多晶矽生產還原爐停爐控制系統及其方法
2023-05-27 05:32:06
專利名稱：多晶矽生產還原爐停爐控制系統及其方法
技術領域：
本發明涉及一種多晶矽生產還原爐停爐控制系統及其方法。
背景技術：
多晶矽作為一種半導體材料，目前可以用作重要的光伏材料，光伏材料能將太陽能直接轉換成電能，例如太陽能電池。目前生產多晶矽的主要方法之一是改良西門子法。改良西門子法通過氣相沉積法產生棒狀多晶矽。現有技術中已知的西門子法還原生產工藝為汽化的三氯氫矽與載氣氫氣按一定比例混合引入多晶矽還原爐；在放置於還原爐內的棒狀矽芯兩端加以電壓；在一定的溫度和壓力下，在高溫娃芯表面，三氯氫娃與氫氣混合氣反應生成兀素娃，並沉積在娃芯表面， 逐漸生成所需規格的多晶矽棒，同時產生四氯化矽、二氯二氫矽、氯化氫等副產物。多晶矽生產還原爐啟動後，反應進料(即三氯氫矽與氫氣混合氣)由進氣管進入還原爐的爐體中，用電極對矽芯通電加熱而產生高溫，通常將反應溫度控制在約1000°c至 1200°C，優選為1100°C左右。通入的三氯氫矽和氫氣在矽芯表面進行氣相沉積反應生成元素娃。反應生產的尾氣從爐筒底部的中心通過尾氣排氣管排出。隨著沉積在娃芯表面的娃增加，矽棒逐漸變粗，最終長成所需尺寸的多晶矽棒。矽棒生長到所需尺寸後，例如長度2.0 至2. 8米、最終直徑40至200毫米的尺寸，則需進行停爐處理。還原爐停爐是還原爐生產過程中的重要階段，對多晶矽的產量、質量、成本以及整個生產系統的協調性、穩定性、安全性起著不可估量的作用。在原有停爐工藝中，目前通常採用的停爐方法為先均勻降料廣3小時，將三氯氫矽與氫氣的混合物料降至ONm3A (標準立方米/小時)，降料過程中通過調節電流保持矽棒表面溫度仍為正常反應溫度；降料完成後，切換為純氫置換後，開始均勻減小流過電極的電流並持續I 3小時，直至電流降至為OA後，斷電並完成了停爐操作。上述原有停爐工藝用時較長，且在停爐過程中因電流變化產生磁場，通電的矽棒受到磁力的作用產生力矩，導致矽棒根部鬆動；又因多晶的結晶形式不同，其局部電阻也不同，降低相同的電流，矽棒局部溫度的變化也不同，由於熱收縮的程度不同使矽棒慢慢裂開；再因多晶矽是半導體，其電阻隨溫度的降低而增大，均勻降電流會使矽棒不同時刻的溫度變化不同，導致其應力不能均勻釋放；從而引發矽棒結構疏鬆、局部斷裂、倒爐等不良後果。
發明內容
為了克服現有停爐方法的上述缺點，本發明的目的之一是提供一種改進的多晶矽生產還原爐停爐控制系統以及控制方法，該停爐控制系統及其方法可縮短停爐所用的時間，節省成本並降低多晶矽棒的倒棒率。在本發明的一個方面，本發明提供了一種多晶矽生產還原爐停爐控制系統，所述還原爐包括設置在底盤上的矽棒，所述停爐控制系統包括磁力計算模塊，用於計算生長完成的矽棒受到的最大磁力；應力計算模塊，用於計算生長完成的矽棒的最小釋放應力；停爐優化模塊，用於基於該矽棒受到的最大磁力和矽棒的最小釋放應力利用優化算法計算出優化停爐時間和優化停爐溫度；和控制模塊，基於計算出的優化停爐時間和優化停爐溫度控制還原爐的停爐。在本發明的其他特徵中，控制模塊控制三氯氫矽和氫氣混合氣的進料量，使得停爐開始後，在優化停爐時間內將進料量均勻降至零。在本發明的其他特徵中，控制模塊控制通過矽棒的電流，使得停爐開始後，矽棒溫度均勻下降。在本發明的其他特徵中，控制系統還包括電流計算模塊，該電流計算模塊基於優化停爐時間和優化停爐溫度計算出停爐過程中電流變化曲線。並且，所述控制模塊基於算出的電流變化曲線控制在優化停爐時間內通過矽棒的電流，使得矽棒溫度均勻下降。在本發明的其他特徵中，在停爐開始後經過了優化停爐時間，進料量降至零且矽棒溫度降至優化停爐溫度時，控制系統切斷對還原爐的供電。在本發明的其他特徵中，所述優化算法可以為遺傳算法。在本發明的其他特徵中，優化停爐時間為約10分鐘至I. 3小時的範圍，優選地可以為30分鐘。優化停爐溫度為約750至970°C之間，優選地可以為878°C。在本發明的第二方面，提供一種多晶矽生產還原爐停爐控制方法，包括以下步驟 計算生長完成的娃棒受到的最大磁力；估算該娃棒的最小釋放應力；基於該娃棒受到的最大磁力和矽棒的最小釋放應力利用優化算法計算出優化停爐時間和優化停爐溫度；和基於計算出的優化停爐時間和優化停爐溫度控制還原爐的停爐。在本發明的其他特徵中，控制還原爐的停爐的步驟進一步包括控制三氯氫矽和氫氣混合氣的進料量，使得停爐開始後，在優化停爐時間內將進料量均勻降至零。在本發明的其他特徵中，所述控制還原爐的停爐的步驟進一步包括與降低進料量的同時，控制通過矽棒的電流，使得停爐開始後，矽棒溫度均勻下降。在本發明的其他特徵中，所述方法還包括基於優化停爐時間和優化停爐溫度計算出停爐過程中電流降低速率的步驟。並且，所述控制還原爐的停爐的步驟進一步包括基於算出的電流降低速率控制在優化停爐時間內通過矽棒的電流，使得矽棒溫度均勻下降。在本發明的其他特徵中，所述方法還包括基於優化斷料、斷電點，計算出停爐過程中進料量降低速率和矽棒所通電流的降低速率。在本發明的其他特徵中，所述方法還包括在停爐開始後經過了優化停爐時間或者達到了優化停爐溫度時，切斷對還原爐的供電。本發明應用的更多領域將通過下文所給出的詳細描述變得更加顯而易見。應當理解，具體描述和特定例子僅用作解釋和理解目的，但是不應該被用來限制本發明的範圍。
通過詳細描述和附圖將更完全地理解本發明，其中
圖I為本發明多晶矽生產還原爐的示意簡圖。圖2為根據本發明的停爐控制系統的第一實施例的示意方塊圖。圖3為根據本發明的停爐控制系統的第二實施例的示意方塊圖。
圖4為根據本發明的最佳斷料、斷電點的優化計算流程圖。圖5示出了本發明的優化的停爐工藝的流程圖。
具體實施例方式下面的詳細描述和附圖描述示出了本發明的各種實施例。這些描述和附圖用於使本領域的技術人員能夠製造和使用本發明，並不是以任何方式限制本發明的範圍。關於所公開的方法，所述步驟實質上是示意性的，因此不一定是必要或關鍵的。圖I示出了本發明採用的多晶矽生產還原爐的結構示意圖。如圖I所示，還原爐主要包括爐筒I、位於爐筒內底部的爐盤2、設置在爐盤上的多個電極3 (僅示出兩個)、混合氣進氣管5、尾氣排氣管6、冷卻水進水管和出水管7、8。多個棒狀矽芯4，例如直徑為7 10毫米、長度為2. 0至2. 8米，均勻布置在爐盤2上，並與電極3電連接。爐筒壁上還可以設置有視鏡孔9，便於監測爐內溫度或矽棒溫度，以控制反應溫度。因還原爐構造、多晶矽產品高度、直徑、質量、生產工藝參數、生產周期等不同，均會對停爐產生影響。下面描述了多個示例性的實施例來闡述本發明。所需的矽棒規格例如在長度2. 0至2. 8米、直徑40至200毫米的範圍內。啟動多晶矽生產還原爐，通過混合氣進氣管5向還原爐內通入三氯氫娃和氫氣的混合氣,利用電極3對娃芯通電加熱以便在棒狀矽芯4的表面進行氣相沉積反應生產多晶矽。隨著多晶矽的不斷生成並沉積，生長出所需規格的娃棒。在獲得了所需規格的多晶娃棒之後，啟動停爐處理。在停爐過程中，如上所述，基本生長完成的矽棒會同時受到電流減小過程中由電磁場變化引起的磁力、以及降溫過程中由於熱收縮引起的應力。具體而言，停爐開始後，需要逐漸減小通過矽棒的電流，電流變化產生磁場，通電的矽棒受到磁力。矽棒在磁力的作用下，會產生晃動，嚴重情況會使得矽棒斷裂，甚至發生倒棒。另一方面，因矽棒在停爐過程中會產生溫度變化，在降溫過程中會產生一定的收縮而引起熱應力。若不釋放一定的應力，也會產生矽棒開裂,增加倒棒機率。為了優化停爐工藝，希望矽棒受到的磁力和應力都儘量小並能夠儘快降低，從而防止倒棒。然而，矽棒最大所受磁力及矽棒最小釋放應力互相矛盾。這是因為，停爐過程中， 通過矽棒的電流I逐漸均勻減小，磁感應強度也隨電流減小而逐漸減小。那麼，矽棒受到的磁場力隨著電流降低而逐漸降低。矽棒受到的最大磁力發生在停爐的剛開始的時間段。如果不考慮應力因素，在停爐處理時，希望迅速降低電流，這樣可以儘快消除磁力對矽棒的影響。但是，矽棒所受的熱應力與矽棒的溫度降低所引起的收縮變形直接相關，溫度降低的越快，所引起的熱應力越大。因此，它們之間存在矛盾。考慮到上述因素，本發明計算得出矽棒最大所受磁力和矽棒最小釋放應力，基於這兩個因素，利用優化算法優化出停爐處理的最佳斷料、斷電點，以便獲得最優化的停爐過程。矽棒最大所受磁力可通過流過矽棒的瞬時電流計算得出。矽棒受到的應力可用應力計算模塊根據設置的矽的力學參數、約束條件及載荷計算出。然後，基於計算出的矽棒最大所受磁力和矽棒最小釋放應力，利用優化算法計算出最佳斷料、斷電點，即最佳停爐溫度和最佳停爐所需的時間。在最佳停爐溫度，矽棒所受的熱應力被認為已經基本釋放。也就是說，在這點溫度以下，再繼續降溫，矽棒收縮引起的應力很小或可以被忽略不計，不會產生倒棒。根據本發明的上述停爐控制方法優化出的最佳斷料、斷電點的範圍一般在約10分鐘至約I. 3小時之間和約750度至970度之間。這樣大大縮短了停爐所需的時間，並且節省了還原爐生產所需的電能。現有技術中，通常要先進行降料過程需要1-3小時均勻降料至零；降料過程結束後，再進行降溫過程經過1-3小時將電流降至零。與現有技術不同的是，在本發明的停爐工藝中，降低進料(混合氣)和減小矽棒所受電流是同時進行的。也就是說，多晶矽棒生長結束後，啟動停爐階段，開始降料，在最佳停爐時間內將三氯氫矽和氫氣混合氣的進料量均勻將至ONm3A後。降料的同時開始降溫，在該最佳停爐時間內，同時將矽棒溫度均勻降至最佳停爐溫度，然後斷電，停爐過程結束。相比現有技術，本發明的有益效果之一是縮短還原爐降料時間，並縮短還原爐降溫時間，並且降料過程與降溫過程同時進行，從而大大縮短了還原爐停爐所需的總時間，且大大降低了停爐過程中消耗的進料量和所需能耗。下面結合附圖2描述本發明還原爐停爐控制系統或控制裝置10的第一優選實施例。控制系統10主要包括磁力計算模塊20、應力計算模塊30、停爐優化模塊40和控制模塊60。磁力計算模塊20通過流過娃棒的瞬時電流計算出娃棒所受的最大磁力。應力計算模塊30根據設定的矽的力學參數、約束條件及載荷估算出矽棒最小釋放應力。停爐優化模塊40與磁力計算模塊20和應力計算模塊30通信連通，並分別從磁力計算模塊20和應力計算模塊30接收算出的矽棒最大所受磁力及矽棒最小釋放應力。然後停爐優化模塊40基於矽棒最大所受磁力及矽棒最小釋放應力，利用優化算法，例如遺傳算法，算出優化(最佳) 的停爐時間Ptjptimal和優化(最佳)停爐溫度Ttjptimal,即優化(最佳)的斷料、斷電點。控制模塊 60配置用於控制停爐處理的整個過程。控制模塊60與停爐優化模塊40通信連通，並從停爐優化模塊40接收最佳停爐時間和最佳停爐溫度。控制模塊60在停爐過程中控制矽棒的溫度，使矽棒溫度在最佳停爐時間內均勻降至最佳停爐溫度Ttjptimalt5與此同時，控制模塊60 還控制進入還原爐的三氯氫矽和氫氣混合氣的進料量逐漸均勻減小，使得經過最佳停爐時間之後，該進料量降至0Nm3/h。在經過最佳停爐時間Ptjptimal之後，矽棒溫度將降至最佳停爐溫度T_imal，且進料量為零，此時控制模塊60立即切斷對還原爐的供電，即切斷通過電極3 的電流，從而完成停爐控制。之後，轉換為氫氣置換。下面結合附圖3描述本發明還原爐停爐控制系統或控制裝置10』的第二優選實施例。與第一優選實施例相似，控制系統10』包括磁力計算模塊20』、應力計算模塊30』、停爐優化模塊40』、控制模塊60』。在第二優選實施例中，控制系統10』還優選地包括電流計算模塊50。電流計算模塊50設計為根據最佳停爐時間Ptjptimal和最佳停爐溫度Ttjptimal,計算出在停爐過程中對矽棒所需施加的電流變化，以實現上述優化的停爐工藝。下面進一步結合電流計算模塊50描述在本發明的停爐過程中對矽棒通電的電流控制。在現有技術的停爐過程中，通常採用均勻地降低電流。由於多晶矽是半導體，其電阻隨溫度的降低而增大，因此，均勻降電流會使矽棒不同時刻的溫度變化不同，也就是說， 均勻的電流下降會導致不均勻的溫度降低，從而導致矽棒所受應力不能均勻釋放。為了克服上述缺點，本發明通過在停爐過程中控制變化的電流下降速率，使得矽棒溫度能夠均勻降低。首先，根據生成矽棒的尺寸、材料參數和溫度，估算出矽棒隨溫度變化的電阻值R。矽棒隨溫度變化的電阻值也可以憑經驗或者各種實驗手段而獲得。為了使矽棒溫度從反應溫度均勻降低至最佳停爐溫度，根據熱力學平衡原理，利用焦耳定律根據變化的矽棒電阻值R，計算出通過矽棒電流I的值。根據上述計算結果，在停爐過程中，電流I的值被控制為，電流降低速率逐漸減小，即，隨著時間的經過，每單位時間內電流的下降量減小。這樣的電流控制不但能優化停爐過程中矽棒所受的應力，而且還能在停爐階段的前期較快地降低電流，因此在停爐階段的前期就已經將磁力對矽棒的作用力很大程度地減小。在停爐開始h時，電流值I基本上等於多晶矽生產時所用的電流值。隨著時間的推移，電流I以上述電流降低速率不均勻地減小，使得矽棒溫度能夠均勻下降。當停爐結束A時，即切斷電流時，矽棒溫度達到最佳停爐溫度。在第二實施例中，電流計算模塊50與停爐優化模塊40』通信連通，從優化模塊40』 接收優化的最佳停爐時間Ptjptimal和最佳停爐溫度Ttjptimalt5根據熱力學平衡，電流計算模塊 50可以基於最佳停爐時間和最佳停爐溫度，根據矽棒隨溫度變化的電阻值R計算出停爐過程中矽棒通電的優化的電流值或優化的電流降低速率，使得優化的停爐時間內，矽棒溫度可以均勻地降低，從而減小了矽棒所需釋放的熱應力。控制模塊60』配置用於控制停爐處理的整個過程。控制模塊60』與停爐優化模塊 40』和電流計算模塊50通信連通，並從停爐優化模塊40』接收最佳停爐時間和/或最佳停爐溫度，從電流計算模塊50接收優化的電流值或優化的電流降低速率。控制模塊60』在停爐過程中基於優化的電流值或減低速率控制通過矽棒的電流大小，使得矽棒溫度均勻降至最佳停爐溫度Ttjptimal。與此同時，控制模塊60 』還逐漸均勻減小進入還原爐的三氯氫矽和氫氣混合氣的進料量，使得經過最佳停爐時間之後，該進料量降至0Nm3/h。在經過最佳停爐時間P—之後，矽棒溫度將降至最佳停爐溫度Ttjptimal,且進料量為零，此時控制模塊60』切斷對還原爐的供電，即切斷通過電極3的電流，從而完成停爐控制。之後，轉換為氫氣置換。第二實施例中的磁力計算模塊20』、應力計算模塊30』和停爐優化模塊40』的配置和功能基本上與第一實施例中的相同，在此不必贅述。在該實施例中，電流計算模塊50構造成單獨的模塊，然而，根據需要，電流計算模塊50也可以被集成到控制模塊60』中而形成一個模塊。此外，第一實施例和第二實施例中所述的控制系統或裝置10、10』還可以包括進料量計算模塊(未示出)。該進料量計算模塊可與停爐優化模塊40、40』通信連通，並從停爐優化模塊接收最佳停爐時間。進料量計算模塊設置成根據接收到的最佳停爐時間和還原爐停爐時的初始混合氣進料量，計算出停爐過程中均勻的進料量降低速率。然後，進料量計算模塊與控制模塊60、60』通信連通，並將計算出的進料量降低速率提供給控制模塊，用於停爐過程的進料降低控制。本領域技術人員應當理解的是，進料量計算模塊可以構造成單獨的模塊；或者，根據需要，進料量計算模塊也可以被集成到控制模塊60、60』中而形成一個模塊。可選地，也可以省略進料量計算模塊，而由控制模塊實現停爐過程的進料量計算和控制。下面結合附圖4和5描述本發明的還原爐停爐控制方法。圖4為根據本發明的最佳斷料、斷電點的優化計算流程圖。圖5示出了根據如圖4所示優化計算出的最佳斷料、斷電點進行本發明優化的停爐工藝的流程圖。如圖4所示，在步驟S10，計算得出矽棒所受最大磁力和矽棒最小釋放應力。控制前進到步驟S20，基於算出的矽棒所受最大磁力和矽棒最小釋放應力，利用優化算法計算出最優化的停爐時間和停爐溫度(優化的斷料、斷電點)。優化算法例如可以是遺傳算法。在步驟S30中，根據最優化的停爐時間和停爐溫度，計算停爐過程中的電流降低速率或優化的變化的電流值，使得在所述最優停爐時間內溫度能夠均勻降低至最優停爐溫度。在步驟 S40中，根據最優化的停爐時間和還原爐停爐時的初始進料量，計算出停爐過程中恆定的進料量降低速率，使得進料量在所述最優停爐時間內均勻降至零。如圖5所示，在步驟SlOO中，多晶矽棒生長結束後，啟動多晶矽還原爐停爐處理。 在步驟SllO中，基於步驟S20中計算出的優化的停爐時間和停爐溫度，進行停爐過程控制。控制降料，在該優化的停爐時間期間將三氯氫矽和氫氣混合氣的進料量均勻將至ONm3/ ho降料的同時開始降溫，在優化的停爐時間內將矽棒溫度基本上均勻降至優化的停爐溫度。優選地，在步驟SllO中，控制方法可以按照步驟S40計算出的進料量降低速率將進料量均勻降至0Nm3/h，同時，按照步驟S30計算出的電流降低速率或優化的變化的電流值，控制通過矽棒的電流的下降，使得矽棒溫度能夠均勻降至最優化的停爐溫度。在步驟S120中，控制方法判斷是否達到了最優斷料、斷電點，也就是判斷是否已經經過了最優停爐時間，或者矽棒溫度是否已經下降達到最優停爐溫度。如果步驟S120中的判斷為「是」，即，經過了最優化的停爐時間或已經達到了最優停爐溫度，那麼在步驟S130 中，斷電停爐，停爐過程結束。如果步驟S120中的判斷為「否」，則控制返回到步驟S110。通過上述控制過程，本發明能夠使多晶矽還原爐停爐處理最優化，防止了矽棒結構疏鬆、局部斷裂和倒棒機率，同時大大縮短了停爐工藝所需的降料時間和降溫時間，並且節省了電力。實例I
在實例I中，多晶矽生產還原爐的爐盤2上設置24對矽棒、2米長度的矽芯，生產過程中的反應溫度1150°C、矽棒的生長周期為72小時。多晶矽棒的所需規格為直徑約125毫米、長度約2米。運行本發明的磁力計算模塊20或20』、應力計算模塊30或30』、停爐優化模塊40 或40』以便計算得到停爐工藝的最佳斷料、斷電點，即最佳停爐所需時間為約30分鐘、最佳停爐溫度為878°C。採用如上生產工藝參數的生長過程，在還原爐內生產出直徑約125毫米、長度約2 米規格的多晶矽棒。多晶矽棒生長結束後，控制模塊60或60』開始停爐處理。啟動停爐， 開始降料，在30分鐘內將三氯氫矽和氫氣混合氣的進料量均勻將至ONmVh後，切換為置換氫氣。降料的同時開始降溫，30分鐘內將矽棒溫度均勻降至878°C後，斷電停爐。實例2
在實例2中，多晶矽生產還原爐的爐盤2上設置24對矽棒、2米長度的矽芯，多晶矽棒的所需規格為直徑約40毫米、長度約2米。生產過程中的反應溫度和生長周期與實例I 相同。運行本發明的磁力計算模塊20或20』、應力計算模塊30或30』、停爐優化模塊40或40』以便得到停爐工藝的最佳斷料、斷電點，即最佳停爐所需時間為約10分鐘、最佳停爐溫度為約970°C。在多晶矽棒生長結束後，控制模塊60或60』開始停爐處理。啟動停爐，開始降料， 在約10分鐘內將三氯氫矽和氫氣混合氣的進料量均勻將至ONm3A後，切換為置換氫氣。降料的同時開始降溫，約10分鐘內將矽棒溫度均勻降至970°C後，斷電停爐。實例3
在實例3中，多晶矽生產還原爐的爐盤2上設置24對矽棒、2. 5米長度的矽芯，多晶矽棒的所需規格為直徑約125毫米、長度約2. 5米。生產過程中的反應溫度和生長周期與實例I相同。運行本發明的磁力計算模塊、應力計算模塊、停爐優化模塊以便計算得到停爐工藝的最佳斷料、斷電點，即最佳停爐所需時間為38分鐘、最佳停爐溫度為871°C。在多晶矽棒生長結束後，控制模塊60或60』開始停爐處理。啟動停爐，開始降料， 在38分鐘內將三氯氫娃和氫氣混合氣的進料量均勻將至ONmVh後，切換為置換氫氣。降料的同時開始降溫，38分鐘內將矽棒溫度均勻降至871°C後，斷電停爐。實例4
在實例4中，多晶矽生產還原爐的爐盤2上設置24對矽棒、2. 8米長度的矽芯，多晶矽棒的所需規格為直徑約180毫米、長度約2. 8米。生產過程中的反應溫度和生長周期與實例I相同。運行本發明的磁力計算模塊、應力計算模塊、停爐優化模塊以便得到停爐工藝的最佳斷料、斷電點，即最佳停爐所需時間為約I小時、最佳停爐溫度為約800°C。在多晶矽棒生長結束後，控制模塊60或60』開始停爐處理。啟動停爐，開始降料， 在約I小時內將三氯氫矽和氫氣混合氣的進料量均勻將至ONmVh後，切換為置換氫氣。降料的同時開始降溫，約I小時內將矽棒溫度均勻降至約800°C後，斷電停爐。以上的各實例給出了不同生產參數下的停爐優化工藝。本領域技術人員應當理解，根據不同的還原爐生產工藝參數、不同的所需矽棒規格等，通過本發明的方法可以得到不同的優化斷料、斷電點。在多晶矽生產還原爐的通常生產條件範圍內，根據本發明停爐工藝優化的最佳斷料、斷電點的範圍一般為最佳停爐時間在10分鐘至約I. 3小時之間的範圍，最佳停爐溫度在750度至970度之間的範圍。生長成的矽棒越細、越短，所需釋放應力越少，則停爐過程的優化斷電時間越快，優化斷電溫度相對越高。本發明綜合電磁學、力學、熱力學等多方面技術對傳統的停爐方法加以改進。與原有的停爐工藝相比，本發明的有益效果是縮短了停爐工藝所需時間，降低了多晶矽棒停爐階段的倒棒率，提高了產品質量，降低氯矽烷一次物耗約I. 59T2. 35%，降低多晶矽單電耗約 7^11kwh/kg-si,降低多晶矽綜合電耗約17 26kwh/kg-Si，降低尾氣回收負荷進而提高多晶矽產量約5. 56 %，並提高了還原與尾氣回收兩個系統之間的協調性、安全性及穩定性。儘管為了便於更好地理解本發明，已經根據優選實施例對本發明進行了描述，但是應當理解在不背離本發明的原理的情況下，本發明能夠以多種不同方式實施。因此，本發明應當被理解為包括所有可能的在不背離如所附權利要求限定的本發明的範圍的情況下實施的實施例和變形。
權利要求
1.一種多晶矽生產還原爐停爐控制系統，所述還原爐包括設置在底盤上的矽棒，所述停爐控制系統包括磁力計算模塊，用於計算生長完成的矽棒受到的最大磁力；應力計算模塊，用於計算生長完成的矽棒的最小釋放應力；停爐優化模塊，用於基於該矽棒受到的最大磁力和矽棒的最小釋放應力利用優化算法計算出優化停爐時間和優化停爐溫度；和控制模塊，基於計算出的優化停爐時間和優化停爐溫度控制還原爐的停爐。
2.根據權利要求I所述的控制系統，其特徵在於，控制模塊控制三氯氫矽和氫氣混合氣的進料量，使得停爐開始後，在優化停爐時間內將進料量均勻降至零。
3.根據權利要求2所述的控制系統，其特徵在於，所述控制模塊控制通過矽棒的電流，使得停爐開始後，矽棒溫度均勻下降。
4.根據權利要求2所述的控制系統，其特徵在於，還包括電流計算模塊，該電流計算模塊基於優化停爐時間和優化停爐溫度計算出停爐過程中電流變化曲線，並且，所述控制模塊基於算出的電流變化曲線控制在優化停爐時間內通過矽棒的電流，使得矽棒溫度均勻下降。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的控制系統，其特徵在於，在停爐開始後經過了優化停爐時間，進料量降至零且矽棒溫度降至優化停爐溫度時，控制系統切斷對還原爐的供電。
6.根據權利要求I所述的控制系統，其特徵在於，所述優化算法為遺傳算法。
7.根據權利要求I所述的控制系統，其特徵在於，優化停爐時間為10分鐘至I.3小時的範圍。
8.根據權利要求7所述的控制系統，其特徵在於，優化停爐時間為30分鐘。
9.根據權利要求I所述的控制系統，其特徵在於，優化停爐溫度為750至970°C。
10.根據權利要求9所述的控制系統，其特徵在於，優化停爐溫度為878°C。
11.一種多晶矽生產還原爐停爐控制方法，包括以下步驟計算生長完成的矽棒受到的最大磁力；估算該娃棒的最小釋放應力；基於該矽棒受到的最大磁力和矽棒的最小釋放應力利用優化算法計算出優化停爐時間和優化停爐溫度；和基於計算出的優化停爐時間和優化停爐溫度控制還原爐的停爐。
12.根據權利要求11所述的控制方法，其特徵在於，所述控制還原爐的停爐的步驟進一步包括控制三氯氫矽和氫氣混合氣的進料量，使得停爐開始後，在優化停爐時間內將進料量均勻降至零。
13.根據權利要求12所述的控制方法，其特徵在於，所述控制還原爐的停爐的步驟進一步包括與降低進料量的同時，控制通過矽棒的電流，使得停爐開始後，矽棒溫度均勻下降。
14.根據權利要求12所述的控制方法，其特徵在於，所述方法還包括基於優化停爐時間和優化停爐溫度計算出停爐過程中電流降低速率的步驟，並且，所述控制還原爐的停爐的步驟進一步包括基於算出的電流降低速率控制在優化停爐時間內通過矽棒的電流，使得矽棒溫度均勻下降。
15.根據權利要求11所述的控制方法，其特徵在於，所述方法還包括基於所述優化停爐時間和優化停爐溫度，計算出停爐過程中進料量降低速率和矽棒所通電流的降低速率。
16.根據權利要求11-15中任一項所述的控制方法，其特徵在於，所述方法還包括在停爐開始後經過了優化停爐時間或者達到了優化停爐溫度時，切斷對還原爐的供電。
17.根據權利要求11所述的控制方法，其特徵在於，所述優化算法為遺傳算法。
18.根據權利要求11所述的控制方法，其特徵在於，優化停爐時間為10分鐘至1.3小時的範圍。
19.根據權利要求18所述的控制方法，其特徵在於，優化停爐溫度為30分鐘。
20.根據權利要求11優化停爐時間為所述的控制方法，其特徵在於，優化停爐溫度為750 至 970°C。
21.根據權利要求20所述的控制方法,優化停爐溫度為 878 °C。
全文摘要
本發明涉及一種多晶矽生產還原爐停爐控制系統及控制方法。所述停爐控制系統包括磁力計算模塊，用於計算生長完成的矽棒受到的最大磁力；應力計算模塊，用於計算生長完成的矽棒的最小釋放應力；停爐優化模塊，用於基於該矽棒受到的最大磁力和矽棒的最小釋放應力利用優化算法計算出優化停爐時間和優化停爐溫度；和控制模塊，基於計算出的優化停爐時間和優化停爐溫度控制還原爐的停爐。本發明的停爐控制系統及方法縮短了停爐過程降料和降溫所需的時間，節約成本，並提高多晶矽生產的安全性和穩定性。
文檔編號G05B13/04GK102608913SQ20111002157
公開日2012年7月25日 申請日期2011年1月19日 優先權日2011年1月19日
發明者劉佔卿, 陳琳, 陶茂俊, 齊林喜 申請人:內蒙古盾安光伏科技有限公司