CN103789821A

CN103789821A - 多晶硅连铸设备

Info

Publication number: CN103789821A
Application number: CN201410038968.3A
Authority: CN
Inventors: 郝海; 李沐益; 胡艳
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2014-05-14

Abstract

本发明公开了一种多晶硅连铸设备，包括机架，在机架的上部自上至下依次设有加热机构、结晶器、二次冷却器和拉坯机构。连铸之前分别设置冷却水流速，以控制各段的冷却强度，设置加热系统加热温度以及拉坯机构的拉坯速度，使进入稳定连铸过程时，整个系统的温度场保持稳定，获得一个恒定的温度梯度，其中结晶器内温度场保持稳定有助于获得定向凝固多晶硅组织，实现了多晶硅铸锭的连续铸造，获得了质量较好的多晶硅铸锭，降低了生产成本，提高了多晶硅铸锭生产效率，省时省力。

Description

多晶硅连铸设备

技术领域

本发明涉及一种连铸设备，特别是一种多晶硅连铸设备。

背景技术

晶体硅是目前最广泛使用的光伏材料，而且在今后相当长的一段时期也依然是太阳能电池的主流材料，因此研究低成本的太阳能级多晶硅制备方法具有重大意义，是光伏行业重要的探索方向。

近年来，冶金法制备太阳能级多晶硅逐渐成为了人们研究的重点，主要包括定向凝固、等离子体精炼、电子束真空熔炼等技术，利用这些技术制备而成的多晶硅太阳能电池板光电转换效率得到显著提高，然而，以上制备多晶硅铸锭放法还存在有设备复杂，生产效率较低，成本相对较高等缺点，使得冶金法在实际生产中的应用受到限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种降低多晶硅生产成本、提高生产效率、省时省力获得较好内部定向凝固组织的多晶硅连铸设备，克服现有技术的不足。

本发明的多晶硅连铸设备，包括机架，在机架的上部自上至下依次设有加热机构、结晶器、二次冷却器和拉坯机构。

本发明的多晶硅连铸设备，其中所述的加热机构包括外围设有第一感应线圈的石墨坩埚，在石墨坩埚的底部固定连接有隔热底板，在隔热底板与石墨坩埚之间夹持有浸入式水口，浸入式水口内孔与石墨坩埚的内腔通过石墨坩埚底部的下料孔连通并下端通向下方的结晶器的内腔。

本发明的多晶硅连铸设备，其中所述的结晶器包括固定在机架上的与供水装置相接的第一冷却水箱，结晶器铜管位于第一冷却水箱的中心并与第一冷却水箱固定连接，在结晶器铜管内侧设有石墨套，所述的石墨套镶嵌于结晶器铜管的内侧上部或自上而下贯穿于结晶器铜管内侧的全部或自上而下贯穿于结晶器铜管内侧的全部后向上伸出并在上部纵向开设有多个切缝，在切缝的外侧设有第二感应线圈。

本发明的多晶硅连铸设备，其中所述的二次冷却器包括与供水装置相接的第二冷却水箱，第二冷却水箱的中部有物料下行通道，第二冷却水箱的内侧壁上分布有多个喷水孔。

本发明的多晶硅连铸设备，其中所述的拉坯机构包括底板，在底板上设有导向套，机架上固定有竖直的与导向套相配的导向杆，在机架上通过轴承竖直安装有丝杆，在底板上固定有与丝杆相配的丝母，丝杆接旋转驱动机构；在底板中部通过底托杆固定有底座，在底座上方固定连接有横向设置的引锭头。

本发明的多晶硅连铸设备，其中所述的旋转驱动机构包括电机，电机的输出轴与驱动轴之间有传动带或传动链，驱动轴水平设置并通过轴承支撑在机架上，驱动轴与所述的丝杆之间设锥齿轮传动机构。

本发明的多晶硅连铸设备，其中所述的第二冷却水箱的边沿通过多个沿圆周分布的高度调整件与机架上面相连接。

本发明的多晶硅连铸设备，其中所述的石墨坩埚内设有封堵下料孔的塞棒。

本发明的多晶硅连铸设备，工作时各感应线圈、电机与电控装置相接，各水箱与供水装置相接，拉坯机构动作使底座上升至结晶器内并封堵结晶器铜管下端口，硅料经加热熔化后加入至石墨坩埚内并由第一感应线圈感应加热保温，通过提升机构将塞棒提起，物料自下料孔向下流动，经过浸入式水口进入结晶器内，在结晶器内结晶凝结，同时第一水箱对内则的结晶器降温，将底座上方的引锭头凝结在内部，上方连续流入物料，拉坯机构动作带动底座下移，结晶的物料随之下移，由于有引锭头埋入在结晶物料的内部，起到固定、导向铸锭的作用，使铸锭不偏离轴心能够竖直向下运动。上方连续入料，下方连续拉坯，形成连铸状态，经过结晶的物料通过第二冷却水箱内部时被二次冷却。连铸之前分别设置冷却水流速，以控制各段的冷却强度，设置加热系统加热温度以及拉坯机构的拉坯速度，使进入稳定连铸过程时，整个系统的温度场保持稳定，获得一个恒定的温度梯度，其中结晶器内温度场保持稳定有助于获得定向凝固多晶硅组织，实现了多晶硅铸锭的连续铸造，获得了质量较好的多晶硅铸锭，降低了生产成本，提高了多晶硅铸锭生产效率，省时省力。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例2的结构示意图；

图3是本发明实施例3的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示：1为机架，机架1可利用型钢焊接制作。在机架1的上部自上至下依次设有加热机构、结晶器、二次冷却器和拉坯机构。

其中加热机构包括石墨坩埚6，石墨坩埚6的外围安装有与电控装机相接的第一感应线圈5。在石墨坩埚6的底部固定连接有镁质隔热底板8，在隔热底板8与石墨坩埚6之间夹持有刚玉材质的浸入式水口9，浸入式水口9内孔与石墨坩埚6的内腔通过石墨坩埚6底部的锥形下料孔7连通并下端通向下方的结晶器的内腔。在石墨坩埚6内设有封堵下料孔7的塞棒4，塞棒4上端连接有设在机架1上的提升机构，提升机构动作向上提升塞棒4可打开下料孔7。

结晶器包括固定在机架1上的与供水装置相接的第一冷却水箱12，结晶器铜管11位于第一冷却水箱12的中心并与第一冷却水箱12通过下法兰2和上法兰3固定连接。在结晶器铜管11内侧设有石墨套10，石墨套10镶嵌于结晶器铜管11的内侧上部。结晶器铜管11采用紫铜加工而成，考虑硅熔体凝固膨胀特点，结晶器铜管11内孔呈锥形，锥孔的大端向下，锥度控制在0.02-0.05之间。

二次冷却器包括与供水装置相接的第二冷却水箱16，第二冷却水箱16呈环形，即形成环形的空腔15，并且中部有物料下行通道17，第二冷却水箱16的内侧壁上均匀分布有多个喷水孔18，第二冷却水箱16的外侧壁上设有连接供水装置的接口14。第二冷却水箱16的边沿通过多个沿圆周分布的高度调整件29与机架1上面相连接。高度调整件29为螺杆螺母式，通过调整螺杆螺母可改变第二冷却水箱16相对于结晶器的轴向位置。

拉坯机构包括底板23，在底板23上四角处均固定有导向套31，机架1上固定有竖直的四个与导向套31相配的导向杆24，底板23可相对于机架1上下移动。在机架1上通过轴承竖直安装有两个对称的丝杆25，在底板23上固定有两个与丝杆25相配的丝母30，丝杆25接旋转驱动机构。旋转驱动机构包括固定在机架1上的电机28，电机28的输出轴与驱动轴27之间有传动带或传动链，驱动轴27水平设置并通过轴承支撑在机架1上，驱动轴27与各丝杆25之间设锥齿轮26作为传动机构。在底板23中部通过底托杆22固定有底座21，底座21周边与结晶器铜管11内侧周边相吻合。在底座21上方固定连接有横向设置的引锭头20。

实施例2：

如图2所示：与实施例1不同之处只是结晶器铜管11内侧的石墨套10是自上而下贯穿于整个结晶器铜管11的内侧，其内孔锥度与结晶器铜管11的锥度相同，这主要是为了减小结晶器冷却强度，以降低铸造内应力。

实施例3：

如图3所示：与实施例1不同之处只是结晶器铜管11内侧的石墨套10是自上而下贯穿于整个结晶器铜管11的内侧，其内孔可不设锥度，并且石墨套10向上伸出，相当于加长了石墨套10的高度，在石墨套10的上部纵向加工有多个沿圆周均匀分布的切缝33，在有切缝33处的外侧设有与电控装置相接的第二感应线圈32。

工作时各感应线圈、电机与电控装置相接，各水箱与供水装置相接，拉坯机构动作使底座23上升至结晶器内并封堵结晶器铜管11下端口，加热后的多晶硅物料流入至石墨坩埚6内并由第一感应线圈5感应加热保温，通过提升机构将塞棒4提起，物料自下料孔7向下流动，经过浸入式水口9进入结晶器内，在结晶器内结晶凝结。特别是实施例3，硅熔液在第二感应线圈32的作用下产生指向轴心的电磁压力能够平衡熔体产生的液体静压力，使熔体与石墨套10分离或软接触，减轻了熔体对石墨套10的冲击，并且明显提高铸锭的表面质量。凝固部位在第二感应线圈32下部开始凝固。第一水箱12对内则的结晶器铜管11降温，将底座23上方的引锭头20凝结在内部，上方连续流入物料，拉坯机构动作带动底座23下移，结晶的物料随之下移，由于有引锭头20埋入在结晶物料的内部，起到固定、导向铸锭的作用，使铸锭不偏离轴心能够竖直向下运动，上方连续入料，下方连续拉坯，形成连铸状态，经过结晶的物料通过第二冷却水箱16内部时被二次冷却。连铸之前分别设置冷却水流速，以控制各段的冷却强度，设置加热系统加热温度以及拉坯机构的拉坯速度，使进入稳定连铸过程时，整个系统的温度场保持稳定，获得一个恒定的温度梯度，其中结晶器内温度场保持稳定有助于获得定向凝固多晶硅组织，实现了多晶硅铸锭的连续铸造，获得了质量较好的多晶硅铸锭，降低了生产成本，提高了多晶硅铸锭生产效率，省时省力。

Claims

1.一种多晶硅连铸设备，其特征在于：包括机架（1），在机架（1）的上部自上至下依次设有加热机构、结晶器、二次冷却器和拉坯机构。

2.根据权利要求1所述的多晶硅连铸设备，其特征在于：所述的加热机构包括外围设有第一感应线圈（5）的石墨坩埚（6），在石墨坩埚（6）的底部固定连接有隔热底板（8），在隔热底板（8）与石墨坩埚（6）之间夹持有浸入式水口（9），浸入式水口（9）内孔与石墨坩埚（6）的内腔通过石墨坩埚（6）底部的下料孔（7）连通并下端通向下方的结晶器的内腔。

3.根据权利要求2所述的多晶硅连铸设备，其特征在于：所述的结晶器包括固定在机架（1）上的与供水装置相接的第一冷却水箱（12），结晶器铜管（11）位于第一冷却水箱（12）的中心并与第一冷却水箱（12）固定连接，在结晶器铜管（11）内侧设有石墨套（10），所述的石墨套（10）镶嵌于结晶器铜管（11）的内侧上部或自上而下贯穿于结晶器铜管（11）内侧的全部或自上而下贯穿于结晶器铜管（11）内侧的全部后向上伸出并在上部纵向开设有多个切缝（33），在切缝（33）的外侧设有第二感应线圈（32）。

4.根据权利要求3所述的多晶硅连铸设备，其特征在于：所述的二次冷却器包括与供水装置相接的第二冷却水箱（16），第二冷却水箱（16）的中部有物料下行通道（17），第二冷却水箱（16）的内侧壁上分布有多个喷水孔（18）。

5.根据权利要求4所述的多晶硅连铸设备，其特征在于：所述的拉坯机构包括底板（23），在底板（23）上设有导向套（31），机架（1）上固定有竖直的与导向套（31）相配的导向杆（24），在机架（1）上通过轴承竖直安装有丝杆（25），在底板（23）上固定有与丝杆（25）相配的丝母（30），丝杆（25）接旋转驱动机构；在底板（23）中部通过底托杆（22）固定有底座（21），在底座（21）上方固定连接有横向设置的引锭头（20）。

6.根据权利要求5所述的多晶硅连铸设备，其特征在于：所述的旋转驱动机构包括电机（28），电机（28）的输出轴与驱动轴（27）之间有传动带或传动链，驱动轴（27）水平设置并通过轴承支撑在机架（1）上，驱动轴（27）与所述的丝杆（25）之间设锥齿轮传动机构。

7.根据权利要求6所述的多晶硅连铸设备，其特征在于：所述的第二冷却水箱（16）的边沿通过多个沿圆周分布的高度调整件（29）与机架（1）上面相连接。

8.根据权利要求7所述的多晶硅连铸设备，其特征在于：所述的石墨坩埚（6）内设有封堵下料孔（7）的塞棒（4）。