專利名稱：一種多晶硅還原爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種多晶硅還原爐，屬于多晶硅生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在“改良西門子法”多晶娃生產(chǎn)技術(shù)中,氣態(tài)氯娃燒在多晶還原爐中和氫氣還原為多晶硅，氯硅烷和氫氣按照一定的配比，從還原爐底部的爐盤上的進氣噴嘴進入爐筒內(nèi)，混合氣體在裝夾在電極對上的硅芯上高溫進行還原后，未反應(yīng)的尾氣又從爐盤中央的尾氣出ロ排出，進入下ーエ序。還原反應(yīng)是吸熱反應(yīng),需要大量的熱量來維持,但是由于還原爐的爐筒內(nèi)壁溫度超過200°C后，就會沉積硅油，嚴重影響爐壁對熱量的反射，而且還原爐筒材質(zhì)是不耐高溫的不銹鋼，為了保護爐筒不被損壞，也為了避免產(chǎn)生硅油，一般采用在爐筒壁的夾套中通入大量的水來冷卻爐筒，一方面不停的加載電流來維持硅芯上反應(yīng)所需溫度，一方面又不斷通入冷卻水帶走熱量，這不可避免的導致還原電耗增高。在還原爐中，氣態(tài)氯硅烷和氫氣是靠物料自身的壓カ噴入還原爐內(nèi)，到爐頂后再折返，現(xiàn)有依靠噴嘴使物料氣流噴高的方法，經(jīng)過模擬計算及生產(chǎn)實際的驗證，實際只能將氣流噴到I米的高度，而硅棒高度一般在2. 2米至2. 8米之間，同時由于進氣噴嘴和尾氣出ロ都位于還原爐爐盤上，使得部分氣流直接從壓カ低的尾氣ロ流出而未噴到爐頂處，這導致爐筒內(nèi)越往上物料越不足，物料越少則溫度越高，溫度越高則玉米花狀多晶硅越嚴重，嚴重影響了多晶硅質(zhì)量，硅棒頂部橫梁處位置也經(jīng)常由于沒有足夠的物料用于反應(yīng)及對橫梁進行冷卻而導致橫梁部位發(fā)生熔斷現(xiàn)象，造成提前停爐和產(chǎn)量的損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的在于針對上述存在的問題，提供ー種多晶硅還原爐，在還原爐的爐筒內(nèi)，設(shè)計有為進入還原爐的物料提供的導流空間，能夠使物料強制上升到爐筒內(nèi)的頂部，使硅棒上下都能有充足的物料進行反應(yīng)，井能維持合適的溫度，避免產(chǎn)生玉米花狀多晶硅和熔斷現(xiàn)象，同時本發(fā)明還能實現(xiàn)充分利用硅棒自身熱量，達到降低還原電耗的目的。本發(fā)明的ー種多晶硅還原爐，采用的技術(shù)方案如下
ー種多晶硅還原爐，包括有爐盤，爐筒，設(shè)置于爐盤上的電極對、進氣噴嘴和尾氣出口，所述爐盤的中部，設(shè)置有圓筒結(jié)構(gòu)的導流隔熱罩I ;所述電極對和進氣噴嘴均設(shè)置在導流隔熱罩I外側(cè)的爐盤上；所述尾氣出ロ設(shè)置在導流隔熱罩I內(nèi)側(cè)的爐盤上。由于采用了上述技術(shù)方案，圓筒結(jié)構(gòu)的導流隔熱罩I是ー種結(jié)構(gòu)簡單、效率高、價格合理、組裝和操作方便的能夠?qū)崿F(xiàn)導流的裝置，能夠有效地起到對進還原爐物料導流作用；導流隔熱罩I設(shè)置在爐盤的中部，導流隔熱罩I與爐筒之間形成的導流空間，為進入 還原爐內(nèi)的原料提供了流動的通道，成為原料氣體至下而上的唯一流動方向而上升到還原爐內(nèi)的頂部，再通過導流隔熱罩I內(nèi)部的空間由頂部至上而下地從尾氣出口排出；有效地克服了傳統(tǒng)的還原爐設(shè)計中氣流從爐盤進入，無法通過進氣噴嘴噴到頂部，部分氣流直接走捷徑從壓カ低的尾氣出口流出爐盤，導致爐體內(nèi)越往上物料越不足的缺點；采用了導流隔熱罩I之后，還原爐內(nèi)電極對上安裝的硅芯的頂部能夠獲得足夠的原料，并能夠充分利用硅芯所產(chǎn)生的熱量進行反應(yīng)，不至于在頂部聚集大量的熱量使得玉米花狀多晶硅情況嚴重，甚至使硅棒熔斷，或者這些熱量被爐外的冷卻水帶走而増加能耗。所述導流隔熱罩I外側(cè)的爐盤上，還設(shè)置有導流隔熱罩II，所述導流隔熱罩II是與導流隔熱罩I同心的圓筒結(jié)構(gòu)，所述電極對和進氣噴嘴均設(shè)置在所述導流隔熱罩I和導流隔熱罩II之間的爐盤上。由于采用了上述技術(shù)方案，爐體內(nèi)部的空間和爐筒之間由于導流隔熱罩II的存在，使得熱量能夠由導流隔熱罩II進行反射和隔離，進一歩降低了由爐筒的冷卻水帶走的熱量，提高了熱量利用率；導流隔熱罩I和導流隔熱罩II之的空間，有利于提高對進入還原爐物料向上的導流作用。所述電極對在導流隔熱罩I外側(cè)排列形成兩層以上的同心圓環(huán)，所述同心圓環(huán)與 導流隔熱罩I同心，相鄰的電極對排列而成的同心圓環(huán)之間，還設(shè)置有導流隔熱罩III，所述導流隔熱罩III是與導流隔熱罩I同心的圓筒結(jié)構(gòu)。由于采用了上述技術(shù)方案，在爐盤上同心圓環(huán)排列方式的電極對方便了導流隔熱罩III的設(shè)置；所述導流隔熱罩III能夠進ー步將的將每層同心圓環(huán)上的電極對分隔開來，在每ー層電極對圓環(huán)的兩導流隔熱罩空間內(nèi)，都分布有進氣噴嘴，這樣就能夠在反應(yīng)中進行多層的、獨立的導流、反應(yīng)、和保溫，這種多層的、獨立的結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠有效的提高熱量利用率，降低整個爐筒內(nèi)的熱量損失。在實際生產(chǎn)中，可以根據(jù)還原爐的規(guī)格，靈活的設(shè)置所述導流隔熱罩III的層數(shù)，如還原爐的電極對為12對時，可以將電極對的同心圓環(huán)設(shè)計成兩圈，兩個電極對同心圓環(huán)之間，設(shè)置導流隔熱罩III ;還原爐的電極對為18對時，則至少需要設(shè)計成三圈電極對同心圓環(huán)的結(jié)構(gòu)，這時就需要在三圈電極對同心圓環(huán)上設(shè)置兩個大小不同的，用于將相鄰電極對圓環(huán)分隔開來的導流隔熱罩III;依次類推，當電極對為18對以上時，根據(jù)エ藝需求，設(shè)置成更多圈數(shù)的電極對同心圓環(huán)，并在相鄰的電極對同心圓環(huán)間，設(shè)置多個導流隔熱罩III將它們相互分隔開來。所述導流隔熱罩I、導流隔熱罩II和導流隔熱罩III的高度，均低于電極對上所裝夾硅芯的高度。由于采用了上述技術(shù)方案，導流隔熱罩I、導流隔熱罩II和導流隔熱罩III低于所硅芯的高度，既能保證硅芯橫梁處有穩(wěn)定和足夠的物料氣流，滿足反應(yīng)需求，又不妨礙從爐筒頂部的觀察裝置觀察硅棒生長情況。所述導流隔熱罩I、導流隔熱罩II和導流隔熱罩III，上部均設(shè)置有吊裝孔，中部均設(shè)置有與爐筒上的觀察裝置齊平且位于同一直線上的觀察孔。由于采用了上述技術(shù)方案，由于頂部和中部的物料氣流處于層流狀態(tài)，在設(shè)置吊裝孔和觀察孔后，導流隔熱罩開孔處于氣流側(cè)面，不足以影響氣流的主體流動方向；吊裝孔在進行裝爐和停爐中能夠方便的進行導流隔熱罩的吊裝；位于同一直線上且與所述爐筒上的觀察裝置齊平的觀察孔，能夠在生產(chǎn)中對爐內(nèi)的多晶硅生長情況進行觀察，為エ藝操作提供依據(jù)。所述導流隔熱罩I、導流隔熱罩II和導流隔熱罩III，均主要由隔熱導流片組成，所述隔熱導流片兩側(cè)設(shè)置有螺孔，各隔熱導流片之間通過連接板連接，并使用螺栓固定。
由于采用了上述技術(shù)方案，導流隔熱罩采用片狀結(jié)構(gòu)的隔熱導流片拼裝而成，這種靈活而合理的結(jié)構(gòu)，方便安裝及損壞后的隔熱導流片的維修和更換，。所述導流隔熱罩I、導流隔熱罩II和導流隔熱罩III，均采用石英或者陶瓷材料制成，所述螺栓，采用金屬鑰材料制成。由于采用了上述技術(shù)方案，導流隔熱的石英或者陶瓷材料能夠經(jīng)受多晶生產(chǎn)過程中還原爐內(nèi)的高溫，并且能夠有效的進行熱量的反射，有利于其保溫功能的加強，同樣的，為了螺栓能夠適用于還原爐內(nèi)的高溫條件，采用金屬鑰材料制成。
每個所述電極對所在位置的爐盤上，均設(shè)置有進氣噴嘴。由于采用了上述技術(shù)方案，將噴嘴的位置設(shè)置在每對電極對的位置上，可以使每一對硅棒都能有単獨的氣流保證有充分的物料進行反應(yīng)，提高反應(yīng)效率，同時可以有效的降低每對硅棒的溫度，改善由于熱量聚集而導致的產(chǎn)品多晶硅棒玉米花狀的質(zhì)量缺陷。所述進氣噴嘴上，均連接有能夠?qū)⑽锪戏峙洳⒁髦撩總€電極對所在位置的引流噴管。由于采用了上述技術(shù)方案，在實施導流隔熱罩的過程中，還原爐爐盤本身的物料進氣噴嘴設(shè)計的位置有可能不足以保證每對電極位置上的硅棒擁有ー個進氣噴嘴，也可能進氣噴嘴所在位置不是在每對硅棒的位置處，這樣的情況下，可以用細小的引流噴管將進氣噴嘴所在的位置引至每對硅棒的位置上，或者采用引流噴管對氣體進行氣流進行分流，保證每對硅棒都能對應(yīng)進氣噴嘴，雖然還原爐內(nèi)溫度很高，但進入爐內(nèi)的物料溫度很低，所以噴管采用平常的耐腐蝕不銹鋼即可，物料的流動可以冷卻噴管，使噴管不會被高溫損壞，這種技術(shù)方案，特別適合于在舊還原爐改造成本發(fā)明的還原爐中采用。所述引流噴管主要由噴嘴、彎頭、管道和三通或四通順次相連組成。由于采用了上述技術(shù)方案，引流噴管是替代原有進氣噴嘴與底盤連接的組件，在原有進氣噴嘴與底盤之間用噴嘴、彎頭和管道這些管件順次連接，并采用三通或四通管件對氣流進行再次分配，保證每對硅棒都能對應(yīng)ー股氣流，具有制作簡單，連接方式靈活的優(yōu)點。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明ー種多晶硅還原爐的有益效果是
在還原爐的爐筒內(nèi)，導流隔熱罩能夠改變傳統(tǒng)還原爐內(nèi)的流場，為進入還原爐的物料
提供導流空間，能夠使物料強制上升到爐筒內(nèi)的頂部，使硅棒上下都能有充足的物料進行反應(yīng)，同時導流隔熱罩的應(yīng)用還改變了傳統(tǒng)還原爐內(nèi)的熱場，使硅棒維持合適的溫度，避免產(chǎn)生玉米花狀多晶硅和熔斷現(xiàn)象，同時還能實現(xiàn)充分利用硅棒的熱量，達到降低還原電耗的目的；多層結(jié)構(gòu)的導流隔熱罩不僅能起到為每層電極對上硅棒的氣流提供獨立的流通渠道，其選用耐熱保溫材料其本身還能防止熱量散失，起到保溫的作用，使多晶硅棒可以少加載電流而起到節(jié)能的作用；進氣噴嘴的設(shè)計，可以使每一對硅棒都能有単獨的氣流保證有充分的物料進行反應(yīng)，提高生產(chǎn)效率。


本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中
圖I是本發(fā)明的還原爐爐盤結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明的還原爐爐筒內(nèi)部示意圖；圖3是本發(fā)明的還原爐爐盤與引流噴管連接示意 圖4是本發(fā)明的導流隔熱片示意 圖5是本發(fā)明的帶觀察孔的導流隔熱片示意 圖6是本發(fā)明的帶吊裝孔的導流隔熱片示意 圖7是本發(fā)明的連接板示意圖。圖中標記1-爐盤、2-導流隔熱罩I、3_電極對、4-爐筒、5-進氣噴嘴、6-尾氣出ロ、7-導流隔熱罩II、8_導流隔熱罩III、9-觀察孔、10-吊裝孔、11-隔熱導流片、12-螺孔、13-連接板、14-引流噴管。
具體實施例方式本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是ー系列等效或類似特征中的ー個例子而已。實施例1，本發(fā)明的ー種多晶硅還原爐，如圖I所示，在爐盤I中部，設(shè)置導流隔熱罩I 2，導流隔熱罩I 2可以是整塊或者是用導流隔熱片11組裝成的圓筒結(jié)構(gòu)，導流隔熱罩
I2的高度，應(yīng)低于電極對3上所裝夾的硅芯高度，電極對3設(shè)置在導流隔熱罩I 2外側(cè)的爐盤I上；還原爐的進氣噴嘴5，也設(shè)置在導流隔熱罩I 2外側(cè)的爐盤I上，還原爐的尾氣出ロ 6，位于導流隔熱罩2內(nèi)側(cè)的爐盤I上，還原爐的爐盤I上設(shè)置大小相匹配的爐筒4，爐筒4上還有冷卻水管夾套和觀察裝置等其他附件，一起構(gòu)成還原爐整體。實施例2，本發(fā)明的ー種多晶硅還原爐，以12對棒還原爐規(guī)格為例，如圖I所示，爐盤I中部，設(shè)置導流隔熱罩I 2 ；12組電極對3設(shè)置在導流隔熱罩I 2外側(cè)的爐盤I上，以導流隔熱罩I 2的圓心為圓心，以2層同心圓排列的方式進行排列，內(nèi)圓環(huán)為4組電極對3，外圓環(huán)為8組電極對3 ;在第二層電極對3圓環(huán)外側(cè)的爐盤I上，設(shè)置導流隔熱罩II 7，將最外環(huán)電極對3與爐筒4隔離開；同時，在第一層圓環(huán)和第二層圓環(huán)之間，設(shè)置導流隔熱罩III 8，將第一層圓環(huán)和第二層圓環(huán)分隔開來，如圖2所示；所述導流隔熱罩I 2、導流隔熱罩
II7和導流隔熱罩1118，采用如圖4所示的兩側(cè)帶螺孔的導流隔熱片11，通過如圖7所示的連接板13使用螺栓連接而成的，其高度應(yīng)低于電極對3上所裝夾的硅芯高度，所述導流隔熱片11采用石英或者陶瓷材料制成，所述螺栓采用金屬鑰材料制成；所述導流隔熱罩I 2、導流隔熱罩II 7和導流隔熱罩III8的部分導流隔熱片11上部的設(shè)置有吊裝孔10，中部設(shè)置有與所述爐筒4上的觀察裝置齊平的且位于同一直線上觀察孔9，如圖5和圖6所示；還原爐的爐盤I上共設(shè)置有12個進氣噴嘴5，分別位于每ー組電極對3所在的位置上，保證每ー對電極對的位置處有ー個進氣噴嘴5 ;還原爐的尾氣出ロ 6，位于導流隔熱罩I 2內(nèi)側(cè)的爐盤I上，所述尾氣出ロ 6，可以為I個出口，也可以根據(jù)エ藝設(shè)計多個出ロ分布于導流隔熱罩I 2內(nèi)側(cè)的爐盤I上；還原爐的爐盤I上設(shè)置大小和高度相匹配的爐筒4，爐筒4上還有冷卻水管夾套和觀察裝置等其他附件，一起構(gòu)成還原爐整體。實施例3，本發(fā)明的ー種多晶硅還原爐，以18對棒或更大的還原爐規(guī)格為例，如圖I所示，爐盤I中部，設(shè)置導流隔熱罩I 2 ;18組或者更多的電極對3設(shè)置在導流隔熱罩I 2外側(cè)的爐盤I上，排列成3層及或更多層的以導流隔熱罩I 2圓心為圓心的同心圓環(huán)；在最外層電極對3圓環(huán)外側(cè)的爐盤I上，設(shè)置導流隔熱罩II 7，將最外層電極對3與爐筒4隔離開；同吋，每ー層電極對3圓環(huán)之間，設(shè)置導流隔熱罩1118，將相鄰的電極對3圓環(huán)分隔開來；所述導流隔熱罩I 2、導流隔熱罩II 7和導流隔熱罩III 8是采用如圖4所示的兩側(cè)帶螺孔的導流隔熱片11，通過如圖7所示的連接板13使用螺栓連接而成的，其高度應(yīng)低于電極對3上所裝夾的硅芯高度，所述導流隔熱片11采用石英或者陶瓷材料制成，所述螺栓采用金屬鑰材料制成；所述導流隔熱罩I 2、導流隔熱罩II 7和導流隔熱罩III 8的部分導流隔熱片11上部的設(shè)置有吊裝孔10，中部設(shè)置有與所述爐筒4上的觀察裝置齊平的且位于同一直線上觀察孔9，如圖5和圖6所示；還原爐的爐盤I上共設(shè)置有與電極對個數(shù)一致的18個或者更多的進氣噴嘴5，分別位于每ー對電極對3所在的位置上，保證每ー對電極對的位置處有ー個進氣噴嘴5 ;還原爐的尾氣出ロ 6，位于導流隔熱罩I 2內(nèi)側(cè)的爐盤I上，所述尾氣出口 6，可以為I個出口，也可以根據(jù)エ藝設(shè)計多個出口分布于導流隔熱罩I 2內(nèi)側(cè)的爐盤I上；還原爐的爐盤I上設(shè)置大小和高度相匹配的爐筒4，爐筒4上還有冷卻水管夾套和觀察裝置等其他附件，一起構(gòu)成還原爐整體。 實施例4，本發(fā)明的ー種多晶硅還原爐，實施例4與實施例I、實施例2和實施例3基本相同，不同之處在于所述進氣噴嘴5的位置與實施例2和實施例3的有所不同，本實施例適用于所述進氣噴嘴5沒有對應(yīng)位于每組電極對3所在位置，或者進氣噴嘴5的數(shù)量不足以和每對電極對3進行配合，特別適用于還原爐改造項目中。如圖3所示，當進氣噴嘴5的數(shù)量足夠，但所處位置沒在電極對3所在位置的情況下，將還原爐的進氣噴嘴5采用引流噴管14將進入還原爐的物料引至每對所述電極對3的位置上；當進氣噴嘴5的數(shù)量不足以覆蓋所有電極對3的情況了下，可以采用在進氣噴嘴5處采用三通或者四通進行管道分流的方式，再通過引流噴管14，引流至每對所述電極對3的位置上，所述引流噴管14，主要由噴嘴、彎頭、管道和三通或四通順次相連組成。本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式
。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
權(quán)利要求
1.ー種多晶硅還原爐，包括有爐盤(1)，爐筒(4)，設(shè)置于爐盤上的電極對(3)、進氣噴嘴(5)和尾氣出口(6)，其特征在于所述爐盤(I)的中部，設(shè)置有圓筒結(jié)構(gòu)的導流隔熱罩I(2);所述電極對(3)和進氣噴嘴(5)均設(shè)置在導流隔熱罩I (2)外側(cè)的爐盤(I)上；所述尾氣出ロ(6)設(shè)置在導流隔熱罩I (2)內(nèi)側(cè)的爐盤(I)上。
2.如權(quán)利要求I所述的多晶硅還原爐，其特征在干所述導流隔熱罩I(2)外側(cè)的爐盤(I)上，還設(shè)置有導流隔熱罩II (7)，所述導流隔熱罩II (7)是與導流隔熱罩I (2)同心的圓筒結(jié)構(gòu)，所述電極對(3)和進氣噴嘴(5)均設(shè)置在所述導流隔熱罩I (2)和導流隔熱罩II(7)之間的爐盤(I)上。
3.如權(quán)利要求I或2所述的多晶硅還原爐，其特征在于所述電極對(3)在導流隔熱罩I(2)外側(cè)排列形成兩層以上的同心圓環(huán)，所述同心圓環(huán)與導流隔熱罩I (2)同心，相鄰的電極對(3)排列而成的同心圓環(huán)之間，還設(shè)置有導流隔熱罩111(8)，所述導流隔熱罩111(8)是與導流隔熱罩I (2)同心的圓筒結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求3所述的多晶硅還原爐，其特征在干所述導流隔熱罩I(2)、導流隔熱罩II (7)和導流隔熱罩111(8)的高度，均低于電極對(3)上所裝夾硅芯的高度。
5.如權(quán)利要求4所述的多晶硅還原爐，其特征在干所述導流隔熱罩I(2)、導流隔熱罩II (7)和導流隔熱罩111(8)，上部均設(shè)置有吊裝孔(10)，中部均設(shè)置有與爐筒(4)上的觀察裝置齊平且位于同一直線上的觀察孔(9)。
6.如權(quán)利要求I或2或4或5所述的多晶硅還原爐，其特征在于所述導流隔熱罩I(2)、導流隔熱罩II (7)和導流隔熱罩111(8)，均主要由隔熱導流片(11)組成，所述隔熱導流片(11)兩側(cè)設(shè)置有螺孔(12)，各隔熱導流片之間通過連接板(13)連接，并使用螺栓固定。
7.如權(quán)利要求6所述的多晶硅還原爐，其特征在干所述導流隔熱罩I(2)、導流隔熱罩II (7)和導流隔熱罩111(8)，均采用石英或者陶瓷材料制成，所述螺栓，采用金屬鑰材料制成。
8.如權(quán)利要求I或2或4或5或7所述的多晶硅還原爐，其特征在于每個所述電極對(3)所在位置的爐盤(I)上，均設(shè)置有進氣噴嘴(5)。
9.如權(quán)利要求I或2或4或5或7所述的多晶硅還原爐，其特征在于所述進氣噴嘴(5)上，均連接有能夠?qū)⑽锪戏峙洳⒁髦撩總€電極對所在位置的引流噴管(14)。
10.如權(quán)利要求9所述的多晶硅還原爐，其特征在干所述引流噴管(14)主要由噴嘴、彎頭、管道和三通或四通順次相連組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多晶硅還原爐，屬于多晶硅生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。所述多晶硅還原爐的爐盤上，設(shè)置有導流隔熱罩為進入還原爐的物料提供導流的空間，使物料能夠強制上升到爐筒內(nèi)的頂部。本發(fā)明的一種多晶硅還原爐，能夠在反應(yīng)中為多晶硅棒上下部都提供充足的物料進行反應(yīng)并維持合適的溫度，避免產(chǎn)生玉米花狀多晶硅和熔斷現(xiàn)象，同時還能夠達到還原爐的節(jié)能降耗目的。
文檔編號C01B33/035GK102701210SQ20121017466
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者徐予晗 申請人:四川瑞能硅材料有限公司