专利名称：多晶硅生产还原炉停炉控制系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种多晶硅生产还原炉停炉控制系统及其方法。
背景技术：
多晶硅作为一种半导体材料，目前可以用作重要的光伏材料，光伏材料能将太阳能直接转换成电能，例如太阳能电池。目前生产多晶硅的主要方法之一是改良西门子法。改良西门子法通过气相沉积法产生棒状多晶硅。现有技术中已知的西门子法还原生产工艺为汽化的三氯氢硅与载气氢气按一定比例混合引入多晶硅还原炉；在放置于还原炉内的棒状硅芯两端加以电压；在一定的温度和压力下，在高温娃芯表面，三氯氢娃与氢气混合气反应生成兀素娃，并沉积在娃芯表面， 逐渐生成所需规格的多晶硅棒，同时产生四氯化硅、二氯二氢硅、氯化氢等副产物。多晶硅生产还原炉启动后，反应进料(即三氯氢硅与氢气混合气)由进气管进入还原炉的炉体中，用电极对硅芯通电加热而产生高温，通常将反应温度控制在约1000°c至 1200°C，优选为1100°C左右。通入的三氯氢硅和氢气在硅芯表面进行气相沉积反应生成元素娃。反应生产的尾气从炉筒底部的中心通过尾气排气管排出。随着沉积在娃芯表面的娃增加，硅棒逐渐变粗，最终长成所需尺寸的多晶硅棒。硅棒生长到所需尺寸后，例如长度2.0 至2. 8米、最终直径40至200毫米的尺寸，则需进行停炉处理。还原炉停炉是还原炉生产过程中的重要阶段，对多晶硅的产量、质量、成本以及整个生产系统的协调性、稳定性、安全性起着不可估量的作用。在原有停炉工艺中，目前通常采用的停炉方法为先均匀降料广3小时，将三氯氢硅与氢气的混合物料降至ONm3A (标准立方米/小时)，降料过程中通过调节电流保持硅棒表面温度仍为正常反应温度；降料完成后，切换为纯氢置换后，开始均匀减小流过电极的电流并持续I 3小时，直至电流降至为OA后，断电并完成了停炉操作。上述原有停炉工艺用时较长，且在停炉过程中因电流变化产生磁场，通电的硅棒受到磁力的作用产生力矩，导致硅棒根部松动；又因多晶的结晶形式不同，其局部电阻也不同，降低相同的电流，硅棒局部温度的变化也不同，由于热收缩的程度不同使硅棒慢慢裂开；再因多晶硅是半导体，其电阻随温度的降低而增大，均匀降电流会使硅棒不同时刻的温度变化不同，导致其应力不能均匀释放；从而引发硅棒结构疏松、局部断裂、倒炉等不良后果。
发明内容
为了克服现有停炉方法的上述缺点，本发明的目的之一是提供一种改进的多晶硅生产还原炉停炉控制系统以及控制方法，该停炉控制系统及其方法可缩短停炉所用的时间，节省成本并降低多晶硅棒的倒棒率。在本发明的一个方面，本发明提供了一种多晶硅生产还原炉停炉控制系统，所述还原炉包括设置在底盘上的硅棒，所述停炉控制系统包括磁力计算模块，用于计算生长完成的硅棒受到的最大磁力；应力计算模块，用于计算生长完成的硅棒的最小释放应力；停炉优化模块，用于基于该硅棒受到的最大磁力和硅棒的最小释放应力利用优化算法计算出优化停炉时间和优化停炉温度；和控制模块，基于计算出的优化停炉时间和优化停炉温度控制还原炉的停炉。在本发明的其他特征中，控制模块控制三氯氢硅和氢气混合气的进料量，使得停炉开始后，在优化停炉时间内将进料量均匀降至零。在本发明的其他特征中，控制模块控制通过硅棒的电流，使得停炉开始后，硅棒温度均匀下降。在本发明的其他特征中，控制系统还包括电流计算模块，该电流计算模块基于优化停炉时间和优化停炉温度计算出停炉过程中电流变化曲线。并且，所述控制模块基于算出的电流变化曲线控制在优化停炉时间内通过硅棒的电流，使得硅棒温度均匀下降。在本发明的其他特征中，在停炉开始后经过了优化停炉时间，进料量降至零且硅棒温度降至优化停炉温度时，控制系统切断对还原炉的供电。在本发明的其他特征中，所述优化算法可以为遗传算法。在本发明的其他特征中，优化停炉时间为约10分钟至I. 3小时的范围，优选地可以为30分钟。优化停炉温度为约750至970°C之间，优选地可以为878°C。在本发明的第二方面，提供一种多晶硅生产还原炉停炉控制方法，包括以下步骤 计算生长完成的娃棒受到的最大磁力；估算该娃棒的最小释放应力；基于该娃棒受到的最大磁力和硅棒的最小释放应力利用优化算法计算出优化停炉时间和优化停炉温度；和基于计算出的优化停炉时间和优化停炉温度控制还原炉的停炉。在本发明的其他特征中，控制还原炉的停炉的步骤进一步包括控制三氯氢硅和氢气混合气的进料量，使得停炉开始后，在优化停炉时间内将进料量均匀降至零。在本发明的其他特征中，所述控制还原炉的停炉的步骤进一步包括与降低进料量的同时，控制通过硅棒的电流，使得停炉开始后，硅棒温度均匀下降。在本发明的其他特征中，所述方法还包括基于优化停炉时间和优化停炉温度计算出停炉过程中电流降低速率的步骤。并且，所述控制还原炉的停炉的步骤进一步包括基于算出的电流降低速率控制在优化停炉时间内通过硅棒的电流，使得硅棒温度均匀下降。在本发明的其他特征中，所述方法还包括基于优化断料、断电点，计算出停炉过程中进料量降低速率和硅棒所通电流的降低速率。在本发明的其他特征中，所述方法还包括在停炉开始后经过了优化停炉时间或者达到了优化停炉温度时，切断对还原炉的供电。本发明应用的更多领域将通过下文所给出的详细描述变得更加显而易见。应当理解，具体描述和特定例子仅用作解释和理解目的，但是不应该被用来限制本发明的范围。
通过详细描述和附图将更完全地理解本发明，其中
图I为本发明多晶硅生产还原炉的示意简图。图2为根据本发明的停炉控制系统的第一实施例的示意方块图。图3为根据本发明的停炉控制系统的第二实施例的示意方块图。
图4为根据本发明的最佳断料、断电点的优化计算流程图。图5示出了本发明的优化的停炉工艺的流程图。
具体实施例方式下面的详细描述和附图描述示出了本发明的各种实施例。这些描述和附图用于使本领域的技术人员能够制造和使用本发明，并不是以任何方式限制本发明的范围。关于所公开的方法，所述步骤实质上是示意性的，因此不一定是必要或关键的。图I示出了本发明采用的多晶硅生产还原炉的结构示意图。如图I所示，还原炉主要包括炉筒I、位于炉筒内底部的炉盘2、设置在炉盘上的多个电极3 (仅示出两个)、混合气进气管5、尾气排气管6、冷却水进水管和出水管7、8。多个棒状硅芯4，例如直径为7 10毫米、长度为2. 0至2. 8米，均匀布置在炉盘2上，并与电极3电连接。炉筒壁上还可以设置有视镜孔9，便于监测炉内温度或硅棒温度，以控制反应温度。因还原炉构造、多晶硅产品高度、直径、质量、生产工艺参数、生产周期等不同，均会对停炉产生影响。下面描述了多个示例性的实施例来阐述本发明。所需的硅棒规格例如在长度2. 0至2. 8米、直径40至200毫米的范围内。启动多晶硅生产还原炉，通过混合气进气管5向还原炉内通入三氯氢娃和氢气的混合气,利用电极3对娃芯通电加热以便在棒状硅芯4的表面进行气相沉积反应生产多晶硅。随着多晶硅的不断生成并沉积，生长出所需规格的娃棒。在获得了所需规格的多晶娃棒之后，启动停炉处理。在停炉过程中，如上所述，基本生长完成的硅棒会同时受到电流减小过程中由电磁场变化引起的磁力、以及降温过程中由于热收缩引起的应力。具体而言，停炉开始后，需要逐渐减小通过硅棒的电流，电流变化产生磁场，通电的硅棒受到磁力。硅棒在磁力的作用下，会产生晃动，严重情况会使得硅棒断裂，甚至发生倒棒。另一方面，因硅棒在停炉过程中会产生温度变化，在降温过程中会产生一定的收缩而引起热应力。若不释放一定的应力，也会产生硅棒开裂,增加倒棒几率。为了优化停炉工艺，希望硅棒受到的磁力和应力都尽量小并能够尽快降低，从而防止倒棒。然而，硅棒最大所受磁力及硅棒最小释放应力互相矛盾。这是因为，停炉过程中， 通过硅棒的电流I逐渐均匀减小，磁感应强度也随电流减小而逐渐减小。那么，硅棒受到的磁场力随着电流降低而逐渐降低。硅棒受到的最大磁力发生在停炉的刚开始的时间段。如果不考虑应力因素，在停炉处理时，希望迅速降低电流，这样可以尽快消除磁力对硅棒的影响。但是，硅棒所受的热应力与硅棒的温度降低所引起的收缩变形直接相关，温度降低的越快，所引起的热应力越大。因此，它们之间存在矛盾。考虑到上述因素，本发明计算得出硅棒最大所受磁力和硅棒最小释放应力，基于这两个因素，利用优化算法优化出停炉处理的最佳断料、断电点，以便获得最优化的停炉过程。硅棒最大所受磁力可通过流过硅棒的瞬时电流计算得出。硅棒受到的应力可用应力计算模块根据设置的硅的力学参数、约束条件及载荷计算出。然后，基于计算出的硅棒最大所受磁力和硅棒最小释放应力，利用优化算法计算出最佳断料、断电点，即最佳停炉温度和最佳停炉所需的时间。在最佳停炉温度，硅棒所受的热应力被认为已经基本释放。也就是说，在这点温度以下，再继续降温，硅棒收缩引起的应力很小或可以被忽略不计，不会产生倒棒。根据本发明的上述停炉控制方法优化出的最佳断料、断电点的范围一般在约10分钟至约I. 3小时之间和约750度至970度之间。这样大大缩短了停炉所需的时间，并且节省了还原炉生产所需的电能。现有技术中，通常要先进行降料过程需要1-3小时均匀降料至零；降料过程结束后，再进行降温过程经过1-3小时将电流降至零。与现有技术不同的是，在本发明的停炉工艺中，降低进料(混合气)和减小硅棒所受电流是同时进行的。也就是说，多晶硅棒生长结束后，启动停炉阶段，开始降料，在最佳停炉时间内将三氯氢硅和氢气混合气的进料量均匀将至ONm3A后。降料的同时开始降温，在该最佳停炉时间内，同时将硅棒温度均匀降至最佳停炉温度，然后断电，停炉过程结束。相比现有技术，本发明的有益效果之一是缩短还原炉降料时间，并缩短还原炉降温时间，并且降料过程与降温过程同时进行，从而大大缩短了还原炉停炉所需的总时间，且大大降低了停炉过程中消耗的进料量和所需能耗。下面结合附图2描述本发明还原炉停炉控制系统或控制装置10的第一优选实施例。控制系统10主要包括磁力计算模块20、应力计算模块30、停炉优化模块40和控制模块60。磁力计算模块20通过流过娃棒的瞬时电流计算出娃棒所受的最大磁力。应力计算模块30根据设定的硅的力学参数、约束条件及载荷估算出硅棒最小释放应力。停炉优化模块40与磁力计算模块20和应力计算模块30通信连通，并分别从磁力计算模块20和应力计算模块30接收算出的硅棒最大所受磁力及硅棒最小释放应力。然后停炉优化模块40基于硅棒最大所受磁力及硅棒最小释放应力，利用优化算法，例如遗传算法，算出优化(最佳) 的停炉时间Ptjptimal和优化(最佳)停炉温度Ttjptimal,即优化(最佳)的断料、断电点。控制模块 60配置用于控制停炉处理的整个过程。控制模块60与停炉优化模块40通信连通，并从停炉优化模块40接收最佳停炉时间和最佳停炉温度。控制模块60在停炉过程中控制硅棒的温度，使硅棒温度在最佳停炉时间内均匀降至最佳停炉温度Ttjptimalt5与此同时，控制模块60 还控制进入还原炉的三氯氢硅和氢气混合气的进料量逐渐均匀减小，使得经过最佳停炉时间之后，该进料量降至0Nm3/h。在经过最佳停炉时间Ptjptimal之后，硅棒温度将降至最佳停炉温度T_imal，且进料量为零，此时控制模块60立即切断对还原炉的供电，即切断通过电极3 的电流，从而完成停炉控制。之后，转换为氢气置换。下面结合附图3描述本发明还原炉停炉控制系统或控制装置10’的第二优选实施例。与第一优选实施例相似，控制系统10’包括磁力计算模块20’、应力计算模块30’、停炉优化模块40’、控制模块60’。在第二优选实施例中，控制系统10’还优选地包括电流计算模块50。电流计算模块50设计为根据最佳停炉时间Ptjptimal和最佳停炉温度Ttjptimal,计算出在停炉过程中对硅棒所需施加的电流变化，以实现上述优化的停炉工艺。下面进一步结合电流计算模块50描述在本发明的停炉过程中对硅棒通电的电流控制。在现有技术的停炉过程中，通常采用均匀地降低电流。由于多晶硅是半导体，其电阻随温度的降低而增大，因此，均匀降电流会使硅棒不同时刻的温度变化不同，也就是说， 均匀的电流下降会导致不均匀的温度降低，从而导致硅棒所受应力不能均匀释放。为了克服上述缺点，本发明通过在停炉过程中控制变化的电流下降速率，使得硅棒温度能够均匀降低。首先，根据生成硅棒的尺寸、材料参数和温度，估算出硅棒随温度变化的电阻值R。硅棒随温度变化的电阻值也可以凭经验或者各种实验手段而获得。为了使硅棒温度从反应温度均匀降低至最佳停炉温度，根据热力学平衡原理，利用焦耳定律根据变化的硅棒电阻值R，计算出通过硅棒电流I的值。根据上述计算结果，在停炉过程中，电流I的值被控制为，电流降低速率逐渐减小，即，随着时间的经过，每单位时间内电流的下降量减小。这样的电流控制不但能优化停炉过程中硅棒所受的应力，而且还能在停炉阶段的前期较快地降低电流，因此在停炉阶段的前期就已经将磁力对硅棒的作用力很大程度地减小。在停炉开始h时，电流值I基本上等于多晶硅生产时所用的电流值。随着时间的推移，电流I以上述电流降低速率不均匀地减小，使得硅棒温度能够均匀下降。当停炉结束A时，即切断电流时，硅棒温度达到最佳停炉温度。在第二实施例中，电流计算模块50与停炉优化模块40’通信连通，从优化模块40’ 接收优化的最佳停炉时间Ptjptimal和最佳停炉温度Ttjptimalt5根据热力学平衡，电流计算模块 50可以基于最佳停炉时间和最佳停炉温度，根据硅棒随温度变化的电阻值R计算出停炉过程中硅棒通电的优化的电流值或优化的电流降低速率，使得优化的停炉时间内，硅棒温度可以均匀地降低，从而减小了硅棒所需释放的热应力。控制模块60’配置用于控制停炉处理的整个过程。控制模块60’与停炉优化模块 40’和电流计算模块50通信连通，并从停炉优化模块40’接收最佳停炉时间和/或最佳停炉温度，从电流计算模块50接收优化的电流值或优化的电流降低速率。控制模块60’在停炉过程中基于优化的电流值或减低速率控制通过硅棒的电流大小，使得硅棒温度均匀降至最佳停炉温度Ttjptimal。与此同时，控制模块60 ’还逐渐均匀减小进入还原炉的三氯氢硅和氢气混合气的进料量，使得经过最佳停炉时间之后，该进料量降至0Nm3/h。在经过最佳停炉时间P—之后，硅棒温度将降至最佳停炉温度Ttjptimal,且进料量为零，此时控制模块60’切断对还原炉的供电，即切断通过电极3的电流，从而完成停炉控制。之后，转换为氢气置换。第二实施例中的磁力计算模块20’、应力计算模块30’和停炉优化模块40’的配置和功能基本上与第一实施例中的相同，在此不必赘述。在该实施例中，电流计算模块50构造成单独的模块，然而，根据需要，电流计算模块50也可以被集成到控制模块60’中而形成一个模块。此外，第一实施例和第二实施例中所述的控制系统或装置10、10’还可以包括进料量计算模块(未示出)。该进料量计算模块可与停炉优化模块40、40’通信连通，并从停炉优化模块接收最佳停炉时间。进料量计算模块设置成根据接收到的最佳停炉时间和还原炉停炉时的初始混合气进料量，计算出停炉过程中均匀的进料量降低速率。然后，进料量计算模块与控制模块60、60’通信连通，并将计算出的进料量降低速率提供给控制模块，用于停炉过程的进料降低控制。本领域技术人员应当理解的是，进料量计算模块可以构造成单独的模块；或者，根据需要，进料量计算模块也可以被集成到控制模块60、60’中而形成一个模块。可选地，也可以省略进料量计算模块，而由控制模块实现停炉过程的进料量计算和控制。下面结合附图4和5描述本发明的还原炉停炉控制方法。图4为根据本发明的最佳断料、断电点的优化计算流程图。图5示出了根据如图4所示优化计算出的最佳断料、断电点进行本发明优化的停炉工艺的流程图。如图4所示，在步骤S10，计算得出硅棒所受最大磁力和硅棒最小释放应力。控制前进到步骤S20，基于算出的硅棒所受最大磁力和硅棒最小释放应力，利用优化算法计算出最优化的停炉时间和停炉温度(优化的断料、断电点)。优化算法例如可以是遗传算法。在步骤S30中，根据最优化的停炉时间和停炉温度，计算停炉过程中的电流降低速率或优化的变化的电流值，使得在所述最优停炉时间内温度能够均匀降低至最优停炉温度。在步骤 S40中，根据最优化的停炉时间和还原炉停炉时的初始进料量，计算出停炉过程中恒定的进料量降低速率，使得进料量在所述最优停炉时间内均匀降至零。如图5所示，在步骤SlOO中，多晶硅棒生长结束后，启动多晶硅还原炉停炉处理。 在步骤SllO中，基于步骤S20中计算出的优化的停炉时间和停炉温度，进行停炉过程控制。控制降料，在该优化的停炉时间期间将三氯氢硅和氢气混合气的进料量均匀将至ONm3/ ho降料的同时开始降温，在优化的停炉时间内将硅棒温度基本上均匀降至优化的停炉温度。优选地，在步骤SllO中，控制方法可以按照步骤S40计算出的进料量降低速率将进料量均匀降至0Nm3/h，同时，按照步骤S30计算出的电流降低速率或优化的变化的电流值，控制通过硅棒的电流的下降，使得硅棒温度能够均匀降至最优化的停炉温度。在步骤S120中，控制方法判断是否达到了最优断料、断电点，也就是判断是否已经经过了最优停炉时间，或者硅棒温度是否已经下降达到最优停炉温度。如果步骤S120中的判断为“是”，即，经过了最优化的停炉时间或已经达到了最优停炉温度，那么在步骤S130 中，断电停炉，停炉过程结束。如果步骤S120中的判断为“否”，则控制返回到步骤S110。通过上述控制过程，本发明能够使多晶硅还原炉停炉处理最优化，防止了硅棒结构疏松、局部断裂和倒棒几率，同时大大缩短了停炉工艺所需的降料时间和降温时间，并且节省了电力。实例I
在实例I中，多晶硅生产还原炉的炉盘2上设置24对硅棒、2米长度的硅芯，生产过程中的反应温度1150°C、硅棒的生长周期为72小时。多晶硅棒的所需规格为直径约125毫米、长度约2米。运行本发明的磁力计算模块20或20’、应力计算模块30或30’、停炉优化模块40 或40’以便计算得到停炉工艺的最佳断料、断电点，即最佳停炉所需时间为约30分钟、最佳停炉温度为878°C。采用如上生产工艺参数的生长过程，在还原炉内生产出直径约125毫米、长度约2 米规格的多晶硅棒。多晶硅棒生长结束后，控制模块60或60’开始停炉处理。启动停炉， 开始降料，在30分钟内将三氯氢硅和氢气混合气的进料量均匀将至ONmVh后，切换为置换氢气。降料的同时开始降温，30分钟内将硅棒温度均匀降至878°C后，断电停炉。实例2
在实例2中，多晶硅生产还原炉的炉盘2上设置24对硅棒、2米长度的硅芯，多晶硅棒的所需规格为直径约40毫米、长度约2米。生产过程中的反应温度和生长周期与实例I 相同。运行本发明的磁力计算模块20或20’、应力计算模块30或30’、停炉优化模块40或40’以便得到停炉工艺的最佳断料、断电点，即最佳停炉所需时间为约10分钟、最佳停炉温度为约970°C。在多晶硅棒生长结束后，控制模块60或60’开始停炉处理。启动停炉，开始降料， 在约10分钟内将三氯氢硅和氢气混合气的进料量均匀将至ONm3A后，切换为置换氢气。降料的同时开始降温，约10分钟内将硅棒温度均匀降至970°C后，断电停炉。实例3
在实例3中，多晶硅生产还原炉的炉盘2上设置24对硅棒、2. 5米长度的硅芯，多晶硅棒的所需规格为直径约125毫米、长度约2. 5米。生产过程中的反应温度和生长周期与实例I相同。运行本发明的磁力计算模块、应力计算模块、停炉优化模块以便计算得到停炉工艺的最佳断料、断电点，即最佳停炉所需时间为38分钟、最佳停炉温度为871°C。在多晶硅棒生长结束后，控制模块60或60’开始停炉处理。启动停炉，开始降料， 在38分钟内将三氯氢娃和氢气混合气的进料量均勻将至ONmVh后，切换为置换氢气。降料的同时开始降温，38分钟内将硅棒温度均匀降至871°C后，断电停炉。实例4
在实例4中，多晶硅生产还原炉的炉盘2上设置24对硅棒、2. 8米长度的硅芯，多晶硅棒的所需规格为直径约180毫米、长度约2. 8米。生产过程中的反应温度和生长周期与实例I相同。运行本发明的磁力计算模块、应力计算模块、停炉优化模块以便得到停炉工艺的最佳断料、断电点，即最佳停炉所需时间为约I小时、最佳停炉温度为约800°C。在多晶硅棒生长结束后，控制模块60或60’开始停炉处理。启动停炉，开始降料， 在约I小时内将三氯氢硅和氢气混合气的进料量均匀将至ONmVh后，切换为置换氢气。降料的同时开始降温，约I小时内将硅棒温度均匀降至约800°C后，断电停炉。以上的各实例给出了不同生产参数下的停炉优化工艺。本领域技术人员应当理解，根据不同的还原炉生产工艺参数、不同的所需硅棒规格等，通过本发明的方法可以得到不同的优化断料、断电点。在多晶硅生产还原炉的通常生产条件范围内，根据本发明停炉工艺优化的最佳断料、断电点的范围一般为最佳停炉时间在10分钟至约I. 3小时之间的范围，最佳停炉温度在750度至970度之间的范围。生长成的硅棒越细、越短，所需释放应力越少，则停炉过程的优化断电时间越快，优化断电温度相对越高。本发明综合电磁学、力学、热力学等多方面技术对传统的停炉方法加以改进。与原有的停炉工艺相比，本发明的有益效果是缩短了停炉工艺所需时间，降低了多晶硅棒停炉阶段的倒棒率，提高了产品质量，降低氯硅烷一次物耗约I. 59T2. 35%，降低多晶硅单电耗约 7^11kwh/kg-si,降低多晶硅综合电耗约17 26kwh/kg-Si，降低尾气回收负荷进而提高多晶硅产量约5. 56 %，并提高了还原与尾气回收两个系统之间的协调性、安全性及稳定性。尽管为了便于更好地理解本发明，已经根据优选实施例对本发明进行了描述，但是应当理解在不背离本发明的原理的情况下，本发明能够以多种不同方式实施。因此，本发明应当被理解为包括所有可能的在不背离如所附权利要求限定的本发明的范围的情况下实施的实施例和变形。
权利要求
1.一种多晶硅生产还原炉停炉控制系统，所述还原炉包括设置在底盘上的硅棒，所述停炉控制系统包括磁力计算模块，用于计算生长完成的硅棒受到的最大磁力；应力计算模块，用于计算生长完成的硅棒的最小释放应力；停炉优化模块，用于基于该硅棒受到的最大磁力和硅棒的最小释放应力利用优化算法计算出优化停炉时间和优化停炉温度；和控制模块，基于计算出的优化停炉时间和优化停炉温度控制还原炉的停炉。
2.根据权利要求I所述的控制系统，其特征在于，控制模块控制三氯氢硅和氢气混合气的进料量，使得停炉开始后，在优化停炉时间内将进料量均匀降至零。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述控制模块控制通过硅棒的电流，使得停炉开始后，硅棒温度均匀下降。
4.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，还包括电流计算模块，该电流计算模块基于优化停炉时间和优化停炉温度计算出停炉过程中电流变化曲线，并且，所述控制模块基于算出的电流变化曲线控制在优化停炉时间内通过硅棒的电流，使得硅棒温度均匀下降。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的控制系统，其特征在于，在停炉开始后经过了优化停炉时间，进料量降至零且硅棒温度降至优化停炉温度时，控制系统切断对还原炉的供电。
6.根据权利要求I所述的控制系统，其特征在于，所述优化算法为遗传算法。
7.根据权利要求I所述的控制系统，其特征在于，优化停炉时间为10分钟至I.3小时的范围。
8.根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于，优化停炉时间为30分钟。
9.根据权利要求I所述的控制系统，其特征在于，优化停炉温度为750至970°C。
10.根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于，优化停炉温度为878°C。
11.一种多晶硅生产还原炉停炉控制方法，包括以下步骤计算生长完成的硅棒受到的最大磁力；估算该娃棒的最小释放应力；基于该硅棒受到的最大磁力和硅棒的最小释放应力利用优化算法计算出优化停炉时间和优化停炉温度；和基于计算出的优化停炉时间和优化停炉温度控制还原炉的停炉。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述控制还原炉的停炉的步骤进一步包括控制三氯氢硅和氢气混合气的进料量，使得停炉开始后，在优化停炉时间内将进料量均匀降至零。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述控制还原炉的停炉的步骤进一步包括与降低进料量的同时，控制通过硅棒的电流，使得停炉开始后，硅棒温度均匀下降。
14.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括基于优化停炉时间和优化停炉温度计算出停炉过程中电流降低速率的步骤，并且，所述控制还原炉的停炉的步骤进一步包括基于算出的电流降低速率控制在优化停炉时间内通过硅棒的电流，使得硅棒温度均匀下降。
15.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括基于所述优化停炉时间和优化停炉温度，计算出停炉过程中进料量降低速率和硅棒所通电流的降低速率。
16.根据权利要求11-15中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括在停炉开始后经过了优化停炉时间或者达到了优化停炉温度时，切断对还原炉的供电。
17.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述优化算法为遗传算法。
18.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，优化停炉时间为10分钟至1.3小时的范围。
19.根据权利要求18所述的控制方法，其特征在于，优化停炉温度为30分钟。
20.根据权利要求11优化停炉时间为所述的控制方法，其特征在于，优化停炉温度为750 至 970°C。
21.根据权利要求20所述的控制方法,优化停炉温度为 878 °C。
全文摘要
本发明涉及一种多晶硅生产还原炉停炉控制系统及控制方法。所述停炉控制系统包括磁力计算模块，用于计算生长完成的硅棒受到的最大磁力；应力计算模块，用于计算生长完成的硅棒的最小释放应力；停炉优化模块，用于基于该硅棒受到的最大磁力和硅棒的最小释放应力利用优化算法计算出优化停炉时间和优化停炉温度；和控制模块，基于计算出的优化停炉时间和优化停炉温度控制还原炉的停炉。本发明的停炉控制系统及方法缩短了停炉过程降料和降温所需的时间，节约成本，并提高多晶硅生产的安全性和稳定性。
文档编号G05B13/04GK102608913SQ20111002157
公开日2012年7月25日 申请日期2011年1月19日 优先权日2011年1月19日
发明者刘占卿, 陈琳, 陶茂俊, 齐林喜 申请人:内蒙古盾安光伏科技有限公司