CN104724707B - 用于多晶硅还原炉的底盘组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多晶硅还原炉的底盘组件，用于多晶硅还原炉的底盘组件包括：底盘本体，底盘本体内限定有从底盘本体的中心处旋向底盘本体的外周缘处的多个螺旋流道，底盘本体上设有与多个螺旋流道连通的冷却液进口和多个冷却液出口；多个电极座，多个电极座设置在底盘本体上；多个进气管和多个排气管，多个进气管和多个排气管设置在底盘本体上。根据本发明实施例的用于多晶硅还原炉的底盘组件具有冷却液流动阻力小、冷却效果好、径向温度分布均匀、不易产生温差应力和变形、进气均匀、工作稳定等优点。

Description

用于多晶硅还原炉的底盘组件

技术领域

本发明涉及多晶硅生产技术领域，具体而言，涉及一种用于多晶硅还原炉的底盘组件。

背景技术

多晶硅还原炉是多晶硅生产中产出最终产品的核心设备，也是决定系统产能、能耗的关键环节。小型多晶硅还原炉(如12对棒、18对棒还原炉等)生产单位重量产品普遍能耗较高，单炉产量相对低，已经越来越不适应目前的市场要求.随着多晶硅设备水平的不断发展和提高，大型还原炉得到不断开发，出现了36对棒、48对棒甚至60对棒还原炉。

相关技术中的大型多晶硅还原炉，虽然解决了一些产量和能耗的问题，但伴随着设备的大型化和复杂化，其底盘中的冷却液流动阻力增大，导致冷却效果较差，且由于冷却液的流程较长，底盘径向温度分布不均，致使底盘产生温差应力和变形。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的上述技术问题之一。为此，本发明提出一种用于多晶硅还原炉的底盘组件，该用于多晶硅还原炉的底盘组件具有冷却液流动阻力小、冷却效果好、径向温度分布均匀、不易产生温差应力和变形等优点。

为实现上述目的，根据本发明的实施例提出一种用于多晶硅还原炉的底盘组件，所述用于多晶硅还原炉的底盘组件包括：底盘本体，所述底盘本体内限定有从所述底盘本体的中心处旋向所述底盘本体的外周缘处的多个螺旋流道，所述底盘本体上设有与多个所述螺旋流道连通的冷却液进口和多个冷却液出口；多个电极座，多个所述电极座设置在所述底盘本体上；多个进气管和多个排气管，多个所述进气管和多个所述排气管设置在所述底盘本体上。

根据本发明实施例的用于多晶硅还原炉的底盘组件具有冷却液流动阻力小、冷却效果好、径向温度分布均匀、不易产生温差应力和变形等优点。

另外，根据本发明上述实施例的用于多晶硅还原炉的底盘组件还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，多个所述螺旋流道的长度相等。

根据本发明的一个实施例，所述底盘本体包括：底盘法兰；上底板，所述上底板设在所述底盘法兰内；下底板，所述下底板设在所述底盘法兰内且位于所述上底板下方；中隔板，所述中隔板设在底盘法兰内且位于所述上底板和所述下底板之间，所述中隔板与所述上底板和所述底盘法兰限定出冷却腔；多个导流板，多个所述导流板设在所述冷却腔内且在所述冷却腔内限定出多个所述螺旋流道。

根据本发明的一个实施例，多个所述导流板焊接在所述中隔板上。

根据本发明的一个实施例，所述导流板的邻近部分所述进气管、所述排气管和部分所述电极座处分别设有弧形段。

根据本发明的一个实施例，每个所述导流板上设有若干连通孔。

根据本发明的一个实施例，所述上底板为碳钢和不锈钢复合板，所述中隔板和所述下底板均为碳钢板。

根据本发明的一个实施例，所述用于多晶硅还原炉的底盘组件还包括设在所述底盘本体上的冷却液进管和多个冷却液出管，所述冷却液进口设置在所述底盘本体的中心处，所述冷却液出口为多个且设置在所述底盘本体的外周缘处，所述冷却液进管与所述冷却液进口连通，所述冷却液出管设置在所述底盘本体的外周缘处且分别与对应的所述冷却液出口连通。

根据本发明的一个实施例，任一个所述冷却液出管的最高点高于所述冷却液进管的最高点。

根据本发明的一个实施例，多个所述进气管中位于所述底盘本体中心处的所述进气管嵌套在所述冷却液进管内，多个所述排气管分别嵌套在多个所述冷却液出管内。

附图说明

图1是根据本发明实施例的用于多晶硅还原炉的底盘组件的轴向剖视图。

图2是根据本发明实施例的用于多晶硅还原炉的底盘组件的径向剖视图。

图3是根据本发明实施例的多晶硅还原炉的结构示意图。

图4是根据本发明实施例的多晶硅还原炉的局部结构示意图。

图5是根据本发明实施例的多晶硅还原炉的喷嘴的结构示意图。

附图标记：用于多晶硅还原炉的底盘组件10、底盘本体100、螺旋流道110、进气腔111、冷却液进口120、冷却液出口130、底盘法兰140、上底板150、下底板160、中隔板170、冷却腔180、导流板190、弧形段191、电极座200、进气管300、排气管400、冷却液进管500、冷却液出管600；

多晶硅还原炉1、炉体20、半球形封头21、进水管22、出水管23、电极30、上观察试镜41、中观察试镜42、下观察试镜43、喷嘴50、基座51、导向杆52、止挡台53、支腿54、引流转子55、侧旋流道56、止挡螺母57、进气环管61、进气口62、进气支管63、进气挡板64、排气环管71、排气口72、排气支管73、进液管74、出液管75、膨胀节76。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述根据本发明实施例的用于多晶硅还原炉的底盘组件10。

如图1和图2所示，根据本发明实施例的用于多晶硅还原炉的底盘组件10包括底盘本体100、多个电极座200、多个进气管300和多个排气管400。

底盘本体100内限定有多个螺旋流道110和位于多个螺旋流道110下方的进气腔111(上下方向如附图中的箭头A所示)，多个螺旋流道110从底盘本体100的中心处旋向底盘本体100的外周缘处，底盘本体100上设有与多个螺旋流道110连通的冷却液进口120和多个冷却液出口130。多个电极座200设置在底盘本体100上。多个进气管300和多个排气管400设置在底盘本体100上，多个进气管300分别与进气腔111连通，多个排气管400分别贯穿底盘本体100。

根据本发明实施例的用于多晶硅还原炉的底盘组件10，通过在底盘本体100内设置从底盘本体100的中心旋向底盘本体100的外周缘的多个螺旋流道110，这样冷却液可以通过冷却液进口120分别进入多个螺旋流道110，对底盘本体100的上表面、多个进气管300、多个排气管400和多个电极座200进行强制冷却。由于在底盘本体100内设置多个螺旋流道110，使得每个螺旋流道110的流程较短，减少了冷却液的流动阻力，提高了冷却效果，且避免了底盘本体100径向温差过大，有利于防止底盘本体100产生温差应力和变形。

此外，底盘本体100内进一步限定了与进气管300连通的进气腔111，进气气体首先进入进气腔111，均匀分散后由多个进气管300进入炉体内，由此可以提高进气的均匀性。

因此，根据本发明实施例的用于多晶硅还原炉的底盘组件10具有冷却液流动阻力小、冷却效果好、径向温度分布均匀、不易产生温差应力和变形、进气均匀、工作稳定等优点。

下面参考附图描述根据本发明具体实施例的用于多晶硅还原炉的底盘组件10。

在本发明的一些具体实施例中，如图1和图2所示，根据本发明实施例的用于多晶硅还原炉的底盘组件10包括底盘本体100、多个电极座200、多个进气管300和多个排气管400。

进一步地，多个螺旋流道110的长度相等，且多个螺旋流道110的相同长度处的宽度相等。由此可以进一步提高底盘本体100径向温度的均匀性，从而进一步防止底盘本体100产生温差应力和变形。

可选地，如图1所示，螺旋流道110为六个，六个螺旋流道110沿底盘本体100的径向盘绕成七层，冷却液进口120设置在底盘本体100的中心处，冷却液出口130设置在底盘本体100的外周缘处，冷却液由底盘本体100中心经螺旋流道110后排出。

在本发明的一些具体示例中，如图1和图2所示，底盘本体100包括底盘法兰140、上底板150、下底板160、中隔板170。底盘法兰140用于连接炉体。上底板150、下底板160和中隔板170均设在底盘法兰140内，其中下底板160位于上底板150下方且中隔板170位于上底板150和下底板160之间，中隔板170与上底板150和底盘法兰140限定出冷却腔180，中隔板170与下底板160和底盘法兰140限定出进气腔111。排气管400和位于底盘本体100中心处的进气管300贯穿上底板150、中隔板170和下底板160，其余的进气管300贯穿上底板150和中隔板170。由此可以减少炉体下部进气管数量，简化设备安装和管路布置。

为了在上述底盘本体100上设置螺旋流道110，可以将多个导流板190设在冷却腔180内且在冷却腔180内限定出多个螺旋流道110，即冷却腔180可以由多个螺旋流道110共同组成。为提高导流板190在冷却腔180内的稳定性，多个导流板190可以焊接在中隔板170的上表面上。

进一步地，如图1所示，每个导流板190的邻近进气管300、排气管400和电极座200处分别设有弧形段191，由此一方面可以保持螺旋流道110的横截面积基本不变以保证冷却液的流速稳定，另一方面可以避免出现冷却死角而影响冷却效果。

本领域的技术人员可以理解地是，每个导流板190上的弧形段191的数量和位置可以根据实际应用和要求设置。

有利地，每个导流板190上设有沿导流板190的长度方向间隔设置的多个连通孔(图中未示出)，具体地，每个导流板190上可以设有3-10个所述连通孔，这些所述连通孔可以连通导流板190两侧的螺旋流道110，使相邻的两个螺旋流道110内的冷却液能够相互流通，从而避免产生冷却液流动死区。

可选地，上底板150为碳钢和不锈钢复合板，不锈钢部分起耐腐蚀和耐高温作用，碳钢部分起支撑和传热作用。中隔板170和下底板160均为碳钢板，有利于高温尾气、冷却液和进气气体进行热量交换，提高底盘组件10使用的稳定性。

在本发明的一些具体实施例中，如图2所示，用于多晶硅还原炉的底盘组件10还包括一个冷却液进管500和多个冷却液出管600。冷却液进口120为一个且设置在底盘本体100的中心处，冷却液出口130为多个且设置在底盘本体100的外周缘处。冷却液进管500和冷却液出管600均设在底盘本体100上且贯穿下底板160和中隔板170。其中，冷却液进管500设置在底盘本体100的中心处且与冷却液进口120连通，冷却液出管600沿底盘本体100的周向等间距地设置在底盘本体100的外周缘处且分别与对应的冷却液出口130连通。通过设置冷却液进管500和冷却液出管600，可以方便冷却液的输入和输出。

可选地，如图1和图2所示，多个进气管300中位于底盘本体100中心处的进气管300嵌套在冷却液进管500内，多个排气管400分别嵌套在多个冷却液出管600内。这样可以简化底盘组件10的结构，且可以减少底盘组件10外表管路的数量，从而减小管路在底盘本体100上占用的空间。

有利地，如图2所示，任一个冷却液出管600的最高点高于冷却液进管500的最高点，由此可以使冷却腔180内随时保证有一定量的冷却液。

下面参考附图描述根据本发明实施例的多晶硅还原炉1。

如图1-图5所示，根据本发明实施例的多晶硅还原炉1包括底盘组件、炉体20、多个电极30、进气系统和排气系统。

所述底盘组件为根据本发明上述实施例的用于多晶硅还原炉的底盘组件10。炉体20连接在底盘组件10的底盘法兰140上且与底盘组件10限定出反应腔。多个电极30分别设置在多个电极座200上且位于所述反应腔内。所述进气系统与多个进气管300相连.所述排气系统与多个排气管400相连。

根据本发明实施例的多晶硅还原炉1，通过利用根据本发明的第一方面的实施例上述实施例的用于对晶硅还原炉的底盘组件10，具有冷却效果好、结构稳定、性能可靠等优点。

下面参考附图描述根据本发明具体实施例的多晶硅还原炉1。

如图3-图5所示，根据本发明实施例的多晶硅还原炉1包括底盘组件、炉体20、多个电极30、进气系统和排气系统。

其中，炉体20的顶部为向上凸出的半球形封头21，半球形封头21的受力良好且应力小。经过研究发现，采用半球形封头21后，下部的上升气流在顶部的上升阻力减小，在高度2400—3200mm左右气速明显增加，有利于解决硅棒上部菜花严重的问题，对硅棒桥连部分的质量有一定改善作用，对于内圈硅棒而言，硅棒表面气速有10％左右的提升。

进一步地，炉体20的壁内具有冷却水夹套，炉体20的侧壁的下部连接有与所述冷却水夹套连通的进水管22，半球形封头21的顶部连接有与所述冷却水夹套连通的出水管23，冷却水从炉体20下部的侧面进入，从炉体20顶部流出。所述冷却水夹套中设置有隔流挡板(图中未示出)，隔流挡板以阶梯状上升，并根据炉体20内壁的热负荷，设置一定的流通面积。

有利地，如图3所示，炉体20的上部设有上观察试镜41，炉体20的中部设有中观察试镜42，炉体20的下部设有下观察试镜43。下观察试镜43、中观察试镜42和上观察试镜41分别对应底部低温区、中上高温区和硅棒桥连部分，有利于及时反馈硅棒的生长情况，合理控制冷却量和硅棒电流。

在本发明的一些具体示例中，如图4所示，所述进气系统包括进气环管61和多个进气支管63。进气环管61设置在底盘本体100下方，进气环管61上设有进气口62。多个进气支管63连接在进气环管61上且分别与底盘本体100的进气腔111连通。进气气体由进气口62进入进气环管61，然后由多个进气支管63进入进气腔111，最后由多个进气管300进入炉体20内，进气管300是一段沿气体进入方向逐渐扩大的厚壁管。

上述进气系统的设计可与图2所示的底盘结构搭配使用。通过上底板150、下底板160、中隔板170三层结构，使中隔板170与下底板160和底盘法兰140限定出进气腔111。进气支管63先将进气气体送入进气腔111，分布均匀后再通过进气管300送入还原炉。由此可以在需要较多进气管300的情况下，不需要在每个进气管300下专设进气支管，从而减少炉体下部进气管数量，简化设备安装和管路布置。

其中，进气支管63与进气腔111的连通处设有进气挡板64，进气挡板64可以为矩形或圆形，防止进气气速过快而导致气体未在进气腔111均匀分布就直接通过进气管300冲入炉体20内。

如图4所示，所述排气系统包括排气环管71和多个排气支管73。排气环管71设置在底盘本体100下方，排气环管71上设有排气口72。多个排气支管73连接在排气环管71上且分别与多个排气管400连通。炉体20内的高温尾气由多个排气管400进入多个排气支管73，然后汇聚到排气环管71并由排气口72排出。

如图4所示，冷却液进管500下方连接有进液管74，多个冷却液出管600下方分别连接有多个出液管75。冷却液由底盘本体100中心处的进液管74和冷却液进管500进入冷却腔180，冷却腔180充满冷却液后，由底盘本体100外周缘处的多个冷却液出管600和多个出液管75流出。

其中，位于底盘本体100中心处的进气支管63嵌套在进液管74内，多个排气支管73分别嵌套在多个出液管75内，进气支管63和进液管74之间以及排气支管73和出液管75之间分别设有膨胀节76，以对套管因内外温差导致的位移进行补偿。

进出气管和进出液管的设置，可以避免进出气管道过多而与电极30发生干涉，极大地方便了多晶硅还原炉1的安装和维护，提高了操作的安全性。

在本发明的一些具体实施例中，如图4所示，进气管300的上端连接有喷嘴50。

具体地，如图5所示，喷嘴50包括基座51、导向杆52、引流转子55和止挡螺母57。

基座51包括内直径恒定的顺流部和位于所述顺流部上方且内直径由下至上逐渐增大的引流部，基座51的下部设有外螺纹，用于与底盘本体100的上底板150连接，保证喷嘴50在炉内高温下长期运行的稳定性。导向杆52上设有外螺纹且设在基座51内，导向杆52的底部设有止挡台53，止挡台53上连接有焊接在基座51上的支腿54。引流转子55为中心开孔的倒锥台结构，引流转子55沿导向杆52的轴向可移动地套设在导向杆52上且位于基座51内，引流转子55的外周面上设有多个侧旋流道56，侧旋流道56的横截面可以为矩形或圆形，侧旋流道56的数量为3-8个，以预定的仰角从引流转子55的底部旋转至引流转子55的顶部。引流转子55的内表面的母线可以为双曲线、抛物线、椭圆弧线或渐开线，引流转子55的侧面底部进行倒角处理，以利于气体流道。止挡螺母57配合在导向杆52的外螺纹上且位于引流转子55上方，用于调节引流转子55的上升高度，而止挡台53可以保证引流转子55在无气流下不会落出导向杆52。

在多晶硅还原炉1运行初期，工艺气体进气量较小，从进气管300首先进入喷嘴50的顺流部，由于顺流部直径小于进气管300的内直径，气体在顺流部的气速有一定地增大。气体随后进入上部的引流部后，气体的速度进一步增大。在气体的带动下，引流转子55以一定速率转动，使得喷嘴50出气以外旋方式进入炉体20内，侧旋气流可以有效地向外侧扩张，扩大了进气气流的影响区域，并使得炉体20内部整体流场趋向均匀。同时，由于在引流转子55内侧和导向杆52外侧留有一定间隙，有部分气流从此处经过形成中央气流。中央气流可以较好的到达炉体20顶部，维持炉体20中上部气体供应。此时，由于气量较小，引流转子55的运行高度在导向杆52下部，此时引流转子55与基座51内侧的间隙小，气体流通截面积最小，从而保证出气速度。

多晶硅还原炉1运行中期，进气量逐渐增大，引流转子55上升，引流转子55的运行高度在导向杆52的中部，气体流通截面积增大，从而维持一定的出气速度。

多晶硅还原炉1运行后期，引流转子55上升至导向杆52的顶部，气体流通截面积最大，气体速度增加较小，下部的喷射气流集中，有利于多晶硅硅棒的均匀生长。通过试验证明，喷嘴50可以有效地改善多晶硅棒表面质量，并控制硅棒主体的粗细变化在10％以内。

根据本发明实施例的多晶硅还原炉1的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种用于多晶硅还原炉的底盘组件，其特征在于，包括：

底盘本体，所述底盘本体内限定有从所述底盘本体的中心处旋向所述底盘本体的外周缘处的多个螺旋流道和位于多个所述螺旋流道下方的进气腔，所述底盘本体上设有与多个所述螺旋流道连通的冷却液进口和多个冷却液出口；

多个电极座，多个所述电极座设置在所述底盘本体上；

多个进气管和多个排气管，多个所述进气管和多个所述排气管设置在所述底盘本体上，多个所述进气管分别与所述进气腔连通且多个所述排气管分别贯穿所述底盘本体，所述底盘本体包括：底盘法兰；上底板，所述上底板设在所述底盘法兰内；下底板，所述下底板设在所述底盘法兰内且位于所述上底板下方；中隔板，所述中隔板设在底盘法兰内且位于所述上底板和所述下底板之间，所述中隔板与所述上底板和所述底盘法兰限定出冷却腔，所述中隔板与所述下底板和所述底盘法兰限定出所述进气腔；多个导流板，多个所述导流板设在所述冷却腔内且在所述冷却腔内限定出多个所述螺旋流道，所述导流板的邻近部分所述进气管、所述排气管和部分所述电极座处分别设有弧形段；

设在所述底盘本体上的冷却液进管和多个冷却液出管，所述冷却液进口设置在所述底盘本体的中心处，所述冷却液出口为多个且设置在所述底盘本体的外周缘处，所述冷却液进管与所述冷却液进口连通，所述冷却液出管设置在所述底盘本体的外周缘处且分别与对应的所述冷却液出口连通。

2.根据权利要求1所述的用于多晶硅还原炉的底盘组件，其特征在于，多个所述螺旋流道的长度相等。

3.根据权利要求1所述的用于多晶硅还原炉的底盘组件，其特征在于，多个所述导流板焊接在所述中隔板上。

4.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉的底盘组件，其特征在于，每个所述导流板上设有若干连通孔。

5.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉的底盘组件，其特征在于，所述上底板为碳钢和不锈钢复合板，所述中隔板和所述下底板均为碳钢板。

6.根据权利要求1所述的用于多晶硅还原炉的底盘组件，其特征在于，任一个所述冷却液出管的最高点高于所述冷却液进管的最高点。

7.根据权利要求1所述的用于多晶硅还原炉的底盘组件，其特征在于，多个所述进气管中位于所述底盘本体中心处的所述进气管嵌套在所述冷却液进管内，多个所述排气管分别嵌套在多个所述冷却液出管内。