CN101660201B - 一种多晶硅铸锭炉保温系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多晶硅铸锭炉的保温系统，其包括炉体，炉体内绕炉体四周设一金属框架，在金属框架侧壁内还设有侧壁莫来石纤维板，金属框架顶部设有顶部莫来石纤维板，坩埚下方的石墨板底部设有底部莫来石纤维板，位于石墨板底部、位于金属框架侧壁内及位于金属框架顶部的各莫来石纤维板共同组成一封闭空间，在所述的侧壁莫来石纤维板靠炉体中心的内侧还设有一层刚玉莫来石承烧板。本发明的保温系统可在多晶硅熔炼铸锭过程中减少电能消耗，在铸造大型硅锭时，减少硅锭的热应力，提高切片成品率，尤其适用于生产450kg以上重量的多晶硅铸锭。
Description
技术领域
本发明涉及一种炉体保温系统，特别涉及一种多晶硅铸锭炉保温系统。
背景技术
目前市场上多晶硅铸锭的主流产品是275kg多晶硅铸锭，占市场的60-80％，另外一种主流产品是450kg多晶硅铸锭，市场发展的趋势是向450kg级别的多晶硅铸锭发展，且800kg级及以上的多晶硅铸锭也处于研发阶段。大型铸锭的一个重要问题就是热应力。由于硅的性质是热缩冷胀，故铸锭越大，冷却的均匀性越难控制，内应力集中直接影响切片成品率。
现有的多晶硅铸锭炉的保温材料都是硬质石墨碳毡材料，价格高昂，且只有隔热保温的效果，在冷却时，铸锭炉通过降低系统的输出功率降温，保温系统对降温速度影响较小。
发明内容
本发明的目的在于克服背景技术中的保温系统存在的成本高、且用于大型铸锭易产生热应力的缺陷，提供一种低成本、适合大型多晶硅铸锭炉的保温系统。
本发明的技术方案如下：
一种多晶硅铸锭炉的保温系统，包括炉体，炉体内绕炉体四周设一金属框架，在金属框架侧壁内环设有侧壁莫来石纤维板，金属框架顶部设有顶部莫来石纤维板，坩埚下方的石墨板底部设有底部莫来石纤维板，位于石墨板底部、位于金属框架侧壁内及位于金属框架顶部的各莫来石纤维板共同组成一封闭空间，在所述的侧壁莫来石纤维板靠炉体中心的内侧还设有一层刚玉莫来石承烧板。
前述的刚玉莫来石承烧板，使用前预先以下步骤的处理：在加工成炉体所需的形状后，安置于炉体内，经1500～1700℃真空烧结至少2～10h，去除挥发物，再对高温烧结后变形的承烧板进行修正。
莫来石纤维板有极好的耐热稳定性，熔点达1840℃，其导热率是传统耐火砖的1/6，容重只有其1/25，可用在1600℃以下的高温热工设备中作绝热材料，可显著提高设备热效率，大幅度节约能源，提高生产率，改进产品质量。
刚玉莫来石承烧板具有耐高温，热震稳定性好，膨胀系数小，有较好的蠕变性能等特点。但在多晶硅铸锭生产中，不适合直接用于小型铸锭的生产，因为其除了隔热保温的效果外，材料本身吸热，用于小型铸锭的生产时，会因为延长保温的工时而影响生产效率。
本发明将莫来石纤维板与刚玉莫来石承烧板配合，用于多晶硅铸锭的生产，则有以下有益效果：
本发明采用性能稳定的刚玉莫来石承烧板和莫来石纤维代替硬质石墨碳毡材料，此保温系统的制造成本不足硬质石墨碳毡的三分之一。
莫来石纤维具有隔热性能，即莫来石纤维不导热，将其布置于炉壁一侧，保证了外围炉壁的安全。刚玉莫来石承烧板具有蓄热功能，即导热性能很好，易于吸收热量，且热量不易散失，与莫来石纤维配合使用，就达到了比硬质石墨碳毡更好的保温效果，从而在整个多晶硅熔炼铸锭过程中减少电能消耗。除此之外，由于蓄热能力好，在硅锭结晶冷却的过程中起到了退火的作用，在铸造大型硅锭时，减少了硅锭的热应力，尤其对于450kg以上重量的多晶硅铸锭影响较大，提高了切片成品率。
本发明的刚玉莫来石承烧板，预先经1500～1700℃真空烧结，在使用时就不会有挥发物(熔炼硅时一般低于1450℃)。
附图说明
图1为本发明多晶硅铸锭炉的保温系统结构示意图。
图中，1金属框架；2莫来石纤维毡；3刚玉砖；4高纯石墨坩埚；5石墨板托架，6加料口；7观察口；
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种多晶硅铸锭炉保温系统，包括炉体，炉体内四周设一金属框架1，在金属框架侧壁内环设有侧壁莫来石纤维板2，金属框架顶部设有顶部莫来石纤维板8，坩埚4下方的石墨板5底部设有底部莫来石纤维板9，位于石墨板底部、位于金属框架侧壁内及位于金属框架顶部的各莫来石纤维板共同组成一封闭空间，坩埚4位于该封闭空间内。
在侧壁莫来石纤维板2靠炉体中心的内侧，还设有一层刚玉莫来石承烧板3。该刚玉莫来石承烧板材料在加工成炉体所需的形状后，安置于炉体内，经1500～1700℃真空烧结2～10h，去除挥发物，再对高温烧结后变形的承烧板进行修正后使用。
实施例1、采用硬质石墨碳毡材料，熔炼275kg多晶硅铸锭，历经50小时，共耗电4000度。采用本发明的保温系统，熔炼275kg多晶硅铸锭，历经70小时，共耗电3000度。后续切片前不做任何去内应力处理，采用硬质石墨碳毡材料切合格片8000片，采用本保温系统可切合格硅片9000片。
实施例2、采用硬质石墨碳毡材料，熔炼450kg多晶硅铸锭，历经90小时，共耗电8000度。采用此保温系统，熔炼450kg多晶硅铸锭，历经120小时，共耗电5000度。后续切片前不做任何去内应力处理，采用硬质石墨碳毡材料切合格片16000片，采用本保温系统可切合格硅片18000片。
实施例3、采用此保温系统，熔炼800kg多晶硅铸锭，历经240小时，共耗电6500度。
上述仅为本发明的一个具体实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (2)
1.一种多晶硅铸锭炉的保温系统，包括炉体，其特征在于：炉体内绕炉体四周设一金属框架，在金属框架侧壁内环设有侧壁莫来石纤维板，金属框架顶部设有顶部莫来石纤维板，坩埚下方的石墨板底部设有底部莫来石纤维板，位于石墨板底部、位于金属框架侧壁内及位于金属框架顶部的各莫来石纤维板共同组成一封闭空间，在所述的侧壁莫来石纤维板靠炉体中心的内侧还环设有一层刚玉莫来石承烧板。
2.如权利要求1所述的一种多晶硅铸锭炉的保温系统，其特征在于：所述的刚玉莫来石承烧板，经以下步骤的处理：在加工成炉体所需的形状后，安置于炉体内，经1500～1700℃真空烧结2～10h，去除挥发物，再对高温烧结后变形的承烧板进行修正。
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