CN117647103A - 一种步进式硅棒加热炉 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种步进式硅棒加热炉，其涉及热处理设备领域，包括炉体、定梁机构和动梁机构；炉体的炉腔壁部设置有耐火材料层，定梁机构包括定梁支座、定梁耐火层和定梁支撑块，定梁支座固定在炉体的底部，且中部设置有动梁槽，定梁耐火层设置在定梁支座上动梁槽的两侧，且与耐火材料层相连接，定梁支撑块位于炉腔内，且沿炉体长度方向间隔设置在定梁耐火层上，动梁机构包括步进驱动单元、动梁、动梁耐火层和动梁支撑块，步进驱动单元设置在炉体下方，动梁设置在动梁槽内，且与步进驱动单元相连接，动梁耐火层设置在动梁上，动梁支撑块位于炉腔内且间隔设置在动梁耐火层上与定梁支撑块相对设置，能够防止硅棒热处理时的金属元素污染。

Description

一种步进式硅棒加热炉

技术领域

本申请涉及热处理设备领域，尤其涉及一种步进式硅棒加热炉。

背景技术

晶体硅是单质硅的一种晶体形态，根据结晶时晶核长成晶面取向的不同，分为单晶硅和多晶硅，主要用作半导体材料和太阳能转换，在信息处理、绿色能源方面具有极其重要的应用价值。通常以石英砂作为原料，经过提纯、精炼、沉积得到多晶硅棒，再将多晶硅棒破碎、熔融后再结晶，得到单晶硅，或者切割加工成太阳能电池。

晶体硅破碎时会产生大量的硅粉料，不仅会造成严重的粉尘污染，还会造成晶体硅材料的流失，影响生产效率。为此，通常对晶体硅棒料进行热处理，将晶体硅棒料送入加热炉中加热到600-700℃，再通过冷却水进行快速冷却。这样就能够释放晶体硅的应力，使得晶体硅更易于碎裂，同时减少硅粉料的形成。近来，热处理已经成为晶体硅破碎前必备的处理工序。

晶体硅的加热通常在加热炉中进行，为了提高加热效率，通常利用传送机构将晶体硅棒料送入加热炉中进行加热，加热后的高温棒料也通过传送机构从加热炉中输出，送入冷却水中降温。通常传送机构主要由金属材料制成，在对晶体硅棒料进行加热的过程中，位于加热炉内的传送机构会在高温作用下析出金属元素，其中的一些金属元素，如Fe、Cr、Ni、Cu、Zn、Na等进入晶体硅中，会影响晶体硅的半导体性能。为了减少金属元素的析出，现有的晶体硅加热炉通常利用流动水对金属部件进行降温，但该方法难以有效降低炉内金属部件表面的温度，而流动水降温也降低了加热炉的热效率。

发明内容

为了减小晶体硅加热时的金属元素污染，本申请提供了一种步进式硅棒加热炉。

本申请提供的步进式硅棒加热炉采用如下的技术方案：

一种步进式硅棒加热炉，包括炉体、定梁机构和动梁机构；所述炉体的炉腔壁部设置有耐火材料层，所述定梁机构包括定梁支座、定梁耐火层和定梁支撑块，所述定梁支座固定在所述炉体的底部，且沿所述炉体的长度方向上设置有动梁槽，所述定梁耐火层设置在所述定梁支座上所述动梁槽的两侧，且与所述耐火材料层相连接，所述定梁支撑块上设置有定梁硅棒槽，所述定梁支撑块位于所述炉腔内，且沿所述炉体的长度方向间隔设置在所述定梁耐火层上，所述动梁机构包括步进驱动单元、动梁、动梁耐火层和动梁支撑块，所述步进驱动单元设置在所述炉体下方，所述动梁设置在所述动梁槽内，且与所述步进驱动单元相连接，所述动梁耐火层设置在所述动梁上，所述动梁支撑块上设置有动梁硅棒槽，所述动梁支撑块位于所述炉腔内且间隔设置在所述动梁耐火层上，使得所述动梁硅棒槽与所述定梁硅棒槽在所述炉体的宽度方向上相对应，所述耐火材料层、定梁耐火层、定梁支撑块、动梁耐火层和动梁支撑块均由低敏感金属含量材料制成。

通过采用上述技术方案，利用设置在炉腔壁部的耐火材料层，能够减少炉内的热量向炉体外层的传递，从而降低炉体外层的温度，防止炉体外层的金属材料因高温析出金属元素。利用定梁耐火层和定梁支撑块能够减少炉腔内的热量和高温硅棒的热量向定梁支座的传递，降低定梁支座的温度，防止定梁支座中金属元素的析出。利用动梁设置在动梁槽内的设置，和设置在动梁上的动梁耐火层以及动梁支撑块，能够在利用动梁的移动驱动炉腔内的硅棒步进式移动的同时，减少炉腔内的热量和高温硅棒的热量向动梁的传递，降低动梁的温度，防止动梁中金属元素的析出。利用低敏感金属含量材料制成的耐火材料层、定梁耐火层、定梁支撑块、动梁耐火层和动梁支撑块，能够减少耐火材料层、定梁耐火层、定梁支撑块、动梁耐火层和动梁支撑块在高温状态下析出的敏感金属元素，减小晶体硅加热时的金属元素污染。

在一个具体的可实施方案中，所述耐火材料层包括由外至内设置的纳米保温板层、石棉层和熔融石英砖层，所述炉腔的壁部被所述熔融石英砖层所覆盖。

通过采用上述技术方案，利用覆盖炉腔壁部的熔融石英砖层，能够形成炉腔与石棉层之间的隔离，减少热量由炉腔向石棉层之间的传递，和析出的金属元素向炉腔内的移动，并且熔融石英砖自身的金属元素含量极低，不易析出金属元素。利用石棉层能够阻挡热量向纳米保温板层的传递和金属元素的流动，进一步降低纳米保温板层的温度；利用纳米保温板层能够阻止热量向炉体外侧的传递，并且能够反射炉腔内高温产生的热辐射，保证炉体外层具有更低的温度，防止炉体外层的金属材料在高温状态下析出金属元素。

在一个具体的可实施方案中，所述定梁耐火层包括定梁石棉、定梁纳米保温板和定梁石英砖，所述定梁石棉设置在所述定梁支座上，所述定梁纳米保温板设置在所述定梁石棉上，所述定梁石英砖设置在所述定梁纳米保温板上，且与所述熔融石英砖层一体连接，所述定梁支撑块嵌设在所述定梁石英砖上。

通过采用上述技术方案，利用设置在炉腔内层与熔融石英砖层一体连接的定梁石英砖，能够形成炉腔壁部的熔融石英砖隔离层，有效阻挡炉腔内热量向外侧的传递，和金属元素向炉腔内的迁移。利用设置在定梁石英砖外层的定梁石棉和定梁纳米保温板，能够形成定梁石英砖与定梁支座之间的温度隔离层，防止定梁支座因高温逸出金属元素。利用定梁支撑块嵌设在定梁石英砖上的设置，使得热处理过程中的硅棒仅与定梁支撑块相接触，这样就能够通过使用低金属含量的定梁支撑块进一步减小硅棒与金属元素接触的可能性。

在一个具体的可实施方案中，所述动梁槽设置在所述定梁支座的中部，所述动梁槽两侧所述定梁石英砖的边缘形成为向上突起的石英支撑条，所述定梁支撑块分别嵌设在所述动梁槽两侧的所述石英支撑条上的相对位置，且邻近的所述动梁槽设置。

通过采用上述技术方案，利用设置在动梁槽两侧的石英支撑条，能够提高定梁支撑块的安装位置，使得位于定梁支撑块上的硅棒远离炉腔的底壁而位于炉腔的中部，防止因硅棒与炉壁接触而增加金属元素污染的机会。利用定梁支撑块嵌设在动梁槽两侧相对位置的设置，有利于硅棒在炉腔内的定位，保证硅棒传输过程中的稳定性。

在一个具体的可实施方案中，所述动梁耐火层包括由外至内排列的石棉纤维板、动梁石棉、动梁纳米保温板和动梁石英砖，所述石棉纤维板与所述动梁相连接，所述动梁支撑块分别嵌设在所述动梁石英砖的两侧。

通过采用上述技术方案，利用设置在动梁上方的石棉纤维板、动梁石棉、动梁纳米保温板和动梁石英砖，能够形成炉腔内的高温环境与动梁之间的多层次温度隔离结构，减小炉腔内的高温导致动梁温度的升高，在保证动梁机械强度的同时，防止动梁在高温下逸出金属元素。利用嵌设在动梁石英砖两侧的动梁支撑块，能够利用较小的接触面积对硅棒形成稳定支撑，减小因硅棒与其他结构相接触而导致金属元素污染的机会。

在一个具体的可实施方案中，本申请的步进式硅棒加热炉还包括炉体支撑架，所述炉体支撑架设置在安装基础上，所述炉体和定梁支座安装在所述炉体支撑架上，所述步进驱动单元设置在所述炉体支撑架的内部。

通过采用上述技术方案，利用炉体支撑架能够将炉体支撑在安装基础的上方，在炉体与安装基础之间形成容纳步进驱动机构的空间，从而能够在炉体外驱动硅棒的传输，减小步进驱动机构的热负荷，并减小金属元素的逸出。

在一个具体的可实施方案中，所述动梁包括动梁耐火座和水冷梁体，所述动梁耐火座与所述水冷梁体的上侧面固定连接，所述动梁耐火层设置在所述动梁耐火座上，所述水冷梁体内设置有水冷腔，所述水冷梁体上设置有与所述水冷腔相连通的进水管和出水管，所述进水管开口于所述水冷腔的底部，所述出水管开口于所述水冷腔的顶部。

通过采用上述技术方案，利用动梁耐火座能够对动梁耐火层形成限位和支撑，提高动梁耐火层结构的稳定性。利用设置在动梁内部的水冷腔，能够利用进水管和出水管输送循环水对动梁进行冷却，防止动梁温度的过多升高，防止动梁中金属元素的逸出。

在一个具体的可实施方案中，所述动梁机构还包括水封槽和水封板，所述水封槽与所述步进驱动单元固定连接，所述水封板设置在所述动梁槽的周边，且延伸至所述水封槽内，所述定梁通过定梁支撑柱与所述水封槽固定连接。

通过采用上述技术方案，利用水封槽和水封板的设置，能够在水封槽内注入一定量的水，封闭动梁槽的下端，从而保证炉腔与外部结构的隔离，防止外部的空气在炉腔内高温作用下进入炉腔内，并通过炉体顶部的排气口排出，形成循环气流降低加热炉的热效能，并增加外部粉尘中的金属元素污染硅棒的风险。

在一个具体的可实施方案中，所述步进驱动单元包括步进底板、楔形块、步进中间板、中间板支撑轮、中间板液压缸、步进安装板和安装板液压缸，所述步进底板设置在安装基础上所述动梁槽的下方，所述楔形块间隔设置在所述步进底板上，所述步进中间板设置在所述步进底板上，所述中间板支撑轮设置在所述步进中间板上，且分别位于所述楔形块的楔形面上，所述中间板液压缸设置在所述步进中间板与所述步进底板之间，所述步进安装板设置在所述步进中间板上，且能够在所述步进中间板上沿所述炉体的长度方向移动，安装板液压缸设置在所述步进安装板与所述步进底板之间，所述动梁安装在所述步进安装板上。

通过采用上述技术方案，利用设置在步进中间板上的中间板支撑轮在楔形块的楔形面上的移动，能够产生中间板以及设置在中间板上的步进安装板的斜向运动，并利用步进安装板在中间板上的移动形成步进安装板的上下方向的运动，使得硅棒能够在动梁支撑块与定梁支撑块之间切换。利用中间板液压缸能够驱动中间板的斜向运动，从而驱动步进安装板的上下方向运动。利用安装板液压缸能够驱动步进安装板在中间板上沿炉体的长度方向前后运动，从而形成步进安装板的前后运动，使得硅棒能够传送到相邻的定梁支撑块上，形成硅棒能够在加热炉的长度方向向前传递，形成硅棒的步进传送。

在一个具体的可实施方案中，所述定梁支撑块和所述动梁支撑块均由氮化硅材料制成。

通过采用上述技术方案，利用氮化硅材料能够制成纯度很高，金属元素含量极低的支撑块，减少硅棒与金属元素的接触。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.利用覆盖加热炉炉腔侧壁有低敏感金属材料制成的耐火材料层，能够减少耐火材料层内金属元素在高温作用下的逸出，防止在炉腔内进行热处理的硅棒被金属元素污染，同时耐火材料层能够减小炉腔内热量向外层的传递，在有利于炉腔内高温环境的形成的同时，降低外层结构的温度，防止外层结构中的金属元素在高温作用下逸出，进入炉腔对硅棒形成污染；

2.利用设置在定梁耐火层上的定梁支撑块，和设置在动梁耐火层和动梁支撑块，能够将硅棒支撑在定梁支撑块和/或动梁支撑块上，使得硅棒仅与定梁支撑块和动梁支撑块相接触，减少硅棒与外部结构的接触，并利用低金属含量的定梁支撑块和动梁支撑块，减少硅棒与金属元素的接触，防止金属元素对硅棒的污染；

3.利用设置在定梁支座和定梁耐火层上的动梁槽，能够将动梁设置在动梁槽内距离炉腔较远的位置，利用设置在动梁上层的动梁耐火层上的动梁支撑块驱动硅棒作步进运动，并利用动梁耐火层隔离炉腔内较高的温度环境，从而保证动梁能够处在较低的环境温度下，防止动梁在高温的作用下逸出金属元素，对硅棒形成污染；

4.利用设置在动梁与步进驱动单元之间的水封槽，和设置在动梁槽下方的水封板，能够形成对动梁槽下端的水封，避免炉腔通过动梁槽与外界相同，减少炉腔内热能的损耗，并防止外界金属元素进入炉腔，对硅棒形成污染。

附图说明

图1为本申请一个实施例的立面示意图。

图2为本申请一个实施例的侧面示意图。

图3为图1中A-A方位剖视图。

图4为图3中B部分局部放大图。

附图标记说明：1、炉体；11、炉腔；12、耐火材料层；121、纳米保温板层；122、石棉层；123、熔融石英砖层；2、定梁机构；21、定梁支座；211、动梁槽；22、定梁耐火层；221、定梁石棉；222、定梁纳米保温板；223、定梁石英砖；224、石英支撑条；23、定梁支撑块；231、定梁硅棒槽；3、动梁机构；31、步进驱动单元；311、步进底板；312、楔形块；313、步进中间板；314、中间板支撑轮；315、中间板液压缸；316、步进安装板；317、安装板液压缸；32、动梁；321、动梁耐火座；322、水冷梁体；3221、水冷腔；3222、进水管；3223、出水管；323、动梁支撑柱；33、动梁耐火层；331、石棉纤维板；332、动梁石棉；333、动梁纳米保温板；334、动梁石英砖；34、动梁支撑块；341、动梁硅棒槽；35、水封槽；36、水封板；4、支撑架；5、硅棒；6、钨丝加热管。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请，并不用于限制本申请。

在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”所指示的方位或位置关系是基于本申请的步进式硅棒加热炉实际使用时的方位或位置关系。方位词“前”、“后”所指示的方位和位置关系是基于本申请的步进式硅棒加热炉正常工作时，硅棒的正常传送方向而言的。本申请的空气淬火冷却装置及其零部件的方位与上述方位相同。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，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申请中的具体含义。

本申请的步进式硅棒加热炉的一个实施例，如图1至图4所示，包括炉体1、定梁机构2和动梁机构3。炉体1形成与外部环境相隔离的加热空间，以能够在炉体1的内部对需要热处理的硅棒5加热进行热处理；定梁机构2设置在炉体1的内部，用于对炉体1内部的硅棒5形成支撑，使得硅棒5不与炉体1的内壁接触，并形成由炉体1的进料口延伸至出料口的支撑结构；动梁机构3设置在炉体1内定梁机构2的侧方，用于将支撑在定梁机构2上的硅棒5移动到前方设定距离，驱动硅棒5步进式向前移动。

炉体1内部的加热空间，也就是炉腔11的壁部设置有耐火材料层12。耐火材料层12指的是具有隔热作用，且能够耐受较高温度的材料，通常指耐火温度不低于1580℃的材料。本申请中所用的耐火材料为低敏感金属含量材料，如硅质耐火材料、刚玉质耐火材料、碳化物耐火材料、氮化物耐火材料等。本申请中所说的“敏感金属”，指的是能够对硅的半导体性能产生较大影响的金属，如铁、铬、镍、铜、锌、钠等；“低敏感金属含量”指的是敏感金属含量低于0.02%。在对硅棒进行热处理时，耐火材料中的金属元素会在高温作用下逸出，进入硅棒5中与硅晶体相结合，复合硅晶体的中心或者陷阱，影响硅晶体的半导体性能，这也成为金属元素对硅棒形成污染。采用低敏感金属含量的耐火材料，能够减少热处理时炉腔内的敏感金属含量，减轻金属元素对硅棒5的污染。

在炉腔11内设置有多个加热元件，如钨丝加热管进行加热。耐火材料层12能够隔离炉腔内的热量，有利于在炉腔11内形成硅棒5热处理所需的700℃的高温环境，同时阻止炉腔11内传出的热量引起炉体1外层温度的升高，避免炉体1外层金属材料在高温作用下逸出金属元素，扩散到炉腔11内污染硅棒5。

定梁机构2包括定梁支座21、定梁耐火层22和定梁支撑块23。定梁支座21通常由金属材料制成，固定在炉体1的底部，将定梁机构2和炉体1连接成一个整体。在定梁支座21上沿炉体1的长度方向上设置有动梁槽211，动梁槽211能够供动梁机构3通过，从而使得能够动梁机构3从炉体1的外部驱动炉腔11内的硅棒5前进。

定梁耐火层22设置在定梁支座21上，覆盖在动梁槽211的两侧，使得动梁槽211穿过定梁耐火层22延伸至炉腔11内。定梁耐火层22与耐火材料层12相连接，形成覆盖炉腔11内部的定梁耐火层，防止炉腔11内的热量传递给定梁支座21，导致定梁支座21在高温作用下逸出金属元素。定梁耐火层22也由低敏感金属含量的耐火材料制成，减少高温作用下定梁耐火层22中金属元素的逸出。

定梁支撑块23通常由耐高温、低金属含量材料，如石英、碳化硅、氮化硼、氮化硅等材料制成，在定梁支撑块23上设置有用于对硅棒5进行定位的定梁硅棒槽231，定梁硅棒槽231通常为设置在定梁支撑块23上表面的V形槽。定梁耐火层22通常由动梁槽211延伸至炉腔11，使得定梁耐火层22的上表面暴露在炉腔11内。定梁支撑块23沿炉体1的长度方向间隔嵌设在定梁耐火层22上，定梁硅棒槽231朝向上方设置在炉腔11内，当硅棒5放置在定梁硅棒槽231中时，硅棒5在定梁支撑块23的支撑下与定梁耐火层22脱离接触，避免定梁耐火层22中的金属元素直接进入硅棒5中。

动梁机构3包括步进驱动单元31、动梁32、动梁耐火层33和动梁支撑块34。步进驱动单元31设置在炉体1下方与动梁槽211相对的位置，使得步进驱动单元31能够在炉体1外部的低温环境下驱动硅棒5向前运动。动梁32通常由钢铁材料制成，以保证动梁32的机械强度。动梁32设置在动梁槽211内，并且与炉体1外部的步进驱动单元31相连接，从而能够在步进驱动单元31的驱动下作上下、前后运动。动梁耐火层33由低敏感金属含量耐火材料制成，动梁耐火层33固定在动梁32的上侧面，使得动梁耐火层33的上表面与动梁槽211两侧的定梁耐火层22上表面齐平。动梁耐火层33能够形成炉腔11的高温环境与动梁32之间的隔离，阻止炉腔11内的热量向动梁32的传递，从而使得动梁32维持一个较低的温度，防止动梁32在高温作用下逸出金属元素。同时动梁耐火层33能够随动梁32一起在动梁槽211内作上下、前后运动，以能够驱动硅棒5前进。

动梁支撑块34通常由耐高温、低金属含量材料，如石英、碳化硅、氮化硼、氮化硅等材料制成，在动梁支撑块34上设置有动梁硅棒槽341，动梁硅棒槽341通常为设置在动梁支撑块34上表面的V形槽。动梁支撑块34沿炉体1的长度方向间隔嵌设在动梁耐火层33上，动梁硅棒槽341朝向上方设置在炉腔11内，并且动梁硅棒槽341与定梁硅棒槽231在炉体1的宽度方向上对应设置。当动梁32在步进驱动单元31的驱动下上下运动时，就能够驱动动梁支撑块34上下运动，形成硅棒5支撑在定梁支撑块23上的状态与支撑在动梁支撑块34上的状态之间的转换；当动梁32在步进驱动单元31的驱动下前后运动时，就能够驱动动梁支撑块34前后运动，将硅棒5传送到下一个定梁支撑块23所在的位置，或者带动动梁支撑块34回归到与上一个定梁支撑块23相对应的位置，形成硅棒5的步进式传输。这样就使得步进驱动单元31能够在炉体1外部的低温环境中进行驱动，动梁32能够在动梁槽211中动梁耐火层33外侧较低的温度环境下对硅棒5形成支撑，防止步进驱动单元31或者动梁32在高温作用下逸出金属元素，对硅棒5形成金属污染。

在本申请的步进式硅棒加热炉的一些实施例中，如图2和图3所示，耐火材料层12包括由外至内相连设置的纳米保温板层121、石棉层122和熔融石英砖层123。纳米保温板层121由紧邻炉体1外侧结构设置的纳米保温板构成，纳米保温板是一种包含纳米孔二氧化硅微粉的复合板，同时具有降低热的传导、阻隔热的辐射和阻止空气热对流运动的作用，具有较好的隔热效果。石棉层122采用低敏感金属含量的蛇纹石类石棉材料，具有较高的保温隔热性能和耐高温性能。熔融石英砖层123由熔融石英砖堆砌形成，熔融石英砖由高精度高纯度熔融石英材料制成，其中二氧化硅的纯度极高，金属含量极低，其中的FeO含量通常在25PPM以下。熔融石英砖能够耐受1800℃以上的高温，并且其中含有大量直径在0.003-0.3mm之间的微小气泡，具有较高的保温隔热性能。熔融石英砖层123覆盖石棉层122内侧的炉腔11壁部，形成炉腔11与石棉层122之间的隔离，在降低石棉层122温度，减少石棉层122内金属元素逸出的同时，极少有金属元素逸出，能够更好地降低炉腔11内的金属元素含量，防止金属元素对硅棒5造成污染。

在本申请的步进式硅棒加热炉的一种优选实施例中，如图3和图4所示，定梁耐火层22包括定梁石棉221、定梁纳米保温板222和定梁石英砖223。其中，定梁石棉221选用低敏感金属含量石棉材料，设置在定梁支座21上，连接在定梁支座21与定梁纳米保温板222之间，构成炉腔11与定梁支座21之间的外层隔离。定梁纳米保温板222为覆盖在定梁石棉221上的纳米保温板，定梁纳米保温板222可以由多层纳米保温板叠加形成，构成炉腔11与定梁支座21之间的中层隔离；定梁石英砖223为由熔融石英材料制成的石英砖，定梁石英砖223堆砌在定梁纳米保温板222的上层，与熔融石英砖层123堆砌成相互嵌合的一体结构，构成定梁石英砖223与下层定梁纳米保温板222之间的完整隔离，保证炉腔11内的低金属元素环境。定梁支撑块23嵌设在定梁石英砖223上，形成对硅棒5的直接支撑。

作为本申请的步进式硅棒加热炉的一种具体实施方式，如图3和图4所示，动梁槽211设置在定梁支座21宽度方向的中间位置。位于动梁槽211两侧定梁石英砖223的边缘部分向上凸起，形成为顶部高度高于炉腔11底壁的石英支撑条224。定梁支撑块23分别嵌设在动梁槽211两侧的石英支撑条224上邻近的动梁槽211的相对位置，通过设置在动梁槽211两侧的定梁支撑块23对硅棒5形成稳定支撑，同时使得硅棒5的中部位于动梁槽211的上方，有利于定梁支撑块23支撑在硅棒5的中部，保证硅棒5的稳定传送。将定梁支撑块23设置在石英支撑条224能够提高硅棒5的支撑高度，使得硅棒5远离炉腔11底壁而处于炉腔11的中部位置。

在本申请的步进式硅棒加热炉的一下实施例中，如图3和图4所示，动梁耐火层33包括石棉纤维板331、动梁石棉332、动梁纳米保温板333和动梁石英砖334。石棉纤维是天然纤维状的硅质矿物的泛称，是一种被广泛应用于建材防火板的硅酸盐类矿物纤维，具有耐热、不燃、耐水、耐酸、耐化学腐蚀的优点。石棉纤维板331是由石棉纤维制成的板材，设置在动梁32的上侧形成与动梁32之间的连接。动梁石棉332、动梁纳米保温板333和动梁石英砖334所使用的材料分别与定梁石棉221、定梁纳米保温板222和定梁石英砖223相同，石棉纤维板331、动梁石棉332、动梁纳米保温板333和动梁石英砖334由动梁32的上侧至炉腔11依次设置，使得定梁石英砖223覆盖整个动梁耐火层33的内层，形成炉腔11底壁的一部分。动梁支撑块34分别嵌设在动梁石英砖334的两侧部分，与定梁支撑块23相对设置。将动梁支撑块34设置在动梁石英砖334两侧边缘的设置能够增加支撑同一根硅棒5的两个动梁支撑块34之间的距离，提高硅棒5的稳定性。

在本申请的步进式硅棒加热炉的一些实施例中，如图1和图3所示，本申请的步进式硅棒加热炉还包括炉体支撑架4。炉体支撑架4通常为金属材料制成的安装架，炉体支撑架4的底部固定在安装基础上，顶部与炉体1和定梁支座21固定连接，用于将炉体1和定梁支座21支撑在离开安装基础的空间中，在炉体1和定梁支座21与安装基础之间形成一个位于炉腔11外部的安装空间。安装基础指的是用于承载本申请的步进式硅棒加热炉的基础结构，通常设置在地面上，可以为在地面上浇筑而成的钢筋混凝土结构，也可以是固定在地面上的钢铁安装板或者安装框架。步进驱动单元31设置在炉体支撑架4内部的安装空间内，从而能够在炉腔11的外部驱动炉腔11内部的动梁支撑块34移动，形成硅棒5在炉腔11内的步进传输。

在本申请的步进式硅棒加热炉的一种优选实施例中，如图3和图4所示，动梁32包括水冷梁体322和设置在水冷梁体322上的动梁耐火座321。动梁耐火座321为金属材料制成的槽状结构，动梁耐火座321的底部固定在水冷梁体322的上侧面，动梁耐火层33的下层结构设置在动梁耐火座321内，且动梁耐火层33的上层结构覆盖动梁耐火座321的侧壁，向动梁耐火座321的上方延伸。

在水冷梁体322的内部设置有水冷腔3221，水冷腔3221在水冷梁体322内延伸至水冷梁体322的两端。在水冷梁体322的底壁上设置有进水管3222和出水管3223，进水管3222穿过水冷梁体322的底壁进入水冷腔3221，并开口于水冷腔3221的底部。出水管3223穿过水冷梁体322的底壁进入水冷腔3221，并向水冷腔3221的顶部延伸，开口于水冷腔3221的顶部位置。冷却水在冷却水泵的驱动下通过进水管3222进入水冷腔3221的底部，吸收水冷梁体322中的热量，受热后的冷却水从水冷腔3221顶部进入出水管3223流出，形成对水冷梁体322的循环水冷却，并能够通过热传递作用对动梁耐火座321进行冷却，有效降低动梁耐火座321和水冷梁体322的温度，防止其中金属元素的逸出。

在本申请的步进式硅棒加热炉的一些实施例中，如图3所示，动梁机构3还包括水封槽35和水封板36。水封槽35是一种设置在动梁槽211的下方，沿动梁槽211方向延伸的槽状结构，水封槽35的底部固定在步进驱动单元31上，在水封槽35内盛放有一定水位高度的水。水封板36固定在动梁槽211的周边，与动梁槽211周边的定梁支座21固定连接，形成动梁槽211与外部空间的隔离。水封板36的下端延伸至水封槽35内，到达水封槽35内水面的下方，利用水封槽35内的水封闭动梁槽211的下端开口。在动梁32与水封槽35之间设置有动梁支撑柱323，动梁支撑柱323的下端与水封槽35固定连接，上端与动梁32固定连接，使得动梁32通过动梁支撑柱323和水封槽35固定在步进驱动单元31上。水封槽35能够在步进驱动单元31的驱动下运动，使得动梁32随着水封槽35同步运动。此时，水封板36的下端相对于水封槽35在水封槽35内的水面下运动，保持动梁槽211下端开口的封闭状态，形成炉腔与外部空间的隔离。

在本申请的步进式硅棒加热炉的一种优选实施例中，如图1所示，步进驱动单元31包括步进底板311、楔形块312、步进中间板313、中间板支撑轮314、中间板液压缸315、步进安装板316和安装板液压缸317。步进底板311固定在安装基础上，且位于动梁槽211的下方。楔形块312在步进底板311上以相同的走向间隔设置。步进中间板313设置在步进底板311的上方，中间板支撑轮314设置在步进中间板313的两侧，与步进中间板313转动连接，并且每个中间板支撑轮314分别支撑在一个楔形块312的楔形面上，中间板液压缸315设置在步进中间板313与步进底板311之间，当中间板液压缸315动作时，能够驱动步进中间板313在步进底板311上移动，使得中间板支撑轮314支撑在楔形块312楔形面上的不同位置，从而造成步进中间板313在步进底板311上方高度的改变。步进安装板316设置在步进中间板313上，并且能够在步进中间板313上沿炉体1的长度方向移动，当中间板液压缸315动作时，能够通过步进安装板316与步进中间板313之间的移动，将步进中间板313高度的改变传递给步进安装板316，形成步进安装板316的上下运动。安装板液压缸317固定在步进安装板316与步进底板311之间，通常固定在与步进底板311固定连接的支撑架4上，使得安装板液压缸317沿接近水平的方向设置。当安装板液压缸317动作时，能够驱动步进安装板316在步进中间板313上前后移动。动梁32安装在步进安装板316上，能够随着步进安装板316作上下、前后方向的运动，从而能够驱动硅棒5在炉腔11内以步进的方式向前传送。

可以调节安装板液压缸317的动作距离，使得安装板液压缸317一次动作时，动梁32能够移动相邻两个定梁支撑块23之间间距的两倍，从而能够通过一次步进动作，同步传递两个定梁支撑块23上的硅棒5。这样就能够在相邻的两个定梁支撑块23上的硅棒5之间再堆放一根硅棒5，从而提高硅棒5的热处理效率。

作为本申请的步进式硅棒加热炉的一种具体实施方式，定梁支撑块23和动梁支撑块34均由氮化硅材料制成。氮化硅材料的纯度高、耐热性能好，硬度和耐磨性也很高，能够在防止硅棒5金属元素污染的同时，提高定梁支撑块23和动梁支撑块34的使用寿命。

在本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“具体实施例”、 “优选实施例”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。在本发明中，对上述术语的示意性表述不一定指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。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种步进式硅棒加热炉，其特征在于：包括炉体（1）、定梁机构（2）和动梁机构（3）；所述炉体（1）的炉腔（11）壁部设置有耐火材料层（12），所述定梁机构（2）包括定梁支座（21）、定梁耐火层（22）和定梁支撑块（23），所述定梁支座（21）固定在所述炉体（1）的底部，且沿所述炉体（1）的长度方向上设置有动梁槽（211），所述定梁耐火层（22）设置在所述定梁支座（21）上所述动梁槽（211）的两侧，且与所述耐火材料层（12）相连接，所述定梁支撑块（23）上设置有定梁硅棒槽（231），所述定梁支撑块（23）位于所述炉腔（11）内，且沿所述炉体（1）的长度方向间隔设置在所述定梁耐火层（22）上，所述动梁机构（3）包括步进驱动单元（31）、动梁（32）、动梁耐火层（33）和动梁支撑块（34），所述步进驱动单元（31）设置在所述炉体（1）下方，所述动梁（32）设置在所述动梁槽（211）内，且与所述步进驱动单元（31）相连接，所述动梁耐火层（33）设置在所述动梁（32）上，所述动梁支撑块（34）上设置有动梁硅棒槽（341），所述动梁支撑块（34）位于所述炉腔（11）内且间隔设置在所述动梁耐火层（33）上，使得所述动梁硅棒槽（341）与所述定梁硅棒槽（231）在所述炉体（1）的宽度方向上对应，所述耐火材料层（12）、定梁耐火层（22）、定梁支撑块（23）、动梁耐火层（33）和动梁支撑块（34）均由低敏感金属含量材料制成。

2.根据权利要求1所述的步进式硅棒加热炉，其特征在于：所述耐火材料层（12）包括由外至内设置的纳米保温板层（121）、石棉层（122）和熔融石英砖层（123），所述炉腔（11）的壁部被所述熔融石英砖层（123）所覆盖。

3.根据权利要求2所述的步进式硅棒加热炉，其特征在于：所述定梁耐火层（22）包括定梁石棉（221）、定梁纳米保温板（222）和定梁石英砖（223），所述定梁石棉（221）设置在所述定梁支座（21）上，所述定梁纳米保温板（222）设置在所述定梁石棉（221）上，所述定梁石英砖（223）设置在所述定梁纳米保温板（222）上，且与所述熔融石英砖层（123）一体连接，所述定梁支撑块（23）嵌设在所述定梁石英砖（223）上。

4.根据权利要求3所述的步进式硅棒加热炉，其特征在于：所述动梁槽（211）设置在所述定梁支座（21）的中部，所述动梁槽（211）两侧所述定梁石英砖（223）的边缘形成为向上突起的石英支撑条（224），所述定梁支撑块（23）分别嵌设在所述动梁槽（211）两侧的所述石英支撑条（224）上的相对位置，且邻近的所述动梁槽（211）设置。

5.根据权利要求1所述的步进式硅棒加热炉，其特征在于：所述动梁耐火层（33）包括由外至内排列的石棉纤维板（331）、动梁石棉（332）、动梁纳米保温板（333）和动梁石英砖（334），所述石棉纤维板（331）与所述动梁（32）相连接，所述动梁支撑块（34）分别嵌设在所述动梁石英砖（334）的两侧。

6.根据权利要求1所述的步进式硅棒加热炉，其特征在于：还包括炉体支撑架（4），所述炉体支撑架（4）设置在安装基础上，所述炉体（1）和定梁支座（21）安装在所述炉体支撑架（4）上，所述步进驱动单元（31）设置在所述炉体支撑架（4）的内部。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的步进式硅棒加热炉，其特征在于：所述动梁（32）包括动梁耐火座（321）和水冷梁体（322），所述动梁耐火座（321）与所述水冷梁体（322）的上侧面固定连接，所述动梁耐火层（33）设置在所述动梁耐火座（321）上，所述水冷梁体（322）内设置有水冷腔（3221），所述水冷梁体（322）上设置有与所述水冷腔（3221）相连通的进水管（3222）和出水管（3223），所述进水管（3222）开口于所述水冷腔（3221）的底部，所述出水管（3223）开口于所述水冷腔（3221）的顶部。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的步进式硅棒加热炉，其特征在于：所述动梁机构（3）还包括水封槽（35）和水封板（36），所述水封槽（35）与所述步进驱动单元（31）固定连接，所述水封板（36）设置在所述动梁槽（211）的周边，且延伸至所述水封槽（35）内，所述动梁（32）通过动梁支撑柱（323）与所述水封槽（35）固定连接。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的步进式硅棒加热炉，其特征在于：所述步进驱动单元（31）包括步进底板（311）、楔形块（312）、步进中间板（313）、中间板支撑轮（314）、中间板液压缸（315）、步进安装板（316）和安装板液压缸（317），所述步进底板（311）设置在安装基础上所述动梁槽（211）的下方，所述楔形块（312）间隔设置在所述步进底板（311）上，所述步进中间板（313）设置在所述步进底板（311）上，所述中间板支撑轮（314）设置在所述步进中间板（313）上，且分别位于所述楔形块（312）的楔形面上，所述中间板液压缸（315）设置在所述步进中间板（313）与所述步进底板（311）之间，所述步进安装板（316）设置在所述步进中间板（313）上，且能够在所述步进中间板（313）上沿所述炉体（1）的长度方向移动，安装板液压缸（317）设置在所述步进安装板（316）与所述步进底板（311）之间，所述动梁（32）安装在所述步进安装板（316）上。

10.根据权利要求1-6中任一项所述的步进式硅棒加热炉，其特征在于：所述定梁支撑块（23）和所述动梁支撑块（34）均由氮化硅材料制成。