CN109252217A - 一种一炉多用的硅芯铸锭炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一炉多用的硅芯铸锭炉，包括支架，支架上固定安装有炉体，炉体内由炉体内壁向内依次设置有保温板层、加热层、石墨护板或石墨坩埚、石英坩埚；炉体包括上炉体、下炉体，上炉体和下炉体为分体式结构；支架至少有一个侧壁为开口结构侧；横向导向机构，纵向导向机构，下炉体固定在纵向导向机构上。在硅芯铸锭过程中，通过升降移动装置的纵向导向机构将下炉体与上炉体分离，利用横向导向机构将下炉体由支架内经开口结构运至支架外，从而对下炉体内的石英坩埚进行更换，以达到铸锭不同规格的硅芯，同时还可以铸锭4根尺寸一致的多晶硅锭，实现一炉多用。
Description
技术领域
本发明涉及硅芯铸锭炉，具体涉及一种带有自动升降机构的铸锭炉。
背景技术
硅芯铸锭炉是多晶硅转化为多晶硅芯工艺过程中的必备设备，而多晶硅又是光伏发电和半导体行业中的基础原料。多晶硅作为现代信息社会的关键支撑材料，是目前世界上最重要的多晶材料之一，它不仅是发展计算机与集成电路的主要功能材料，也是光伏发电利用太阳能的主要功能材料。
目前的硅芯铸锭炉在生产时，只能铸锭一个硅芯，容易造成硅芯铸锭炉利用率低，影响铸锭成本等现象。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种一炉多用的硅芯铸锭炉，在硅芯铸锭过程中，通过升降移动装置的纵向导向机构将下炉体与上炉体分离，利用横向导向机构将下炉体由支架内经开口结构运至支架外，从而对下炉体内的石英坩埚进行更换，以达到铸锭不同规格的硅芯，同时还可以铸锭4根尺寸一致的多晶硅锭，实现一炉多用。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种一炉多用的硅芯铸锭炉，包括
支架，支架上固定安装有炉体，炉体内由炉体内壁向内依次设置有保温板层、加热层、石墨护板或石墨坩埚、石英坩埚；炉体包括上炉体、下炉体，上炉体和下炉体为分体式结构；支架至少有一个侧壁为开口结构侧；
横向导向机构，所述横向导向机构一端位于开口结构侧外侧，另一端向所述开口结构侧处延伸并穿过开口结构且至少延伸至下炉体下方，
纵向导向机构，所述纵向导向机构安装在横向导向机构上并由驱动机构驱动其在横向导向机构由支架外向支架内或由支架内向支架外运动，下炉体固定在纵向导向机构上。
在上述方案中，横向导向机构、纵向导向机构构成升降移动装置，硅芯铸锭炉体升降移动装置的作用如下：在硅芯铸锭炉作业过程中，通过将硅芯铸锭炉下炉体升降和移动，方便取出铸锭好的硅芯和向石英坩埚内投料，为作业提供了简单快捷的操作方法，同时提高了作业的时效性。
硅芯铸锭炉一炉多用技术如下：在硅芯铸锭过程中，通过升降移动装置的纵向导向机构将下炉体与上炉体分离，利用横向导向机构将下炉体由支架内经开口结构运至支架外，从而对下炉体内的石英坩埚进行更换，以达到铸锭不同规格的硅芯，同时还可以铸锭4根尺寸一致的多晶硅锭，实现一炉多用。
在上述方案的基础上，作为优选，横向驱动机构包括由支架开口结构侧外侧延伸至支架另一侧的直线导轨，直线导轨上安装与该直线导轨滑动配合的升降底座，
升降底座上安装纵向导向机构，纵向导向机构包括升降机构，升降机构包括丝杆、丝杆滑块，丝杆滑块固定连接下炉体。
在上述方案的基础上，作为优选，直线导轨包括导轨座，导轨座上端面并行设置设有导轨、齿条，直线导轨有两条，且并行设置，齿条设置在两条导轨的相对侧，升降底座上固定有驱动机构，驱动机构为电机，电机的输出轴连接T型换向器，T型换向器具有输入轴、同步转动且同轴的两个输出轴，两个输出轴位于换向器的相对两侧，两个输出轴均通过联轴器连接传动连接轴，传动连接轴连接传动轴，传动轴上安装与齿条配合的齿轮。
在上述方案的基础上，作为优选，任一条传动连接轴上至少安装一个轴承座，轴承座内设置轴承，传动连接轴穿过轴承且与轴承内圈固定连接。
在上述方案的基础上，作为优选，升降机构还包括导向机构，导向机构包括固定在升降底座上的升降导杆以及设置在升降导杆上的导杆套，导杆套与下炉体固定连接。
在上述方案的基础上，作为优选，在导轨宽度方向上，升降底座上端面设有两列升降机构，两列升降机构对称设置，每列升降机构至少包括两个升降机构。
在上述方案的基础上，作为优选，每列升降机构的数量为两个，升降机构包括第一升降机构、第二升降机构、第三升降机构、第四升降机构，还包括减速电机，减速电机的驱动轴连接第一T型换向器的输入轴，第一T型换向器具有第一输出轴一、第一输出轴二，第一输出轴一连接第一联轴器一，第一联轴器一连接第一传动轴一，第一传动轴一连接第二T型换向器的输入轴，第二T型换向器具有第二输出轴一、第二输出轴二，第二输出轴一连接第一涡轮蜗杆减速机的输入轴，第一涡轮蜗杆减速机的输出轴连接第一升降机构的丝杆，第二输出轴二连接第二涡轮蜗杆减速机的输入轴，第二涡轮蜗杆减速机的输出轴连接第二升降机构的丝杆；第一输出轴二连接第一联轴器二，第一联轴器二连接第一传动轴二，第一传动轴二连接第三T型换向器的输入轴，第三T型换向器具有第三输出轴一、第三输出轴二，第三输出轴一连接第三涡轮蜗杆减速机的输入轴，第三涡轮蜗杆减速机的输出轴连接第三升降机构的丝杆，第三输出轴二连接第四涡轮蜗杆减速机的输入轴，第四涡轮蜗杆减速机的输出轴连接第四升降机构的丝杆。
在上述方案的基础上，作为优选，支架上端面周向上设有栏杆，所述拉杆的首尾两端之间具有缺口。
在上述方案的基础上，作为优选，所述缺口处设置有与底面连接的楼梯。
本发明的有益效果是：
1、在硅芯铸锭炉作业过程中，采用一炉多用技术，有效的提高了作业的简单化，降低劳动强度和成本，彻底解决了原技术作业产生的成本高、设备利用率低的现象；
2、一炉多用技术，减少一炉一根硅芯或一炉一个硅锭的生产成本，提高控制的准确性；
3、一炉多用技术，提高设备利用率，保护了石墨坩埚使用寿命等因素对设备的影响，同时，因为其投入少，便于推广。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是下炉体的结构示意图；
图3是本发明的结构示意图（不含楼梯和栏杆）；
图4是图1的立体图；
图5是升降机构及升降底座的结构示意图；
图6是驱动机构的机构示意图（图中含有底框）；
图7是图6的俯视图；
图8是图6的立体图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要理解的是，“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语，在本发明的描述中，是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”等仅用于描述目的，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”等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，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-8所示，一炉多用的硅芯铸锭炉，包括
支架2，支架上固定安装有炉体，炉体内由炉体内壁向内依次设置有保温板层31、加热层32、石墨护板或石墨坩埚33、石英坩埚34；炉体包括上炉体1、下炉体3，上炉体和下炉体为分体式结构；支架至少有一个侧壁为开口结构侧；
横向导向机构，所述横向导向机构一端位于开口结构侧外侧，另一端向所述开口结构侧处延伸并穿过开口结构且至少延伸至下炉体下方，
纵向导向机构，所述纵向导向机构安装在横向导向机构上并由驱动机构驱动其在横向导向机构由支架外向支架内或由支架内向支架外运动，下炉体固定在纵向导向机构上。
在本实施例中，支架为框架结构，四侧均为开口结构。
支架包括底框和顶框，上炉体固定在顶框上。
横向驱动机构包括由支架一侧外延伸至支架另一侧的直线导轨4，直线导轨上安装与该直线导轨滑动配合的升降底座5，
升降底座上安装纵向导向机构，纵向导向机构包括升降机构，升降机构包括丝杆6、丝杆滑块7，丝杆滑块固定连接下炉体。
直线导轨包括导轨座41，导轨座上端面并行设置设有导轨42、齿条43，直线导轨有两条，且并行设置，齿条设置在两条导轨的相对侧，升降底座上固定有电机44，电机的输出轴连接T型换向器441，T型换向器具有输入轴、同步转动且同轴的两个输出轴，两个输出轴位于换向器的相对两侧，两个输出轴均通过联轴器442连接传动连接轴443，传动连接轴连接传动轴444，传动轴上安装与齿条配合的齿轮445。
采用一个电机结合一个T型换向器，实现两个齿轮同步转动，提高水平移动过程的一致性。
其中，任一条传动连接轴上至少安装一个轴承座446，轴承座内设置轴承，传动连接轴穿过轴承且与轴承内圈固定连接，以保证传动连接轴的强度。
升降机构还包括导向机构8，导向机构包括固定在升降底座上的升降导杆81以及设置在升降导杆上的导杆套82，导杆套与下炉体固定连接，以保证下炉体的在升降机构上的装配精度以及提高升降机构的强度保证升降的平稳性、一致性。
在导轨宽度方向上，升降底座上端面设有两列升降机构，两列升降机构对称设置，每列升降机构至少包括两个升降机构。
每列升降机构的数量为两个，升降机构包括第一升降机构、第二升降机构、第三升降机构、第四升降机构，还包括减速电机9，减速电机的驱动轴连接第一T型换向器10的输入轴，第一T型换向器具有第一输出轴一、第一输出轴二，第一输出轴一连接第一联轴器一11，第一联轴器一连接第一传动轴一12，第一传动轴一连接第二T型换向器13的输入轴，第二T型换向器具有第二输出轴一、第二输出轴二，第二输出轴一连接第一涡轮蜗杆减速机14的输入轴，第一涡轮蜗杆减速机的输出轴连接第一升降机构的丝杆，第二输出轴二连接第二涡轮蜗杆减速机15的输入轴，第二涡轮蜗杆减速机的输出轴连接第二升降机构的丝杆；第一输出轴二连接第一联轴器二16，第一联轴器二连接第一传动轴二17，第一传动轴二连接第三T型换向器的输入轴，第三T型换向器具有第三输出轴一、第三输出轴二，第三输出轴一连接第三涡轮蜗杆减速机18的输入轴，第三涡轮蜗杆减速机的输出轴连接第三升降机构的丝杆，第三输出轴二连接第四涡轮蜗杆减速机19的输入轴，第四涡轮蜗杆减速机的输出轴连接第四升降机构的丝杆。
四个升降机构由一个减速电机配合三个换向器，实现同步升降，避免采用多个减速电机驱动时，因减速电机启动不一致、部分电机损坏等问题造成的升降不同步问题。
硅芯铸锭结束后，需要取出硅芯，具体做法是现将下炉体通过升降机构降下来，使得炉体内的石英坩埚及硅芯一起下降到一定位置，通过电机驱动齿轮将下炉体移动到一定的位置，方便取出硅芯；取出硅芯后，需要对炉体及炉体内的热场清理，清理完杂质后，放入新的石英坩埚，然后装入原生多晶硅料，通过电机驱动将下炉体移动到机架内，升降机构将下炉体升起，与上炉体闭合。
在上述实施例中，因下炉体底部为截面为圆弧形，为节约占用空间、节约成本，可采用如下：升降底座包括第一方管20、第二方管21、第三方管22、第四方管23、第五方管24、第六方管25、第七方管26、第八方管27，第一方管、第二方管、第三方管、第四方管首尾依次相连形成矩形框架结构，在第一方管、第三方管的下端面安装第五方管、第六方管、第七方管、第八方管，第五方管、第六方管、第七方管、第八方管一端与第一方管固定连接，另一端与第三方管固定连接，第五方管、第六方管为安装在第四方管的内侧，第七方管、第八方管安装在第二方管的内侧，第二方管、第四方管的上端中心处安装用于支撑下炉体的弧形支撑座28，避免下炉体直接与第二方管、第四方管接触，导致其变形，影响升降精度。
下炉体底部轴线方向为第二方管指向第四方管的方向，故在下炉体底部为截面为圆弧形的基础上，将减速电机固定在第三方管或第一方管内侧，可有效降低减速电机、升降底座的整体占用空间，下炉体可下降至最低。同时，基于齿条和齿轮配合的水平移动方式，升降底板下端面与导轨座之间存在一定高度差，故采用在第一方管、第三方管的下端面安装第五方管、第六方管、第七方管、第八方管的技术方案，可有效降低占用空间。
为便于在支架上端面进行施工以及安全防护，故支架上端面周向上设有栏杆29，所述拉杆的首尾两端之间具有缺口291。为便于登上支架上端面，在所述缺口处设置有与底面连接的楼梯30。
对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种一炉多用的硅芯铸锭炉，其特征在于，包括
支架，支架上固定安装有炉体，炉体内由炉体内壁向内依次设置有保温板层、加热层、石墨护板或石墨坩埚、石英坩埚；炉体包括上炉体、下炉体，上炉体和下炉体为分体式结构；支架至少有一个侧壁为开口结构侧；
横向导向机构，所述横向导向机构一端位于开口结构侧外侧，另一端向所述开口结构侧处延伸并穿过开口结构且至少延伸至下炉体下方，
纵向导向机构，所述纵向导向机构安装在横向导向机构上并由驱动机构驱动其在横向导向机构由支架外向支架内或由支架内向支架外运动，下炉体固定在纵向导向机构上。
2.如权利要求1所述的一炉多用的硅芯铸锭炉，其特征在于，横向驱动机构包括由支架开口结构侧外侧延伸至支架另一侧的直线导轨，直线导轨上安装与该直线导轨滑动配合的升降底座，
升降底座上安装纵向导向机构，纵向导向机构包括升降机构，升降机构包括丝杆、丝杆滑块，丝杆滑块固定连接下炉体。
3.如权利要求2所述的一炉多用的硅芯铸锭炉，其特征在于，直线导轨包括导轨座，导轨座上端面并行设置设有导轨、齿条，直线导轨有两条，且并行设置，齿条设置在两条导轨的相对侧，升降底座上固定有驱动机构，驱动机构为电机，电机的输出轴连接T型换向器，T型换向器具有输入轴、同步转动且同轴的两个输出轴，两个输出轴位于换向器的相对两侧，两个输出轴均通过联轴器连接传动连接轴，传动连接轴连接传动轴，传动轴上安装与齿条配合的齿轮。
4.如权利要求3所述的一炉多用的硅芯铸锭炉，其特征在于，任一条传动连接轴上至少安装一个轴承座，轴承座内设置轴承，传动连接轴穿过轴承且与轴承内圈固定连接。
5.如权利要求3中任一项所述的带有自动升降机构的铸锭炉，其特征在于，纵向导向机构还包括导向机构，导向机构包括固定在升降底座上的升降导杆以及设置在升降导杆上的导杆套，导杆套与下炉体固定连接。
6.如权利要求5所述的一炉多用的硅芯铸锭炉，其特征在于，在导轨宽度方向上，升降底座上端面设有两列升降机构，两列升降机构对称设置，每列升降机构至少包括两个升降机构。
7.如权利要求6所述的一炉多用的硅芯铸锭炉，其特征在于，每列升降机构的数量为两个，升降机构包括第一升降机构、第二升降机构、第三升降机构、第四升降机构，还包括减速电机，减速电机的驱动轴连接第一T型换向器的输入轴，第一T型换向器具有第一输出轴一、第一输出轴二，第一输出轴一连接第一联轴器一，第一联轴器一连接第一传动轴一，第一传动轴一连接第二T型换向器的输入轴，第二T型换向器具有第二输出轴一、第二输出轴二，第二输出轴一连接第一涡轮蜗杆减速机的输入轴，第一涡轮蜗杆减速机的输出轴连接第一升降机构的丝杆，第二输出轴二连接第二涡轮蜗杆减速机的输入轴，第二涡轮蜗杆减速机的输出轴连接第二升降机构的丝杆；第一输出轴二连接第一联轴器二，第一联轴器二连接第一传动轴二，第一传动轴二连接第三T型换向器的输入轴，第三T型换向器具有第三输出轴一、第三输出轴二，第三输出轴一连接第三涡轮蜗杆减速机的输入轴，第三涡轮蜗杆减速机的输出轴连接第三升降机构的丝杆，第三输出轴二连接第四涡轮蜗杆减速机的输入轴，第四涡轮蜗杆减速机的输出轴连接第四升降机构的丝杆。
8.如权利要求1所述的一炉多用的硅芯铸锭炉，其特征在于，支架上端面周向上设有栏杆，所述拉杆的首尾两端之间具有缺口。
9.如权利要求8所述的一炉多用的硅芯铸锭炉，其特征在于，所述缺口处设置有与底面连接的楼梯。
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