专利名称：72对棒多晶硅还原炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及多晶硅技术领域，确切地说它是一种生产多晶硅的还原炉。
背景技术：
多晶硅具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，是电子工业中广泛用于制造半导体收音机、录音机、电冰箱、彩电、录像机、电子计算机等的基础材料。是生产太阳能电池的主要原料。多晶硅也可生产出不同型号的太阳能电池组，把太阳能转化为电能。该产品广泛用于航天、航空以及城市建设、交通、通讯等领域。多晶硅的最终用途主要是生产集成电路、分立器件和太阳能电池片。目前，占主流的太阳能电池是硅太阳能电池，太阳能电池中88%是片状硅太阳能电池，而这些片状硅太阳能电池，无论单晶硅太阳能电池还是多晶硅太阳能电池，最初原料都是多晶娃，多晶硅产业与下游的电子信息产业和太阳能光伏产业的关联度非常高，因此，下游的电子信息产业和太阳能电池产业发展是拉动多晶硅材料产量大幅增长的主力军。太阳能作为可再生能源中重要的一种既丰富又无污染的新能源，是各国重点支持领域。前几年，各国纷纷出台政策，加大对发展光伏产业支持力度，使光伏产业在世界各种能源增长速率中名列第一。我国多晶硅的生产开始于60年代，但规模很小，每年产量只有几吨，品质又低，特别是电子级的多晶硅完全依赖进口。2005年起，我国多晶硅产能迅速扩大，目前已上升至世界第一位。多晶硅生产的主要成本是电耗。国家工信部、发改委和环保部于2010年联合发文(工联电子2010137号)，对多晶硅项目的市场准入条件确定了两个硬性指标，一是多晶硅项目的生产规模不得小于3000T/年，另一个指标是耗电不得超过60kwh/kg-Si0还原炉越大越节能，国内目前投 入使用的最大的还原炉是36对棒，36对棒还原炉的能耗在60kwh/kg.Si左右,而72对棒还原炉的能耗预计在40kwh/kg.Si G以下,每公斤可节电20kwh。按照中型规模年产10000吨多晶硅厂计算，采用72对棒还原炉，每年可节能1.6亿元左右。目前国际多晶硅市场竞争十分激烈，而国内多晶硅企业的生产成本远高于美、韩等先进国家，因此国内多晶硅企业大多处于停产或倒闭状态。在此种情况下，各企业要么选择停产或转向，要么就需进行技术改造以降低成本，而选择大型还原炉以降低成本则是必须的手段之一。因此，72对棒还原炉一旦投产成功，必将有着广阔的市场，并且可为国家节约大量能源。
发明内容多晶娃生产的工作原理是利用三氯氢娃气体+氢气在高温(1050-100CTC )和一定的压力下进行化学反应和气体分解，生成单质硅，其反应式如下:(l)SiHCl3+H2=Si+3HCl 丨(2) 2SiHCl3=Si+2HCl 丨 +SiCl4具体工作过程是:三氯氢硅气体+氢气的混合气体通过总进气口再经过38个进气口源源不断地不断进入还原炉内，然后通过电极将硅芯加热到1050-1000°C，反应后生成的多晶硅便不断地沉积在硅芯上，使硅芯不断长大变成硅棒，同时新生成的气体和未反应的气体(统称为尾气)连续不断地从出气口排出。当硅棒尺寸达到预期目标后，便可开炉将硅棒取出，一个生产周期即告结束。本实用新型的目的是提供一种大型多晶硅还原炉，它具有较好的节能效果。技术方案如下:72对棒多晶硅还原炉，它包括夹套冷却水进口、夹套冷却水出口、观察孔、钟罩、硅棒、出气口防护罩(6)、底盘(7)、电极(8)、进气口(9)、外圈出气口(10)、中心出气口
(11)、出气孔冷却水进口(12)、出气孔冷却水出口(13)、总出气口(14)、总进气口(15)、底盘冷却水出口和底盘冷却水进口，其特征在于:硅棒或电极共有72对144个，硅棒在底盘上按圆环形布置，共计6个分布圆，钟罩上设置观察孔，底盘上设38个进气孔，按圆形分布，共计5个分布圆，底盘上设6个出气口，其中最外圈5个均布，中心I个，底盘出气孔上设防护罩。6个出气孔均采用套管水冷却方式。观察孔的设置位置应当能保证观测到炉内的每个加热区域，观察孔的数量和加热区域数量相同。出气口材料采用耐蚀合金。出气口材料采用耐蚀合金。因为还原炉内的工作温度很高，所以在钟罩和底盘上均设有冷却水进出口对还原炉进行冷却；144个电极的排布方式要尽量保证还原炉内各部位温度均匀；38个进气孔的排布方式要尽量保证还原炉内各部位的气体均匀分布；观察孔的设置是为了检测和控制炉内各部位温度，同时随时观察硅棒的生长情况，并且观察孔的设置能观测到每个加热区域。当炉内某个部位温度差异较大时，通过调节该部位电极的加热功率对温度进行调整；出气口设置防护罩是为了防止倒棒时多晶硅堵塞出气口 ；因为还原炉较大，出气口处的出气量大，温度高，所以在所有出气管路上加冷却套管进行水冷却。因高温下普通材料耐腐蚀性差，所以将出气口的材料由传统材料改为耐蚀合金。本发明的优点是电耗彡40kwh/kg.Si,电耗指标达到了国际先进水平，有利于国内多晶硅生产厂降低成本、提高效益，增强在国际市场的竞争力。
附图1是本实用新型结构简图。附图2是底盘冷却水进出口示意图。附图3是底盘电极孔、进气孔、出气孔的排布方式。附图4是多晶娃生广反应原理图。图中I是钟罩夹套冷却水进口、2是钟罩夹套冷却水出口、3是6个观察孔、4是钟罩、5是144个多晶硅棒、6是出气口防护罩、7是底盘、8是144个电极、9是38个进气孔、10是5个外圈出气口、11是中心出气口、12是出气孔冷却水进口、13是出气孔冷却水出口、14是总出气口、15是总进气口、16底盘是冷却水进口、17是底盘冷却水出口、18是144个电极孔、19是横梁、20是娃芯、21是夹持器。
具体实施方式
本实用新型是在已经比较成熟的24对棒多晶硅还原炉和36对棒多晶硅还原炉的基础上改进，整个结构基本没有变化，关键是硅棒的排列方式和数量、进气口的排布方式和数量、出气口的排布方式和数量、观察孔的数量、和安放位置、出气口防护罩的设置、出气口的冷却方式以及出气口新材料的选择。整个硅棒的排列方式和数量以及其他结构的变化，降低了多晶硅的生产成本和生产过程的能耗。整个设备结构如附图1、附图2所示，主要由钟罩、钟罩夹套冷却水进口、钟罩夹套冷却水出口、观察孔、多晶硅棒、出气口防护罩、底盘、电极、38个进气孔、5个外圈出气口、I个中心出气口、出气孔冷却水进口、出气孔冷却水出口、底盘冷却水出口、底盘冷却水进口、总进气口、总出气口等组成。
权利要求1.72对棒多晶硅还原炉，它包括夹套冷却水进口(I)、夹套冷却水出口(2)、观察孔(3)、钟罩(4)、硅棒(5)、出气口防护罩(6)、底盘(7)、电极(8)、进气口(9)、外圈出气口(10)、中心出气口(11)、出气孔冷却水进口(12)、出气孔冷却水出口(13)、总出气口(14)、总进气口( 15)、底盘冷却水出口和底盘冷却水进口，其特征在于:硅棒或电极共有72对144个，硅棒在底盘上按圆环形布置，共计6个分布圆，钟罩上设置观察孔，底盘上设38个进气孔，按圆形分布，共计5个分布圆，底盘上设6个出气口，其中最外圈5个均布，中心I个，底盘出气孔上设防护罩。
2.根据权利要求1所述的72对棒多晶硅还原炉，其特征在于:6个出气孔均采用套管水冷却方式。
3.根据权利要求1所述的72对棒多晶硅还原炉，其特征在于:观察孔的设置位置应当能保证观测到炉内的每个加热区域，观察孔的数量和加热区域数量相同。
4.根据权利要求1所述的72对棒多晶硅还原炉，其特征在于:出气口材料采用耐蚀合金。
专利摘要本实用新型是一种大型多晶硅还原炉，它具有很好的节能效果。它包钟罩、钟罩夹套冷却水进口、钟罩夹套冷却水出口、观察孔、多晶硅棒、出气口防护罩、底盘、电极、38个进气口、5个外圈出气口、1个中心出气口、出气孔冷却水进口、出气孔冷却水出口、底盘冷却水出口、底盘冷却水进口、总进气口、总出气口等组成。本实用新型的优点是电耗≤40kwh/kg·Si，电耗指标达到了国际先进水平，有利于国内多晶硅生产厂降低成本、提高效益，增强在国际市场的竞争力。
文档编号C01B33/035GK203006955SQ20122071868
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月24日 优先权日2012年12月24日
发明者王文仲, 袁绍华, 吴燕, 王尧, 薛海东, 赵世超 申请人:开原化工机械制造有限公司