專利名稱：內(nèi)壁安裝凹形鏡面的多晶硅還原爐及多晶硅還原爐用凹形鏡面的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多晶硅的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多晶硅還原爐及多晶硅還原爐用凹形鏡面。
背景技術(shù)：
目前，多晶硅的生產(chǎn)主要采用改良西門子法。在改良西門子法中，還原工段所發(fā)生的主要反應(yīng)是三氯氫硅被氫氣還原生成硅和氯化氫，該反應(yīng)是在多晶硅還原爐中進行的。 發(fā)生反應(yīng)時，多晶硅還原爐處于通電高溫狀態(tài)，反應(yīng)溫度保持在1050 1150°C左右，同時還原爐的爐體夾套、底盤以及電極等處都配有循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，來與爐內(nèi)高溫環(huán)境進行換熱以滿足爐體各處的溫度要求。現(xiàn)有的多晶硅還原爐能耗非常大，可達60 100KW · h/kg多晶硅，多晶硅生產(chǎn)的還原電耗占總成本的70%左右。同時，還原爐內(nèi)也存在嚴(yán)重的能量損失問題，能量損失主要原因在于多晶硅棒的高溫輻射損失。多晶硅棒通過高溫輻射將能量傳遞到還原爐內(nèi)壁上， 然后通過夾套冷卻水將熱量帶走。通常還原爐內(nèi)壁的溫度為600°C左右，而硅棒的溫度為 1050 1150°C左右，這樣硅棒通過高溫輻射到還原爐內(nèi)壁的能量損失非常大。為了降低高溫輻射造成的能量損失，一些多晶硅的生產(chǎn)廠家將還原爐的內(nèi)壁進行拋光處理，提高壁面的光潔度可以將一部分輻射到內(nèi)壁的能量反射回爐內(nèi)，減少能量損失。這樣改進降低了能耗，但同時也存在一些問題。由于三氯氫硅還原反應(yīng)會產(chǎn)生氯化氫等腐蝕性氣體，還原爐一次生產(chǎn)結(jié)束后拋光的內(nèi)壁經(jīng)常被嚴(yán)重腐蝕，在下一爐開車生產(chǎn)之前爐體內(nèi)壁需要進行再次打磨。這樣就會加大生產(chǎn)操作的復(fù)雜性，提高生產(chǎn)成本。同時，我們希望繼續(xù)改進多晶硅還原爐的生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)，進一步降低能耗節(jié)約成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的內(nèi)壁安裝凹形鏡面的多晶硅還原爐及多晶硅還原爐用凹形鏡面，目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)和設(shè)備的上述缺點，提供一種內(nèi)壁安裝鏡面的多晶硅還原爐，所安裝鏡面面向爐內(nèi)一側(cè)呈凹面形狀并且進行高度拋光，凹形鏡面能夠使高溫硅棒輻射到爐體內(nèi)壁的能量被反射回爐內(nèi)，并且將反射回的能量聚焦于硅棒上，這種聚光技術(shù)能夠在爐體內(nèi)壁拋光的基礎(chǔ)上進一步降低由于硅棒高溫輻射所造成的能量損失，降低能耗，并且避免了對爐體內(nèi)壁進行多次打磨拋光的繁雜工序，大大降低了多晶硅還原爐的生產(chǎn)成本。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明的一種內(nèi)壁安裝凹形鏡面的多晶硅還原爐，多晶硅還原爐內(nèi)壁安裝有凹形鏡面，各個凹形鏡面順次緊密相鄰并通過螺栓與爐體內(nèi)壁固定。所述爐體內(nèi)壁所安裝鏡面的數(shù)量等于爐內(nèi)最外圈硅棒的數(shù)量，鏡面與最外圈硅棒一一對應(yīng)，并且保證鏡面凹面的軸心跟與其對應(yīng)的硅棒軸心位置重合。本發(fā)明的多晶硅還原爐用凹形鏡面，其特征在于鏡面一側(cè)為平面，無需拋光，鏡面另一側(cè)呈凹面形狀并且進行高度拋光，將其平面的一側(cè)與還原爐內(nèi)壁固定，凹面一側(cè)面向爐內(nèi)。鏡面為不銹鋼或石英玻璃材質(zhì)，凹形鏡面最低凹面處的厚度約為0. 2 2mm。以每一根最外圈硅棒的圓心作圓，并且所作圓與還原爐底盤所在圓周相切，由此確定出每一個凹形鏡面的位置和凹面的半徑，同時所作的各圓相交，各交點位置則確定了凹形鏡面的寬度。本發(fā)明的一種內(nèi)壁安裝凹形鏡面的多晶硅還原爐，如圖1、圖3所示，爐體內(nèi)壁安裝有高度拋光的凹形鏡面，各個凹形鏡面順次緊密相鄰并通過螺栓與爐體內(nèi)壁固定。將螺栓焊接固定在爐體內(nèi)壁的合適位置上，同時在個凹形鏡面對應(yīng)位置上開螺栓孔，安裝時通過螺栓螺母連結(jié)將各凹形鏡面固定在還原爐內(nèi)壁上。所安裝鏡面的數(shù)量等于爐內(nèi)最外圈硅棒的數(shù)量，鏡面與最外圈硅棒一一對應(yīng)，并且保證鏡面凹面的軸心跟與其對應(yīng)的硅棒軸心位置重合。如圖4所示，高度拋光的鏡面可以保證高溫硅棒輻射到爐體內(nèi)壁的能量被反射到爐內(nèi)，同時由于各個凹形鏡面的軸心位置與最外圈硅棒軸心位置一一對應(yīng)重合，使得反射回來的能量被各個凹形鏡面聚焦于與其對應(yīng)的硅棒上，這樣可以對爐內(nèi)的高溫能量進行更加充分的利用，大大降低由于高溫輻射造成的能量損耗，減少生產(chǎn)成本。同時，各個高度拋光的凹形鏡面可以由廠家進行專門生產(chǎn)，方便快捷。還原爐開車前，只需將鏡面按生產(chǎn)要求貼合固定在爐體內(nèi)壁上，從而避免了繁雜的對爐體內(nèi)壁進行打磨拋光工序。這樣，不僅節(jié)約了時間縮短了多晶硅生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)成本，而且專業(yè)生產(chǎn)的高度拋光鏡面要比人工打磨爐體內(nèi)壁具有更高的水準(zhǔn)，進一步提高了爐體內(nèi)壁反射能量減少能量損失的效果。本發(fā)明的多晶硅還原爐用凹行鏡面，如圖3所示，鏡面一側(cè)為平面，無需拋光，鏡面另一側(cè)呈凹面形狀并且進行高度拋光。鏡面材質(zhì)為不銹鋼或石英玻璃，將其平面的一側(cè)與還原爐內(nèi)壁固定，凹面一側(cè)面向爐內(nèi)。爐內(nèi)壁所安裝鏡面的數(shù)量應(yīng)等于爐內(nèi)最外圈硅棒的數(shù)量，鏡面與最外圈硅棒一一對應(yīng)，并且保證鏡面凹面的軸心跟與其對應(yīng)的硅棒軸心位置重合。凹形鏡面最低凹面處的厚度約為0. 2 2mm，而鏡面的寬度和凹面的半徑則根據(jù)不同的爐體尺寸和爐內(nèi)硅棒位置的排布而確定。如圖3中所示，以每一根最外圈硅棒圓心作圓，并且與還原爐底盤所在圓周相切，這樣就確定出了每一個凹形鏡面的位置和凹面的半徑，同時所作的各圓相交，各交點位置則確定了凹形鏡面的大小即鏡面的寬度。如圖4所示，這種高度拋光的凹形鏡面能夠?qū)⒏邷剌椛涞綘t體內(nèi)壁的能量反射到爐內(nèi)并且聚焦于與鏡面對應(yīng)的每一根硅棒上，充分利用了能量，降低了能耗。同時，各個高度拋光的凹形鏡面可以由廠家進行專門生產(chǎn)，方便快捷。還原爐開車前，只需將鏡面按生產(chǎn)要求貼合固定在爐體內(nèi)壁上，需要清潔或更換時直接將其卸下，并將清潔后或新的鏡面安裝在爐體內(nèi)壁即可， 被污染的鏡面也可以由專人或者專業(yè)廠家進行清潔，之后可以循環(huán)利用。這樣可以避免每次開車前對還原爐內(nèi)壁進行人工打磨拋光的繁雜工序，簡化了生產(chǎn)流程，降低了生產(chǎn)成本。本發(fā)明的特征在于多晶硅還原爐內(nèi)壁安裝有高度拋光的凹形鏡面，所安裝鏡面的數(shù)量等于爐內(nèi)最外圈硅棒的數(shù)量，鏡面與最外圈硅棒一一對應(yīng)，并且保證鏡面凹面的軸心跟與其對應(yīng)的硅棒軸心位置重合。本發(fā)明的效果和優(yōu)點是(1)高度拋光的鏡面可以將大部分輻射到爐體內(nèi)壁的能量反射回爐內(nèi)，同時由于各個凹形鏡面的軸心位置與最外圈硅棒軸心位置一一對應(yīng)重合，使得反射回來的能量被各個凹形鏡面聚焦于與其對應(yīng)的硅棒上，這樣可以對爐內(nèi)的能量進行更加充分的利用，與爐體內(nèi)壁不進行處理或只進行簡單拋光處理的還原爐相比大大降低了高溫輻射造成的能量損失，最終降低了生產(chǎn)成本。(2)高度拋光的凹形鏡面可以由廠家進行專門生產(chǎn)，方便快捷且具有較高的水準(zhǔn)。 還原爐開車前，只需將鏡面按生產(chǎn)要求貼合固定在爐體內(nèi)壁上，需要清潔或更換時直接將其卸下，并將清潔后或新的鏡面安裝在爐體內(nèi)壁即可，被污染的鏡面也可以由專人或者專業(yè)廠家進行清潔，之后可以循環(huán)利用。這樣可以避免每次開車前對還原爐內(nèi)壁進行人工打磨拋光的繁雜工序，簡化了生產(chǎn)流程，降低了生產(chǎn)成本。


圖1為本發(fā)明的內(nèi)壁安裝凹形鏡面的多晶硅還原爐主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的多晶硅還原爐用凹形鏡面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的內(nèi)壁安裝凹形鏡面的多晶硅還原爐俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的內(nèi)壁安裝凹形鏡面的多晶硅還原爐聚光原理示意圖；其中，1-多晶硅還原爐爐體內(nèi)壁，2-硅棒，3-凹形鏡面，4-能量射線。
具體實施例方式下面根據(jù)附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明如圖1、圖3所示，本發(fā)明的內(nèi)壁安裝凹形鏡面的多晶硅還原爐，爐體內(nèi)壁1安裝有高度拋光的凹形鏡面3，拋光度可達RaO. 008 μ m，各個凹形鏡面3順次緊密相鄰并通過螺栓與爐體內(nèi)壁固定。將螺栓焊接固定在爐體內(nèi)壁的合適位置上，同時在個凹形鏡面對應(yīng)位置上開螺栓孔，安裝時通過螺栓螺母連結(jié)將各凹形鏡面固定在還原爐內(nèi)壁上。爐內(nèi)壁所安裝凹形鏡面3的數(shù)量應(yīng)等于爐內(nèi)最外圈硅棒2的數(shù)量，鏡面與最外圈硅棒一一對應(yīng)，并且保證鏡面3凹面的軸心跟與其對應(yīng)的硅棒軸心位置重合。如圖2所示，鏡面3 —側(cè)為平面，無需拋光，鏡面另一側(cè)呈凹面形狀并且進行高度拋光，拋光度可達RaO. 008 μ m。鏡面為不銹鋼或石英玻璃材質(zhì)，將其平面的一側(cè)與還原爐內(nèi)壁貼合固定，凹面一側(cè)面向爐內(nèi)。凹形鏡面最低凹面處的厚度約為0. 2 2mm，而鏡面的寬度和凹面的半徑則根據(jù)不同的爐體尺寸和爐內(nèi)硅棒位置的排布來確定。如圖3中所示，以每一根最外圈硅棒圓心作圓，并且所作圓與還原爐底盤所在圓周相切，這樣就確定出了每一個凹形鏡面的位置和凹面的半徑，同時所作的各圓相交，各交點位置則確定了凹形鏡面的大小即鏡面的寬度。多晶硅還原爐用凹形鏡面可以由專門廠家進行生產(chǎn)，方便快捷。還原爐開車前，只需將鏡面按生產(chǎn)要求貼合固定在爐體內(nèi)壁上，從而避免了繁雜的對爐體內(nèi)壁進行打磨拋光工序。這樣，不僅節(jié)約了時間縮短了多晶硅生產(chǎn)周期，而且專業(yè)生產(chǎn)的高度拋光鏡面要比人工打磨爐體內(nèi)壁具有更高的水準(zhǔn)，人工打磨拋光一般能達RaO. 4 μ m，而通過機床進行專業(yè)拋光可達RaO. 008 μ m,進一步提高了爐體內(nèi)壁反射能量的效果。如圖4所示，當(dāng)還原爐進行生產(chǎn)時，爐內(nèi)的硅棒溫度達1050 1150°C左右，大量的能量由于高溫被輻射到貼合固定在還原爐內(nèi)壁的凹形鏡面上，由于鏡面被高度拋光，可以將大部分輻射過來的能量反射回爐內(nèi)，同時由于鏡面呈凹狀，且鏡面的軸心跟與其對應(yīng)的硅棒軸心重合，被反射回來的能量射線4剛好聚焦于與之對應(yīng)的硅棒上，這樣能量能夠被充分利用，大大減小了由于輻射而造成的損失，降低了能耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本。而當(dāng)鏡面受到污染需要進行清潔或更換時，直接將其從爐內(nèi)壁卸下，由專業(yè)人員進行清潔或者更換之后，再貼合固定在還原爐內(nèi)壁，進行多晶硅的生產(chǎn)。 根據(jù)不同的還原爐尺寸和爐內(nèi)硅棒位置的不同排布，鏡面數(shù)量、寬度、凹面的半徑以及鏡面的具體排布方式等技術(shù)參數(shù)會有不同變化。相關(guān)技術(shù)人員明顯能在不脫離本發(fā)明內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對本文所述的操作系統(tǒng)和操作方法進行改動或適當(dāng)變更與組合，來實現(xiàn)本發(fā)明技術(shù)。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發(fā)明精神、范圍和內(nèi)容中。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)壁安裝凹形鏡面的多晶硅還原爐，其特征在于多晶硅還原爐內(nèi)壁安裝有凹形鏡面，各個凹形鏡面順次緊密相鄰并通過螺栓與爐體內(nèi)壁固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐，其特征是爐體內(nèi)壁所安裝鏡面的數(shù)量等于爐內(nèi)最外圈硅棒的數(shù)量，鏡面與最外圈硅棒一一對應(yīng)，并且保證鏡面凹面的軸心跟與其對應(yīng)的硅棒軸心位置重合。
3.權(quán)利要求1的多晶硅還原爐用凹形鏡面，其特征在于鏡面一側(cè)為平面，無需拋光，鏡面另一側(cè)呈凹面形狀并且進行高度拋光，拋光度可達RaO. 008 μ m,將其平面的一側(cè)與還原爐內(nèi)壁固定，凹面一側(cè)面向爐內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多晶硅還原爐用凹形鏡面，其特征是鏡面為不銹鋼或石英玻璃材質(zhì)，凹形鏡面最低凹面處的厚度約為0. 2 2mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多晶硅還原爐用凹形鏡面，其特征是以每一根最外圈硅棒的圓心作圓，并且所作圓與還原爐底盤所在圓周相切，由此確定出每一個凹形鏡面的位置和凹面的半徑，同時所作的各圓相交，各交點位置則確定了凹形鏡面的寬度。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種內(nèi)壁安裝凹形鏡面的多晶硅還原爐及多晶硅還原爐用凹形鏡面，其特征在于還原爐內(nèi)壁安裝有高度拋光的凹形鏡面，各個凹形鏡面順次緊密相鄰并通過螺栓與爐體內(nèi)壁固定。所安裝鏡面的數(shù)量等于爐內(nèi)最外圈硅棒的數(shù)量，鏡面與最外圈硅棒一一對應(yīng)，并且鏡面凹面的軸心跟與其對應(yīng)的硅棒軸心位置重合。高度拋光的凹形鏡面能夠使高溫硅棒輻射到爐體內(nèi)壁的能量被反射回爐內(nèi)，并且將反射回的能量聚焦于硅棒上，這種聚光技術(shù)能夠在爐體內(nèi)壁拋光的基礎(chǔ)上進一步降低由于硅棒高溫輻射所造成的能量損失，并且避免了對爐體內(nèi)壁進行多次打磨拋光的繁雜工序，大大降低了多晶硅還原爐的生產(chǎn)成本。
文檔編號G02B5/10GK102211772SQ20111009695
公開日2011年10月12日 申請日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月18日
發(fā)明者劉春江, 李雪, 段長春, 袁希鋼 申請人:天津大學(xué)