專利名稱：一種多晶硅還原爐的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種多晶硅還原爐，屬于多晶硅生產技術領域。
背景技術：
在“改良西門子法”多晶娃生產技術中,氣態氯娃燒在多晶還原爐中和氫氣還原為多晶硅，氯硅烷和氫氣按照一定的配比，從還原爐底部的爐盤上的進氣噴嘴進入爐筒內，混合氣體在裝夾在電極對上的硅芯上高溫進行還原后，未反應的尾氣又從爐盤中央的尾氣出口排出，進入下一工序。 還原反應是吸熱反應,需要大量的熱量來維持,但是由于還原爐的爐筒內壁溫度超過200°C后，就會沉積硅油，嚴重影響爐壁對熱量的反射，而且還原爐筒材質是不耐高溫的不銹鋼，為了保護爐筒不被損壞，也為了避免產生硅油，一般采用在爐筒壁的夾套中通入大量的水來冷卻爐筒，一方面不停的加載電流來維持硅芯上反應所需溫度，一方面又不斷通入冷卻水帶走熱量，這不可避免的導致還原電耗增高。在還原爐中，氣態氯硅烷和氫氣是靠物料自身的壓力噴入還原爐內，到爐頂后再折返，現有依靠噴嘴使物料氣流噴高的方法，經過模擬計算及生產實際的驗證，實際只能將氣流噴到I米的高度，而硅棒高度一般在2. 2米至2. 8米之間，同時由于進氣噴嘴和尾氣出口都位于還原爐爐盤上，使得部分氣流直接從壓力低的尾氣口流出而未噴到爐頂處，這導致爐筒內越往上物料越不足，物料越少則溫度越高，溫度越高則玉米花狀多晶硅越嚴重，嚴重影響了多晶硅質量，硅棒頂部橫梁處位置也經常由于沒有足夠的物料用于反應及對橫梁進行冷卻而導致橫梁部位發生熔斷現象，造成提前停爐和產量的損失。
發明內容本實用新型的發明目的在于針對上述存在的問題，提供一種多晶硅還原爐，在還原爐的爐筒內，設計有為進入還原爐的物料提供的導流空間，能夠使物料強制上升到爐筒內的頂部，使硅棒上下都能有充足的物料進行反應，并能維持合適的溫度，避免產生玉米花狀多晶硅和熔斷現象，同時本實用新型還能實現充分利用硅棒自身熱量，達到降低還原電耗的目的。本實用新型的一種多晶硅還原爐，采用的技術方案如下—種多晶硅還原爐，包括有爐盤，爐筒，設置于爐盤上的電極對、進氣噴嘴和尾氣出口，所述爐盤的中部，設置有圓筒結構的導流隔熱罩I ;所述電極對和進氣噴嘴均設置在導流隔熱罩I外側的爐盤上；所述尾氣出口設置在爐盤上，且位于導流隔熱罩I內側。由于采用了上述技術方案，圓筒結構的導流隔熱罩I是一種結構簡單、效率高、價格合理、組裝和操作方便的能夠實現導流的裝置，能夠有效地起到對進還原爐物料導流作用；導流隔熱罩I設置在爐盤的中部，導流隔熱罩I與爐筒之間形成的導流空間，為進入還原爐內的原料提供了流動的通道，成為原料氣體至下而上的唯一流動方向而上升到還原爐內的頂部，再通過導流隔熱罩I內部的空間由頂部至上而下地從尾氣出口排出；有效地克服了傳統的還原爐設計中氣流從爐盤進入，無法通過進氣噴嘴噴到頂部，部分氣流直接走捷徑從壓力低的尾氣出口流出爐盤，導致爐體內越往上物料越不足的缺點；采用了導流隔熱罩I之后，還原爐內電極對上安裝的硅芯的頂部能夠獲得足夠的原料，并能夠充分利用硅芯所產生的熱量進行反應，不至于在頂部聚集大量的熱量使得玉米花狀多晶硅情況嚴重，甚至使硅棒熔斷，或者這些熱量被爐外的冷卻水帶走而增加能耗。所述導流隔熱罩I外側的爐盤上，還設置有導流隔熱罩II，所述導流隔熱罩II是與導流隔熱罩I同心的圓筒結構，所述電極對和進氣噴嘴均設置在所述導流隔熱罩I和導流隔熱罩II之間的爐盤上。由于采用了上述技術方案，爐體內部的空間和爐筒之間由于導流隔熱罩II的存在，使得熱量能夠由導流隔熱罩II進行反射和隔離，進一步降低了由爐筒的冷卻水帶走的熱量，提高了熱量利用率；導流隔熱罩I和導流隔熱罩II之的空間，有利于提高對進入還原爐物料向上的導流作用。所述電極對在導流隔熱罩I外側排列形成兩層以上的同心圓環，所述同心圓環與·導流隔熱罩I同心，相鄰的電極對排列而成的同心圓環之間，還設置有導流隔熱罩III，所述導流隔熱罩III是與導流隔熱罩I同心的圓筒結構。由于采用了上述技術方案，在爐盤上同心圓環排列方式的電極對方便了導流隔熱罩III的設置；在每一層電極對所在圓環上，都分布有進氣噴嘴，所述導流隔熱罩III能夠進一步將的將每層同心圓環上的電極對分隔開來，在每一層電極對圓環的兩導流隔熱罩空間內，都分布有進氣噴嘴，這樣就能夠在反應中進行多層的、獨立的導流、反應、和保溫，這種多層的、獨立的結構設計，能夠有效的提高熱量利用率，降低整個爐筒內的熱量損失。在實際生產中，可以根據還原爐的規格，靈活的設置所述導流隔熱罩III的層數，如還原爐的電極對為12對時，可以將電極對的同心圓環設計成兩圈，兩個電極對同心圓環之間，設置導流隔熱罩III ;還原爐的電極對為18對時，則至少需要設計成三圈電極對同心圓環的結構，這時就需要在三圈電極對同心圓環上設置兩個大小不同的，用于將相鄰電極對圓環分隔開來的導流隔熱罩III ;依次類推，當電極對為18對以上時，根據工藝需求，設置成更多圈數的電極對同心圓環，并在相鄰的電極對同心圓環間，設置多個導流隔熱罩III將它們相互分隔開來。所述導流隔熱罩I、導流隔熱罩II和導流隔熱罩III的高度，均低于電極對上所裝夾硅芯的高度。由于采用了上述技術方案，導流隔熱罩I、導流隔熱罩II和導流隔熱罩III低于所硅芯的高度，既能保證硅芯橫梁處有穩定和足夠的物料氣流，滿足反應需求，又不妨礙從爐筒頂部的觀察裝置觀察硅棒生長情況。所述導流隔熱罩I、導流隔熱罩II和導流隔熱罩III，上部均設置有吊裝孔，中部均設置有與爐筒上的觀察裝置齊平且位于同一直線上的觀察孔。由于采用了上述技術方案，由于頂部和中部的物料氣流處于層流狀態，在設置吊裝孔和觀察孔后，導流隔熱罩開孔處于氣流側面，不足以影響氣流的主體流動方向；吊裝孔在進行裝爐和停爐中能夠方便的進行導流隔熱罩的吊裝；位于同一直線上且與所述爐筒上的觀察裝置齊平的觀察孔，能夠在生產中對爐內的多晶硅生長情況進行觀察，為工藝操作提供依據。[0017]所述導流隔熱罩I、導流隔熱罩II和導流隔熱罩III，均主要由隔熱導流片組成，所述隔熱導流片兩側設置有螺孔，各隔熱導流片之間通過連接板連接，并使用螺栓固定。由于采用了上述技術方案，導流隔熱罩采用片狀結構的隔熱導流片拼裝而成，這種靈活而合理的結構，方便安裝及損壞后的隔熱導流片的維修和更換，。所述導流隔熱罩I、導流隔熱罩II和導流隔熱罩III，均采用石英或者陶瓷材料制成，所述螺栓，采用金屬鑰材料制成。由于采用了上述技術方案，導流隔熱的石英或者陶瓷材料能夠經受多晶生產過程中還原爐內的高溫，并且能夠有效的進行熱量的反射，有利于其保溫功能的加強，同樣的，為了螺栓能夠適用于還原爐內的高溫條件，采用金屬鑰材料制成。每個所述電極對所在位置的爐盤上，均設置有進氣噴嘴。由于采用了上述技術方案，將噴嘴的位置設置在每對電極對的位置上，可以使每一對硅棒都能有單獨的氣流保證有充分的物料進行反應，提高反應效率，同時可以有效的降低每對硅棒的溫度，改善由于熱量聚集而導致的產品多晶硅棒玉米花狀的質量缺陷。所述進氣噴嘴上，均連接有能夠將物料分配并引流至每個電極對所在位置的引流噴管。由于采用了上述技術方案，在實施導流隔熱罩的過程中，還原爐爐盤本身的物料進氣噴嘴設計的位置有可能不足以保證每對電極位置上的硅棒擁有一個進氣噴嘴，也可能進氣噴嘴所在位置不是在每對硅棒的位置處，這樣的情況下，可以用細小的引流噴管將進氣噴嘴所在的位置引至每對硅棒的位置上，或者采用引流噴管對氣體進行氣流進行分流，保證每對硅棒都能對應進氣噴嘴，雖然還原爐內溫度很高，但進入爐內的物料溫度很低，所以噴管采用平常的耐腐蝕不銹鋼即可，物料的流動可以冷卻噴管，使噴管不會被高溫損壞，這種技術方案，特別適合于在舊還原爐改造成本實用新型的還原爐中采用。所述引流噴管主要由噴嘴、彎頭、管道和三通或四通順次相連組成。由于采用了上述技術方案，引流噴管是替代原有進氣噴嘴與底盤連接的組件，在原有進氣噴嘴與底盤之間用噴嘴、彎頭和管道這些管件順次連接，并采用三通或四通管件對氣流進行再次分配，保證每對硅棒都能對應一股氣流，具有制作簡單，連接方式靈活的優點。綜上所述，由于采用了上述技術方案，本實用新型一種多晶硅還原爐的有益效果是在還原爐的爐筒內，導流隔熱罩能夠改變傳統還原爐內的流場，為進入還原爐的物料提供導流空間，能夠使物料強制上升到爐筒內的頂部，使硅棒上下都能有充足的物料進行反應，同時導流隔熱罩的應用還改變了傳統還原爐內的熱場，使硅棒維持合適的溫度，避免產生玉米花狀多晶硅和熔斷現象，同時還能實現充分利用硅棒的熱量，達到降低還原電耗的目的；多層結構的導流隔熱罩不僅能起到為每層電極對上硅棒的氣流提供獨立的流通渠道，其選用耐熱保溫材料其本身還能防止熱量散失，起到保溫的作用，使多晶硅棒可以少加載電流而起到節能的作用；進氣噴嘴的設計，可以使每一對硅棒都能有單獨的氣流保證有充分的物料進行反應，提高生產效率。

[0029]圖I是本實用新型的還原爐爐盤結構示意圖；圖2是本實用新型的還原爐爐筒內部示意圖；圖3是本實用新型的還原爐爐盤與引流噴管連接示意圖；圖4是本實用新型的導流隔熱片示意圖；圖5是本實用新型的帶觀察孔的導流隔熱片示意圖；圖6是本實用新型的帶吊裝孔的導流隔熱片示意圖；圖7是本實用新型的連接板示意圖。圖中標記1-爐盤、2-導流隔熱罩I、3_電極對、4-爐筒、5-進氣噴嘴、6-尾氣出 口、7-導流隔熱罩II、8_導流隔熱罩III、9-觀察孔、10-吊裝孔、11-隔熱導流片、12-螺孔、13-連接板、14-引流噴管。
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型作詳細的說明。為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。實施例1，本實用新型的一種多晶硅還原爐，如圖I所示，在爐盤I中部，設置導流隔熱罩I 2，導流隔熱罩I 2可以是整塊或者是用導流隔熱片11組裝成的圓筒結構，導流隔熱罩I 2的高度，應低于電極對3上所裝夾的硅芯高度，電極對3設置在導流隔熱罩I 2外側的爐盤I上；還原爐的進氣噴嘴5，也設置在導流隔熱罩I 2外側的爐盤I上，還原爐的尾氣出口 6，位于導流隔熱罩2內側的爐盤I上，還原爐的爐盤I上設置大小相匹配的爐筒4，爐筒4上還有冷卻水管夾套和觀察裝置等其他附件，一起構成還原爐整體。實施例2，本實用新型的一種多晶硅還原爐，以12對棒還原爐規格為例，如圖I所示，爐盤I中部，設置導流隔熱罩I 2 ;12組電極對3設置在導流隔熱罩I 2外側的爐盤I上，以導流隔熱罩I 2的圓心為圓心，以2層同心圓排列的方式進行排列，內圓環為4組電極對3，外圓環為8組電極對3 ;在第二層電極對3圓環外側的爐盤I上，設置導流隔熱罩
II7，將最外環電極對3與爐筒4隔離開；同時，在第一層圓環和第二層圓環之間，設置導流隔熱罩III 8，將第一層圓環和第二層圓環分隔開來，如圖2所示；所述導流隔熱罩I 2、導流隔熱罩II 7和導流隔熱罩III 8，采用如圖4所示的兩側帶螺孔的導流隔熱片11，通過如圖7所示的連接板13使用螺栓連接而成的，其高度應低于電極對3上所裝夾的硅芯高度，所述導流隔熱片11采用石英或者陶瓷材料制成，所述螺栓采用金屬鑰材料制成；所述導流隔熱罩I 2、導流隔熱罩II 7和導流隔熱罩III 8的部分導流隔熱片11上部的設置有吊裝孔10，中部設置有與所述爐筒4上的觀察裝置齊平的且位于同一直線上觀察孔9，如圖5和圖6所示；還原爐的爐盤I上共設置有12個進氣噴嘴5，分別位于每一組電極對3所在的位置上，保證每一對電極對的位置處有一個進氣噴嘴5 ;還原爐的尾氣出口 6，位于導流隔熱罩I 2內側的爐盤I上，所述尾氣出口 6，可以為I個出口，也可以根據工藝設計多個出口分布于導流隔熱罩I 2內側的爐盤I上；還原爐的爐盤I上設置大小和高度相匹配的爐筒4，爐筒4上還有冷卻水管夾套和觀察裝置等其他附件，一起構成還原爐整體。實施例3，本實用新型的一種多晶硅還原爐，以18對棒或更大的還原爐規格為例，如圖I所示，爐盤I中部，設置導流隔熱罩I 2 ；18組或者更多的電極對3設置在導流隔熱罩I 2外側的爐盤I上，排列成3層及或更多層的以導流隔熱罩I 2圓心為圓心的同心圓環；在最外層電極對3圓環外側的爐盤I上，設置導流隔熱罩II 7，將最外層電極對3與爐筒4隔離開；同時，每一層電極對3圓環之間，設置導流隔熱罩1118，將相鄰的電極對3圓環分隔開來；所述導流隔熱罩I 2、導流隔熱罩II 7和導流隔熱罩III 8是采用如圖4所示的兩側帶螺孔的導流隔熱片11，通過如圖7所示的連接板13使用螺栓連接而成的，其高度應低于電極對3上所裝夾的硅芯高度，所述導流隔熱片11采用石英或者陶瓷材料制成，所述螺栓采用金屬鑰材料制成；所述導流隔熱罩I 2、導流隔熱罩II 7和導流隔熱罩III 8的部分導流隔熱片11上部的設置有吊裝孔10，中部設置有與所述爐筒4上的觀察裝置齊平的且位于同一直線上觀察孔9，如圖5和圖6所示； 還原爐的爐盤I上共設置有與電極對個數一致的18個或者更多的進氣噴嘴5，分別位于每一對電極對3所在的位置上，保證每一對電極對的位置處有一個進氣噴嘴5 ;還原爐的尾氣出口 6，位于導流隔熱罩I 2內側的爐盤I上，所述尾氣出口 6，可以為I個出口，也可以根據工藝設計多個出口分布于導流隔熱罩I 2內側的爐盤I上；還原爐的爐盤I上設置大小和高度相匹配的爐筒4，爐筒4上還有冷卻水管夾套和觀察裝置等其他附件，一起構成還原爐整體。實施例4，本實用新型的一種多晶硅還原爐，實施例4與實施例I、實施例2和實施例3基本相同，不同之處在于所述進氣噴嘴5的位置與實施例2和實施例3的有所不同，本實施例適用于所述進氣噴嘴5沒有對應位于每組電極對3所在位置，或者進氣噴嘴5的數量不足以和每對電極對3進行配合，特別適用于還原爐改造項目中。如圖3所示，當進氣噴嘴5的數量足夠，但所處位置沒在電極對3所在位置的情況下，將還原爐的進氣噴嘴5采用引流噴管14將進入還原爐的物料引至每對所述電極對3的位置上；當進氣噴嘴5的數量不足以覆蓋所有電極對3的情況了下，可以采用在進氣噴嘴5處采用三通或者四通進行管道分流的方式，再通過引流噴管14，引流至每對所述電極對3的位置上，所述引流噴管14，主要由噴嘴、彎頭、管道和三通或四通順次相連組成。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種多晶硅還原爐，包括有爐盤(1)，爐筒(4)，設置于爐盤(I)上的電極對(3)、進氣噴嘴(5)和尾氣出口(6)，其特征在于所述爐盤(I)的中部，設置有圓筒結構的導流隔熱罩I (2);所述電極對(3)和進氣噴嘴(5)均設置在導流隔熱罩I (2)外側的爐盤(I)上；所述尾氣出口(6)設置在爐盤(I)上，且位于導流隔熱罩I (2)內側。
2.如權利要求I所述的多晶硅還原爐，其特征在于所述導流隔熱罩I(2)外側的爐盤(I)上，還設置有導流隔熱罩II (7)，所述導流隔熱罩II (7)是與導流隔熱罩I (2)同心的圓筒結構，所述電極對(3)和進氣噴嘴(5)均設置在所述導流隔熱罩I (2)和導流隔熱罩II(7)之間的爐盤(I)上。
3.如權利要求I或2所述的多晶硅還原爐，其特征在于所述電極對(3)在導流隔熱罩I (2)外側排列形成兩層以上的同心圓環，所述同心圓環與導流隔熱罩I (2)同心，相鄰的電極對(3)排列而成的同心圓環之間，還設置有導流隔熱罩111(8)，所述導流隔熱罩111(8)是與導流隔熱罩I (2)同心的圓筒結構。
4.如權利要求3所述的多晶硅還原爐，其特征在于所述導流隔熱罩I(2)、導流隔熱罩II (7)和導流隔熱罩111(8)的高度，均低于電極對(3)上所裝夾硅芯的高度。
5.如權利要求4所述的多晶硅還原爐，其特征在于所述導流隔熱罩I(2)、導流隔熱罩II (7)和導流隔熱罩111(8)，上部均設置有吊裝孔(10)，中部均設置有與爐筒(4)上的觀察裝置齊平且位于同一直線上的觀察孔(9)。
6.如權利要求I或2或4或5所述的多晶硅還原爐，其特征在于所述導流隔熱罩I(2)、導流隔熱罩II (7)和導流隔熱罩111(8)，均主要由隔熱導流片(11)組成，所述隔熱導流片(11)兩側設置有螺孔(12)，各隔熱導流片之間通過連接板(13)連接，并使用螺栓固定。
7.如權利要求6所述的多晶硅還原爐，其特征在于所述導流隔熱罩I(2)、導流隔熱罩II (7)和導流隔熱罩111(8)，均采用石英或者陶瓷材料制成，所述螺栓，采用金屬鑰材料制成。
8.如權利要求I或2或4或5或7所述的多晶硅還原爐，其特征在于每個所述電極對(3)所在位置的爐盤(I)上，均設置有進氣噴嘴(5)。
9.如權利要求I或2或4或5或7所述的多晶硅還原爐，其特征在于所述進氣噴嘴(5)上，均連接有能夠將物料分配并引流至每個電極對所在位置的引流噴管(14)。
10.如權利要求9所述的多晶硅還原爐，其特征在于所述引流噴管(14)主要由噴嘴、彎頭、管道和三通或四通順次相連組成。
專利摘要本實用新型公開了一種多晶硅還原爐，屬于多晶硅生產技術領域。所述多晶硅還原爐的爐盤上，設置有導流隔熱罩為進入還原爐的物料提供導流的空間，使物料能夠強制上升到爐筒內的頂部。本實用新型的一種多晶硅還原爐，能夠在反應中為多晶硅棒上下部都提供充足的物料進行反應并維持合適的溫度，避免產生玉米花狀多晶硅和熔斷現象，同時還能夠達到還原爐的節能降耗目的。
文檔編號C01B33/035GK202671215SQ20122025161
公開日2013年1月16日 申請日期2012年5月31日 優先權日2012年5月31日
發明者徐予晗 申請人:四川瑞能硅材料有限公司