一種強(qiáng)制循環(huán)式多晶硅還原爐鐘罩的制作方法
【專利摘要】一種強(qiáng)制循環(huán)式多晶硅還原爐鐘罩，該鐘罩，包括有耐熱風(fēng)扇葉⑴、空心傳動(dòng)軸⑵、導(dǎo)流筒⑶、導(dǎo)流筒冷卻水進(jìn)口管⑷、導(dǎo)流筒冷卻水出口管⑸、導(dǎo)流筒與鐘罩間環(huán)形出口⑹、還原爐鐘罩⑺和固定筋管⑻；其中，風(fēng)扇葉⑴與空心傳動(dòng)軸⑵剛性連接；空心傳動(dòng)軸⑵由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)；導(dǎo)流筒與鐘罩靠筋管⑻固聯(lián)；風(fēng)扇葉的角度30~60°；風(fēng)扇葉數(shù)量不低于兩葉。該還原爐鐘罩可降低多晶硅棒生長(zhǎng)過(guò)程中硅棒表面氣體界面層過(guò)厚、改善還原爐內(nèi)氣場(chǎng)和溫度場(chǎng)的均勻性的強(qiáng)制循環(huán)裝置。
【專利說(shuō)明】一種強(qiáng)制循環(huán)式多晶硅還原爐鐘罩
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種強(qiáng)制循環(huán)式多晶硅還原爐鐘罩，屬于多晶硅生產(chǎn)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]多晶硅是太陽(yáng)能光伏行業(yè)的基礎(chǔ)材料，其主要生產(chǎn)工藝是改良西門子法(三氯氫硅還原法，SiHCl3+H2 — Si+3HC1)，該工藝在我國(guó)的大規(guī)?；瘧?yīng)用已有近10年歷史，由于核心技術(shù)仍未突破，導(dǎo)致每生產(chǎn)一噸多晶娃精制三氯氫娃的循環(huán)量達(dá)到55飛O噸，同時(shí)產(chǎn)生16噸左右的四氯化硅，另外硅棒長(zhǎng)到135~150_直徑需要100小時(shí)左右的沉積時(shí)間，造成多晶硅生產(chǎn)的高能耗現(xiàn)狀，究其原因主要是由于多晶硅棒生長(zhǎng)過(guò)程中，炙熱的硅棒表面存在過(guò)厚的氣體界面層(the Boundary Layer),造成TCS和H2擴(kuò)散到炎熱娃棒表面的速度大大降低，同時(shí)炙熱的硅棒表面產(chǎn)生的HCl因也不能通過(guò)界面層迅速擴(kuò)散開(kāi)而使硅棒被腐蝕，從而導(dǎo)致沉積速度很慢，TCS一次轉(zhuǎn)化率(Single-Pass Conversion Efficiency)很低，大量未通過(guò)擴(kuò)散層的TCS和H2隨尾氣進(jìn)入回收單元，導(dǎo)致回收系統(tǒng)負(fù)擔(dān)過(guò)重，導(dǎo)致精制三氯氫硅循環(huán)量大大增加的現(xiàn)狀。
[0003]通過(guò)行業(yè)同仁的不懈努力，雖然比10年前有了一定的技術(shù)進(jìn)步，但還未有實(shí)質(zhì)性突破，從而導(dǎo)致生產(chǎn)能耗居高不下，生產(chǎn)成本降幅不大，其根本原因就是進(jìn)入還原爐內(nèi)的三氯氫硅一次轉(zhuǎn)化率很低，僅僅擴(kuò)11%，而美國(guó)和德國(guó)的多晶硅生產(chǎn)廠家的三氯氫硅一次轉(zhuǎn)化率達(dá)到20-25%。我國(guó)目前所有多晶硅生產(chǎn)企業(yè)采用的多晶硅沉積反應(yīng)器屬于質(zhì)量傳輸受限或者說(shuō)是擴(kuò)散受限型化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器，無(wú)論各種對(duì)棒(12、18、24、36、48)沉積反應(yīng)器的沉積速率都很低， 因?yàn)槎际腔谔岣叱练e面積和低沉積速率這一理念，卻沒(méi)從根本上有效解決氣場(chǎng)、溫度場(chǎng)的均布問(wèn)題，也沒(méi)消除硅棒表面的層流層問(wèn)題，沉積速度很慢，節(jié)能降耗效果有限。為了從源頭上解決此瓶頸問(wèn)題，降低或者根除炙熱硅棒表面的界面層，提高TCS與炙熱硅棒表面的接觸效率和副產(chǎn)物HCl擴(kuò)散開(kāi)硅棒表面的速度，提高質(zhì)量傳輸速率，最終達(dá)到改善爐內(nèi)氣場(chǎng)和熱場(chǎng)的分布及均勻性，提高沉積速率，降低沉積時(shí)間，消除“菜花”和“玉米?！钡燃×?warts)現(xiàn)象，達(dá)到提高產(chǎn)品成品率和節(jié)能降耗提高生產(chǎn)效率之目的，為此要在爐內(nèi)增設(shè)還原爐氣場(chǎng)和溫度場(chǎng)強(qiáng)制循環(huán)裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的，在于提供一種強(qiáng)制循環(huán)式多晶硅還原爐鐘罩，該還原爐鐘罩可降低多晶硅棒生長(zhǎng)過(guò)程中硅棒表面氣體界面層過(guò)厚、改善還原爐內(nèi)氣場(chǎng)和溫度場(chǎng)的均勻性的強(qiáng)制循環(huán)裝置。
[0005]為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種強(qiáng)制循環(huán)式多晶硅還原爐鐘罩，該鐘罩包括有耐熱風(fēng)扇葉1、空心傳動(dòng)軸2、導(dǎo)流筒3、導(dǎo)流筒冷卻水進(jìn)口管4、導(dǎo)流筒冷卻水出口管5、導(dǎo)流筒與鐘罩間環(huán)形出口 6、還原爐鐘罩7和固定筋管8 ;其中，風(fēng)扇葉I與空心傳動(dòng)軸2剛性連接；空心傳動(dòng)軸2由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)；導(dǎo)流筒與鐘罩靠筋管8固聯(lián)；風(fēng)扇葉的角度30~60° ;風(fēng)扇葉數(shù)量不低于兩葉。[0006]進(jìn)一步，所述的風(fēng)扇葉的旋轉(zhuǎn)方向確保爐內(nèi)氣體向上增速運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)半徑不大于爐內(nèi)硅棒外環(huán)直徑。
[0007]進(jìn)一步，增設(shè)的導(dǎo)流筒3使上行原料氣通過(guò)導(dǎo)流筒，和鐘罩間的環(huán)形出口 6流出，再通過(guò)外環(huán)與鐘罩的空間向下流動(dòng)，形成大循環(huán)。
[0008]在還原爐鐘罩頂部增設(shè)強(qiáng)制循環(huán)風(fēng)扇,風(fēng)扇葉帶一定角度,按一定速度旋轉(zhuǎn)后，迫使?fàn)t內(nèi)原料氣體均勻向上高速運(yùn)動(dòng)，這種高速運(yùn)動(dòng)的原料氣流對(duì)硅棒表面起到強(qiáng)大的沖刷作用，從而有效降低硅棒表面界面層厚度或者消除界面層，同時(shí)也會(huì)使硅棒表面產(chǎn)生的HCl迅速離開(kāi)，TCS與炙熱硅棒表面的迅速接觸分解，確保硅的高速沉積，降低HCl腐蝕硅棒的副作用發(fā)生，增加強(qiáng)制循環(huán)裝置，巧妙地解決了傳統(tǒng)概念上高沉積效率和低沉積速度的矛盾。另外，向上運(yùn)動(dòng)的氣流通過(guò)導(dǎo)流筒沿著鐘罩內(nèi)壁向下運(yùn)動(dòng)，形成大循環(huán)，這種強(qiáng)制循環(huán)的原料氣流動(dòng)形式確保爐內(nèi)氣場(chǎng)、溫度場(chǎng)的均勻性，從而有效根除多晶硅沉積過(guò)程的“玉米?！?pop corn)等肌瘤(warts)現(xiàn)象。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】 [0009]圖1是本實(shí)用新型一種強(qiáng)制循環(huán)式多晶硅還原爐鐘罩的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖中，序號(hào)，1-葉片；2_空心軸；3_導(dǎo)流筒；4_導(dǎo)流筒冷卻水進(jìn)口管；5_導(dǎo)流筒冷卻水出口管；6-導(dǎo)流筒與鐘罩間環(huán)形出口 ；7_還原爐鐘罩；8-固定筋管；9-冷卻水進(jìn)口 ；10-冷卻水出口 ；
[0011]【具體實(shí)施方式】
[0012]以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
[0013]一種爐內(nèi)氣體強(qiáng)制循環(huán)式多晶硅還原爐鐘罩，該強(qiáng)制循環(huán)式鐘罩是由耐熱風(fēng)扇葉
1、空心傳動(dòng)軸2、導(dǎo)流筒3、導(dǎo)流筒冷卻水進(jìn)口 4、導(dǎo)流筒冷卻水出口 5、導(dǎo)流筒與鐘罩間環(huán)形出口 6、還原爐鐘罩7和固定筋管8組成。
[0014]風(fēng)扇葉I采用含鉻鑰釩鈦的耐高溫合金制作加工，風(fēng)扇葉I與空心傳動(dòng)軸2剛性連接，以免風(fēng)扇葉從軸端部脫落，制造加工必須滿足動(dòng)靜平衡的旋轉(zhuǎn)要求。
[0015]空心傳動(dòng)軸2的轉(zhuǎn)動(dòng)靠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。
[0016]風(fēng)扇葉的角度30-60° ,旋轉(zhuǎn)方向確保爐內(nèi)氣體向上增速運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)半徑不大于爐內(nèi)硅棒外環(huán)直徑，風(fēng)扇葉數(shù)量不低于兩葉。
[0017]導(dǎo)流筒與鐘罩靠筋管8固聯(lián)。
[0018]增設(shè)的導(dǎo)流筒3使上行原料氣通過(guò)導(dǎo)流筒和鐘罩間的環(huán)形出口 6流出，再通過(guò)外環(huán)與鐘罩的空間向下流動(dòng)，形成大循環(huán)。
[0019]運(yùn)行過(guò)程:
[0020]啟爐后，開(kāi)啟風(fēng)扇及其循環(huán)水冷卻，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，硅芯擊穿并長(zhǎng)到一定直徑時(shí)，開(kāi)啟風(fēng)扇使?fàn)t內(nèi)氣體強(qiáng)制循環(huán)，轉(zhuǎn)速大小以不至于吹倒硅棒為原則，隨著硅棒直徑的增長(zhǎng)，逐步提高風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)速度，直至沉積完成。
[0021]有益效果:本實(shí)用新型的有效實(shí)施，其一可提聞多晶娃沉積速率，有效提聞二氣氫硅一次轉(zhuǎn)化率，使還原尾氣中的TCS含量大大降低，從而提高精制三氯氫硅的有效利用率，降低循環(huán)量，節(jié)能降耗；其二大大降低多晶硅沉積時(shí)間，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率；其三提高多晶硅硅棒表面質(zhì)量和產(chǎn)品成品率，降低后道工序員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，其四，市場(chǎng)推廣空間巨大。
[0022]本實(shí)用新型的構(gòu)思已通過(guò)上述實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明和解釋；本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)對(duì)本實(shí)用新型構(gòu)思的研究和閱讀，可以發(fā)揮和推導(dǎo)出多個(gè)等效或替代方案，但是，凡在本構(gòu)思下的所有技術(shù)方案，都在本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種強(qiáng)制循環(huán)式多晶硅還原爐鐘罩，其特征在于，該鐘罩，包括有耐熱風(fēng)扇葉⑴、空心傳動(dòng)軸⑵、導(dǎo)流筒⑶、導(dǎo)流筒冷卻水進(jìn)口管⑷、導(dǎo)流筒冷卻水出口管(5)、導(dǎo)流筒與鐘罩間環(huán)形出口(6)、還原爐鐘罩(7)和固定筋管(8);其中，風(fēng)扇葉⑴與空心傳動(dòng)軸⑵剛性連接；空心傳動(dòng)軸(2)由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)；導(dǎo)流筒與鐘罩靠筋管(8)固聯(lián)；風(fēng)扇葉的角度30-60° ;風(fēng)扇葉數(shù)量不低于兩葉。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)制循環(huán)式多晶硅還原爐鐘罩，其特征在于，所述的風(fēng)扇葉的旋轉(zhuǎn)方向確保爐內(nèi)氣體向上增速運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)半徑不大于爐內(nèi)硅棒外環(huán)直徑。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)制循環(huán)式多晶硅還原爐鐘罩，其特征在于，增設(shè)的導(dǎo)流筒⑶使上行原料氣通過(guò)導(dǎo)流筒，和鐘罩間的環(huán)形出口(6)流出，再通過(guò)外環(huán)與鐘罩的空間向下流動(dòng)，形成 大循環(huán)。
【文檔編號(hào)】C01B33/035GK203794641SQ201320694546
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】郭增昌, 劉申良, 楊連勇 申請(qǐng)人:新特能源股份有限公司