还原炉及其喷嘴组件的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及还原炉技术领域，具体而言，涉及一种还原炉及其喷嘴组件。
【背景技术】
[0002]在西门子法生产多晶硅的还原炉中，通常将一定配比的三氯氢硅(SiHCl3)和氢气(H2)混合气从还原炉底部的进气口喷入，在还原炉内发生气相还原反应，反应生成的硅(Si)直接沉积在炉内的硅芯表面。随着反应的持续进行，硅棒不断生长最终达到产品要求。在反应过程中，还原炉底部工艺气体在炉内的分布对多晶硅棒的生长质量具有重要影响。
[0003]目前，多晶硅生产中采用的多晶硅还原炉包括12对棒、18对棒、24对棒、36对棒和48对棒等型号。在还原炉底盘设计和制造时，需要在底盘上开进气孔，并且在进气孔的下部接进气管。由于底盘的结构复杂，且底盘底板的厚度大，在底盘上开孔困难。因此，设置在进气管上的喷嘴的喷口的开孔位置一经确定就基本上无法更改。同时，喷嘴的喷气方式固定，无法满足多晶硅还原炉各个运行期间的要求。在还原炉用于生产时，由于上述喷嘴的设置，进入炉内的工艺气体在硅棒的生长区域容易产生分布不均匀的情况，导致硅棒的粗细变化幅度较大，从而不能保证硅棒直径均匀性以及硅沉积速率，影响硅棒的表面质量。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的主要目的在于提供一种还原炉及其喷嘴组件，以解决现有技术中的还原炉喷嘴不能保证硅棒直径均匀性以及硅沉积速率，影响硅棒的表面质量的问题。
[0005]为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种还原炉的喷嘴组件，包括与还原炉的底板上的进气孔连通的喷射管以及设置在喷射管的远离进气孔一端的喷头，喷射管可转动地设置在进气孔处以调整喷头的位置，喷头包括:基座；导向杆，导向杆设在基座内；引流转子，引流转子沿导向杆的轴向可移动且可旋转地套设在导向杆上，引流转子的外周面上设有多个侧旋流道。
[0006]进一步地，基座包括内直径由下至上逐渐增大的引流部。
[0007]进一步地，基座还包括内直径恒定的顺流部，顺流部位于引流部的下方。
[0008]进一步地，侧旋流道以预定仰角从引流转子的底部旋转至引流转子的顶部。
[0009]进一步地，引流转子的内表面的母线为双曲线、抛物线、椭圆弧线或渐开线。
[0010]进一步地，喷嘴组件还包括用于连接喷射管和底板的转接部，转接部包括:转接接头，转接接头可转动地设置在进气孔处，喷射管设置在转接接头上；安装座，固定设置在底板上，转接接头可转动地设置在安装座上；连接件，设置在转接接头和安装座之间，并且连接转接接头和安装座。
[0011 ] 进一步地，连接件固定设置在安装座内，连接件上具有第一通孔，转接接头上具有第二通孔，转接部还包括穿设在第一通孔和第二通孔内的锁止件，锁止件具有使转接接头和连接件之间可转动的解锁位置以及使转接接头和连接件之间固定的锁定位置。
[0012]进一步地，喷嘴组件还包括止挡螺母，导向杆上设有外螺纹，止挡螺母配合在导向杆的外螺纹上且位于引流转子上方。
[0013]进一步地，喷嘴组件还包括止挡台，止挡台设置在导向杆的底部，止挡台上连接有固定在基座上的支腿。
[0014]根据本实用新型的另一方面，提供了一种还原炉，包括喷嘴组件，喷嘴组件为上述喷嘴组件。
[0015]应用本实用新型的技术方案，在还原炉的底板上的进气孔处可转动地设置喷射管，在喷射管远离进气孔的一端设置有喷头。在还原炉工作之前，可以根据具体生产对工艺条件的要求，对喷射管的转动角度和长度进行调整，从而调整喷头在还原炉底板上的位置。同时，喷头包括沿导向杆的轴向可移动且可旋转地的引流转子，并且引流转子的外周面上设有多个侧旋流道。上述结构可以根据工艺气体进气量的大小自动调节喷出的气体速度以及气体影响区域。本申请的喷嘴组件可以使进入还原炉内的工艺气体在硅棒的生长区域均匀分布，有效地提高了硅棒直径均匀性以及硅沉积速率，改善了硅棒的表面质量。
【附图说明】
[0016]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0017]图1示出了根据本实用新型的喷嘴组件的实施例的结构示意图；
[0018]图2示出了图1的喷嘴组件的喷头的结构示意图；
[0019]图3示出了图1的喷嘴组件的多个喷嘴组件工作位置示意图；以及
[0020]图4示出了图1的喷嘴组件的连接件的结构示意图。
[0021]其中，上述附图包括以下附图标记:
[0022]L、喷射管长度；10、底板；11、进气孔；20、喷射管；30、转接部；31、转接接头；311、第二通孔；312、管接头；313、缩口部；32、安装座；33、连接件；331、第一通孔；332、筋板；34、锁止件；35、卡件；40、硅棒；50、喷头；51、基座；52、导向杆；53、止挡台；54、支腿；55、引流转子；56、侧旋流道；57、止挡螺母。
【具体实施方式】
[0023]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
[0024]如图1和图2所示，本实施例的还原炉的喷嘴组件包括与还原炉的底板10上的进气孔11连通的喷射管20以及设置在喷射管20的远离进气孔11 一端的喷头50。喷射管20可转动地设置在进气孔11处以调整喷头50的位置。喷头50包括基座51、导向杆52以及引流转子55。其中，导向杆52设在基座51内。引流转子55沿导向杆52的轴向可移动且可旋转地套设在导向杆52上，引流转子55的外周面上设有多个侧旋流道56。
[0025]应用本实施例的喷嘴组件，在还原炉的底板10上的进气孔11处可转动地设置喷射管20，在喷射管20远离进气孔11的一端设置有喷头50。在还原炉工作之前，可以根据具体生产对工艺条件的要求，对喷射管20的转动角度和长度进行调整，从而调整喷头50在还原炉底板10上的位置。同时，喷头50包括沿导向杆52的轴向可移动且可旋转地的引流转子55，并且引流转子55的外周面上设有多个侧旋流道56。上述结构可以根据工艺气体进气量的大小自动调节喷出的气体速度以及气体影响区域。本实施例的喷嘴组件可以使进入还原炉内的工艺气体在硅棒的生长区域均匀分布，有效地提高了硅棒直径均匀性以及硅沉积速率，改善了硅棒的表面质量。
[0026]如图2所示，在本实施例的喷嘴组件中，基座51包括内直径恒定的顺流部和位于顺流部上方且内直径由下至上逐渐增大的引流部。引流转子55为中心开孔的倒锥台结构，引流转子55沿导向杆52的轴向可移动地套设在导向杆52上且位于基座51内，引流转子55的外周面上设有多个侧旋流道56，侧旋流道56的横截面可以为矩形或圆形，侧旋流道56的数量为3-8个，以预定的仰角从引流转子55的底部旋转至引流转子55的顶部。引流转子55的内表面的母线可以为双曲线、抛物线、椭圆弧线或渐开线，引流转子55的侧面底部进行倒角处理，以利于气体流道。
[0027]如图2所示，在本实施例的喷嘴组件中，喷嘴组件还包括止挡螺母57和止挡台53。导向杆52上设有外螺纹，止挡螺母57配合在导向杆52的外螺纹上且位于引流转子55上方。止挡台53设置在导向杆52的底部，止挡台53上连接有固定在基座51上的支腿54。止挡螺母57配合在导向杆52的外螺纹上且位于引流转子55上方，用于调节引流转子55的上升高度，而止挡台53可以保证引流转子55在无气流下不会落出导向杆52。
[0028]具体地，在还原炉运行初期，工艺气体进气量较小，从喷射管20首先进入喷头50的顺流部。由于顺流部直径小于喷射管20的内直径，气体在顺流部的气速有一定地增大。气体进入上部的引流部后，气体的速度进一步增大。在气体的带动下，引流转子55以一定速率转动，使得喷头50喷出的气体以外旋方式进入炉体内形成侧旋气流。侧旋气流可以有效地向外侧扩张，扩大了进气气流的影响区域，并使得炉体内部整体流场趋向均匀。同时，由于在引流转子55内侧和导向杆52外侧留有一定间隙，有部分气流从此处经过形成中央气流。中央气流可以较好的到达炉体顶部，维持炉体中上部气体供应。此时，由于气量较小，引流转子55的运行高度在导向杆52下部，此时引流转子55与基座51内侧的间隙小，气体流通截面积最小，从而保证出气速度。
[0029]在还原炉运行中期，进气量逐渐增大，引流转子55上升，引流转子55的运行高度在导向杆52的中部，气体流通截面积增大，从而维持一定的出气速度。
[0030]在还原炉运行后期，引流转子55上升至导向杆52的顶部，气体流通截面积最大，气体速度增加较小，下部的喷射气流集中，有利于多晶硅硅棒的均匀生长。通过试验证明，喷头50可以有效地改善多晶硅棒表面质量，并控制硅棒主体的粗细变化在10%以内。
[0031]如图1和图3所示，在本实施例中，喷射管20主要用于控制调整喷头50在还原炉中的位置。需要说明的是，喷射管长度L可以根据具体工艺条件中对喷头50位置的要求进行调整。
[0032]此外，本实施例中的喷头50与喷射管20之间为螺纹连接，保证喷头50在炉内高温下长期运行的稳定性的同时也使拆卸更加方便。当然，在图中未示出的其他实施例中，喷头50与喷射管20之间的连接方式不限于螺纹连接，也可以为其他形式的连接方式，例如焊接、销连接等。
[0033]如图1所示，在本实施例的喷嘴组件中，喷嘴组件还包括用于连接喷射管20和底板10的转接部30，转接部30包括转接接头31。其中，转接接头31可转动地设置在进气孔11处，喷射管20设置在转接接头31上。通过转接部30的转接接头31将喷射管20和底板10连接在一起，使连接更加牢固，并且上述结构可以避免喷射管20和底板10直接连接，使更换喷射管20时更为便捷。在本实施例中，优选地，喷射管20设置在转接接头31的侧壁上。上述结构使喷射管20转动更为方便，并且可以防止喷射管20弯折，有效地延长了喷射管20