一種下部排氣的多晶硅鑄錠爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及多晶硅鑄錠爐設(shè)備，旨在提供一種下部排氣的多晶硅鑄錠爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)。該種下部排氣的多晶硅鑄錠爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)包括爐體、隔熱籠、石墨護(hù)板、定向散熱塊、散熱塊進(jìn)出氣冷卻管、石墨支撐柱、石英坩堝、加熱器和下排氣抽氣管。在本實(shí)用新型中，氬氣作為保護(hù)氣，從頂部石墨導(dǎo)氣管進(jìn)入熱場(chǎng)內(nèi)部并從底部抽出熱場(chǎng)，在頂部充氣和底部抽氣雙重壓差作用下，氬氣可帶著各種氧化物雜質(zhì)氣體直接從隔熱籠內(nèi)部的下排氣抽氣管路直接抽走，形成順暢的定向氣流通道，避免出現(xiàn)紊流現(xiàn)象；而且抽氣的整個(gè)過(guò)程，氣體都在高溫區(qū)流動(dòng)，未經(jīng)過(guò)低溫區(qū)，因此氧化物不會(huì)在熱場(chǎng)內(nèi)堆積。
【專利說(shuō)明】
一種下部排氣的多晶硅鑄錠爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型是關(guān)于多晶硅鑄錠爐設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種下部排氣的多晶硅鑄錠爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]多晶硅鑄錠爐是用于制備太陽(yáng)能級(jí)多晶硅錠的專業(yè)設(shè)備，隨著光伏行業(yè)的蓬勃興起而得到快速發(fā)展。多晶鑄錠的生產(chǎn)過(guò)程實(shí)為硅料熔化重結(jié)晶的過(guò)程，需要經(jīng)過(guò)裝料、抽真空、加熱、熔化、長(zhǎng)晶、退火、冷卻、出爐等工序。
[0003]實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，鑄錠生產(chǎn)所使用的硅料中含有碳元素、鐵元素等各雜質(zhì)，裝料所用的坩禍和氮化硅等輔料會(huì)帶入氧元素及其他雜質(zhì)，而用于保溫的熱場(chǎng)材料和石墨加熱器等均為碳元素環(huán)境，甚至是用于保護(hù)作用的氬氣中同樣含有微量雜質(zhì)氣體，所以在高溫狀態(tài)下，各種雜質(zhì)揮發(fā)并反應(yīng)形成各種氣態(tài)的雜質(zhì)，例如一氧化硅、二氧化硅、氧化鐵等，氧化物雜質(zhì)在氣態(tài)狀態(tài)下會(huì)隨熱流流動(dòng)，直到遇到低溫區(qū)域時(shí)凝結(jié)成固態(tài)形式的氧化物，多晶爐爐內(nèi)壁和隔熱籠頂板角落處由于溫度低成為氧化物聚集的主要區(qū)域。目前行業(yè)內(nèi)的鑄錠爐，常采用的是上部進(jìn)氣同時(shí)上部排氣結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致氬氣流通路徑不確定，容易出現(xiàn)氧化物氣體紊流因此遇冷就富集在熱場(chǎng)各個(gè)部位。
[0004]而且近年來(lái)，國(guó)內(nèi)企業(yè)為了增加多晶硅鑄錠投料重量，將原有G5尺寸的熱場(chǎng)升級(jí)到G6尺寸的熱場(chǎng)，將原有G5尺寸的熱場(chǎng)升級(jí)到G6尺寸的熱場(chǎng)，投料重量則可從450KG增加到800KG。隨著投料量的大幅攀升，爐內(nèi)氧化物量成倍增加，導(dǎo)致?tīng)t子清掃間隔周期從3個(gè)月大幅縮短到I個(gè)月甚至半個(gè)月。由于熱場(chǎng)內(nèi)氧化物的大幅增加，不僅會(huì)污染硅液造成硅碇品質(zhì)下降，而且定期對(duì)大量氧化物沉積的清理既是繁重的勞動(dòng)工作而且極易破壞了熱場(chǎng)材料進(jìn)而降低熱場(chǎng)的保溫性能。近兩年來(lái)，隨著G6熱場(chǎng)改造在行業(yè)中的全面推進(jìn)，各個(gè)客戶均發(fā)現(xiàn)氧化物大幅聚集的問(wèn)題，成為一直困擾各個(gè)鑄錠生產(chǎn)企業(yè)的疑難問(wèn)題。
[0005]因此，如何徹底解決氧化物富集問(wèn)題，避免頻繁的熱場(chǎng)清理，降低工作強(qiáng)度和減輕熱場(chǎng)材料的損壞，是光伏鑄錠行業(yè)內(nèi)一個(gè)亟待解決問(wèn)題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)合氣冷熱場(chǎng)的結(jié)構(gòu)，能徹底解決氧化物富集問(wèn)題的結(jié)構(gòu)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的解決方案是:
[0007]提供一種下部排氣的多晶硅鑄錠爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，包括爐體，還包括隔熱籠、石墨護(hù)板、定向散熱塊、散熱塊進(jìn)出氣冷卻管、石墨支撐柱、石英坩禍、加熱器和下排氣抽氣管；
[0008]所述隔熱籠吊裝在爐體內(nèi)，定向散熱塊通過(guò)石墨支撐柱安裝在爐體中的隔熱籠內(nèi)，定向散熱塊為中空結(jié)構(gòu)的散熱塊;所述散熱塊進(jìn)出氣冷卻管包括進(jìn)氣管和出氣管，分別連通定向散熱塊的內(nèi)部和爐體外部，用于實(shí)現(xiàn)定向散熱塊的內(nèi)部通氣冷卻；
[0009]所述石墨護(hù)板為(四塊)石墨板拼接成箱型結(jié)構(gòu)的石墨護(hù)板，安裝在定向散熱塊的上表面;所述石英坩禍安裝在石墨護(hù)板內(nèi)，用于填裝硅料和承載硅溶液;所述加熱器安裝在爐體中，并將石墨護(hù)板罩于加熱器外(加熱器安裝在爐體中隔熱籠內(nèi)的上方，設(shè)置在石英坩禍上方，構(gòu)成倒扣的箱型形狀);
[0010]所述氬氣進(jìn)氣管的一端伸入到石墨護(hù)板內(nèi)加熱器的上方，另一端連通爐體外，用于保護(hù)性氬氣從上爐體頂部進(jìn)入熱場(chǎng)內(nèi)；所述下排氣抽氣管的一端伸入到爐體中隔熱籠內(nèi)定向散熱塊的下方，另一端設(shè)置在爐體外，下排氣抽氣管連通爐體內(nèi)外，用于氬氣從下?tīng)t體下部抽出。
[0011]作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述下排氣抽氣管通到爐體外部的一端，用于和抽氣系統(tǒng)連接。
[0012]作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述下排氣抽氣管由設(shè)置在爐體內(nèi)的石墨管和設(shè)置在爐體外的不銹鋼編織管組成，石墨管采用內(nèi)徑20mm的中空石墨管，不銹鋼編織管采用內(nèi)徑15mm的編織不銹管。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0014]1、在本實(shí)用新型中，氬氣作為保護(hù)氣，從頂部石墨導(dǎo)氣管進(jìn)入熱場(chǎng)內(nèi)部并從底部抽出熱場(chǎng)，在頂部充氣和底部抽氣雙重壓差作用下，氬氣可帶著各種氧化物雜質(zhì)氣體直接從隔熱籠內(nèi)部的下排氣抽氣管路直接抽走，形成順暢的定向氣流通道，避免出現(xiàn)紊流現(xiàn)象；而且抽氣的整個(gè)過(guò)程，氣體都在高溫區(qū)流動(dòng)，未經(jīng)過(guò)低溫區(qū)，因此氧化物不會(huì)在熱場(chǎng)內(nèi)堆積。
[0015]2、由于本實(shí)用新型中的定向散熱塊采用氣體冷卻，因此無(wú)須開(kāi)啟隔熱籠進(jìn)行散熱，隔熱籠內(nèi)部尤其頂部縫隙較小，氧化物雜質(zhì)氣體不易從頂部縫隙流出隔熱籠至爐內(nèi)壁導(dǎo)致氧化物的堆積，更進(jìn)一步避免了爐內(nèi)空間中氧化物的積累。
【附圖說(shuō)明】

[0016]圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0017]圖中的附圖標(biāo)記為:I爐體;2隔熱籠;3石墨護(hù)板;4定向散熱塊;5石墨支撐柱;6散熱塊進(jìn)出氣冷卻管;7下排氣抽氣管;8石英i甘禍;9娃溶液;10加熱器;11氬氣進(jìn)氣管。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0019]如圖1所示的一種下部排氣的多晶硅鑄錠爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，包括爐體1、隔熱籠2、石墨護(hù)板3、定向散熱塊4、散熱塊進(jìn)出氣冷卻管6、石墨支撐柱5、石英坩禍8、加熱器10和下排氣抽氣管7。
[0020]所述隔熱籠2吊裝在爐體I內(nèi)，定向散熱塊4通過(guò)多個(gè)石墨支撐柱5安裝在爐體I中的隔熱籠2內(nèi)，定向散熱塊4為中空結(jié)構(gòu)的散熱塊。所述散熱塊進(jìn)出氣冷卻管6包括進(jìn)氣管和出氣管，分別連通定向散熱塊4的內(nèi)部和爐體I外部，通過(guò)散熱塊進(jìn)出氣冷卻管6實(shí)現(xiàn)循環(huán)通氣冷卻，保證整個(gè)鑄錠運(yùn)行過(guò)程中隔熱籠2可以處于緊扣狀態(tài)而無(wú)須打開(kāi)。
[0021]所述石墨護(hù)板3為四塊拼接成箱型的石墨板，安裝在定向散熱塊4的上表面。所述石英坩禍8安裝在石墨護(hù)板3內(nèi)，用于填裝硅料和承載硅溶液9。所述加熱器10安裝于爐體I上，并將石墨護(hù)板3罩于該加熱器10外。
[0022]所述氬氣進(jìn)氣管11的一端伸入到石墨護(hù)板3內(nèi)加熱器10的上方，另一端連通爐體I夕卜，用于保護(hù)性氬氣從上爐體I頂部進(jìn)入熱場(chǎng)內(nèi)。所述下排氣抽氣管7的一端伸入到爐體I中隔熱籠2內(nèi)定向散熱塊4的下方，另一端設(shè)置在爐體I外，用于和抽氣系統(tǒng)連接。保護(hù)性氬氣從上爐體I頂部的氬氣進(jìn)氣管11進(jìn)入熱場(chǎng)內(nèi)，再通過(guò)下?tīng)t體I下部的下排氣抽氣管7抽出，氣體在隔熱籠2內(nèi)流動(dòng)時(shí)均處于高溫狀態(tài)。
[0023]下排氣抽氣管7由設(shè)置在爐體I內(nèi)的石墨管和設(shè)置在爐體I外的不銹鋼編織管組成，石墨管采用內(nèi)徑20mm的中空石墨管，不銹鋼編織管采用內(nèi)徑15mm的編織不銹管，保證整個(gè)抽氣管路可以隨下?tīng)t室正常上下移動(dòng)。
[0024]實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程開(kāi)始前，需要將多晶硅料裝載至內(nèi)壁涂有SiN的石英坩禍8中，并將石英坩禍8放置于導(dǎo)熱性很強(qiáng)的定向散熱塊4上；隨后，關(guān)閉爐體I進(jìn)行抽真空操作，達(dá)到極限真空后檢漏進(jìn)入加熱工藝;既接通電源后通過(guò)加熱器10對(duì)石英坩禍8中的硅料進(jìn)行加熱；隨著加熱過(guò)程進(jìn)行，爐體I內(nèi)溫度逐漸上升，爐內(nèi)有雜質(zhì)氣體產(chǎn)生則需要通氬氣進(jìn)行保護(hù)，氬氣通過(guò)爐體I頂部的氬氣進(jìn)氣管11進(jìn)入隔熱籠2內(nèi)，再由固定于爐體I下部的下排氣抽氣管7抽走。加熱持續(xù)進(jìn)行直到硅料完全熔化完成再進(jìn)入長(zhǎng)晶工藝過(guò)程;在保證隔熱籠2不打開(kāi)的狀態(tài)下，開(kāi)啟氣制冷循環(huán)系統(tǒng)，冷卻氣體沿散熱塊進(jìn)出氣冷卻管6進(jìn)入高溫的定向散熱塊4中，對(duì)其進(jìn)行冷卻，從而間接帶走石英坩禍8中的硅液的熱量，形成自下而上的垂直溫度梯度;在這個(gè)溫度梯度的作用下，硅料從石英坩禍8底部開(kāi)始凝固，即長(zhǎng)晶過(guò)程是從溶液底部向頂部順序進(jìn)行;最后，待所有的硅料都凝固后，既完成多晶硅鑄碇的生產(chǎn)過(guò)程。
[0025]由于米用氬氣進(jìn)氣管11從隔熱籠2上部進(jìn)氣，同時(shí)下排氣抽氣管7從隔熱籠2內(nèi)的下部位置進(jìn)行抽氣，在進(jìn)氣和出氣雙重效果作用下，隔熱籠2內(nèi)形成從頂至底的一個(gè)壓力差，保證了氣體的順利流通，且氣體在隔熱籠2內(nèi)流通時(shí)均處于高溫狀態(tài)，因此不會(huì)遇冷而沉積。
[0026]同時(shí)由于定向散熱塊4通過(guò)散熱塊進(jìn)出氣冷卻管6實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻，因此隔熱籠2在鑄錠生產(chǎn)全過(guò)程均可關(guān)閉，保證隔熱籠2的相對(duì)密閉，有利于氣體的定向流通，保證下排氣的抽氣效果。
[0027]實(shí)際用戶現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比爐普通爐上排氣方式爐和采用下部排氣熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)的氣冷爐，在運(yùn)行一個(gè)月后的爐內(nèi)熱場(chǎng)和爐壁的氧化物情況，明顯可見(jiàn)普通上排氣爐存在大量黃色的氧化物堆積，而采用下部排氣熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)的氣冷爐熱場(chǎng)和爐壁上均無(wú)明顯氧化物附著現(xiàn)象，下部排氣結(jié)構(gòu)實(shí)際運(yùn)行可保證三個(gè)月以上的熱場(chǎng)清理間隔周期，徹底解決了氧化物聚集問(wèn)題。
[0028]最后，需要注意的是，以上列舉的僅是本實(shí)用新型的具體實(shí)施例。顯然，本實(shí)用新型不限于以上實(shí)施例，還可以有很多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本實(shí)用新型公開(kāi)的內(nèi)容中直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種下部排氣的多晶硅鑄錠爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，包括爐體，其特征在于，還包括隔熱籠、石墨護(hù)板、定向散熱塊、散熱塊進(jìn)出氣冷卻管、石墨支撐柱、石英坩禍、加熱器和下排氣抽氣管； 所述隔熱籠吊裝在爐體內(nèi)，定向散熱塊通過(guò)石墨支撐柱安裝在爐體中的隔熱籠內(nèi)，定向散熱塊為中空結(jié)構(gòu)的散熱塊;所述散熱塊進(jìn)出氣冷卻管包括進(jìn)氣管和出氣管，分別連通定向散熱塊的內(nèi)部和爐體外部，用于實(shí)現(xiàn)定向散熱塊的內(nèi)部通氣冷卻； 所述石墨護(hù)板為石墨板拼接成箱型結(jié)構(gòu)的石墨護(hù)板，安裝在定向散熱塊的上表面;所述石英坩禍安裝在石墨護(hù)板內(nèi)，用于填裝硅料和承載硅溶液;所述加熱器安裝在爐體中，并將石墨護(hù)板罩于加熱器外； 所述氬氣進(jìn)氣管的一端伸入到石墨護(hù)板內(nèi)加熱器的上方，另一端連通爐體外，用于保護(hù)性氬氣從上爐體頂部進(jìn)入熱場(chǎng)內(nèi)；所述下排氣抽氣管的一端伸入到爐體中隔熱籠內(nèi)定向散熱塊的下方，另一端設(shè)置在爐體外，下排氣抽氣管連通爐體內(nèi)外，用于氬氣從下?tīng)t體下部抽出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種下部排氣的多晶硅鑄錠爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述下排氣抽氣管通到爐體外部的一端，用于和抽氣系統(tǒng)連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種下部排氣的多晶硅鑄錠爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述下排氣抽氣管由設(shè)置在爐體內(nèi)的石墨管和設(shè)置在爐體外的不銹鋼編織管組成，石墨管采用內(nèi)徑20mm的中空石墨管，不銹鋼編織管采用內(nèi)徑15mm的編織不銹管。
【文檔編號(hào)】C30B29/06GK205711039SQ201620469712
【公開(kāi)日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年5月20日
【發(fā)明人】傅林堅(jiān), 曹建偉, 葉欣, 石剛, 俞安洲, 孫明, 張興隆, 朱亮, 邱敏秀
【申請(qǐng)人】浙江晶盛機(jī)電股份有限公司