CN111943210A - 进气管结构和多晶硅还原炉 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种进气管结构和多晶硅还原炉，涉及多晶硅生产技术领域，包括进气管本体，进气管本体内设置有导流部，导流部的进口端与进气管本体的内壁连接，沿物料气体的流动方向，导流部的横截面积逐渐减小；进气管本体对应导流部的出口端的侧壁上设置有引流孔。物料气体经过导流部后能够显著提高流速，其中心的高速流体与边缘部相对较低流速之间形成气压差，使得气体从引流孔进入进气管本体成为上升物料气体的一部分，并竖直进入还原炉，提高还原炉底部气体流动性，缓解底部温度较低的情况；进入还原炉的物料气束自中心向边缘形成流度梯度，使得其上升流动保持较高垂直度，避免其偏向吹扫个别硅棒表面致使其生长偏心、倒棒等问题。
Description
技术领域
本发明涉及多晶硅生产技术领域，尤其是涉及一种进气管结构和多晶硅还原炉。
背景技术
目前高纯多晶硅的主流制备工艺采用改良西门子法，即从还原炉底盘上设置的进气口向还原炉内通入含硅物料及还原气体，在通电的细硅芯表面发生化学气相沉积反应生成多晶硅；细硅芯通过底盘电极夹持稳固，结合其顶部的硅芯横梁形成导电回路实现电加热。电极一般呈蜂窝状或同心圆排布于底盘上，多个独立的物料进气口临近电极均匀分布，含硅物料及还原气体以较高流速进入还原炉，冲至还原炉顶部沿炉壁、底盘返流，经尾气出口排出。较低温度的反应气体使得还原炉底部温度偏低，细硅芯底部生长较慢，不利于还原炉运行前中期的硅棒稳定。相对固定的流道(进气沿中部向上，沿封头、炉壁、底盘向下排出)及高流动速率使得上升气体受挤压偏向中心，导致部分硅棒中下部区域生长偏心，影响硅棒的垂直度，甚至导致倒棒现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种进气管结构和多晶硅还原炉，以缓解了现有技术中相对固定的流道及高流动速率使得上升气体受挤压偏向中心，导致部分硅棒中下部区域生长偏心，影响硅棒的垂直度，甚至导致倒棒的技术问题。
本发明提供的进气管结构，包括进气管本体，所述进气管本体内设置有导流部，所述导流部的进口端与所述进气管本体的内壁连接，沿物料的流动方向，所述导流部的横截面积逐渐减小；
所述进气管本体对应所述导流部的出口端的侧壁上设置有引流孔。
进一步的，所述导流部的出口端位于所述引流孔的上边沿与所述引流孔的下边沿之间。
进一步的，所述引流孔的数量为多个，且沿所述进气管本体的周向均布。
进一步的，所述引流孔的数量为2-8个。
进一步的，所述引流孔为圆形孔。
进一步的，所述引流孔的直径为1-6mm。
进一步的，所述导流部的进口端的直径为10-30mm；所述导流部的出口端的直径为5-10mm。
进一步的，相对于所述导流部的进口端，所述进气管本体更加靠近所述导流部的出口端的一端的开口直径不小于所述导流部的进口端的直径。
进一步的，所进气管本体和所述导流部一体成型。
本发明提供的多晶硅还原炉，包括所述的进气管结构。
本发明提供的进气管结构，包括进气管本体，所述进气管本体内设置有导流部，所述导流部的进口端与所述进气管本体的内壁连接，沿物料的流动方向，所述导流部的横截面积逐渐减小；所述进气管本体对应所述导流部的出口端的侧壁上设置有引流孔。
物料气体沿进气管本体流动，经过导流部后能够显著提高流速，在靠近导流部的出口端的进气管本体的内部，其中心的高速流体与边缘部相对较低流速之间形成气压差，因进气管本体靠近导流部的出口端的侧壁上设置有引流孔，使得进气管本体外部的气体能够经过引流孔进入进气管本体，成为上升物料气体的一部分，参与还原炉内的气体流动，与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
1、通过进气管本体进入还原炉物料气体流速提升的同时，吸入炉底部气体竖直上升，提高还原炉底部气体流动性，加快炉内的温度交换，缓解底部温度较低的情况，从而促进细硅芯底部区域快速增长；
2、进入还原炉的物料气束自中心向边缘形成流速梯度，使得其上升流动保持较高垂直度，避免其偏向吹扫个别硅棒表面致使其生长偏心、倒棒等问题。
本发明提供的多晶硅还原炉，包括所述的进气管结构，因此，所述多晶硅还原炉也具备所述的进气管结构的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。
图1为本发明实施例提供的进气管结构的结构图；
图2为本发明实施例提供的进气管结构的轴向剖视图。
图标：100-进气管本体；101-引流孔；200-导流部；201-导流部的进口端；202-导流部的出口端。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
如图1至图2所示，本发明提供的进气管结构，包括进气管本体100，进气管本体100内设置有导流部200，导流部的进口端201与进气管本体100的内壁连接，沿物料气体的流动方向，导流部200的横截面积逐渐减小。本实施例中，导流部200的横截面积为物料气体经达导流部200的内部通道的面积。
进气管本体100对应导流部的出口端202的侧壁上设置有引流孔101。
物料气体沿进气管本体100流动，经过导流部200后能够显著提高流速，在靠近导流部的出口端202的进气管本体100的内部，其中心的高速流体与边缘部相对较低流速之间形成气压差，因进气管本体100对应导流部的出口端202的侧壁上设置有引流孔101，使得进气管本体100外部的气体能够经过引流孔101进入进气管本体100，并沿进气管本体100的内壁向上流动，成为上升物料气体的一部分，参与还原炉内的气体流动，与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过进气管本体100进入还原炉物料气体流速提升的同时，吸入炉底部气体竖直上升，提高还原炉底部气体流动性，缓解底部温度较低温度的情况，从而促进细硅芯底部区域快速增长；进入还原炉的物料气束自中心向边缘形成流速梯度，使得其上升流动保持较高垂直度，避免其偏向吹扫个别硅棒表面致使其生长偏心、倒棒等问题。
本实施例中，进气管本体100为圆形管道，导流部200为圆台结构，导流部的进口端201截面为圆形，导流部的出口端202的截面也为圆形，且导流部的进口端201的直径大于导流部的出口端202的直径，导流部的进口端201的周向与进气管本体100的内壁周向连接。因导流部的进口端201的直径大于导流部的出口端202的直径，从导流部的进口端201进入的物料气体从导流部的出口端202排出时，物料气体的流速为加快，因此，在导流部的出口端202的附近，进气管本体100的中心的物料流速大于进气管本体100的侧壁处的物料流速，而该位置附近的进气管本体100的侧壁上设置有引流孔101，所以，进气管本体100外部的气体能够通过该引流孔101进入进气管本体100的内部，并沿进气管本体的内壁流动，成为上升物料的一部分进入还原炉内，提高还原炉底部气体流动性，更有利于还原炉内的温度交换，能够缓解还原炉底部温度较低的情况，促进细硅芯底部区域快速增长，同时，进入还原炉物料气束自中心向边缘形成流速梯度，使得其上升流动到更高的高度且保持较高垂直度，避免其偏向吹扫个别硅棒表面致使其生长偏心、倒棒等问题。
本实施例中，进气管本体100与导流部200的轴线重合。
导流部的进口端201的直径与进气管本体100的内径相适配，以使进口端能够更好地与进气管本体100的紧密连接。
需要说明的是，进气管本体100的横截面也可以为其他形状的多边形，导流部200的横截面也可以为多边形，只要保证进口端的横截面积小于出口端的横截面积即可。
优选地，导流部的出口端202位于引流孔101的上边沿与引流孔101的下边沿之间。
具体地，本实施例中，进气管结构使用时沿竖直方向设置，即进气管结构的上端开口与还原炉的底部的进气口连通，进气管结构的下端开口用于物料气体进入。进气管本体100内的物料流动方向可以理解为在竖直方向的由下到上方向，底部为进气管本体100的下端开口，用于初始物料气体的进入，然后是导流部的进口端201、导流部的出口端202，最后是进气管本体100的上端开口，该上端开口与还原炉的底部进气口连通，以使物料气体通过进入还原炉内。
本实施例中描述的导流部的出口端202位于引流孔101的上边沿和引流孔101的下边沿之间是按本实施例中进气管结构实际使用时的位置状态描述的，是为了更清楚的表达引流孔101在进气管本体100上的位置和与导流部的出口端202的位置关系，也可以理解为导流部的出口端202在高度方向上处于引流孔101的进气路径上，以使在导流部的出口端202处被加速的物料气体能够更好地将外部的气体从引流孔101处引入。
进一步的，引流孔101的数量为多个，且沿进气管本体100的周向均布。
具体地，引流孔101的数量为多个，在进气管本体100同一横截面上且沿进气管本体100周向均匀布置，以使外部的气体能够更均匀地进入进气管本体100的内部，更有利于进入还原炉的物料气束自中心向边缘形成流度梯度，使得其上升流动保持较高垂直度。
进一步的，引流孔101的数量为2-8个。
具体地，引流孔101的数量可以为2个、3个、4个、5个、6个、7个或者8个，沿进气管本体100的周向均布即可。
本实施例中，引流孔101的数量为6个，6个引流孔101均布在进气管本体100的同一横截面的周向上，以使外部的气体能够从6个不同方向进入进气管本体100内部。
进一步的，引流孔101为圆形孔。
本实施例中，引流孔101为圆形孔。
优选地，引流孔101的直径为1-6mm。本领域技术人员可以根据实际的进气管本体100的直径进行选择，以使其与进气管本体100的直径相适配。
进一步的，导流部的进口端201的直径为10-30mm；导流部的出口端202的直径为5-10mm。
具体地，本实施例中，进气管本体100的内径与导流部的进口端201的直径相对应，导流部的进口端201的直径可以为10-30mm，导流部的出口端202的直径可以为5-10mm。本领域技术人员可以根据实际的情况在上述范围内进行选择，以使导流部200能够对经过进气管本体100的物料气体进行加速，并适应与之连接的还原炉的实际需求。
进一步的，相对于导流部的进口端201，进气管本体100更加靠近导流部的出口端202的一端的开口直径不小于导流部的进口端201的直径。
本实施例中，进气管本体100的上端开口直径不小于导流部的进口端201的直径，当经过导流部200的物料气体加速后，再通过是进气管本体100的上端开口进入还原炉，物料气体流速提升的同时，吸入炉底部气体竖直上升，提高还原炉底部气体流动性，能够缓解底部温度较低的情况，避免细硅芯底部生长较慢，从而提高还原炉运行前中期的硅棒的稳定。
进一步的，所进气管本体100和导流部200一体成型。
具体地，进气管本体100和导流部200可以采用一体成型工艺生产制造。当然，需要说明的是，导流部200和进气管本体100也可以分开生产，随后将导流部的进口端201与进气管本体100的内壁焊接在一起。
本实施例提供的进气管结构，在圆柱形的进气管本体100内部设置有导流部200，且导流部200包括进口端和出口端，导流部的出口端202更加靠近还原炉底部的进气口，且导流部的进口端201直径大于导流部的出口端202直径，以在物料气体的进气方向上，因导流部200的口径逐渐缩小，从导流部的出口端202排出的气体流速能够提高，在进气管本体100的内部，其中心的高速流体与边缘部相对较低流速之间形成气压差，使得进气管本体100外部的气体能够经过引流孔101进入进气管本体100，并能够沿进气管本体100的内壁沿上流动，成为上升物料气体的一部分，并竖直从进气管本体100的上端开口处进入还原炉内。通过模拟仿真计算，进气管本体100的六个引流孔101处进入的气体流速低于中心的物料气体的流速，因此，通过进气管本体100进入还原炉的物料气体流速提升的同时，吸入炉底部气体竖直上升，提高还原炉底部气体流动性，加快炉内的温度交换，缓解还原炉底部温度较底的情况，从而能够促进细硅芯底部区域快速增加，同时，因进气管本体100的中心的物料气体的流速相对于边缘的气体流速要高，以使进入还原炉的物料气束自中心向边缘形成流速梯度，使得其上升流动保持较高垂直度，避免其偏向吹扫个别硅棒表面致使其生长偏心、倒棒等问题。
本发明提供的多晶硅还原炉，包括上述的进气管结构。
具体地，多晶硅还原炉包括还原炉体和上述的进气管结构，进气管与还原炉体的底部设置的进气口连接，以使物料气束能够通过该进气管结构进入还原炉体内部，在通电的细硅芯表面发生化学气相沉积反应生成多晶硅。
综上，本发明提供的进气管结构，包括进气管本体100，进气管本体100内设置有导流部200，导流部的进口端201与进气管本体100的内壁连接，沿物料气体的流动方向，导流部200的横截面积逐渐减小；进气管本体100对应导流部的出口端202的侧壁上设置有引流孔101。物料气体沿进气管本体100流动，经过导流部200后能够显著提高流速，在进气管本体100的内部，其中心的高速流体与边缘部相对较低流速之间形成气压差，因进气管本体100靠近导流部的出口端202的侧壁上设置有引流孔101，使得进气管本体100外部的气体能够经过引流孔101进入进气管本体100，成为上升物料气体的一部分，参与还原炉内的气体流动。与现有技术相比，本发明的有益效果包括：通过进气管本体100进入还原炉物料气体流速提升的同时，吸入炉底部气体竖直上升，提高还原炉底部气体流动性，缓解底部温度较低的情况，促进细硅芯底部区域快速增长；进入还原炉的物料气束自中心向边缘形成流速梯度，使得其上升流动保持较高垂直度，避免其偏向吹扫个别硅棒表面致使其生长偏心、倒棒等问题。
本发明提供的多晶硅还原炉，包括所述的进气管结构，因此，多晶硅还原炉也具备上述的进气管结构的优点。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种进气管结构，其特征在于，包括进气管本体，所述进气管本体内设置有导流部，所述导流部的进口端与所述进气管本体的内壁连接，沿物料气体的流动方向，所述导流部的横截面积逐渐减小；
所述进气管本体对应所述导流部的出口端的侧壁上设置有引流孔。
2.根据权利要求1所述的进气管结构，其特征在于，所述导流部的出口端位于所述引流孔的上边沿与所述引流孔的下边沿之间。
3.根据权利要求1所述的进气管结构，其特征在于，所述引流孔的数量为多个，且沿所述进气管本体的周向均布。
4.根据权利要求3所述的进气管结构，其特征在于，所述引流孔的数量为2-8个。
5.根据权利要求1所述的进气管结构，其特征在于，所述引流孔为圆形孔。
6.根据权利要求1所述的进气管结构，其特征在于，所述引流孔的直径为1-6mm。
7.根据权利要求1所述的进气管结构，其特征在于，所述导流部的进口端的直径为10-30mm；所述导流部的出口端的直径为5-10mm。
8.根据权利要求1所述的进气管结构，其特征在于，相对于所述导流部的进口端，所述进气管本体更加靠近所述导流部的出口端的一端的开口直径不小于所述导流部的进口端的直径。
9.根据权利要求1所述的进气管结构，其特征在于，所进气管本体和所述导流部一体成型。
10.一种多晶硅还原炉，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的进气管结构。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201117 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |