大容量多晶矽鑄錠爐熱場結構的製作方法

2023-05-07 04:04:56

專利名稱：大容量多晶矽鑄錠爐熱場結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及多晶矽鑄錠爐技術領域，尤其涉及一種投料量為500KG到1000公斤的大容量多晶矽鑄錠爐熱場結構。
背景技術：
目前，隨著新型能源的大量使用，使得人們對傳統能源的依存度逐漸減少，其中太陽能作為一種取之不盡用之不絕的綠色能源，在現今社會得到了廣泛的應用，其不僅改善了環境，而且也解決了部分能源問題。在太陽能的利用中，光電轉換利用最為廣泛，在光電轉換中，需要大量使用矽電池，由此導致光伏級別多晶矽的大量需求。目前,生產多晶娃的主要設備為多晶娃鑄錠爐。多晶娃鑄錠爐是一種娃原料重融設備，用於低成本生產太陽能級多晶矽鑄錠，其工作原理是將矽原料按照設定的工藝，經過加熱融化、定向結晶、退火、冷卻等階段後，使其成為沿一定方向生長的多晶矽錠。隨著矽電池的大量使用，如何有效的降低單位能耗，提高產能，是太陽能多晶矽鑄錠研發領域中有待解決的問題。現有的多晶矽鑄錠爐的容量有限，單位能耗較高，生產效率較低。

實用新型內容本實用新型的主要目的在於提供一種大容量的大容量多晶矽鑄錠爐熱場結構，以提聞多晶娃鑄澱爐的生廣效率。為了達到上述目的，本實用新型提出一種大容量多晶矽鑄錠爐熱場結構，包括爐體、設置在所述爐體內的隔熱籠熱場保溫層、位於所述隔熱籠熱場保溫層內的坩堝，所述坩禍長寬尺寸為1000mm 105 0mm,高480mm 940mm。優選地，所述隔熱籠熱場保溫層的隔熱籠的長寬尺寸為1420mm-1480mm，高度為1200mm-1350mm ;隔熱籠拐角處的角板之間的對角線的長度為1750mm-1835mm ;角板保溫層厚度為20mm-90mm ;所述隔熱籠的頂部設有輔助支撐條，所述輔助支撐條的寬度為小於或等於320mm ;每個角落輔助支撐條數量為1_5條。優選地，該多晶矽鑄錠爐熱場結構還包括設置在所述坩堝下方的熱交換平臺，以及若干支撐柱，所述支撐柱連接在所述熱交換平臺與所述爐體的底部之間，用於支撐所述熱交換平臺及坩堝；所述熱交換平臺至所述爐體的底部法蘭面之間的距離為0mm-90mm。優選地，該多晶矽鑄錠爐熱場結構還包括坩堝護板，所述坩堝護板設置在坩堝的側壁外；所述坩堝護板高度500mm-950mm。優選地，所述坩堝護板底部設有至少一溢流槽，所述溢流槽的形狀至少為以下之一半圓形、方形和菱形，所述溢流槽的寬度為lmm-90mm。優選地，該多晶矽鑄錠爐熱場結構還包括設置在所述爐體與隔熱籠熱場保溫層的頂部保溫體之間的銅電極，所述銅電極上端通過固定座連接在爐體上，所述固定座上設有高度為5mm-120mm的電極柱過渡板。[0013]優選地，所述隔熱籠熱場保溫層的頂部保溫體上設有進氣管，所述進氣管外圍設有至少一層進氣管保溫碳氈。優選地，所述進氣管保溫碳氈為圓柱形，每一層所述進氣管保溫碳氈高度為IOmm-1OOmm 之間，外徑為 50mm-900mm 之間。優選地，所述爐體的頂部設有熱偶安裝管，所述熱偶安裝管頂部連接有高度為5mm-150mm的熱偶加長管；和/或，所述爐體的底部設有熱偶安裝管，所述熱偶安裝管底部連接有高度為10mm-150mm的熱偶加長管。優選地，該多晶矽鑄錠爐熱場結構還包括加熱器，設置在隔熱籠熱場保溫層內及坩堝外，所述加熱器包括頂部加熱器以及與所述頂部加熱器並聯的側加熱器，所述頂部加熱器為若干彎曲型塊組成，其材料為CFC或石墨，並通過所述銅電極固定於爐體的頂部；所述側加熱器為CFC或石墨材質的板狀塊圍成的框形，每一側的板狀塊包括至少兩個U型塊；所述加熱器的功率為120KW-300KW，所述頂部加熱器和側加熱器的功率分配比例為50 2(T50 :80 ;所述側加熱器的底部至頂部保溫體底部的距離為450mnT700mm。優選地，所述熱交換平臺底部的四周設有1-5層保溫氈，保溫氈的總厚度為10mm-QOmnin優選地，所述頂部保溫體四周或中央開設有排氣孔，所述排氣孔數量為1-30個，孔的直徑為Imm-lOOmm。優選地，所述爐體的底部鋪設有1-5層溢流棉，所述溢流棉上鋪設有1-5層軟氈，所述軟氈之上還鋪設有1- 5層溢流棉；當所述軟氈為2-5層時，所述2-5層軟氈十字交叉放置。優選地，該多晶矽鑄錠爐熱場結構還包括設置在所述爐體與隔熱籠熱場保溫層的頂部保溫體之間的銅電極，所述銅電極長度為650mnT880mm之間。本實用新型提出的一種大容量多晶矽鑄錠爐熱場結構，通過對多晶矽鑄錠爐的熱場進行改進設計，具體對隔熱籠熱場保溫層、加熱器結構進行改進，並降低熱交換平臺的高度，增大坩堝的放置空間，有效增加坩堝長寬方向的尺寸及高度，從而使坩堝的容積量增大，大大提聞了多晶娃鑄澱爐的單位廣能，提聞了效率，且能耗降低，節省了成本。

圖1是本實用新型大容量多晶矽鑄錠爐熱場結構較佳實施例的結構示意圖；圖2是本實用新型大容量多晶矽鑄錠爐熱場結構較佳實施例中隔熱籠的結構示意圖。圖3是本實用新型大容量多晶矽鑄錠爐熱場結構較佳實施例中加熱器的結構示意圖。為了使本實用新型的技術方案更加清楚、明了，下面將結合附圖作進一步詳述。
具體實施方式
以下將結合附圖及實施例，對實現實用新型目的的技術方案作詳細說明。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，並不用於限定本實用新型。如圖1所示，圖1是本實用新型多晶矽鑄錠爐較佳實施例的結構示意圖。本實用新型較佳實施例提出的一種大容量多晶矽鑄錠爐熱場結構，包括爐體、設置在所述爐體內的隔熱籠熱場保溫層、位於所述隔熱籠熱場保溫層內的坩堝8，爐體包括上爐體2和下爐體22，所述上爐體2的頂部設有爐口 21和熱偶安裝管85，所述下爐體22的底部設有熱偶安裝管89。
隔熱籠熱場保溫層包括隔熱籠88、隔熱籠右側保溫體3、隔熱籠左側保溫體33、頂部保溫體31和底部保溫體32。隔熱籠左側保溫體33與隔熱籠右側保溫體3固定在隔熱籠88上。所述隔熱籠熱場保溫層的頂部保溫體31上設有進氣管12。隔熱籠熱場保溫層與坩堝8之間設有加熱器，所述加熱器包括頂部加熱器4以及與所述頂部加熱器4並聯的側加熱器7。所述爐體與隔熱籠熱場保溫層的頂部保溫體31之間設有銅電極5，所述銅電極5上端通過固定座51連接在爐體上，且該銅電極5通過石墨電極52與頂部加熱器4導電連接。坩堝8內用於承裝矽料6，坩堝8底部設有坩堝底板82，緊貼坩堝8外壁設有保護坩堝8的坩堝護板81，所述坩堝護板81底部設有至少一溢流槽(圖中未示出)，該溢流槽的形狀可以為半圓形、方形、菱形以及其他形狀，所述溢流槽的寬度可以為1_-90_。坩堝8下方於坩堝底板82之下設有熱交換平臺9以及若干支撐柱10，所述支撐柱10穿過底部保溫體32連接在所述熱交換平臺9與所述爐體的底部之間，用於支撐所述熱交換平臺9及坩堝8。隔熱籠熱場保溫層的隔熱籠88及隔熱籠左、右側保溫體33、3通過連接隔熱籠88與爐體頂部(即上爐體2的頂部)之間的若干提升杆I懸置於爐體內。本實施例中坩堝8長寬尺寸為1000mnTl050mm，高480mnT940mm，可以實現容置600至1000公斤以上矽料6。本實施例在現有的單爐產量240KG、450KG的多晶矽鑄錠爐熱場基礎上進行改進，為了使坩堝8容量達到上述容置600至1000公斤以上矽料6的要求，對現有的多晶矽鑄錠爐熱場及加熱器結構等進行優化改進。具體地，對隔熱籠熱場保溫層的改進如下如圖2所示，圖2是本實施例中隔熱籠的結構示意圖，本實施例隔熱籠88包括下隔熱籠體93和上隔熱籠體92，隔熱籠88拐角處設有角板90、94，上隔熱籠體93的頂部設有輔助支撐條91，每個角落輔助支撐條91數量為1-5條。輔助支撐條91與上隔熱籠體92通過螺絲連接或採用焊接方式連接，將整個隔熱籠88固定，隔熱籠88起到支撐所有保溫系
統的重量。為了使得坩堝8能裝下600至1000公斤以上矽料6，需要增大隔熱籠88的容積空間，具體將所述隔熱籠熱場保溫層的隔熱籠88的長寬尺寸設置為1420mm-1480mm，高度設置為1200mm-1350mm ;隔熱籠88拐角處的角板90、94之間的對角線的長度設置為1750mm-1835mm ;角板保溫層厚度為20mm-90mm,保證到加熱器距離足夠；同時將所述隔熱籠88頂部的輔助支撐條91的寬度設置為小於或等於320mm，以使對空間增大後的隔熱籠88剛性結構改變，能承受更大重量，在使用過程中不會發現變形；此外，還使角板90、94變薄，使加熱器的空間足夠大，在使用過程不會產生放電現象。作為另一種實施方式，還可以不加大輔助支撐條91的寬度，而是採用兩條或兩條以上的頂部輔助支撐條91以任意形狀進行加強。為了配合隔熱籠88的增大，還需進行以下優化設計適當降低熱交換平臺9到下爐體22底部的高度，降低高度為10mm-60mm,使熱交換平臺9至所述爐體的底部法蘭面之間的距離為0mm-90mm。這一改進主要是調整支撐柱10的高度來進行。同時將銅電極5的固定座51用電極柱過渡板83加高5-120mm，這樣銅電極5將向上提高lO-lOOmm，那麼固定在銅電極5上的石墨電極52也將上移IOmm-1OOmm ;致使放置在石墨電極52上的頂部保溫體31上移20mm-100mm。作為另一種實施方式,還可以將銅電極5縮短5mm-100mm或更換為比之前的銅電極5短5mm-100mm的銅電極。如果是對GT240/450進行改造，則需要將銅電極5縮短，其長度取值為650mnT880mm之間。同時對爐體頂部的TCl熱偶安裝管85採用熱偶加長管84加高5mm-150mm，或者把TCl熱偶安裝管85切短10mm-150mm或更換比之前的TCl熱偶安裝管85短10mm-150mm的熱偶安裝管85。對爐體底部的TC2熱偶安裝管89也做如上處理，或更換與TC2熱偶安裝管89相連的三通管。由此，在現有的隔熱籠88的基礎上，重新設計加大隔熱籠88尺寸和加固，重新設計加大隔熱籠右側保溫體3和隔熱籠左側保溫體33的外形，重新設計隔熱籠88角板90、94的尺寸和形狀，這樣在隔熱籠88外形加大情況下，其內部空間得到加大，致使可以加大熱交換平臺9和它上面的坩堝底板82，使得坩堝8有足夠的空間加大加高，使得坩堝8的外形可以加大到1000mm-1050mm,高度可以加高到480_940mm。這樣i甘禍護板81外形也隨著坩堝8而加大加高，坩堝8內可以承裝更多的矽料6。隨著坩堝8高度的 增高，坩堝護板81的高度也可以增加，具體增加到500mm-950mmo由於坩堝8長、寬、高均增加以及坩堝護板81的高度增加，需要對加熱器進行重新優化設計。具體地，如圖1和圖3所示，圖3是本實施例中加熱器的結構示意圖。本實施例中，加熱器沿著坩堝護板81的外圍設置在隔熱籠熱場保溫層的上部空腔，其通過電極固定在爐體上。該電極包括銅電極5及石墨電極52，銅電極5通過銅電極固定座51固定在上爐體2的頂部。加熱器包括頂部加熱器4及側加熱器7，頂部加熱器4與石墨電極52的下端連接，側加熱器7與頂部加熱器4並聯，並通過電極連接塊74與石墨電極52下端連接。頂部加熱器4為板狀，其由若干彎曲狀石墨塊連接而成，具體包括前加熱器40、與前加熱器40對稱設置的後加熱器41，以及位於前加熱器40與後加熱器41之間的U型加熱器42，前加熱器40的一自由端與後加熱器41的一端通過連接板45連接，前加熱器40的另一自由端通過連接器44與U型加熱器42的一自由端連接，後加熱器41的另一自由端通過連接器43與U型加熱器42的另一自由端連接，同時，前加熱器40與連接器44之間以及後加熱器41與連接器43之間分別通過連接板47、48連接，前加熱器40與U型加熱器42之間以及後加熱器41與U型加熱器42之間分別通過連接板49、46連接。在其他實施例中，頂部加熱器 4 也可以米用 CFC (Carbon-fiber-reinforced carbon composites,碳碳複合材料)製成。 本實施例中側加熱器7為CFC材質的板狀塊圍成的框形，其包括前、後、左、右四塊CFC板70、71、73、74，四塊CFC板70、71、73、74之間通過側連接板75連接。每一側的CFC板包括至少兩個U型塊。在其他實施例中，側加熱器7也可以採用石墨材質。如上所述，側加熱器7通過電極連接塊74與石墨電極52連接。本實施例根據三相電路抽頭需要以及加熱器的實際特點，通過三個電極連接塊74將側加熱器7與石墨電極52連接，具體在側加熱器7的前CFC板70、後CFC板71、右CFC板73上各設有一電極連接塊74，上述石墨電極52與各電極連接塊74連接。本實施例由上述頂部加熱器4及側加熱器7組成的加熱系統，能夠同時從坩堝8頂部及四個側面加熱矽料6，由此保證了矽料6能夠均勻受熱，使得矽料6能夠在短時間內融化，從而提高了多晶矽鑄錠爐的加熱效率，減少了功耗的損失。同時設計加熱器總功率在120KW到300KW之間，並對電極連接塊74進行加長處理。所述頂部加熱器4和側加熱器7的功率分配比例為50 :2(T50 :80 ;所述側加熱器7的底部至頂部保溫體31底部的距離為450mnT700mmo此外，本實施例側加熱器7的材料採用CFC碳碳複合材料，使得側加熱器7可以佔用較小的空間。此外，為了使坩堝8四周矽料6更好的結晶，在熱交換平臺9底部的四周分別設有1-5層保溫氈11，保溫氈11的總厚度為10mm-90mm。另外，為提高多晶矽鑄錠成品結晶質量，還在頂部保溫體31四周或中央開設有排氣孔(圖中未示出)，通過該 排氣孔，使隔熱籠熱場保溫層內的雜質氣體在未與矽發生反應時及時排出，降低所生成雜質對多晶矽錠的汙染，提高產品質量；此外，還有助於讓雜質氣體排出鑄錠爐腔室外，有效減少所生成的雜質對爐壁的汙染，延長爐腔清理周期，減少清理次數，提高多晶矽鑄錠爐的產能所述排氣孔數量為1-30個，孔的直徑為Imm-lOOmm。進一步的，在頂部保溫體31上的進氣管的外圍設置有兩層進氣管保溫氈塊86、87，該進氣管保溫碳氈87為圓柱形，每一層所述進氣管保溫碳氈87高度設置為10_-100_之間，外徑為50mm-900mm之間。上述進氣管保溫氈塊還可以根據設置為一層或多層。進氣管保溫碳氈86、87使得熱場內的熱量更難散發出來。此外，為了保護爐體，所述爐體(具體在下爐體)的底部鋪設有1-5層溢流棉，該溢流棉具體可以採用石棉，其形狀為圓形，覆蓋整個下爐體，同時在溢流棉上鋪設有1-5層軟氈，所述軟氈之上還鋪設有1-5層溢流棉；當所述軟氈為2-5層時，所述軟氈十字交叉放置。軟氈為長方形，採用十字交叉放置覆蓋整個下爐體，起到溢流保護作用。以上方案中軟氈採用十字交叉放置包括反覆交叉鋪設的形式。本實用新型通過調整工藝過程，在功耗和工藝過程時間基本無大的變化情況下，獲得了聞品位的娃澱，良率也提聞到71%以上，極大的提聞了廣能，節省了成本。該改進方案已經在生產中得到了應用，獲得了很好的效果。以上所述僅為本實用新型的優選實施例，並非因此限制本實用新型的專利範圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護範圍內。
權利要求1.一種大容量多晶矽鑄錠爐熱場結構，包括爐體、設置在所述爐體內的隔熱籠熱場保溫層、位於所述隔熱籠熱場保溫層內的坩堝，其特徵在於，所述坩堝長寬尺寸為1000mnTl050mm,高480mnT940mm ;所述爐體的底部鋪設有1_3層溢流棉,所述溢流棉上鋪設有1-5層軟氈，所述軟氈之上還鋪設有1-5層溢流棉；當所述軟氈為2-5層時，所述2-5層軟氈十字交叉放置。
2.根據權利要求1所述的大容量多晶矽鑄錠爐熱場結構，其特徵在於，所述隔熱籠熱場保溫層的隔熱籠的長寬尺寸為1420mm-1480mm，高度為1200mm-1350mm ;隔熱籠拐角處的角板之間的對角線的長度為1750mm-1835mm ;角板保溫層厚度為20mm-90mm ;所述隔熱籠的頂部設有輔助支撐條，所述輔助支撐條的寬度小於或等於320mm ;每個角落輔助支撐條數量為1-5條。
3.根據權利要求1所述的大容量多晶矽鑄錠爐熱場結構，其特徵在於，還包括設置在所述坩堝下方的熱交換平臺，以及若干支撐柱，所述支撐柱連接在所述熱交換平臺與所述爐體的底部之間，用於支撐所述熱交換平臺及坩堝；所述熱交換平臺至所述爐體的底部法蘭面之間的距離為0mm-90mm。
4.根據權利要求1所述的大容量多晶矽鑄錠爐熱場結構，其特徵在於，還包括坩堝護板，所述坩堝護板設置在坩堝的側壁外；所述坩堝護板高度500_-950_。
5.根據權利要求4所述的大容量多晶矽鑄錠爐熱場結構，其特徵在於，所述坩堝護板底部設有至少一溢流槽，所述溢流槽的形狀至少為以下之一半圓形、方形和菱形，所述溢流槽的寬度為lmm-90mm。
6.根據權利要求1所述的大容量多晶矽鑄錠爐熱場結構，其特徵在於，還包括設置在所述爐體與隔熱籠熱場保溫層的頂部保溫體之間的銅電極，所述銅電極上端通過固定座連接在爐體上，所述固定座上設有高度為5mm-120mm的電極柱過渡板。
7.根據權利要求6所述的大容量多晶矽鑄錠爐熱場結構，其特徵在於，所述隔熱籠熱場保溫層的頂部保溫體上設有進氣管，所述進氣管外圍設有至少一層進氣管保溫碳氈。
8.根據權利要求7所述的大容量多晶矽鑄錠爐熱場結構，其特徵在於，所述進氣管保溫碳租為圓柱形，每一層所述進氣管保溫碳租高度為IOmm-1OOmm之間,外徑為50mm-900mm之間。
9.根據權利要求6所述的大容量多晶矽鑄錠爐熱場結構，其特徵在於，所述爐體的頂部設有熱偶安裝管，所述熱偶安裝管頂部連接有高度為5mm-150mm的熱偶加長管；和/或，所述爐體的底部設有熱偶安裝管，所述熱偶安裝管底部連接有高度為10mm-150mm的熱偶加長管。
10.根據權利要求6-9中任一項所述的大容量多晶矽鑄錠爐熱場結構，其特徵在於，還包括加熱器，設置在隔熱籠熱場保溫層內及坩堝外，所述加熱器包括頂部加熱器以及與所述頂部加熱器並聯的側加熱器，所述頂部加熱器為若干彎曲型塊組成，其材料為CFC或石墨,並通過所述銅電極固定於爐體的頂部；所述側加熱器為CFC或石墨材質的板狀塊圍成的框形，每一側的板狀塊包括至少兩個U型塊；所述加熱器的功率為120KW-300KW，所述頂部加熱器和側加熱器的功率分配比例為50 :2(T50 :80 ;所述側加熱器的底部至頂部保溫體底部的距離為450mnT700mm。
11.根據權利要求3所述的大容量多晶矽鑄錠爐熱場結構，其特徵在於，所述熱交換平臺底部的四周設有1-5層保溫租，保溫租的總厚度為10mm-90mm。
12.根據權利要求6所述的大容量多晶矽鑄錠爐熱場結構，其特徵在於，所述頂部保溫體四周或中央開設有排氣孔，所述排氣孔數量為1-30個，孔的直徑為lmm-lOOmm。
13.根據權利要求1所述的大容量多晶矽鑄錠爐熱場結構，其特徵在於，還包括設置在所述爐體與隔熱籠熱場保溫層的頂部保溫體之間的銅電極，所述銅電極長度為650mm 880_ 之間。
專利摘要本實用新型涉及一種大容量多晶矽鑄錠爐熱場結構，包括爐體、設置在爐體內的隔熱籠熱場保溫層、位於隔熱籠熱場保溫層內的坩堝，坩堝長寬尺寸為1000mm~1050mm，高480mm~940mm。本實用新型通過對多晶矽鑄錠爐的熱場進行改進設計，具體對隔熱籠熱場保溫層、加熱器結構進行改進，並降低熱交換平臺的高度，增大坩堝的放置空間，有效增加坩堝長寬方向的尺寸及高度，從而使坩堝的容積量增大，大大提高了多晶矽鑄錠爐的單位產能，提高了效率，且能耗降低，節省了成本。
文檔編號C30B29/06GK202881446SQ20122034388
公開日2013年4月17日 申請日期2012年7月16日 優先權日2012年7月16日
發明者馮銀輝 申請人:深圳市石金科技有限公司