CN205711039U - 一种下部排气的多晶硅铸锭炉热场结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及多晶硅铸锭炉设备，旨在提供一种下部排气的多晶硅铸锭炉热场结构。该种下部排气的多晶硅铸锭炉热场结构包括炉体、隔热笼、石墨护板、定向散热块、散热块进出气冷却管、石墨支撑柱、石英坩埚、加热器和下排气抽气管。在本实用新型中，氩气作为保护气，从顶部石墨导气管进入热场内部并从底部抽出热场，在顶部充气和底部抽气双重压差作用下，氩气可带着各种氧化物杂质气体直接从隔热笼内部的下排气抽气管路直接抽走，形成顺畅的定向气流通道，避免出现紊流现象；而且抽气的整个过程，气体都在高温区流动，未经过低温区，因此氧化物不会在热场内堆积。
Description
技术领域
本实用新型是关于多晶硅铸锭炉设备领域，特别涉及一种下部排气的多晶硅铸锭炉热场结构。
背景技术
多晶硅铸锭炉是用于制备太阳能级多晶硅锭的专业设备，随着光伏行业的蓬勃兴起而得到快速发展。多晶铸锭的生产过程实为硅料熔化重结晶的过程，需要经过装料、抽真空、加热、熔化、长晶、退火、冷却、出炉等工序。
实际生产过程中，铸锭生产所使用的硅料中含有碳元素、铁元素等各杂质，装料所用的坩埚和氮化硅等辅料会带入氧元素及其他杂质，而用于保温的热场材料和石墨加热器等均为碳元素环境，甚至是用于保护作用的氩气中同样含有微量杂质气体，所以在高温状态下，各种杂质挥发并反应形成各种气态的杂质，例如一氧化硅、二氧化硅、氧化铁等，氧化物杂质在气态状态下会随热流流动，直到遇到低温区域时凝结成固态形式的氧化物，多晶炉炉内壁和隔热笼顶板角落处由于温度低成为氧化物聚集的主要区域。目前行业内的铸锭炉，常采用的是上部进气同时上部排气结构，导致氩气流通路径不确定，容易出现氧化物气体紊流因此遇冷就富集在热场各个部位。
而且近年来，国内企业为了增加多晶硅铸锭投料重量，将原有G5尺寸的热场升级到G6尺寸的热场，将原有G5尺寸的热场升级到G6尺寸的热场，投料重量则可从450KG增加到800KG。随着投料量的大幅攀升，炉内氧化物量成倍增加，导致炉子清扫间隔周期从3个月大幅缩短到1个月甚至半个月。由于热场内氧化物的大幅增加，不仅会污染硅液造成硅碇品质下降，而且定期对大量氧化物沉积的清理既是繁重的劳动工作而且极易破坏了热场材料进而降低热场的保温性能。近两年来，随着G6热场改造在行业中的全面推进，各个客户均发现氧化物大幅聚集的问题，成为一直困扰各个铸锭生产企业的疑难问题。
因此，如何彻底解决氧化物富集问题，避免频繁的热场清理，降低工作强度和减轻热场材料的损坏，是光伏铸锭行业内一个亟待解决问题。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种结合气冷热场的结构，能彻底解决氧化物富集问题的结构。为解决上述技术问题，本实用新型的解决方案是：
提供一种下部排气的多晶硅铸锭炉热场结构，包括炉体，还包括隔热笼、石墨护板、定向散热块、散热块进出气冷却管、石墨支撑柱、石英坩埚、加热器和下排气抽气管；
所述隔热笼吊装在炉体内，定向散热块通过石墨支撑柱安装在炉体中的隔热笼内，定向散热块为中空结构的散热块；所述散热块进出气冷却管包括进气管和出气管，分别连通定向散热块的内部和炉体外部，用于实现定向散热块的内部通气冷却；
所述石墨护板为(四块)石墨板拼接成箱型结构的石墨护板，安装在定向散热块的上表面；所述石英坩埚安装在石墨护板内，用于填装硅料和承载硅溶液；所述加热器安装在炉体中，并将石墨护板罩于加热器外(加热器安装在炉体中隔热笼内的上方，设置在石英坩埚上方，构成倒扣的箱型形状)；
所述氩气进气管的一端伸入到石墨护板内加热器的上方，另一端连通炉体外，用于保护性氩气从上炉体顶部进入热场内；所述下排气抽气管的一端伸入到炉体中隔热笼内定向散热块的下方，另一端设置在炉体外，下排气抽气管连通炉体内外，用于氩气从下炉体下部抽出。
作为进一步的改进，所述下排气抽气管通到炉体外部的一端，用于和抽气***连接。
作为进一步的改进，所述下排气抽气管由设置在炉体内的石墨管和设置在炉体外的不锈钢编织管组成，石墨管采用内径20mm的中空石墨管，不锈钢编织管采用内径15mm的编织不锈管。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1、在本实用新型中，氩气作为保护气，从顶部石墨导气管进入热场内部并从底部抽出热场，在顶部充气和底部抽气双重压差作用下，氩气可带着各种氧化物杂质气体直接从隔热笼内部的下排气抽气管路直接抽走，形成顺畅的定向气流通道，避免出现紊流现象；而且抽气的整个过程，气体都在高温区流动，未经过低温区，因此氧化物不会在热场内堆积。
2、由于本实用新型中的定向散热块采用气体冷却，因此无须开启隔热笼进行散热，隔热笼内部尤其顶部缝隙较小，氧化物杂质气体不易从顶部缝隙流出隔热笼至炉内壁导致氧化物的堆积，更进一步避免了炉内空间中氧化物的积累。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构剖视图。
图中的附图标记为：1炉体；2隔热笼；3石墨护板；4定向散热块；5石墨支撑柱；6散热块进出气冷却管；7下排气抽气管；8石英坩埚；9硅溶液；10加热器；11氩气进气管。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：
如图1所示的一种下部排气的多晶硅铸锭炉热场结构，包括炉体1、隔热笼2、石墨护板3、定向散热块4、散热块进出气冷却管6、石墨支撑柱5、石英坩埚8、加热器10和下排气抽气管7。
所述隔热笼2吊装在炉体1内，定向散热块4通过多个石墨支撑柱5安装在炉体1中的隔热笼2内，定向散热块4为中空结构的散热块。所述散热块进出气冷却管6包括进气管和出气管，分别连通定向散热块4的内部和炉体1外部，通过散热块进出气冷却管6实现循环通气冷却，保证整个铸锭运行过程中隔热笼2可以处于紧扣状态而无须打开。
所述石墨护板3为四块拼接成箱型的石墨板，安装在定向散热块4的上表面。所述石英坩埚8安装在石墨护板3内，用于填装硅料和承载硅溶液9。所述加热器10安装于炉体1上，并将石墨护板3罩于该加热器10外。
所述氩气进气管11的一端伸入到石墨护板3内加热器10的上方，另一端连通炉体1外，用于保护性氩气从上炉体1顶部进入热场内。所述下排气抽气管7的一端伸入到炉体1中隔热笼2内定向散热块4的下方，另一端设置在炉体1外，用于和抽气***连接。保护性氩气从上炉体1顶部的氩气进气管11进入热场内，再通过下炉体1下部的下排气抽气管7抽出，气体在隔热笼2内流动时均处于高温状态。
下排气抽气管7由设置在炉体1内的石墨管和设置在炉体1外的不锈钢编织管组成，石墨管采用内径20mm的中空石墨管，不锈钢编织管采用内径15mm的编织不锈管，保证整个抽气管路可以随下炉室正常上下移动。
实际生产过程开始前，需要将多晶硅料装载至内壁涂有SiN的石英坩埚8中，并将石英坩埚8放置于导热性很强的定向散热块4上；随后，关闭炉体1进行抽真空操作，达到极限真空后检漏进入加热工艺；既接通电源后通过加热器10对石英坩埚8中的硅料进行加热；随着加热过程进行，炉体1内温度逐渐上升，炉内有杂质气体产生则需要通氩气进行保护，氩气通过炉体1顶部的氩气进气管11进入隔热笼2内，再由固定于炉体1下部的下排气抽气管7抽走。加热持续进行直到硅料完全熔化完成再进入长晶工艺过程；在保证隔热笼2不打开的状态下，开启气制冷循环***，冷却气体沿散热块进出气冷却管6进入高温的定向散热块4中，对其进行冷却，从而间接带走石英坩埚8中 的硅液的热量，形成自下而上的垂直温度梯度；在这个温度梯度的作用下，硅料从石英坩埚8底部开始凝固，即长晶过程是从溶液底部向顶部顺序进行；最后，待所有的硅料都凝固后，既完成多晶硅铸碇的生产过程。
由于采用氩气进气管11从隔热笼2上部进气，同时下排气抽气管7从隔热笼2内的下部位置进行抽气，在进气和出气双重效果作用下，隔热笼2内形成从顶至底的一个压力差，保证了气体的顺利流通，且气体在隔热笼2内流通时均处于高温状态，因此不会遇冷而沉积。
同时由于定向散热块4通过散热块进出气冷却管6实现循环冷却，因此隔热笼2在铸锭生产全过程均可关闭，保证隔热笼2的相对密闭，有利于气体的定向流通，保证下排气的抽气效果。
实际用户现场对比炉普通炉上排气方式炉和采用下部排气热场结构的气冷炉，在运行一个月后的炉内热场和炉壁的氧化物情况，明显可见普通上排气炉存在大量黄色的氧化物堆积，而采用下部排气热场结构的气冷炉热场和炉壁上均无明显氧化物附着现象，下部排气结构实际运行可保证三个月以上的热场清理间隔周期，彻底解决了氧化物聚集问题。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种下部排气的多晶硅铸锭炉热场结构，包括炉体，其特征在于，还包括隔热笼、石墨护板、定向散热块、散热块进出气冷却管、石墨支撑柱、石英坩埚、加热器和下排气抽气管；
所述隔热笼吊装在炉体内，定向散热块通过石墨支撑柱安装在炉体中的隔热笼内，定向散热块为中空结构的散热块；所述散热块进出气冷却管包括进气管和出气管，分别连通定向散热块的内部和炉体外部，用于实现定向散热块的内部通气冷却；
所述石墨护板为石墨板拼接成箱型结构的石墨护板，安装在定向散热块的上表面；所述石英坩埚安装在石墨护板内，用于填装硅料和承载硅溶液；所述加热器安装在炉体中，并将石墨护板罩于加热器外；
所述氩气进气管的一端伸入到石墨护板内加热器的上方，另一端连通炉体外，用于保护性氩气从上炉体顶部进入热场内；所述下排气抽气管的一端伸入到炉体中隔热笼内定向散热块的下方，另一端设置在炉体外，下排气抽气管连通炉体内外，用于氩气从下炉体下部抽出。
2.根据权利要求1所述的一种下部排气的多晶硅铸锭炉热场结构，其特征在于，所述下排气抽气管通到炉体外部的一端，用于和抽气***连接。
3.根据权利要求1所述的一种下部排气的多晶硅铸锭炉热场结构，其特征在于，所述下排气抽气管由设置在炉体内的石墨管和设置在炉体外的不锈钢编织管组成，石墨管采用内径20mm的中空石墨管，不锈钢编织管采用内径15mm的编织不锈管。
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