本實(shí)用新型涉及多晶硅鑄錠領(lǐng)域，具體涉及一種可降低沖擊進(jìn)料的多晶硅鑄錠爐二次加料裝置及具有該二次加料裝置的多晶鑄錠系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著煤炭、石油、天熱氣等非可再生化石能源的不斷減少，能源危機(jī)日益加劇，而由于化石能源的大量開采和肆意使用，環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重。開發(fā)和使用替代化石能源的可再生的清潔新能源成為解決能源危機(jī)的最有效途徑。太陽能具有清潔無污染且取之不盡用之不竭等優(yōu)點(diǎn)，是化石能源的理想替代能源。

定向結(jié)晶鑄造多晶硅錠工藝簡單、易于工業(yè)化生產(chǎn)，輸出產(chǎn)量大，且相對生產(chǎn)成本低，所以鑄造多晶硅是使用最廣泛的太陽能材料。然而與傳統(tǒng)的火力發(fā)電相比，太陽能光伏發(fā)電成本依然較高，因此仍需進(jìn)一步優(yōu)化多晶硅鑄錠工藝，提高生產(chǎn)量，提高多晶硅錠質(zhì)量，提高光電轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)而降低太陽能發(fā)電成本。多晶硅鑄錠使用形狀不規(guī)則的塊狀原生多晶硅料，硅塊之間會(huì)存在縫隙，另外鑄錠過程中硅原料中的雜質(zhì)會(huì)揮發(fā)排除，因此即使鑄錠前硅料裝滿坩堝，鑄錠完成后多晶硅錠體積也只有坩堝內(nèi)體積的三分之二。坩堝內(nèi)裝入硅料過滿會(huì)增加鑄錠過程溢流和打火的風(fēng)險(xiǎn)。多晶硅鑄錠爐二次加料技術(shù)是在多晶硅熔化和長晶階段利用加料裝置從鑄錠爐的頂部或者其他部位向坩堝內(nèi)繼續(xù)加料，實(shí)現(xiàn)提高多晶硅鑄錠輸出產(chǎn)量，降低鑄錠成本的目的。鑄錠過程中從鑄錠爐頂部加入硅料，也可有效稀釋分凝系數(shù)較小的摻雜元素的濃度，調(diào)節(jié)中上部硅錠的電阻率，提高多晶硅鑄錠良率。

為防止出料管高溫下的老化變形，現(xiàn)有的二次加料裝置的出料管伸入爐體內(nèi)的長度較短，均在隔熱籠的外側(cè)的溫度較低的區(qū)域，出料口與硅熔液上表面的距離較大。并且出料管多設(shè)計(jì)為豎直的，硅料的下降過程中沒有設(shè)計(jì)減速的緩沖裝置，因此硅料會(huì)以較快的速度落在硅熔液表面，在硅熔液表面會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊力，由于硅料的加入引起的硅熔液的擾動(dòng)可能會(huì)沖擊到坩堝內(nèi)表面的氮化硅涂層，使部分氮化硅涂層脫落引起鑄錠粘堝。破碎的顆粒硅料也多是不規(guī)則的，在進(jìn)料過程中也容易發(fā)生堵塞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種多晶硅鑄錠爐二次加料裝置，能夠降低二次加料時(shí)對硅溶液的液面的沖擊同時(shí)又避免加料過程中產(chǎn)生堵塞。

一種多晶硅鑄錠爐二次加料裝置，包括：料倉，底部連接有加料管；輸料管，一端與所述加料管相連通；緩沖倉，通過緩沖倉進(jìn)料管與所述輸料管的另一端連通，所述緩沖倉的底部具有緩沖倉出料口，所述緩沖倉的內(nèi)部設(shè)置有可升降的密封件，所述密封件用以封閉或打開所述緩沖倉出料口；升降裝置，用以控制所述緩沖倉的升降及用以控制所述密封件的升降；出料連接管，一端與所述緩沖倉出料口連通；出料管，與所述出料連接管的另一端連通，且出料管的出口端彎曲；其中，加料管、輸料管、緩沖倉進(jìn)料管、緩沖倉出料口、出料連接管、出料管依順序直徑呈增大趨勢，且相鄰兩個(gè)相連接的元件中，后一個(gè)的直徑不小于前一個(gè)的直徑。

上述多晶硅鑄錠爐二次加料裝置，設(shè)置緩沖倉、彎曲的出料管等緩沖機(jī)構(gòu)以緩沖硅料，減小硅原料對硅熔液表面的沖擊力，減低二次加料對坩堝內(nèi)壁涂層的損傷，有效減少了二次加料引起的粘堝問題。同時(shí)，通過對輸料管路的尺寸優(yōu)化。避免在達(dá)到緩沖目的的同時(shí)造成堵塞管路的情況。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述輸料管的直徑大于所述加料管的直徑，所述緩沖倉進(jìn)料管的管徑大于所述輸料管的管徑、所述緩沖倉出料口的內(nèi)徑大于所述緩沖倉進(jìn)料管的直徑、所述出料連接管的直徑大于所述緩沖倉出料口的直徑、所述出料管的直徑大于所述出料連接管的直徑。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述緩沖倉的外部設(shè)置有加熱元件。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述加熱元件為纏繞在緩沖倉外部的加熱線圈。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述出料連接管與緩沖倉出料口連接的一端設(shè)置成錐形，出料管與出料連接管相連接的一端設(shè)置成錐形。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述密封件的頭部設(shè)置成錐形，用以插入所述緩沖倉出料口以密封所述緩沖倉出料口。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述緩沖倉的內(nèi)腔的底壁設(shè)置成便于硅料流向緩沖倉出料口的錐形。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述緩沖倉出料口與出料連接管之間為可拆卸式連接，所述出料連接管與出料管之間為可拆卸式連接。

還提出一種多晶鑄錠系統(tǒng)，包括多晶硅鑄錠爐及所述的二次加料裝置，其中所述多晶硅鑄錠爐包括隔熱籠、置于隔熱籠內(nèi)部的坩堝，所述坩堝的頂部設(shè)置有坩堝蓋板，所述二次加料裝置的出料管自所述隔熱籠的頂部進(jìn)入隔熱籠內(nèi)部，其中，加料時(shí)，所述出料管的出口端伸入隔熱籠內(nèi)且位于所述坩堝蓋板的下方。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述升降裝置包括直線提升單元、支撐直線提升單元的支架、位于直線提升單元內(nèi)部的傳動(dòng)裝置，其中緩沖倉具有上蓋，支架固定在多晶硅鑄錠爐上，直線提升單元固定于所述上蓋，所述傳動(dòng)裝置與緩沖倉內(nèi)部的密封件固定連接。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的多晶硅鑄錠爐二次加料裝置非加料狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為二次加料裝置的料倉的示意圖；

圖3為二次加料裝置的緩沖倉的示意圖；

圖4為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的多晶硅鑄錠爐二次加料裝置加料狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為現(xiàn)有鑄錠爐的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為與本實(shí)用新型的二次加料裝置配合使用的改造后的鑄錠爐的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實(shí)用新型。但是本實(shí)用新型能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實(shí)用新型內(nèi)涵的情況下做類似改進(jìn)，因此本實(shí)用新型不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本實(shí)用新型的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本實(shí)用新型的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本實(shí)用新型。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。

下面結(jié)合附圖，說明本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式。

本實(shí)用新型提供一種多晶硅鑄錠爐二次加料裝置，可在鑄錠過程中給多晶鑄錠爐二次加料。同時(shí)還提供了一種使用這種二次加料裝置的多晶鑄錠系統(tǒng)。

參考圖1，多晶硅鑄錠爐二次加料裝置包括料倉110、加料管120、輸料管130、緩沖倉進(jìn)料管140、緩沖倉150、出料連接管160、出料管170、升降裝置。下面詳細(xì)解釋各元件的結(jié)構(gòu)及相互之間的組配。

參考圖2，料倉110用以裝載硅料，以便在需要進(jìn)行二次加料供料。料倉110內(nèi)壁設(shè)有保護(hù)涂層，以避免污染硅料。料倉110包括多個(gè)獨(dú)立的隔間112，分別獨(dú)立地供料。料倉110中設(shè)置有驅(qū)動(dòng)各個(gè)隔間112旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸113，以控制隔間112的給料順序。圖2中示意出了2個(gè)隔間112，但數(shù)量不以兩個(gè)為限，本實(shí)用新型中設(shè)置4個(gè)隔間112。

參考圖2，料倉110的頂部設(shè)置有可開啟的料倉蓋114。料倉蓋114上連接有轉(zhuǎn)動(dòng)軸115。料倉蓋114與料倉110的頂部之間通過法蘭或其他緊固件密封連接。當(dāng)需要向料倉110中添加多晶硅原料時(shí)，可先接觸料倉蓋114與料倉的頂部之間的密封連接，然后通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸115將料倉蓋114水平旋轉(zhuǎn)移開。

料倉110頂部設(shè)置有觀察孔116，可隨時(shí)觀察二次加料裝置的給料情況。料倉110外則設(shè)置有抽真空裝置117，用以在二次加料時(shí)調(diào)節(jié)料倉110中的真空度。

加料管120連接于料倉110的底部。加料管120上設(shè)置有出料閥122控制出料。

輸料管130的一端與加料管120密封連接。輸料管130的直徑比加料管120的直徑大，以避免給料過程中出現(xiàn)硅料堵塞加料管120。輸料管130另一端則密封連接設(shè)置在緩沖倉150的上蓋152上的緩沖倉進(jìn)料管140。緩沖倉進(jìn)料管140的直徑大于輸料管130的直徑，避免給料過程中出現(xiàn)硅料堵塞輸料管130。

輸料管130采用可以彎曲的波紋管，以適應(yīng)緩沖倉150的升降以方便向鑄錠爐中添加硅料。

參看圖3，緩沖倉150的底部設(shè)置有緩沖倉出料口153。緩沖倉出料口153的直徑大于輸料管130，避免給料過程中出現(xiàn)硅料堵塞緩沖倉150。

進(jìn)一步地，緩沖倉150的內(nèi)腔的底壁設(shè)置成便于硅料流向緩沖倉出料口153的錐形。錐形的錐角大于90°，小于120°。

緩沖倉150的內(nèi)腔中設(shè)置有可以升降的密封件154。不加料時(shí)，密封件154將緩沖倉出料口153密封。加料時(shí)，升降裝置控制密封件154上升，硅料可以從緩沖倉出料口153輸出。

密封件154的頭部設(shè)置成錐形，方便插入到緩沖倉出料口153中將緩沖倉出料口153堵塞。

緩沖倉150的內(nèi)腔的底壁設(shè)置成錐形，而密封件154的頭部設(shè)置成錐形，還可以在密封件154不堵塞緩沖倉出料口153的情況下，通過控制密封件154的頭部與錐形底壁之間的間隙來控制硅料的輸出量，起到緩沖作用。

升降裝置包括直線提升單元182、支撐直線提升單元182的支架183、位于直線提升單元182內(nèi)部的傳動(dòng)裝置184。其中，參考圖1和圖4，支架183固定在多晶硅鑄錠爐200的頂部，直線提升單元182固定于緩沖倉150的上蓋152，傳動(dòng)裝置184與緩沖倉150內(nèi)部的密封件154固定。即，利用直線提升單元182控制整個(gè)緩沖倉150的升降，利用傳動(dòng)裝置184控制密封件154的升降。

直線提升單元182與傳動(dòng)裝置184的動(dòng)力由升降電機(jī)185提供。升降電機(jī)185提供的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為直線提升單元182及傳動(dòng)裝置184的直線運(yùn)動(dòng)。

參考圖3，緩沖倉150的外部設(shè)置有加熱元件155，用以在二次加料過程中，對緩沖倉150中的硅料預(yù)先進(jìn)行加熱，縮短多晶硅鑄錠爐200加熱新加入的硅料的時(shí)間，保證鑄錠效率。加熱元件155可以是纏繞在緩沖倉150的外部的加熱線圈，保證硅料均勻受熱。硅料被預(yù)先加熱成熔融狀態(tài)，可避免堵塞緩沖倉150。同時(shí)，二次加料裝置的其他位置也不需要特別設(shè)置振蕩硅料的部件。

出料連接管160的一端密封連接在緩沖倉出料口153上，出料連接管160與緩沖倉出料口153連接的一端設(shè)置成錐形，給料過程中起到緩沖作用。

另外，出料連接管160的直徑大于緩沖倉出料口153的內(nèi)徑，避免堵塞緩沖倉出料口153。

出料管170與出料連接管160的另一端密封連接，出料管170與出料連接管160相連接的一端設(shè)置成錐形，給料過程中起到緩沖作用。

另外，出料管170直徑大于出料連接管160的直徑，避免堵塞。出料管170的出口端還彎曲一定角度，起到緩沖作用，防止硅料下沖力引起的硅液飛濺。彎曲的角度設(shè)置為135度左右，以既具有緩沖作用，又不會(huì)導(dǎo)致在加料時(shí)堵塞管路。

出料連接管160與緩沖倉出料口153之間、出料管170與出料連接管160之間均采用可拆卸式連接，例如螺紋連接，便于出料連接管160和出料管170的更換。出料連接管160和出料管170均選用耐高溫且不易揮發(fā)的材質(zhì)比如氮化硼。

本實(shí)用新型的二次加料裝置中，增加緩沖倉150的存在，緩沖倉150內(nèi)設(shè)置密封件154，可通過堵塞緩沖倉出料口153來控制硅料輸出，使緩沖倉150在加料過程中起到緩沖的作用；此外出料管170的出口端彎曲也延緩了硅料的下降速度，減小硅原料對硅熔液表面的沖擊力，減低二次加料對坩堝內(nèi)壁涂層的損傷，有效減少了二次加料引起的粘堝問題。

進(jìn)一步地，出料連接管160、出料管170的端部也分別設(shè)置成錐形，在給料過程中既起到緩沖作用，又可避免產(chǎn)生堵塞。

另外，加料管120、輸料管130、緩沖倉進(jìn)料管140、緩沖倉出料口153、出料連接管160、出料管170依順序直徑呈增大趨勢，防止因?yàn)樵O(shè)置緩沖結(jié)構(gòu)導(dǎo)致堵塞產(chǎn)生。需要指出的是，上述加料管120等，直徑整體上有增大趨勢即可，不一定必須依次增大，即加料管120、輸料管130、緩沖倉進(jìn)料管140、緩沖倉出料口153、出料連接管160、出料管170等元件中，相鄰兩個(gè)相連接的元件中，后一個(gè)的直徑不小于前一個(gè)的直徑即可。

綜上，本實(shí)用新型的二次加料裝置，設(shè)置緩沖倉等多處緩沖結(jié)構(gòu)，減小硅原料對硅熔液表面的沖擊力，減低二次加料對坩堝內(nèi)壁涂層的損傷，有效減少了二次加料引起的粘堝問題。同時(shí)，通過對輸料管路的尺寸優(yōu)化。避免在達(dá)到緩沖目的之同時(shí)造成堵塞管路的情況。

下面結(jié)合圖1和圖4，簡要描述本實(shí)用新型多晶硅鑄錠爐二次加料裝置的使用過程。

在多晶硅鑄錠爐200正常裝料進(jìn)入到熔化后期階段，即預(yù)裝在石英坩堝中的塊狀硅料基本熔化完畢，坩堝上部有一定裝料空間后即可進(jìn)行二次加料。

本實(shí)用新型的多晶硅鑄錠爐的二次加料裝置的安裝圖如圖1所示。多晶硅鑄錠爐200包括爐體220、置于爐體220內(nèi)的隔熱籠210、置于隔熱籠210內(nèi)部的坩堝230，其中坩堝230頂部設(shè)置有坩堝蓋板240。

在向鑄錠爐內(nèi)二次加料之前，出料閥122為閉合狀態(tài)，緩沖倉150被提起，出料連接管160、出料管170在頂部保溫板212之上。旋轉(zhuǎn)移開料倉蓋114，分別向料倉110四個(gè)隔間112加滿硅原料，然后移回料倉蓋114以密封料倉110。開啟料倉110上的抽真空裝置117，根據(jù)鑄錠爐內(nèi)真空度情況，調(diào)節(jié)料倉110內(nèi)真空度達(dá)到平衡。

根據(jù)鑄錠爐工控機(jī)顯示的鑄錠狀態(tài)，確定二次加料時(shí)間，如圖4所示，開啟升降裝置，將緩沖倉150、出料連接管160和出料管170緩慢下降，使出料管170的彎曲部分到達(dá)坩堝蓋板240下方的指定高度。旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)軸113開啟料倉110的一個(gè)隔間112，使硅料從料倉110的隔間112中輸出。同時(shí)打開出料閥122，稍后待緩沖倉150中的硅料有一定儲(chǔ)量后，將緩沖倉150中的密封件154旋轉(zhuǎn)提起，使硅料經(jīng)過出料連接管160和出料管170，降落在硅熔液表面，完成二次進(jìn)料。通過觀察孔116查看料倉110內(nèi)硅原料的變化，當(dāng)一隔間112中硅料輸出完全后，關(guān)閉出料閥122。

稍后降下緩沖倉150中的密封件154堵住緩沖倉出料口153，同時(shí)將緩沖倉150提升，使出料管170回到頂部保溫板212上方。通過鑄錠爐工控機(jī)觀察鑄錠狀態(tài)和鑄錠爐內(nèi)硅料的熔化情況，確定下次加料時(shí)間。

依次重復(fù)上述操作，完成料倉110的四個(gè)隔間112硅料的輸出。另外也可根據(jù)鑄錠爐產(chǎn)量、加熱功率等鑄錠的實(shí)際情況，確定單次加料量，可以一次完成兩個(gè)或者多個(gè)隔間內(nèi)硅料的輸出。

本實(shí)用新型的二次加料裝置，二次加料時(shí)，出料管170的位置降到坩堝蓋板240下方，降低了出料口的高度，進(jìn)一步減小硅料對硅溶液表面的沖擊力。

本實(shí)用新型的二次加料裝置安裝簡單，只需要對現(xiàn)有的鑄錠爐進(jìn)行少量改造即可。如圖5所示為現(xiàn)有的鑄錠爐。當(dāng)使用本實(shí)用新型的多晶硅鑄錠爐二次加料裝置時(shí)，無需改造鑄錠爐體，只需要將鑄錠爐的隔熱籠210的頂部保溫板212上開設(shè)一個(gè)可供出料管170進(jìn)入的窗口，及在坩堝蓋板240開設(shè)一個(gè)通道即可，改造成本低。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。