本實用新型涉及多晶硅生產設備領域，尤其是一種多晶硅鑄錠爐。

背景技術：

太陽能電池可以將光能轉換為電能，是現代節能社會發展的一個重點。根據基體材料的不同，現有的太陽能電池分為多晶硅太陽能電池、單晶硅太陽能電池和類單晶硅太陽能電池。其中，單晶硅太陽能電池的轉化效率高，但生產成本也高，多晶硅太陽能電池的轉化效率比單晶硅太陽能電池低1％-2％，但其生產成本也低，而類單晶硅太陽能電池是介于單晶硅電池和多晶硅太陽能電池之間的電池。綜合考慮，目前市場上的太陽能電池仍以多晶硅太陽能電池為主。

現有用于生產多晶硅太陽能電池的多晶硅錠通常采用鑄錠工藝制的，鑄錠工藝一般是通過多晶硅鑄錠爐實現的，現有的多晶硅鑄錠爐包括爐體，爐體上設置有抽氣孔，所述爐體內設置有下托保溫板與保溫罩，保溫罩放置在下托保溫板上，保溫罩與下托保溫板共同構成保溫隔熱籠，所述保溫罩上連接有能夠使保溫罩上下移動的升降桿，所述保溫隔熱籠內設置有坩堝、坩堝護板、石墨底板、石墨蓋板、側部加熱器、頂部加熱器、熱交換平臺，所述石墨底板放置在熱交換平臺上，坩堝放置在石墨底板上，坩堝護板設置在坩堝外側，側部加熱器設置在坩堝護板的外側，石墨蓋板設置在坩堝上方，頂部加熱器設置在石墨蓋板上方，所述熱交換平臺通過石墨立柱固定在爐體底部，坩堝護板的上端設置有尾氣排放孔，還包括進氣管，所述進氣管依次穿過爐體、保溫罩、頂部加熱器、石墨蓋板后伸入坩堝內。

目前的鑄錠工藝，首先是經過噴涂-裝料工序后，再進入鑄錠工序。

噴涂：硅料高溫熔化后會與坩堝發生反應，引入雜質，并且造成粘鍋，影響硅錠的質量，所以需要在坩堝與硅料之間噴涂一層氮化硅溶液，利用氮化硅可以有效的隔離硅料與坩堝，氮化硅溶液噴涂完成以后，再進行高溫烘干，將氮化硅溶液中的水分蒸發，就可以使坩堝內壁附著一層氮化硅涂層。

裝料：坩堝烘干以后，將散碎的硅料，按順序、要求及重量將硅料裝入坩堝中。

裝完料的坩堝就可以進行下一步的鑄錠工藝，首先將裝好料的坩堝裝入鑄錠爐的爐體內，按要求裝好后，將鑄錠爐合蓋，合蓋以后的鑄錠爐，就形成一個密封的腔室，將裝好硅料的坩堝密封在鑄錠爐內部，開始運行鑄錠工藝，整個鑄錠工藝分6個過程，抽真空-加熱-熔化-長晶-退火-冷卻。

S11、抽真空：將爐體內的空氣從抽氣孔抽走，防止升溫的過程中空氣中的氧氣與硅料發生氧化反應，影響硅錠質量。抽真空是利用真空泵將爐體內的空氣抽出，直到達到設備開啟要求。

S12、加熱：抽真空完成以后，進入加熱階段，加熱是為了使硅料快速升溫到接近熔化溫度，此時爐腔內的環境為真空環境，可以有利于將附著在硅料表面的水蒸氣，通過抽真空的方法抽出，并且快速升溫。

S13、熔化：熔化過程中，需要在密封的腔室內填充氬氣，避免附著在坩堝內壁的氮化硅涂層發生分解反應，氬氣是通過進氣管充入爐體內。熔化開始后，爐體內開始充氣，按工藝程序充氣到規定壓力后，開始動態保持。

S14、長晶：熔化完成的硅料，開始進行長晶，長晶的過程是將爐體內部的保溫罩向上升，液態硅從底部開始散熱，底部的液態硅變成固態硅，并伴隨著保溫罩的上升及熱量的散失，緩慢向上凝固，直至整個硅錠凝固完成。

S15、退火：由于長晶過程在底部開始，并伴隨保溫罩升起，直至頂部，這樣頂底之間因為散熱的原因，就會存在一定的溫度差，產生內應力。退火的作用就是在保證恒溫環境下，消除溫度差，從而消除內應力。

S16、冷卻：在爐腔內，硅錠快速冷卻到出爐溫度。

所述的多晶硅鑄錠爐包括具有夾層空間的爐體，爐體上設置有抽氣孔，所述爐體內設置有下托保溫板與保溫罩，保溫罩放置在下托保溫板上，保溫罩與下托保溫板共同構成保溫隔熱籠，所述保溫罩上連接有能夠使保溫罩上下移動的升降桿，所述保溫隔熱籠內設置有坩堝、坩堝護板、石墨底板、石墨蓋板、側部加熱器、頂部加熱器、熱交換平臺，所述石墨底板放置在熱交換平臺上，坩堝放置在石墨底板上，坩堝護板設置在坩堝外側，側部加熱器設置在坩堝護板的外側，石墨蓋板設置在坩堝上方，頂部加熱器設置在石墨蓋板上方，所述熱交換平臺通過石墨立柱固定在爐體底部，坩堝護板的上端設置有尾氣排放孔，還包括進氣管，所述進氣管的一端與氬氣源相連，另一端依次穿過爐體、保溫罩、頂部加熱器、石墨蓋板后伸入坩堝內，這種多晶硅鑄錠爐在實際使用過程中存在以下問題：首先，在多晶硅鑄錠爐工作的過程中，爐體內的溫度需保持在一個穩定的范圍內，由于現有的多晶硅鑄錠爐都是直接將室溫的氬氣通入爐體內，由于爐體內的溫度較高，通常都是幾百度的高度，常溫的氬氣進入爐體內勢必會對爐體內的溫度造成較大的影響，如果爐體內溫度波動變化較大會對硅錠的生長造成較大的影響，最后長成的硅錠質量也會層次不齊。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種能夠實現節能減排的多晶硅鑄錠爐。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：該多晶硅鑄錠爐，包括具有夾層空間的爐體，爐體上設置有抽氣孔，所述爐體內設置有下托保溫板與保溫罩，保溫罩放置在下托保溫板上，保溫罩與下托保溫板共同構成保溫隔熱籠，所述保溫罩上連接有能夠使保溫罩上下移動的升降桿，所述保溫隔熱籠內設置有坩堝、坩堝護板、石墨底板、石墨蓋板、側部加熱器、頂部加熱器、熱交換平臺，所述石墨底板放置在熱交換平臺上，坩堝放置在石墨底板上，坩堝護板設置在坩堝外側，側部加熱器設置在坩堝護板的外側，石墨蓋板設置在坩堝上方，頂部加熱器設置在石墨蓋板上方，所述熱交換平臺通過石墨立柱固定在爐體底部，坩堝護板的上端設置有尾氣排放孔，還包括進氣管，所述進氣管的一端與氬氣源相連，另一端依次穿過爐體、保溫罩、頂部加熱器、石墨蓋板后伸入坩堝內，所述進氣管上設置有氣體預熱裝置，所述氣體預熱裝置包括密閉的空腔，所述空腔內設置有換熱管，所述換熱管的兩端分別延伸至空腔外并與進氣管連通，所述氬氣源內的氬氣依次沿進氣管、換熱管、進氣管流入坩堝內，所述換熱管與空腔的連接處密封，所述空腔上連接有引氣管與排氣管，所述引氣管的一端與爐體上設置的抽氣孔連通，引氣管的另一端與空腔內部連通，所述引氣管上設置有抽氣泵，所述排氣管與空腔內部連通。

進一步的是，所述換熱管為金屬盤管。

進一步的是，所述換熱管采用銅管制作而成。

進一步的是，所述石墨蓋板上設置有多個通孔。

進一步的是，所述多個通孔均布設置。

進一步的是，所述爐體底部安裝有溢流毯，所述溢流毯為四層結構，從上到下依次為針織陶瓷纖維毯層、針織陶瓷纖維毯層、陶瓷纖維毯層、碳氈層，所述針織陶瓷纖維毯層的厚度為10mm、針織陶瓷纖維毯層的厚度為10mm、陶瓷纖維毯層的厚度為25mm、碳氈層的厚度為10mm。

進一步的是，所述溢流毯的上表面安裝有溢流絲。

進一步的是，所述下托保溫板上設置有多個溢流孔。

進一步的是，所述坩堝與坩堝護板之間設置有碳氈。

本實用新型的有益效果是：該多晶硅鑄錠爐通過在進氣管上設置氣體預熱裝置，氣體預熱裝置可以對進入爐體內的氬氣進行加熱，避免溫度較低的氬氣進入爐體內對爐體內的溫度造成較大的影響，在多晶硅鑄錠爐工作的過程中，可以保證爐體內的溫度保持在一個穩定的范圍內，避免對多晶硅錠的生長造成較大的影響，保證最后長成的硅錠質量達到較高的質量水平，另外，利用抽氣泵將抽氣孔排出的高溫廢氬氣通過引氣管導入空腔內，利用高溫廢氬氣對新的氬氣進行預熱，不但可以充分利用高溫廢氬氣中含有的熱量，實現節能減排，同時，被預熱的氬氣通入爐體內，可以減少氬氣帶走爐體內的熱量，進一步實現節能減排，降低硅錠的生產成本。

附圖說明

圖1是本實用新型多晶硅鑄錠爐的結構示意圖；

圖中標記為：爐體1、抽氣孔2、下托保溫板3、保溫罩4、升降桿5、坩堝6、坩堝護板7、石墨底板8、石墨蓋板9、側部加熱器10、頂部加熱器11、熱交換平臺12、尾氣排放孔13、進氣管14、氬氣源15、氣體預熱裝置16、空腔161、換熱管162、引氣管163、排氣管164、抽氣泵165、通孔17、溢流毯18、溢流孔20、碳氈21、石墨立柱22。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型進一步說明。

如圖1所示，該多晶硅鑄錠爐，包括具有夾層空間的爐體1，爐體1上設置有抽氣孔2，所述爐體1內設置有下托保溫板3與保溫罩4，保溫罩4放置在下托保溫板3上，保溫罩4與下托保溫板3共同構成保溫隔熱籠，所述保溫罩4上連接有能夠使保溫罩4上下移動的升降桿5，所述保溫隔熱籠內設置有坩堝6、坩堝護板7、石墨底板8、石墨蓋板9、側部加熱器10、頂部加熱器11、熱交換平臺12，所述石墨底板8放置在熱交換平臺12上，坩堝6放置在石墨底板8上，坩堝護板7設置在坩堝6外側，側部加熱器10設置在坩堝護板7的外側，石墨蓋板9設置在坩堝6上方，頂部加熱器11設置在石墨蓋板9上方，所述熱交換平臺12通過石墨立柱22固定在爐體1底部，坩堝護板7的上端設置有尾氣排放孔13，還包括進氣管14，所述進氣管14的一端與氬氣源15相連，另一端依次穿過爐體1、保溫罩4、頂部加熱器11、石墨蓋板9后伸入坩堝6內，所述進氣管14上設置有氣體預熱裝置16，所述氣體預熱裝置16包括密閉的空腔161，所述空腔161內設置有換熱管162，所述換熱管162的兩端分別延伸至空腔161外并與進氣管14連通，所述氬氣源15內的氬氣依次沿進氣管14、換熱管162、進氣管14流入坩堝6內，所述換熱管162與空腔161的連接處密封，所述空腔161上連接有引氣管163與排氣管164，所述引氣管163的一端與爐體1上設置的抽氣孔2連通，引氣管163的另一端與空腔161內部連通，所述引氣管163上設置有抽氣泵165，所述排氣管164與空腔161內部連通。通過在進氣管14上設置氣體預熱裝置16，氣體預熱裝置16可以對進入爐體1內的氬氣進行加熱，避免溫度較低的氬氣進入爐體1內對爐體1內的溫度造成較大的影響，在多晶硅鑄錠爐工作的過程中，可以保證爐體1內的溫度保持在一個穩定的范圍內，避免對多晶硅錠的生長造成較大的影響，保證最后長成的硅錠質量達到較高的質量水平，另外，利用抽氣泵165將抽氣孔2排出的高溫廢氬氣通過引氣管163導入空腔161內，利用高溫廢氬氣對新的氬氣進行預熱，不但可以充分利用高溫廢氬氣中含有的熱量，實現節能減排，同時，被預熱的氬氣通入爐體1內，可以減少氬氣帶走爐體1內的熱量，進一步實現節能減排，降低硅錠的生產成本。

為了提高換熱效率，延長換熱時間，所述換熱管162為金屬盤管。為了進一步提高換熱效率，所述換熱管162采用銅管制作而成。

在長晶過程中，坩堝6內部從上到下需具有一定的溫度梯度，即坩堝6內的溫度從上向下逐漸減小，溫度梯度變化越明顯，鑄錠的生長速度越快，坩堝6內上部的溫度主要是靠頂部加熱器11提供，頂部加熱器11的熱量透過石墨蓋板9后再傳遞到坩堝6內，由于經過石墨蓋板9的阻隔，石墨蓋板9上方的溫度要高于石墨蓋板9下方的溫度，由于現有的多晶硅鑄錠爐的側部加熱器10和頂部加熱器11都是統一控制的，而且在長晶階段，溫度必須控制在一定的范圍，這就是使得側部加熱器10和頂部加熱器11都只能以相同的功率工作，也就是說側部加熱器10和頂部加熱器11提供的熱量是一定的，若要使坩堝6內上部的溫度較高，就必須使更多熱量能夠透過石墨蓋板9傳遞到坩堝6內，從而使坩堝6內溫度梯度變化明顯，本實用新型提供了一種簡單有效的方式來達到坩堝6內溫度梯度變化明顯的目的，即在所述石墨蓋板9上設置有多個通孔17，通過在石墨蓋板9上設置多個通孔17，頂部加熱器11的熱量可以毫無阻隔的通過通孔17傳遞到坩堝6內，使得坩堝6內上部的溫度相對于原來而言能夠有所提高，從而使坩堝6內的溫度梯度變化明顯，進而增加鑄錠的生長速度，這種方式只需在原有的石墨蓋板9上打幾個通孔17即可，基本不會增加成本，同時改裝也很方便。為了使溫度變化更加均勻，所述通孔17均布設置。

多晶硅鑄錠爐在使用過程中，有時會發生硅液溢流的現象，一旦發生硅液溢流，溢流出的硅液會沿熱交換平臺12流到下方的下托保溫板3上，接著硅液再從下托保溫板3的邊緣滴落到爐體1的底部，由于硅液溫度較高，硅液很容易將爐體1燒穿從而引發事故，為了避免溢流的硅液將爐體1燒穿，所述爐體1底部安裝有溢流毯18，溢流毯18將溢流出的硅液與爐體1隔開，有效避免了硅液將爐體1燒穿，即使硅液將溢流毯18燒穿，此時硅液的溫度也較低，不會對爐體1造成太大的損失。為了防止硅液將溢流毯18燒穿，所述溢流毯18為四層結構，從上到下依次為針織陶瓷纖維毯層、針織陶瓷纖維毯層、陶瓷纖維毯層、碳氈層，所述針織陶瓷纖維毯層的厚度為10mm、針織陶瓷纖維毯層的厚度為10mm、陶瓷纖維毯層的厚度為25mm、碳氈層的厚度為10mm。

為了使操作人員及時知曉是否發生了硅液溢流，所述溢流毯18的上表面安裝有溢流絲，一旦發生硅液溢流，溢流出的硅液落在溢流毯18后就會將安裝在溢流毯18表面的溢流絲燒斷，溢流絲燒斷后會發出報警信號，提示操作人員進行相關操作。由于溢流的硅液流到下托保溫板3后要流到下托保溫板3的邊緣才能繼續向下流，這樣就導致溢流現象發生一段時間后才能監測到，這樣就增加了發生事故的幾率，因此，為了及時快速的監測是否發生了硅液溢流現象，所述下托保溫板3上設置有多個溢流孔20，通過在下托保溫板3上設置溢流孔20，當硅液流到下托保溫板3后可以直接從溢流孔20流到下方的溢流毯18上，進而將設置在溢流毯18上設置的溢流絲燒斷，從而達到快速監測的目的。

另外，為了使坩堝6受熱更加均勻，所述坩堝6與坩堝護板7之間設置有碳氈21，側部加熱器10的熱量透過坩堝護板7后再透過碳氈21傳遞給坩堝6，由于碳氈21具有較好的隔熱保溫性能，因此，熱量不會快速透過碳氈21傳遞到坩堝6內，這樣可以使熱量在透過碳氈21時得到均化，從而使坩堝6受熱均勻，可以提高產品的合格率。