多晶硅铸锭炉保护气热循环系统的制作方法

本实用新型涉及一种多晶硅电池片生产技术领域，特别涉及一种多晶硅铸锭炉，尤其是一种多晶硅铸锭炉保护气热循环系统。

背景技术：

多晶硅电池片的生产工序包括：坩埚喷涂→填料→铸锭→切割成块→线割成片→清洗干燥→检测→包装，其中，铸造多晶硅锭是一道重要的工艺，多晶硅铸锭的质量将直接影响太阳能电池的转换效率和质量。

铸造多晶硅锭，是将填料后的坩埚放置在铸锭炉内，经过炉腔抽空、加热、熔化、长晶、退火、冷却后，完成硅锭的铸造。现有技术中多晶硅铸锭炉内设有顶部加热器和侧面加热器，顶部加热器和侧面加热器设为一体，通过顶部铜电极与炉体固定，顶部加热器和侧面加热器提供热量。

在多晶硅锭铸造的整个过程中，为保证硅铸锭生产过程中适当的压力及周围的气氛一致，并及时带走从硅原料中挥发出的杂质，需要持续从石英坩埚上方通过石墨盖板中央的开孔通入保护气体，并流经硅料表面。常是直接在石墨盖板上开进气孔，然后通过进气管将保护气以直通的方式通入内腔以带走杂质气体，但直通的方式不能形成有效的回流，因而通常存在杂质气体去除效果不好的状况。

此外，当保护气体与石墨护罩接触时会带入热场挥发物杂质(主要为一氧化碳)，这些挥发物杂质中的一部分在气流分布不当的情况下将继续随气流进入到硅料(包括硅原料、硅原料熔化后形成的硅熔液，以及硅熔液凝固后形成的硅锭)中，最终导致硅锭的碳元素含量或其它杂质含量偏高，影响硅锭作为太阳能级硅原料使用的效能。

此外，如果将氩气保护气及其含有的一氧化碳气体排放进入大气，不仅存在一氧化碳爆炸或导致工人煤气中毒的危害，且昂贵的保护气直接排放造成生产成本增高。

此外，作为尾气的保护气内含有大量的热能直接排放也会造成巨大的能耗，且新鲜保护气直接进入铸锭炉内也会吸收大量热能而对内部硅料融化及结晶造成较大影响而影响品质。

因此，如何实现热能的有效循环回收及尾气处理，是本实用新型需要解决的技术问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种多晶硅铸锭炉，其通过保护气热循环系统的设置，有效提高了铸锭炉的能效并减少环境污染。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种多晶硅铸锭炉保护气热循环系统，所述铸锭炉包括：炉体，所述炉体上设置有进气管，所述炉体内设置有保温护罩，所述保温护罩内设置有坩埚、对应所述坩埚的石墨护罩、对应所述石墨护罩的顶部加热器及侧部加热器以及位于所述石墨护罩底部的散热平台，所述顶部加热器与侧部加热器由安装在所述炉体顶部的外部加热铜电极控制以实现对石墨护罩顶部及侧部的外部加热，所述保温护罩及散热平台通过设置在所述炉体底部的石墨支柱来支撑，所述散热平台支撑所述石墨护罩；

所述进气管的出口处设置有高纯度耐高温材质制备的螺旋桨，通过进气管的高速保护气气流冲击螺旋桨后使螺旋桨旋转，进而使得进入所述石墨护罩腔室内的保护气形成有效的螺旋流动，并进一步带动硅液流动而有效排出硅液内部杂质；所述石墨护罩包括石墨底板、石墨侧板及石墨盖板，所述石墨底板支撑所述坩埚；所述进气管通过所述石墨盖板连通至所述石墨护罩内部空间，所述石墨侧板与石墨盖板上设置有所述排气孔，所述排气孔排出的尾气经设置的集气罩集气后通过排气管排出至所述炉体外部，并导入至热交换器对尾气进行热交换处理；经过所述热交换器处理的尾气导入吸收器的吸收液内，且所述吸收器具有搅拌器用于搅拌吸收液；经吸收后的尾气经干燥器干燥后导入至尾气回收罐，尾气回收罐内的保护气经导气管引出并经过所述热交换器并与尾气实现热交换预热后进入所述进气管，经所述进气管及螺旋桨循环进入所述石墨护罩腔室内。

其中，所述石墨侧板的排气孔设置在高于所述坩埚上边缘的位置处；所述石墨盖板的排气孔对应开设在所述集气罩的下方。

进一步的，所述石墨侧板通过长度方向的卡槽与所述石墨底板周向凸出的卡块卡合连接；所述石墨底板上位于周向的卡块内侧设置有集液槽。

其中，所述集液槽呈方形环状，所述集液槽的外侧壁沿高度方向与所述石墨侧板的内侧壁平齐，所述集液槽的内径小于所述坩埚的外径，所述集液槽的深度小于所述石墨底板厚度的二分之一。

通过上述技术方案，本实用新型提供的多晶硅铸锭炉：

①首先，其通过在进气管的出口处设置高纯度耐高温材质制备的螺旋桨，通过进气管的高速保护气气流冲击螺旋桨后使螺旋桨旋转，进而使得进入所述石墨护罩腔室内的保护气形成有效的螺旋流动，并进一步带动硅液流动而有效排出硅液内部杂质，废气通过设置在所述石墨护罩上的排气孔导出至所述石墨护罩的腔室外部，从而有效提高了硅液中杂质的排出效率，确保了多晶硅的质量；

②其次，经集气罩集气后将混合气经排气管排出至热交换器进行热交换后的尾气进入吸收器以吸收一氧化碳，净化后的保护气经干燥后进入尾气回收罐以重复使用，有效避免了一氧化碳气体进入大气而导致危害发生，且净化后的保护气可以重复回收使用而降低了使用成本；

③而且，尾气回收罐内的保护气通过导气管直接经过热交换器与尾气实现热交换进行预热，不仅有效回收了尾气的热能，且预热后的保护气进入铸锭炉内可以极大降低铸锭炉的热能损耗并避免铸锭炉内热量的变化影响硅料融化及结晶，从而实现了降低能耗与提高产品品质的双重功效；

④通过石墨底板上一圈凸起的卡块，并配合集液槽回收利用，即使出现硅液溢流状况，也会由于集液槽的集液以及卡块的阻断而避免硅液进入铸锭炉，有效确保了铸锭炉的操作安全性以及减少资源浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型实施例所公开的具有保护气热循环系统的多晶硅铸锭炉结构示意图；

图2为本实用新型实施例所公开的多晶硅铸锭炉的坩埚组件的结构示意图。

图中数字表示：

11.炉体 12.保温护罩 13.石墨支柱

14.散热平台 15.石墨护罩 16.顶部加热器

17.侧部加热器 18.外部加热铜电极 19.进气管

20.坩埚 21.排气孔 22.螺旋桨

23.集气罩 24.排气管 25.热交换器

26.石墨盖板 27.吸收器 28.尾气回收罐

29.导气管 31.石墨侧板 32.石墨底板

33.卡块 34.集液槽

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参考图1，本实用新型提供的多晶硅铸锭炉尾气处理装置，铸锭炉包括：炉体11，炉体11上设置有进气管19，炉体11内设置有保温护罩12，保温护罩12内设置有坩埚20、对应坩埚20的石墨护罩15、对应石墨护罩15的顶部加热器16及侧部加热器17以及位于石墨护罩15底部的散热平台14，顶部加热器16与侧部加热器17由安装在炉体11顶部的外部加热铜电极18控制以实现对石墨护罩15顶部及侧部的外部加热，保温护罩12及散热平台14通过设置在炉体11底部的石墨支柱13来支撑，散热平台14支撑石墨护罩15；进气管19的出口处设置有高纯度耐高温材质制备的螺旋桨22，通过进气管19的高速保护气气流冲击螺旋桨22后使螺旋桨22旋转，进而使得进入石墨护罩15腔室内的保护气形成有效的螺旋流动，并进一步带动硅液流动而有效排出硅液内部杂质，废气通过设置在石墨护罩15上的排气孔导出至石墨护罩15的腔室外部，从而有效提高了硅液中杂质的排出效率，确保了多晶硅的质量；

其中，石墨护罩15包括石墨盖板26、石墨侧板31及石墨底板32；进气管19通过石墨盖板26连通至石墨护罩15内部空间，石墨侧板31与石墨盖板26上设置有排气孔21，排气孔21排出的尾气经设置的集气罩23集气后通过排气管24排出至炉体11外部，并导入至热交换器25对尾气进行热交换处理；

其中，石墨侧板31的排气孔21设置在高于坩埚20上边缘的位置处；石墨盖板26的排气孔21对应开设在集气罩23的下方；

其中，经过热交换器25热交换后的尾气导入吸收器27内的吸收液内，通常采用铜洗液[[Cu(NH3)2]Ac+CO+NH3＝＝[Cu(NH3)3CO]Ac]或亚铜盐(CuCl)的氨水溶液或盐酸溶液吸收一氧化碳，且吸收器27具有搅拌器用于搅拌吸收液；经吸收后的尾气导入至尾气回收罐28，以确保昂贵的保护气经干燥后可以重复使用；

然后，经吸收后的尾气经干燥器干燥后导入至尾气回收罐28，尾气回收罐28内的保护气经导气管29引出并经过热交换器25并与尾气实现热交换预热后进入进气管19，经进气管19及螺旋桨22循环进入石墨护罩15的腔室内。

参考图2，石墨侧板31通过长度方向的卡槽与石墨底板32周向凸出的卡块33卡合连接；石墨底板32上位于周向的卡块33内侧设置有集液槽34；集液槽34呈方形环状，集液槽34的外侧壁沿高度方向与石墨侧板31的内侧壁平齐，集液槽34的内径小于坩埚20的外径，集液槽34的深度小于石墨底板32厚度的二分之一。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。