專利名稱：一種生產(chǎn)多晶硅真空爐用水冷銅電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏產(chǎn)業(yè)多晶硅生產(chǎn)設(shè)備，尤其涉及一種生產(chǎn)多晶硅真空爐用水冷銅電極。
背景技術(shù)：
在光伏廣業(yè)，多晶娃是娃廣品廣業(yè)鏈中極為重要的中間廣品，是制造娃拋光片、太陽能電池及高純硅制品的主要原料。多晶硅鑄錠真空爐是用于鑄造大型多晶硅錠的設(shè)備， 它是將硅料高溫熔融后通過定向凝固冷凝結(jié)晶，使其形成晶向一致的硅錠，從而達到太陽能電池對硅片品質(zhì)的要求。定向凝固鑄造多晶硅的原理是將石英坩堝裝入多晶硅料后放在導(dǎo)熱性很強的石墨塊(即定向凝固塊)上，關(guān)閉爐膛后抽真空，接通加熱器電源待硅料完全熔化后，隔熱籠緩慢往上提升，露出由下爐腔支撐的定向凝固塊的下表面，通過定向凝固塊將硅料結(jié)晶時釋放的熱量輻射到下爐腔的水冷內(nèi)壁上，從而在坩堝內(nèi)的硅料中形成一個豎直溫度梯度。這個溫度梯度使坩堝內(nèi)的硅料從底部開始凝固，從熔體底部向頂部開始生長，當(dāng)所有的硅料都凝固后，硅錠經(jīng)過退火、冷卻后出爐即完成整個鑄錠過程。水冷銅電極的作用是將大電流通過銅電極傳入石墨電極再加熱石墨板，使其發(fā)熱，通過熱輻射而加熱硅料。現(xiàn)有的水冷銅電極與石墨電極之間用螺紋連接、銅螺母鎖緊。該連接方式最大缺陷是只有一種連接方式，兩電極之間全靠螺紋導(dǎo)電，并且是線接觸(說明銅螺母與石墨電極是面接觸，但與銅棒仍為線接觸)，甚至有些地方是點接觸，在較大電流流過該處時，由于接觸面積較小，電阻過大，在此部位產(chǎn)生大量的熱量，使溫度急劇升高，使用一段時間后，兩電極經(jīng)常因燒蝕而粘結(jié)在一起，損壞連接螺紋，影響電流通過，必須停爐進行檢修更換，造成銅電極和石墨電極使用壽命短，生產(chǎn)成本高。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供使用壽命長的一種生產(chǎn)多晶硅真空爐用水冷銅電極。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種生產(chǎn)多晶硅真空爐用水冷銅電極，包括后端帶進出冷卻水管的深孔銅棒、鎖緊銅螺母、聚四氟乙烯套環(huán)、0型密封圈、膠木絕緣墊環(huán)、膠木絕緣螺栓套管、膠木絕緣托盤、電極固定盤、電極接線板、連接螺栓、 圓臺型銅塊、電刷，其特征在于在圓臺型銅塊的大圓面上設(shè)置電刷，該銅塊的側(cè)面與深孔銅棒前端設(shè)置相同錐度的圓臺型孔緊密貼合，連為一體。
所述電刷由一根根豎立在圓臺型銅塊大圓面上的鑰絲組成。
所述鑰絲垂直鑲嵌或插入在圓臺型銅塊的大圓面上。
使用本發(fā)明時，在深孔銅棒的后端安裝進水管和出水管，從前端套裝電極固定盤用銀焊或銅焊固定；依次套裝膠木絕緣托盤、膠木絕緣螺栓套管、聚四氟乙烯套環(huán)、0型密封圈、膠木絕緣墊環(huán)，然后插入真空爐，用螺栓穿過電極固定盤上的螺孔，固定在真空爐上， 再安裝電極接線板；在深孔銅棒前端圓臺型孔壓入前端帶電刷的圓臺型銅塊，接觸面緊密貼合，再將石墨電極與深孔銅棒前部螺紋連接、旋緊，銅螺母鎖緊。此時，由于鑰絲的彈性作用與石墨電極內(nèi)壁充分接觸，構(gòu)成另一條電流通路。最后將石墨電極通過碳碳復(fù)合螺栓與石墨板連接，通水通電即可使用。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點是通過設(shè)置圓臺型銅塊，并且在圓臺型銅塊的大圓面上設(shè)置電刷，然后與深孔銅棒前端設(shè)置相同錐度的圓臺型孔緊密貼合，形成面接觸，而起電刷作用的鑰絲又與石墨電極內(nèi)壁充分接觸，大大增加兩電極之間的接觸面積。根據(jù)電流計算公式I = U/R, R=P L/S,可以推出
I = US/P L
式中U為電壓，單位伏特(V)
R為電阻，單位歐姆(Q.)
P為物質(zhì)的電阻率，單位為歐姆米(Q.m)。
L為長度，單位為米(m)
S為截面積，單位為平方米(m2)
結(jié)論電流與導(dǎo)線橫截面積成正比的關(guān)系，導(dǎo)線橫截面積越大，允許通過的電流越大。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，大部分電流通過電刷導(dǎo)入石墨電極，大大減輕了兩電極之間螺紋線接觸導(dǎo)電的負(fù)荷，降低了發(fā)熱起弧概率，由于鑰絲具有耐高溫(熔點2610°C )、 導(dǎo)電性好、有彈性，從而提高了水冷銅電極使用壽命。


圖I是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖
圖2是本發(fā)明B向結(jié)構(gòu)示意圖
圖3是本發(fā)明B向另一種結(jié)構(gòu)示意圖
圖4是本發(fā)明與石墨電極連接示意圖具體實施方式
如圖I、圖2所示，深孔銅棒I的前端用車床車出一個外大內(nèi)小的圓臺型孔，機加工一個與圓臺型孔相同錐度的圓臺型銅塊12，使圓臺型銅塊12能與圓臺型孔緊密貼合，連為一體。在圓臺型銅塊12的側(cè)面向中心線切割出至少2條不貫通中心的槽口，要保證圓臺型銅塊12仍為不可分割的整體。在的槽口里垂直于大圓面鑲滿一根根的鑰絲13，壓緊，使鑰絲13與圓臺型銅塊12緊配合，增大接觸面積，有利于導(dǎo)電，外面用錫焊封口，露出的鑰絲13 構(gòu)成電刷。露出的鑰絲13長度要保證與石墨電極14(見圖4)內(nèi)壁充分接觸。以美國GT Solar國際有限公司(GT Solar International, Inc.)生產(chǎn)的GT-DSS450TM型號真空爐上使用的0 IIOmmX 990mm規(guī)格水冷銅電極為實例，該水冷銅電極最前端的直徑為30mm,設(shè)置的圓臺型孔上圓直徑為小23mm,下圓直徑為小21mm,深度8mm,圓臺型孔的錐度為I : 4。按錐度為I : 4加工圓臺型銅塊12，上圓直徑為小23mm，下圓直徑為小21mm，高度8mm。在圓臺型銅塊12的側(cè)面向中心線切割出10 15條不貫通中心(距圓心5mm)的寬度為0. 15mm 槽口，在槽口里垂直于大圓面壓入一根根直徑為￠0. 17mm的鑰絲13，由于鑰絲13具有一定的延展性，選擇￠0. 17mm的鑰絲13能夠壓入寬度為0. 15mm槽口，形成緊配合，增大接觸面積，外面用錫焊封口，露出的鑰絲13構(gòu)成電刷。露出的鑰絲13剪成圓錐形，長度要保證與石墨電極14(見圖4)內(nèi)壁充分接觸。鑰絲13可選直徑為￠0. 12mm ￠0. 22mm，相應(yīng)槽口寬度可設(shè)置為0. IOmm 0. 20mm,裝配時應(yīng)注意緊配合。
圖3是構(gòu)成電刷的鑰絲13設(shè)置在圓臺型銅塊12上的另一種形式。如圖3所示， 圓臺型銅塊12的大圓面上均衡設(shè)置直徑￠0. 18 ￠3. 0mm、深度5 7mm的小孔，一族族鑰絲13插入小孔用錫焊固定。
圖4是本發(fā)明與石墨電極連接示意圖。如圖4所示，深孔銅棒I的后端安裝有進水管10和出水管11，通過進水循環(huán)冷卻銅電極。從深孔銅棒I的前端套裝電極固定盤8， 用銀焊或銅焊固定；依次套裝膠木絕緣托盤7、膠木絕緣螺栓套管6、聚四氟乙烯套環(huán)3、0型密封圈4、膠木絕緣墊環(huán)5，然后插入真空爐，用螺栓穿過電極固定盤8上的螺孔，固定在真空爐(未示出)上，安裝時要保證銅電極與真空爐絕緣。再安裝電極接線板9 ;在深孔銅棒 I前端圓臺型孔壓入前端帶電刷的圓臺型銅塊12，接觸面緊密貼合，再將石墨電極14與深孔銅棒I前部螺紋連接、旋緊，銅螺母2鎖緊。此時，由于鑰絲13的彈性作用與石墨電極14 內(nèi)壁充分接觸，構(gòu)成另一條電流通路。最后將石墨電極14通過碳碳復(fù)合螺栓與石墨板(未示出)連接，通水通電即可使用。
仍以GT-DSS450TM型號真空爐上使用的水冷銅電極為例，說明本發(fā)明使用效果。 該真空爐基本參數(shù)額定功率165kVA，平均功率約85kVA，380V高壓電，最大線電流 3800A，最大輸出電壓25V，流經(jīng)每個電極的最大電流為3800/ V 3 = 2194A。在實際強電流工作中，因水冷銅電極中后段冷卻強度高，其溫度低，尺寸處于正常狀態(tài)，而深孔銅棒I前端冷卻效果稍差，其周圍環(huán)境溫度相對也高(1000°C 1200°C )，圓臺型孔壓入的圓臺型銅塊12，始終處于膨脹狀態(tài)，非常緊密貼合，電刷和銅電極也始終處于緊配合，并且使其牢固鑲嵌在銅電極前端而不易松動，從而有利于導(dǎo)電。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)多晶硅真空爐用水冷銅電極，包括后端帶進出冷卻水管的深孔銅棒、鎖緊銅螺母、聚四氟乙烯套環(huán)、0型密封圈、膠木絕緣墊環(huán)、膠木絕緣螺栓套管、膠木絕緣托盤、電極固定盤、電極接線板、連接螺栓、圓臺型銅塊、電刷，其特征在于在圓臺型銅塊的大圓面上設(shè)置電刷，該銅塊的側(cè)面與深孔銅棒前端設(shè)置相同錐度的圓臺型孔緊密貼合，連為一體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種生產(chǎn)多晶硅真空爐用水冷銅電極，其特征在于所述電刷由一根根豎立在圓臺型銅塊大圓面上的鑰絲組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種生產(chǎn)多晶硅真空爐用水冷銅電極，其特征在于所述鑰絲垂直鑲嵌或插入在圓臺型銅塊的大圓面上。
全文摘要
本發(fā)明涉及光伏產(chǎn)業(yè)多晶硅生產(chǎn)設(shè)備，公開了一種生產(chǎn)多晶硅真空爐用水冷銅電極，包括后端帶進出冷卻水管的深孔銅棒、圓臺型銅塊、電刷，其特征在于在圓臺型銅塊的大圓面上設(shè)置電刷，該銅塊的側(cè)面與深孔銅棒前端設(shè)置相同錐度的圓臺型孔緊密貼合，連為一體。本發(fā)明改變了現(xiàn)有的水冷銅電極與石墨電極之間全靠螺紋導(dǎo)電的單一連接方式，通過起電刷作用的鉬絲與石墨電極內(nèi)壁充分接觸，大大增加兩電極之間的接觸面積。提高了水冷銅電極使用壽命。
文檔編號C30B28/06GK102548061SQ20111035805
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者周水軍 申請人:新余市長城銅產(chǎn)品開發(fā)有限公司