專利名稱：多晶硅鑄錠爐下爐體定向凝固系統(tǒng)及其鑄錠工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及多晶硅鑄錠技術領域，特別是多晶硅鑄錠爐下爐體定向凝固系統(tǒng)及其鑄錠工藝。
背景技術：
目前市場上多晶硅鑄錠爐的主流產品為275Kg多晶硅鑄錠爐，占市場的60% 80%，另外一種主流產品為450Kg和650kg的多晶硅鑄錠爐。市場的發(fā)展趨勢是向650Kg 級別多晶硅鑄錠爐發(fā)展，且800Kg級及以上的多晶硅鑄錠爐也處于研發(fā)階段，大型鑄錠爐的一個重要技術問題是熱應力處理，由于硅的性質是熱縮冷脹，故鑄錠越大，下爐體定向凝固系統(tǒng)的均勻性越難控制，導致的內應力集中會直接影響切片成品率。現有的多晶硅鑄錠爐的下爐體定向凝固系統(tǒng)都只是提升隔熱籠，從而與底部的隔熱籠底部形成下爐體定向凝固系統(tǒng)空間，并通過降低功率和通氬氣來進行定向凝固鑄錠， 這樣的下爐體定向凝固系統(tǒng)效果低，且耗費大量的電能，成本高。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種多晶硅鑄錠爐下爐體定向凝固系統(tǒng)及其鑄錠工藝，提高冷凝速度，降低鑄錠成本。本發(fā)明解決其技術問題所采用的方案是多晶硅鑄錠爐的下爐體定向凝固系統(tǒng)包括下爐體、隔熱籠底板和抬升裝置，隔熱籠底板通過抬升裝置驅動在下爐體內抬升、下降。具體地，抬升裝置包括石墨支撐桿、絲桿、渦輪蝸桿升降機、抬升底板和伺服電機。 抬升底板位于下爐體下方，石墨支撐桿的一端和隔熱籠底板連接，石墨支撐桿的另一端穿過下爐體與抬升底板相連接，絲桿固定在下爐體上，并與固定在抬升底板上的渦輪蝸桿升降機相連接，伺服電機和渦輪蝸桿升降機連接，伺服電機通過渦輪蝸桿升降機驅動抬升底板沿絲桿抬升、下降，抬升底板的運動帶動石墨支撐桿移動，最后帶動爐體內隔熱籠底板的抬升、下降。石墨支撐桿上套有用來當石墨支撐桿在抬升和下降隔熱籠底板時起真空密封作用的波紋管套，波紋管套的兩端分別固定在抬升底板和下爐體上。絲桿具有兩個以上，每個絲桿上配套一個渦輪蝸桿升降機，渦輪蝸桿升降機之間通過軟軸連接傳動，伺服電機與其中一個渦輪蝸桿升降機直接連接，并通過軟軸驅動其他渦輪蝸桿升降機一起動作。為實現在下爐體定向凝固系統(tǒng)硅錠的時候，在爐子底部吹氬氣來保護下爐體定向凝固系統(tǒng)，下爐體的底部預留兩個氬氣進氣孔。多晶硅鑄錠爐的下爐體定向凝固系統(tǒng)還包括有控制裝置，控制裝置包括PLC、人機界面、旋轉編碼器、接近開關及抬升裝置的伺服電機，人機界面、旋轉編碼器、接近開關以及抬升裝置的伺服電機分別與PLC連接，根據控制工藝，通過人機界面設置隔熱籠底板的上升距離、上升時間、下降距離、下降時間，PLC根據以上工藝參數，控制伺服電機按一定速度旋轉，帶動隔熱籠底板運動到位，旋轉編碼器通過輸出的脈沖反饋實際的位移量到PLC，并可在人機界面上實時顯示隔熱籠底板的位置以及電機的轉速，接近開關設置在隔熱籠底板可移動到的上、下極限位置處，當系統(tǒng)誤動作隔熱籠底板到達上極限位置及下極限位置時， 系統(tǒng)立即停止動作，并提醒用戶及時復位。多晶硅鑄錠爐的鑄錠工藝通過以下步驟實現a)隔熱籠與隔熱籠底板合攏，對硅料進行加熱；b)隔熱籠往上抬升0 380mm同時，隔熱籠底板往下降0 150mm，硅料由底部向
上進行定向凝結。c)隔熱籠與隔熱籠底板合攏，對硅料進行回火；d)隔熱籠與隔熱籠底板相對移動，打開，對硅料進行冷卻；e)硅料出鍋。多晶硅鑄錠爐鑄錠工藝步驟b中，通過在下爐體的底部預留兩個氬氣進氣孔以降低石英坩堝底部的溫度。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用抬升下爐體隔熱籠底板的定向凝固系統(tǒng)及其鑄錠工藝，可顯著提高多晶硅的生長速度，提高原材料產能和新材料光電轉換效率、節(jié)省原材料成本和消耗電量、系統(tǒng)定向凝固效果好且節(jié)省了鑄錠爐自身的升級成本。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明；圖1是本發(fā)明的第一立體狀態(tài)圖；圖2是本發(fā)明的第二立體狀態(tài)3是本發(fā)明的剖視圖；圖4是多晶硅鑄錠爐定向凝固系統(tǒng)的控制裝置。圖5是本發(fā)明的鑄錠工藝中步驟a的狀態(tài)圖；圖6是本發(fā)明的鑄錠工藝中步驟b的狀態(tài)圖；圖7是本發(fā)明的鑄錠工藝中步驟c的狀態(tài)圖；圖8是本發(fā)明的鑄錠工藝中步驟d的狀態(tài)圖；圖9是本發(fā)明的鑄錠工藝中步驟e的狀態(tài)圖。圖中，1.下爐體；2.波紋管套；3.絲桿；4.抬升底板；5.固定用的三角架；6.軟軸；7.伺服電機；8.渦輪蝸桿升降機；9.隔熱籠底板；10.石墨支撐桿；11.隔熱籠上蓋板； 12.隔熱籠；13.支撐臺。
具體實施例方式如圖1 3所示，多晶硅鑄錠爐的下爐體定向凝固系統(tǒng)，包括下爐體1隔熱籠底板 9和抬升裝置，隔熱籠底板9通過抬升裝置驅動在下爐體1內抬升、下降。抬升裝置包括石墨支撐桿10、絲桿3、渦輪蝸桿升降機8、抬升底板4和伺服電機 7，抬升底板4位于下爐體1下方，石墨支撐桿10的一端和隔熱籠底板9連接，石墨支撐桿 10的另一端穿過下爐體1與抬升底板4相連接，三個絲桿3固定在下爐體1上，并與固定在抬升底板4上的渦輪蝸桿升降機8相連接，固定用的三角架5用于固定三根絲桿3，防止絲桿3在抬升過程中發(fā)生位移，從而影響抬升底板4的上升高度，伺服電機7和渦輪蝸桿升降機8連接，伺服電機7通過渦輪蝸桿升降機8驅動抬升底板4沿絲桿3抬升、下降，抬升底板4的運動帶動石墨支撐桿10移動，最后帶動爐體內隔熱籠底板9的抬升、下降。石墨支撐桿10上套有用來當石墨支撐桿10在抬升和下降隔熱籠底板9時起真空密封作用的波紋管套2，波紋管套2的兩端分別固定在抬升底板4和下爐體1上。每個絲桿3上配套一個渦輪蝸桿升降機8，渦輪蝸桿升降機8之間通過軟軸6連接傳動，伺服電機7與其中一個渦輪蝸桿升降機8直接連接，并通過軟軸6驅動其他渦輪蝸桿升降機8—起動作。為實現在下爐體1定向凝固系統(tǒng)硅錠的時候，在爐子底部吹氬氣來保護下爐1體定向凝固系統(tǒng)，下爐體1的底部預留兩個氬氣進氣孔。圖4所示為多晶硅鑄錠爐的下爐體定向凝固系統(tǒng)的控制裝置，包括控制裝置，控制裝置包括PLC、人機界面、旋轉編碼器、接近開關及抬升裝置的伺服電機7，人機界面、旋轉編碼器、接近開關以及抬升裝置的伺服電機7分別與PLC連接，根據控制工藝，通過人機界面設置隔熱籠底板9的上升距離、上升時間、下降距離、下降時間，PLC根據以上工藝參數，控制伺服電機7按一定速度旋轉，帶動隔熱籠底板9運動到位，旋轉編碼器通過輸出的脈沖反饋實際的位移量到PLC，并可在人機界面上實時顯示隔熱籠底板9的位置以及電機的轉速，接近開關設置在隔熱籠底板9可移動到的上、下極限位置處，當系統(tǒng)誤動作隔熱籠底板9到達上極限位置及下極限位置時，系統(tǒng)立即停止動作，并提醒用戶及時復位。多晶硅鑄錠爐的鑄錠工藝如圖5 9所示，具體步驟為a)隔熱籠12與隔熱籠底板9合攏，對硅料進行加熱；b)隔熱籠12往上抬升380mm同時，隔熱籠底板9往下降150mm，硅料由底部向上
進行定向凝結。c)隔熱籠12與隔熱籠底板9合攏，對硅料進行回火；d)隔熱籠12與隔熱籠底板9相對移動，打開，對硅料進行冷卻；e)硅料出鍋。多晶硅鑄錠爐鑄錠工藝步驟b中，通過在下爐體1的底部預留兩個氬氣進氣孔以降低石英坩堝底部的溫度。
權利要求
1.多晶硅鑄錠爐的下爐體定向凝固系統(tǒng)，其特征是包括下爐體(1)、隔熱籠底板(9) 和抬升裝置，所述的隔熱籠底板(9)通過抬升裝置驅動在下爐體(1)內抬升、下降。
2.根據權利要求1所述的多晶硅鑄錠爐的下爐體定向凝固系統(tǒng)，其特征是所述的抬升裝置包括石墨支撐桿(10)、絲桿(3)、渦輪蝸桿升降機(8)、抬升底板(4)和伺服電機 (7)，抬升底板⑷位于下爐體⑴下方，石墨支撐桿(10)的一端和隔熱籠底板(9)連接， 石墨支撐桿(10)的另一端穿過下爐體(1)與抬升底板(4)相連接，絲桿(3)固定在下爐體 ⑴上，并與固定在抬升底板⑷上的渦輪蝸桿升降機⑶相連接，伺服電機(7)和渦輪蝸桿升降機(8)連接，伺服電機(7)通過渦輪蝸桿升降機(8)驅動抬升底板(4)沿絲桿(3)抬升、下降，抬升底板的運動帶動石墨支撐桿(10)移動，最后帶動爐體內隔熱籠底板(9) 的抬升、下降。
3.根據權利要求2所述的多晶硅鑄錠爐的下爐體定向凝固系統(tǒng)，其特征是在所述的石墨支撐桿(10)上套有用來當石墨支撐桿(10)在抬升和下降隔熱籠底板(9)時起真空密封作用的波紋管套O)，波紋管套O)的兩端分別固定在抬升底板(4)和下爐體(1)上。
4.根據權利要求2所述的多晶硅鑄錠爐的下爐體定向凝固系統(tǒng)，其特征是所述的絲桿C3)具有兩個以上，每個絲桿C3)上配套一個渦輪蝸桿升降機(8)，渦輪蝸桿升降機(8) 之間通過軟軸(6)連接傳動，伺服電機(7)與其中一個渦輪蝸桿升降機(8)直接連接，并通過軟軸(6)驅動其他渦輪蝸桿升降機(8) —起動作。
5.根據權利要求1或2所述的多晶硅鑄錠爐的下爐體定向凝固系統(tǒng)，其特征是在所述的下爐體(1)的底部預留兩個氬氣進氣孔。
6.根據權利要求2所述的多晶硅鑄錠爐的下爐體定向凝固系統(tǒng)，其特征是還包括有控制裝置，所述的控制裝置包括PLC、人機界面、旋轉編碼器、接近開關及抬升裝置的伺服電機(7)，人機界面、旋轉編碼器、接近開關以及抬升裝置的伺服電機(7)分別與PLC連接，根據控制工藝，通過人機界面設置隔熱籠底板(9)的上升距離、上升時間、下降距離、下降時間，PLC根據以上工藝參數，控制伺服電機(7)按一定速度旋轉，帶動隔熱籠底板(9)運動到位，旋轉編碼器通過輸出的脈沖反饋實際的位移量到PLC，并可在人機界面上實時顯示隔熱籠底板(9)的位置以及電機的轉速，接近開關設置在隔熱籠底板(9)可移動到的上、下極限位置處，當系統(tǒng)誤動作隔熱籠底板(9)到達上極限位置及下極限位置時，系統(tǒng)立即停止動作，并提醒用戶及時復位。
7.具有權利要求1或2或3或4或6所述的多晶硅鑄錠爐的下爐體定向凝固系統(tǒng)的多晶硅鑄錠爐的鑄錠工藝，其特征是a)隔熱籠(1 與隔熱籠底板(9)合攏，對硅料進行加熱；b)隔熱籠(12)往上抬升0 380mm同時，隔熱籠底板(9)往下降0 150mm，硅料由底部向上進行定向凝結；c)隔熱籠(1 與隔熱籠底板(9)合攏，對硅料進行回火；d)隔熱籠(1 與隔熱籠底板(9)相對移動，打開，對硅料進行冷卻；e)硅料出鍋。
8.具有權利要求7所述的多晶硅鑄錠爐的下爐體定向凝固系統(tǒng)的多晶硅鑄錠爐的鑄錠工藝，其特征是在b步驟中，同時通過下爐體(1)的底部預留兩個氬氣進氣孔以降低石英坩堝底部的溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及多晶硅鑄錠爐下爐體定向凝固系統(tǒng)及其鑄錠工藝，該下爐體定向凝固系統(tǒng)包括下爐體、隔熱籠底板和抬升裝置，隔熱籠底板通過抬升裝置驅動在下爐體內抬升、下降，抬升裝置包括石墨支撐桿、絲桿、渦輪蝸桿升降機、抬升底板和伺服電機，在該鑄錠工藝中，隔熱籠往上抬升0～380mm同時，隔熱籠底板往下降0～150mm，硅料由底部向上進行定向凝結。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用抬升下爐體隔熱籠底板的定向凝固系統(tǒng)及其鑄錠工藝，可顯著提高多晶硅的生長速度，提高原材料產能和新材料光電轉換效率、節(jié)省原材料成本和消耗電量、系統(tǒng)定向凝固效果好且節(jié)省了鑄錠爐自身的升級成本。
文檔編號C30B28/06GK102425005SQ20111040565
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權日2011年12月8日
發(fā)明者張志強, 肖新民, 胡云峰, 陳雪 申請人:常州天合光能有限公司