CN101863475A - 多晶硅氢气气氛下还原炉启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多晶硅还原炉启动方法，涉及多晶硅的氢气气氛下还原炉的启动方法，目的是解决现有多晶硅氢气气氛下还原炉启动方法存在的操作过程复杂、不易控制或成本较高的问题，主要是将分别由多对硅芯构成的多组多晶硅排布成内外两个环形，其中内环接入一相电源，外环的一半接入另一相电源，通过这两相电源击穿此两组多晶硅，再以此击穿后的多晶硅烘烤外环另一半的多晶硅。

Description

多晶硅氢气气氛下还原炉启动方法

技术领域

本发明涉及多晶硅的还原技术领域，特别涉及多晶硅的氢气气氛下还原炉的启动方法。

背景技术

目前国内大部分多晶硅还原炉的启动是在氮气气氛下烘烤启动，这种启动方式安全系数高，但是启炉的成功率较低、启动时间较长，最大的缺点是容易产生氧化夹层出多晶硅废品。

德国MSA公司提供的在氮气气氛下启动，通过预加热器卤素灯的热量把硅芯击穿，然后倒入后续电气设备后再把预加热器取出，操作过程复杂，不易控制。

国内有企业利用高压在氢气气氛下采用三相击穿的方式，但是需要增加过多的额外设备，增加了整个系统的设备成本。

发明内容

本发明的目的是解决现有多晶硅氢气气氛下还原炉启动方法存在的操作过程复杂、不易控制或成本较高的问题，提供一种改进的多晶硅还原炉启动方法，采用击穿两相烘烤一相的方式，相比三相击穿成本更低，相比预加热器击穿的方式，缩短启炉时间，提高启炉成功率。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

多晶硅氢气气氛下还原炉启动方法包括

将三组多晶硅排布成内外两个环形，将其中两组多晶硅分别接入一相电源，高压击穿此两组多晶硅，再以此击穿后两组多晶硅的热量烘烤另一组多晶硅，完成氢气还原炉的启动。

更具体而言，分布成内外两个环形的三组多晶硅中，内环的一组多晶硅接入一相电源，外环的一半为另一组多晶硅接入另一相电源。

一个实施方式是，所述接入电源的每组多晶硅中，分为第一和第二两部分，在击穿过程中，先短接第一部分多晶硅，击穿第二部分多晶硅后再将第一部分多晶硅接入电源继续通电高压击穿。

一个实施方式是，所述启动方法中，在通电高压击穿多晶硅之前，在还原炉内按内外两个环形装入多晶硅的硅芯后密封，充入氢气到0.04Mpa-0.1Mpa，控制炉筒内的水温在80-120℃。

一个实施方式是，所述每组多晶硅的分部击穿通过如下方法实现：所述内环的一组多晶硅芯串联后耦接于一相电源的输出两端，中间硅芯的连接端与此相电源的一个输出端之间连接有第一开关；所述外环一半的一组多晶硅芯串联后耦接于另一相电源的输出两端，中间硅芯的连接端与该相电源的一个输出端之间连接有第二开关；

合上第一开关、第二开关，先进行两相的每相中一部分硅芯组的高压击穿操作；

再断开第一开关、第二开关，进行两相的每相中另一部分硅芯组的高压击穿操作。

所述启动方法的过程中，炉内总有一相电源连接的硅芯是击穿状态。

所述多晶硅的硅芯直径在7-12mm之间，硅芯长度小于或等于2.8m。

本发明采用上述方法，先击穿两相再烘烤另一相，可以减少设备投入，达到快速启动的目前，而且采用一相电源耦接内环硅芯组，另一相电源耦接半个外环的硅芯组，通过开关的切换，先接通内环和半个外环的硅芯组，使两者高压击穿，再利用两者击穿后的热量烘烤另半个外环的硅芯组，加热功率达到要求，可大幅缩短启炉时间，短时间击穿启炉可以提高启炉的成功率；另外通过第一开关、第二开关的切换方式，在内环或其中半个外环的硅芯在通电过程中，接通第一开关或第二开关，可以使两对硅芯先承受相对更高的电压而加速击穿，击穿后再进行四对击穿（此时因其中两对击穿，电阻较小，另两对承受了更高的电压，可以更快地击穿），从而进一步缩短启炉时间。

附图说明

图1-图2是本发明采用的电路结构示意图；

图3是本发明中硅芯组排布示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。

本发明的多晶硅还原炉启动方法，主要是将分别由多对硅芯构成的多组多晶硅排布成图2所示的内外两个环形，其中内环接入一相电源，外环的一半接入另一相电源，通过这两相电源击穿此两组多晶硅，再以此击穿后的多晶硅烘烤外环另一半的多晶硅。

为了实现此方法，采用图1的电路结构。

氢气气氛下的还原炉启动电路包括图1、图2中所示的上、下两个高压变压器，而多组硅芯如图3所示排布成内、外两个环形；图1中的高压变压器耦接半个外环的硅芯组，图2中的高压变压器耦接内环的硅芯组。

如图1、图2所示，由于上、下高压变压器及其耦接的硅芯组结构基本相同，下面先以上面的电路结构进行说明。

图1中，上面的高压变压器接入380V交流电，通过连接在101、102两个端点的K0、K1做主开关，端点103、104之间连接有电压表V1，105端连接有电流表A1，端点108、109之间连接有电流表A2，端点105、107之间连接有电压表V3，原边绕组两端连接有电压表V2；副边绕组分两组抽头，中间共地，两组抽头分别从0.5KV、0.75KV、1.5KV、3KV、6KV五级递增，一组抽头中的各级抽头与副边的一端通过开关K2-1、K3-1、K4-1、K5-1、K6-1连接，另一组抽头的各级抽头与副边的另一端通过开关K2-2、K3-2、K4-2、K5-2、K6-2连接，其中Kn-1与Kn-2为同开同闭开关（n=2~6）。副边绕组的两端之间串联有四对硅芯（此四对硅芯为图3中排布在半个外环上的硅芯，可以是上外半环或下外半环，或称为第一外半环、第二外半环），其中下面的两对硅芯（图中一个方框表示一对硅芯）并联有第二开关K8/2，即中间两对硅芯的连接端与副边绕组的一端之间连接有第二开关K8/2，各对硅芯之间的连接端及副边绕组的两端分别通过开关与后续电路连接。

图1中，下面的高压变压器和内环硅芯组的耦接与上面的高压变压器和上外半环硅芯组的耦接相同，其中下面两对硅芯并联有第一开关K8/1。

一个实施例中，第一开关K8/1和第二开关K8/2为同开同闭的双联开关。

采用上面的启动电路来启动还原炉的步骤是：

1、 还原炉内装上硅芯后密封，充入氢气到0.04Mpa-0.1Mpa；

2、 炉筒水温要求控制在80-120度；

3、  断开图1、图2中最右边的开关，使硅芯组与后续电路隔离，合上第一开关K8/1、第二开关K8/2，先进行两相的每相中两对硅芯组的高压击穿操作；

4、  通过倒级开关Kn-1、Kn-2(n依次从n到6)倒级，把电流稳定在20A-80A后倒入中压调功柜；

5、  断开第一开关K8/1、第二开关K8/2，进行两相的每相中四对硅芯组的高压击穿操作，同样通过倒级开关倒级开关Kn-1、Kn-2倒级，把电流稳定在60A-80A后，倒入中压调功柜进行正常的工艺规定操作。

另一个实施例中，根据实际工况，还可以在内环硅芯组的上面两对硅芯的连接端与副边绕组的另一端连接第三开关K9，这样，可以通过第三开关K9的接通进一步加大单对硅芯组的两端电压，使之加速击穿。

上述各实施例中，结合生产效果，为降低生产成本问题，根据电阻公式

，可以选硅芯直径7-12mm，长度小于2.8m。

本发明的上述各实施例，不用击穿三相硅芯组，只击穿两相，减少了设备投入和成本。

比如，同时使用硅芯直径10mm，长度2.5m，当两相击穿后，两相硅棒电流都可以升到90A，电压在600V左右（并联模式），总功率216KW左右。而如果只击穿一相，那么总功率108KW，按照电气的设计要求，加热功率在50KW时可以击穿。则实际情况要100KW，但是使用过的还原炉内壁抛光度下降使得炉内热量会损失15%～30%，也就是说实际只有108×70%=75KW<108KW，因此击穿时间要加长。

而采用两相击穿后烘烤一相，加热功率明显足够，可以缩短启炉时间，短时间内击穿启炉可以提高启炉的成功率。

另外，成功启动一炉多晶硅可节约生产成本5～10%以上。

Claims (7)

1.多晶硅氢气气氛下还原炉启动方法，其特征在于，包括

将三组多晶硅排布成内外两个环形，将其中两组多晶硅分别接入一相电源，高压击穿此两组多晶硅，再以此击穿后两组多晶硅的热量烘烤另一组多晶硅，完成氢气还原炉的启动。

2.如权利要求1所述多晶硅氢气气氛下还原炉启动方法，其特征在于，分布成内外两个环形的三组多晶硅中，内环的一组多晶硅接入一相电源，外环的一半为另一组多晶硅接入另一相电源。

3.如权利要求2所述多晶硅氢气气氛下还原炉启动方法，其特征在于，所述接入电源的每组多晶硅中，分为第一和第二两部分，在击穿过程中，先短接第一部分多晶硅，击穿第二部分多晶硅后再将第一部分多晶硅接入电源继续通电高压击穿。

4.如权利要求1或2或3所述多晶硅氢气气氛下还原炉启动方法，其特征在于，所述启动方法中，在通电高压击穿多晶硅之前，在还原炉内按内外两个环形装入多晶硅的硅芯后密封，充入氢气到0.04Mpa-0.1Mpa，控制炉筒内的水温在80-120℃。

5.如权利要求3所述多晶硅氢气气氛下还原炉启动方法，其特征在于，所述每组多晶硅的分部击穿通过如下方法实现：所述内环的一组多晶硅芯串联后耦接于一相电源的输出两端，中间硅芯的连接端与此相电源的一个输出端之间连接有第一开关；所述外环一半的一组多晶硅芯串联后耦接于另一相电源的输出两端，中间硅芯的连接端与该相电源的一个输出端之间连接有第二开关；

合上第一开关、第二开关，先进行两相的每相中一部分硅芯组的高压击穿操作；

再断开第一开关、第二开关，进行两相的每相中另一部分硅芯组的高压击穿操作。

6.如权利要求4所述多晶硅氢气气氛下还原炉启动方法，其特征在于，所述启动方法的过程中，炉内总有一相电源连接的硅芯是击穿状态。

7.如权利要求4所述多晶硅氢气气氛下还原炉启动方法，其特征在于，所述多晶硅的硅芯直径在7-12mm之间，硅芯长度小于或等于2.8m。

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