CN107720757A - 一种多晶硅还原炉停炉冷却方法及多晶硅还原炉冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多晶硅生产技术领域，公开了一种多晶硅还原炉停炉冷却方法及多晶硅还原炉冷却系统。多晶硅还原炉停炉冷却方法是利用被加热后的冷却气体对多晶硅还原炉进行吹扫，冷却气体在多个硅棒之间定向流动并从还原炉周围散逸同时带走热量。冷却气体的温度高于环境温度并低于还原炉中部的硅棒温度。这样经过预热的冷却气体与硅棒或者炉内部件的温差较小(相对环境气体)，在冷却过程中不容易产生炸裂。并且冷却气体的吹扫使得硅棒之间具有较快的气体流动，有利于冷却气体从还原炉中部的硅棒之间带走热量。多晶硅还原炉冷却系统包括了非接触式测温仪、加热装置、空气抽运泵、吹气装置以及连通以上各装置的管道。

Description

一种多晶硅还原炉停炉冷却方法及多晶硅还原炉冷却系统

技术领域

本发明涉及一种多晶硅生产领域，且特别涉及一种多晶硅还原炉停炉冷却方法及多晶硅还原炉冷却系统。

背景技术

目前，多晶硅还原炉停炉后，一般先采用氮气置换还原炉钟罩内物料气体，再打开还原炉钟罩，将硅棒暴露在室内环境中自然冷却到一定的温度再进行卸炉及后续作业。这种利用硅棒与环境的温度梯度得到降温的方法，是静态冷却，热对流效果不明显，且冷却时间较长。其次，由于一些多晶硅还原炉内硅棒分布较为密集，内环硅棒处无流动空气，热量难以传递。再者，当炉内硅棒和电极处绝缘部件在常规冷却方式下容易造成结构骤冷炸裂，增加后续作业风险以及物耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多晶硅还原炉停炉冷却方法，此方法可以使多晶硅还原炉在停炉后，其内部的部件和硅棒能够较快冷却且不易发生骤冷炸裂的现象。

本发明的另一目的在于提供一种多晶硅还原炉冷却系统，以在多晶硅还原炉停炉后对其内部的硅棒和部件进行较快冷却，且不易使硅棒或者炉内部件因骤冷而炸裂，提高了生产效率，保证了生产安全。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

一种多晶硅还原炉停炉冷却方法，其包括：

在多晶硅还原炉钟罩取下的情况下，将冷却气体通入还原炉内，使冷却气体在多个硅棒之间定向流动并从还原炉周围散逸同时带走热量；其中，冷却气体的温度高于环境温度，冷却气体的温度低于最靠近多晶硅还原炉中部的硅棒的温度。

在本发明的一种实施例中，上述多晶硅还原炉停炉冷却方法中的冷却气体由多晶硅还原炉的中部向四周吹扫。

在本发明的一种实施例中，上述多晶硅还原炉停炉冷却方法还包括加热步骤，加热步骤包括对还未进入多晶硅还原炉的冷却气体进行加热。

在本发明的一种实施例中，上述多晶硅还原炉停炉冷却方法还包括净化步骤，净化步骤包括使用过滤器对还未进入多晶硅还原炉的冷却气体进行过滤净化。

在本发明的一种实施例中，上述多晶硅还原炉停炉冷却方法中的冷却气体通入多晶硅还原炉时的温度比多晶硅还原炉内最靠近中部的硅棒温度低10℃以上。

在本发明的一种实施例中，上述多晶硅还原炉停炉冷却方法中经过加热的冷却气体通过管道输送到多晶硅还原炉，管道的端部连通吹气装置，吹气装置为管状，吹气装置的一端连通管道，吹气装置的侧壁设置有喷头，吹气装置沿竖直方向插入到多晶硅还原炉中部，并由多晶硅还原炉的中心向外侧吹气。

在本发明的一种实施例中，上述多晶硅还原炉停炉冷却方法中的冷却气体通过管道输送到多晶硅还原炉，管道上设置加热装置，冷却方法包括利用测温仪检测多晶硅还原炉内最靠近中心的硅棒温度，并将测温仪与控制器电连接，控制器与加热装置电连接，控制器根据硅棒温度数据并控制加热装置的加热温度始终低于硅棒温度。

本发明还提供一种多晶硅还原炉冷却系统，其包括空气抽运泵、加热装置以及吹气装置，空气抽运泵、加热装置以及吹气装置通过管道连通，吹气装置用于在多晶硅还原炉中由内向外吹送冷却气体；吹气装置包括围成腔体的侧壁，侧壁上设置有用于将吹气装置内的冷却气体喷出的喷头。

在本发明的一种实施例中，上述多晶硅还原炉冷却系统的吹气装置为管状，吹气装置的一端与管道连通，吹气装置的另一端封闭；多个喷头在吹气装置的长度方向上间隔排列设置。

在本发明的一种实施例中，上述多晶硅还原炉冷却系统还包括控制器和测温仪，加热装置与测温仪分别与控制器电连接，测温仪用于检测多晶硅还原炉中硅棒的温度；控制器能够根据测温仪反馈的温度信息，控制加热装置的功率以调节通入多晶硅还原炉的冷却气体的温度。

本发明实施例的多晶硅还原炉停炉冷却方法及多晶硅还原炉冷却系统的有益效果是：

本发明实施例的冷却方法是利用被加热后的冷却气体对多晶硅还原炉进行吹扫，冷却气体在多个硅棒之间定向流动并从还原炉周围散逸同时带走热量。冷却气体的温度高于环境温度并低于还原炉中部的硅棒温度。这样经过预热的冷却气体与硅棒或者炉内部件的温差较小(相对环境气体)，在冷却过程中不容易产生炸裂。并且冷却气体的吹扫使得硅棒之间具有较快的气体流动，有利于冷却气体从还原炉中部的硅棒之间带走热量。冷却气体在硅棒间定向流动也可以防止环境气体在一些扰动下灌入到硅棒之间，造成骤冷炸裂。

本发明实施例的多晶硅还原炉冷却系统包括了加热装置、空气抽运泵、吹气装置以及连通以上各装置的管道，空气抽运泵给冷却气体的输送提供动力，加热装置对冷却气体进行加热，被加热的冷却气体能够通过吹气装置排入到多晶硅还原炉内进行冷却。多晶硅还原炉冷却系统可以给多晶硅还原炉提供加热后的冷却气体，该冷却气体相较于环境气体温度较高，能够避免因骤冷而造成硅棒或炉内部件炸裂。并且多晶硅还原炉内硅棒间的气体定向流动，可以加快热量交换的速率。该冷却系统可以使多晶硅还原炉即安全又快速地冷却。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1中多晶硅还原炉冷却系统在使用状态下的示意图；

图2为本发明实施例1中吹气装置的结构示意图。

图标：100-多晶硅还原炉冷却系统；110-空气抽运泵；120-过滤器；130-加热装置；140-吹气装置；142-喷头；150-管道；160-控制器；170-测温仪；180-硅棒。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的多晶硅还原炉停炉冷却方法及多晶硅还原炉冷却系统进行具体说明。

一种多晶硅还原炉停炉冷却方法，其包括：

在多晶硅还原炉停炉后，生产气氛被氮气置换掉，打开还原炉的钟罩。利用空气抽运泵将冷却气体通过管线送入到过滤器中进行过滤。根据环境空气质量可以采用初效过滤器、中效过滤器、高效过滤器或者叠加使用。通过设置过滤器保证冷却气体的洁净度维持在一个较高的水平，可以防止硅棒受到冷却气体的污染。在一些环境空气质量较好的地方，也可以省略过滤器。

经过过滤的冷却气体通过管道进入到加热装置内被加热，加热装置可以是热风炉、电加热炉等。检测多晶硅还原炉内的最靠近中部的硅棒温度，使加热装置将冷却气体的温度控制为高于环境温度但低于该硅棒温度。

为了保持较好的冷却效果同时保证炉内部件和硅棒不容易发生骤冷崩坏，本发明实施例中将温度控制在低于硅棒温度10℃～30℃的区间内。应当理解，这个温度区间可以根据具体情况进行调整，但不应该低于环境温度，当环境温度位于该温度区间时，可以不必对冷却气体进行加热。

被加热的冷却气体被管道输送至吹气装置，通过吹气装置将冷却气体排入还原炉内。吹气装置为管状，其侧壁开设有多个喷头。多个喷头绕吹气装置的周侧设置形成一个组，使其可以向吹气装置的四周吹气。在吹气装置的长度方向上设置有多组喷头。在对多晶硅还原炉进行冷却时，吹气装置竖直地置于还原炉中部，其被周围的多个硅棒包围。此时冷却气体从喷头喷出，向四周扩散并从还原炉的最外围散逸出去。冷却气体在这样的定向流动下，使得环境空气难以回灌入硅棒之间，防止骤冷崩裂。并且该冷却方法可以很好地促使硅棒间的气体流动，有利于气体快速带走热量。

为了进行较好地控温，可以设置一个测温仪对多晶硅还原炉中部的硅棒进行测温，测温仪与一个控制器电连接，控制器与加热装置电连接，使其能够实时地控制冷却气体的温度保持在合理的区间内。当然，亦可以省略控制器，通过人工检测以及人工控制温度来保证温度合理。在本发明的实施例中，测温仪可选为红外测温仪等非接触式测温仪。

本发明的多晶硅还原炉冷却系统包括上述提到的空气抽运泵、加热装置以及吹气装置，空气抽运泵、加热装置以及吹气装置通过管道连通，吹气装置用于在多晶硅还原炉中由内向外吹送冷却气体。为了保证冷却气体的洁净度，冷却系统中可以设置过滤器。为了减少过滤器在高温环境下收到损坏，过滤器设置于加热装置的上游。为了实现自动化控制，系统可以包括控制器和测温仪，测温仪反馈给控制器关于中部硅棒的温度信息。控制器可以控制加热装置的功率来调节冷却气体的温度。同理控制器也可以与空气抽运泵电连接来控制冷却气体的流量，从而控制冷却速度。控制器可以为PLC或者单片机。在一些情况下，也可以省略控制器而采用人工检测温度，人工控制加热装置的加热功率。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

图1为本发明实施例1中多晶硅还原炉冷却系统100在使用状态下的示意图。请参照图1，本实施例提供一种多晶硅还原炉冷却系统100，其包括依次通过管道150连通的空气抽运泵110、过滤器120、加热装置130以及吹气装置140。除此之外，多晶硅还原炉冷却系统100还包括测温仪170和控制器160，空气抽运泵110、加热装置130以及测温仪170分别与控制器160电连接，控制器160可以根据温度信息来控制空气抽运泵110和加热装置130的功率，从而调整冷却气体的输送速率以及温度。在本实施例中，过滤器120采用中效过滤器120，加热装置130为具有不锈钢电加热管的空气加热器，加热器中具有温度计(图未示)来反馈内部的冷却气体温度。应当理解，在本发明其他的一些实施例中，过滤器120还可以采用初效过滤器、高效过滤或者多种类的过滤器的结合；在其他实施例中，加热装置130还可以是热风炉等设备。

图2为本发明实施例1中吹气装置140的结构示意图。请结合图1和图2，在本实施例中，吹气装置140用于在多晶硅还原炉中由内向外吹送冷却气体。具体的，吹气装置140为管状，其位于管道150的最下游。吹气装置140包括围成腔体的侧壁，侧壁上设置有用于将吹气装置140内的冷却气体喷出的喷头142。4个喷头142绕吹气装置140的周侧设置形成一个组，使其可以向吹气装置140的四周吹气，在其他实施例中，每一组中的喷头142数量可以进行增减。在吹气装置140的长度方向上设置有多组喷头142。在对多晶硅还原炉进行冷却时，吹气装置140竖直地置于还原炉中部，其被周围的多个硅棒180包围。此时冷却气体从喷头142喷出，向四周扩散并从还原炉的最外围散逸出去。

在本发明的其他一些实施例中，喷头142可以被驱动机构驱动，在水平方向上调整吹气角度；在另一些实施例中，同一高度上可以只设置一个喷头142，而整个吹气装置140可以被一个驱动机构驱动，使其绕自身轴线转动，使其能够向四周供气。

本实施例的多晶硅还原炉冷却系统100的工作原理为：

空气抽运泵110从环境气体中抽送空气作为冷却气体，冷却气体经过过滤器120的过滤，出去粉尘或其他有害成分，再进入加热装置130加热。加热的温度根据测温仪170所反馈的温度进行调整，使冷却气体的温度低于所测的硅棒温度但高于环境温度，为了更好更安全的冷却，可以控制冷却温度低于硅棒温度10～30℃，当环境气温处于该温度时，可以停止加热。吹气装置140竖直地置于还原炉中部，此时多晶硅还原炉的钟罩已经取下，吹气装置140被周围的多个硅棒180包围。此时冷却气体从喷头142喷出，向四周扩散并从还原炉的最外围散逸出去，从而带走热量。本实施例的冷却系统将冷却气体净化、加热，既减少了冷却气体对硅棒180的污染，也防止了硅棒180或者炉内部件骤冷炸裂。并且由内向外的吹扫多晶硅还原炉，可以加快硅棒180间的气体流动，从而使冷却效率得到提高，既安全又高效地对还原炉进行冷却。

实施例2

本实施例提供一种多晶硅还原炉停炉冷却方法，其使用实施例1中的多晶硅还原炉冷却系统100进行冷却，请结合图1和图2。

在多晶硅还原炉停炉后，炉内的生产气氛被氮气置换掉，打开还原炉的钟罩。利用空气抽运泵110将冷却气体通过管线送入到过滤器120中进行过滤。在一些环境空气质量较好的地方，也可以省略过滤器120。

经过过滤的冷却气体通过管道150进入到加热装置130内被加热。利用测温仪170检测多晶硅还原炉内的最靠近中部的硅棒180温度，使加热装置130将冷却气体的温度控制为高于环境温度但低于该硅棒180温度。本实施例中，被冷却的多晶硅还原炉为48对棒的还原炉，其中心处无硅棒180，可以利用测温仪170测量最内环的硅棒180的温度。测温仪170反馈给控制器160关于最内侧的硅棒180的温度信息，控制器160控制加热装置130的功率，将冷却气体的温度控制为低于最内侧硅棒180温度20℃。这样持续地实时调整冷却气体温度，使其保持在既高效又安全的温度范围内。在其他的一些实施例中，冷却气体的温度控制可以做一定调整，比如比最内侧硅棒180温度低10℃或者30℃。

被加热的冷却气体被管道150输送至吹气装置140，通过吹气装置140将冷却气体排入还原炉内。在对多晶硅还原炉进行冷却时，吹气装置140竖直地置于还原炉中部，其被周围的多个硅棒180包围。此时冷却气体从喷头142喷出，向四周扩散并从还原炉的最外围散逸出去。本实施例的48对棒的多晶硅还原炉的中心部位不设置硅棒180，能够供吹气装置140放入；在其他一些实施例中，若中心部位设有硅棒180，则吹气装置140位于中心附近的间隙中进行吹气。多晶硅还原炉的硅棒180较多，靠近中心的气体在没有吹气装置140的吹扫情况下难以流通，另热量难以带出。而在本实施例的冷却方法下，冷却气体在由内向外地定向流动，使得环境空气难以回灌入硅棒180之间的间隙，防止骤冷崩裂。并且该冷却方法可以很好地促使硅棒180间的气体流动，有利于气体快速带走热量。

综上所述，本发明实施例的冷却方法是利用被加热后的冷却气体对多晶硅还原炉进行吹扫，冷却气体在多个硅棒之间定向流动并从还原炉周围散逸同时带走热量。冷却气体的温度高于环境温度并低于还原炉中部的硅棒温度。这样经过预热的冷却气体与硅棒或者炉内部件的温差较小(相对环境气体)，在冷却过程中不容易产生炸裂。并且冷却气体的吹扫使得硅棒之间具有较快的气体流动，有利于冷却气体从还原炉中部的硅棒之间带走热量。冷却气体在硅棒间定向流动也可以防止环境气体在一些扰动下灌入到硅棒之间，造成骤冷炸裂。

本发明实施例的多晶硅还原炉冷却系统包括了加热装置、空气抽运泵、吹气装置以及连通以上各装置的管道，空气抽运泵给冷却气体的输送提供动力，加热装置对冷却气体进行加热，被加热的冷却气体能够通过吹气装置排入到多晶硅还原炉内进行冷却。多晶硅还原炉冷却系统可以给多晶硅还原炉提供加热后的冷却气体，该冷却气体相较于环境气体温度较高，能够避免因骤冷而造成硅棒或炉内部件炸裂。并且多晶硅还原炉内硅棒间的气体定向流动，可以加快热量交换的速率。该冷却系统可以使多晶硅还原炉即安全又快速地冷却。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种多晶硅还原炉停炉冷却方法，其特征在于，其包括：

在多晶硅还原炉钟罩取下的情况下，将冷却气体通入还原炉内，使所述冷却气体在多个硅棒之间定向流动并从还原炉周围散逸同时带走热量；其中，所述冷却气体的温度高于环境温度，所述冷却气体的温度低于最靠近多晶硅还原炉中部的硅棒的温度。

2.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉停炉冷却方法，其特征在于，所述冷却气体由所述多晶硅还原炉的中部向四周吹扫。

3.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉停炉冷却方法，其特征在于，所述冷却方法还包括加热步骤，所述加热步骤包括对还未进入所述多晶硅还原炉的所述冷却气体进行加热。

4.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉停炉冷却方法，其特征在于，所述冷却方法还包括净化步骤，所述净化步骤包括使用过滤器对还未进入所述多晶硅还原炉的所述冷却气体进行过滤净化。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的多晶硅还原炉停炉冷却方法，其特征在于，所述冷却气体通入所述多晶硅还原炉时的温度比所述多晶硅还原炉内最靠近中部的硅棒温度低10℃以上。

6.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉停炉冷却方法，其特征在于，经过加热的冷却气体通过管道输送到所述多晶硅还原炉，所述管道的端部连通吹气装置，所述吹气装置为管状，所述吹气装置的一端连通所述管道，所述吹气装置的侧壁设置有喷头，所述吹气装置沿竖直方向插入到所述多晶硅还原炉中部，并由所述多晶硅还原炉的中心向外侧吹气。

7.根据权利要求1所述的多晶硅还原炉停炉冷却方法，其特征在于，所述冷却气体通过管道输送到所述多晶硅还原炉，所述管道上设置加热装置，所述冷却方法包括利用测温仪检测所述多晶硅还原炉内最靠近中心的硅棒温度，并将所述测温仪与控制器电连接，所述控制器与加热装置电连接，所述控制器根据硅棒温度数据并控制所述加热装置的加热温度始终低于所述硅棒温度。

8.一种多晶硅还原炉冷却系统，其特征在于，其包括空气抽运泵、加热装置以及吹气装置，所述空气抽运泵、所述加热装置以及所述吹气装置通过管道连通，所述吹气装置用于在多晶硅还原炉中由内向外吹送冷却气体；所述吹气装置包括围成腔体的侧壁，所述侧壁上设置有用于将所述吹气装置内的所述冷却气体喷出的喷头。

9.根据权利要求8所述的多晶硅还原炉冷却系统，其特征在于，所述吹气装置为管状，所述吹气装置的一端与所述管道连通，所述吹气装置的另一端封闭；多个所述喷头在所述吹气装置的长度方向上间隔排列设置。

10.根据权利要求8或9中所述的多晶硅还原炉冷却系统，其特征在于，所述多晶硅还原炉冷却系统还包括控制器和测温仪，所述加热装置与所述测温仪分别与所述控制器电连接，所述测温仪用于检测多晶硅还原炉中硅棒的温度；所述控制器能够根据所述测温仪反馈的温度信息，控制所述加热装置的功率以调节通入所述多晶硅还原炉的冷却气体的温度。