口 22進(jìn)入的冷卻水先冷卻排出氣體，而后夾套、底盤冷卻水腔28和從底盤冷卻水出水口 26流出。從以上設(shè)計來看，呈氣態(tài)的硅的化合物SiCl4與H2作為原料氣，在氫化爐中主要發(fā)生以下電化學(xué)反應(yīng)SiCl4+H2 = SiHSi3+HCl (1250°C高溫下)；氫化反應(yīng)的生成物——SiHSi3與HCl呈氣態(tài)，其反應(yīng)主要在發(fā)熱體18的表面進(jìn)行，反應(yīng)介質(zhì)通過體分散器17從單層隔熱裝置11靠近頂部進(jìn)入，生成物及部分未反應(yīng)的介質(zhì)順著下段套管41的出氣孔從出氣口 23排出；由于爐體35內(nèi)采用了單層隔熱裝置11，將爐內(nèi)的熱量聚集起來，有利于SiCl4的氫化；電極16穿過底盤36與石墨接頭37采用螺紋形式固定連接，石墨接頭與發(fā)熱體采用螺栓連接，使氫化爐的連續(xù)安全運(yùn)行；爐體35的容器法蘭12端面設(shè)置了墊片冷卻腔14，使設(shè)備墊片的使用壽命大大提高。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例對作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。
權(quán)利要求
1.一種多晶硅氫化爐，包括爐體(35)、視鏡(7)、底盤(36)、底座(15)、電極(16)、發(fā)熱體(18)、石墨結(jié)頭(37)、進(jìn)出管(34)、總進(jìn)水口(33)、容器法蘭(12)、出水口(1)、密封墊 (31)和螺栓(32)，其中視鏡(7)位于爐體(35)中部，爐體(35)和底盤(36)之間墊有密封墊(31)；底盤(36)上開有電極孔(43)和進(jìn)出氣孔(44)，爐體(35)通過容器法蘭(12)與底座(15)夾持底盤(36)，用螺栓(32)固定連接；電極(16)穿過底盤(36)與石墨接頭(37) 固定連接，石墨結(jié)頭(37)與發(fā)熱體(18)固定連接；其特征在于還包括單層隔熱裝置(11)、 進(jìn)出氣套管(5)、底部進(jìn)出管(34)和安全閥接口(2)；其中底盤(36)和爐體(35)均為水冷式結(jié)構(gòu)，爐體(35)上的內(nèi)筒筒體(9)、內(nèi)筒封頭G)、夾套筒體(10)、夾套封頭(3)和容器法蘭(1 之間形成有爐體冷卻腔(8)，爐體冷卻腔(8)內(nèi)部設(shè)置螺旋型導(dǎo)流板(6)；底盤(36) 由上底板(30)和下底板(XT)通過連接體09)組焊而成，上底板(30)、下底板(27)、連接體09)之間為底盤冷卻水腔08)；在容器法蘭(1 密封面上部設(shè)置有墊片冷卻腔(14)， 爐體冷卻腔(8)的總進(jìn)水口(33)設(shè)置在爐體(35)下部，內(nèi)筒筒體(9)頂部中心連接有安全閥接口 0)，出水口⑴設(shè)置在與內(nèi)筒封頭⑷連通的安全閥接口⑵的夾層上；單層隔熱裝置(11)置于爐體內(nèi)部，放置于底盤(36)之上，其底部與底盤(36)的電極孔03)處對應(yīng)開孔；發(fā)熱體(18)均勻分布在單層隔熱裝置(11)的內(nèi)腔內(nèi)，進(jìn)出氣套管( 穿過進(jìn)出管 (34)和單層隔熱裝置(11)底部深入到單層隔熱裝置(11)內(nèi)部，進(jìn)出氣套管(5)、單層隔熱裝置(11)、進(jìn)出管(34)和爐體(35)同軸心。
2.如權(quán)利要求1所述的一種多晶硅氫化爐，其特征在于單層隔熱裝置(11)所用材料為耐高溫材料，其底部上均勻分布著兩圈電極孔，中心開有進(jìn)出氣孔，頂部開有6 10個均勻分布的孔。
3.如權(quán)利要求1所述的一種多晶硅氫化爐，其特征在于所述進(jìn)出氣套管(5)包括上段套管(40)、下段套管(41)、氣體分散器(17)和隔熱套管(42)，其中下段套管為徑向帶有兩圈孔的空心式結(jié)構(gòu)，其外圈為一圈均勻分布的出氣孔，內(nèi)圈為一圈均勻分布的進(jìn)氣孔； 下段套管Gl)底部末端連接進(jìn)氣口(M)，進(jìn)氣口 04)與進(jìn)氣孔連通；下段套管Gl)在靠近底部處開有缺口，缺口與下段套管Gl)的出氣孔聯(lián)通，并與出氣口連通；上段套管GO)為單圈空心結(jié)構(gòu)，徑向上均勻分布一圈進(jìn)氣孔，且上段套管GO)的進(jìn)氣孔位置與下段套管Gl)的進(jìn)氣孔位置相對應(yīng)；在下段套管Gl)穿外套有隔熱套管(42)，在上段套管 (40)頂部連接有氣體分散器(17)。
4.如權(quán)利要求3所述的一種多晶硅氫化爐，其特征在于所述的出氣孔為15 25個，進(jìn)氣孔為5 15個。
5.如權(quán)利要求4所述的一種多晶硅氫化爐，其特征在于所述的出氣孔為18個Φ18mm 的孔，進(jìn)氣孔為9個Φ 31mm的孔。
6.如權(quán)利要求1所述的一種多晶硅氫化爐，其特征在于所述的進(jìn)出氣套管(5)由石墨加工而成。
7.如權(quán)利要求3所述的一種多晶硅氫化爐，其特征在于所述的下段套管和隔熱套管G2)設(shè)置于底部進(jìn)出管(34)內(nèi)，底部進(jìn)出管(34)由夾套管(19)和內(nèi)管組成，內(nèi)管(21)緊貼隔熱套管(42)，夾套管(19)和內(nèi)管(21)之間為夾套空腔(20)，夾套空腔(20) 底部一側(cè)接底部冷卻水進(jìn)口(25)，另一側(cè)接出氣口(23)，在出氣口外套有出氣管冷卻水進(jìn)口 (22)。
8.如權(quán)利要求1所述的一種多晶硅氫化爐，其特征在于所述電極(16)有12對，即M 個電極，在底盤(36)和隔熱屏下部(11)上分2圈均勻布置，8對電極設(shè)置在外圓周上，4對電極設(shè)置在內(nèi)圓周上。
9.如權(quán)利要求7所述的一種多晶硅氫化爐，其特征在于電極(16)與石墨結(jié)頭(37)的端部采用螺紋形式固定連接，石墨結(jié)頭(37)與發(fā)熱體(180)之間采用螺栓連結(jié)。
10.如權(quán)利要求8所述的一種多晶硅氫化爐，其特征在于所用電極(16)為硅芯電極，下端連接2000V電壓。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多晶硅氫化爐，包括爐體(35)、視鏡(7)、底盤(36)、底座(15)、電極(16)、發(fā)熱體(18)、總進(jìn)水口(33)、容器法蘭(12)、出水口(1)、密封墊(31)螺栓(32)、內(nèi)筒隔熱屏(11)、進(jìn)出氣套管(5)、底部進(jìn)出管(34)和安全閥接口(2)等部件，還包括單層隔熱裝置(11)、進(jìn)出氣套管(5)、底部進(jìn)出管(34)和安全閥接口(2)；通過本發(fā)明能使多晶硅得生產(chǎn)實現(xiàn)封閉化，進(jìn)一步提高了多晶硅的產(chǎn)量，并達(dá)到了節(jié)約成本、節(jié)約能源、降低能耗和環(huán)保的目的。
文檔編號C01B33/03GK102485649SQ201010575689
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者于潤艷, 朱明鎬, 楊文峰, 武二妮, 董建國 申請人:西安核設(shè)備有限公司