CN201313871Y - 多晶硅铸锭用高纯石英坩埚专用烧结炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及太阳能多晶硅铸锭用高纯石英坩埚专用烧结炉。它包括炉体、同步升降系统、加热系统、可控降温系统、台车和轨道构成，它有一个可升降钟罩型炉体，炉体内部为方型，所述炉体罩在可水平运动的台车上，坩埚水平摆放在台车上，所述炉体内部四周及顶部镶嵌螺旋型加热丝，炉体内沿垂直方向设置不同加热区，炉体下部有进气管，上部有排气管，炉体外壳与同步升降装置连接。炉体采用同步升降系统，靠炉体重量密封，提高密封效果和温度均匀性；炉膛顶部布置加热元件，加强了顶部远红外线辐射，使坩埚水平放置，避免坩埚应力产生；自动程序降温系统，提高了自动化程度；轻质耐火材料的选用，节能效果显著。

Description

多晶硅铸锭用高纯石英坩埚专用烧结炉

一、技术领域

本实用新型涉及太阳能多晶硅铸锭用高纯石英坩埚专用烧结炉。

二、背景技术

在太阳能光伏行业多晶硅铸锭前，都需要对喷涂过氮化硅粉的高纯石英坩埚进行烧结处理，坩埚的内在质量直接影响到铸锭工序的顺利进行。目前，在世界上只有德国具有生产此设备的技术，国内太阳能生产线上均选用进口设备，进口设备坩埚烧结处理时，坩埚在炉膛内竖放(开口朝侧面放置)，易引起坩埚热态变形，也不利于有害气体排放；铸锭时，坩埚开口朝上使用，热态下使用方向的不一致，也易形成内部应力；炉体下部采用砂封，密封效果不好，影响温度场的分布；从而几个方面影响坩埚的内在质量和使用效果。另外，进口设备采用耐火砖作为炉膛，耗能较大，进口设备不具备降温曲线精确控制的功能。本新型采用新颖的结构解决了进口设备存在的不足，完善了降温工艺的程序调节功能，具有较强的实用性。

三、发明内容

本实用新型提供一种多晶硅铸锭用高纯石英坩埚专用烧结炉，该炉温度均匀性高，坩埚摆放方式合理，烧结工艺完全自动化，耗能低，处理的坩埚质量好。

本实用新型的目的是由下述技术方案实现的：一种多晶硅铸锭用高纯石英坩埚专用烧结炉，它包括炉体、同步升降系统、加热系统、可控降温系统、台车和轨道构成，炉体为一个可升降钟罩型炉体，炉体内部为方型，炉体罩在可水平运动的台车上，坩埚水平摆放在台车上，炉体内的加热系统其设置多个温区采用五面加热，加热元件分别布置在炉体四周和顶部，加热元件在同一平面内均匀布置，高度方向呈现下密上疏的规律分布，炉体顶部的加热元件，其外套碳化硅管内，炉体与同步升降系统用关节轴承铰接连接，同步升降系统为单独两套液压单元或两套机械升降装置组成，同步升降系统中油缸驱动炉体，实现炉体同步升降，同步升降系统用螺钉固定在轨道上，可控降温系统中的伺服减速电机、调频风机、电动阀门、排气阀门、进气管分别与炉体连接；可控降温系统中的调频风机和电动阀门用螺栓连接固定在炉体侧下部，并与进气管连接，伺服减速电机与排气阀门用连杆相连固定在炉顶上，加热系统侧部加热元件绕成螺旋状，内穿高温陶瓷管，高温陶瓷管架在竖梁槽、侧墙上，所述竖梁和侧墙采用JM-26轻质刚玉莫来石砖砌成，炉体下部有进气管，上部有排气管。炉体的侧顶部炉膛纤维硬板用较深台阶或槽插成一体，用轻质耐火材料砌成，外层选用硅酸铝纤维板、无石棉硅钙板等轻质节能材料。炉顶、炉壁用高温陶瓷锚固件固定。炉体与台车之间接触部分设有密封纤维纸，实现可靠密封。

本实用新型具有如下优点和特点：

1、由于本实用新型采用钟罩式结构，可实现了坩埚摆放方向与铸锭使用的一致，消除了坩埚烧结应力，避免了坩埚的热态变形。

2、由于本实用新型采用轻质耐火纤维材料作为炉膛，因此，蓄热小，保温效果好，升温快，电耗低。

3、由于本实用新型采用升温和降温工艺的程序控制，产品一致性好，产品质量高。

4、由于本实用新型采用同步升降装置，实现了炉体与台车的有效密封，降低了炉内气流层流，有利于温度场的均匀。

5、由于本实用新型采用多温区控制及加热功率的特殊布置，温度均匀性好。

6、由于本实用新型采用顶部加热丝外套碳化硅管，加强顶部远红外线辐射功能，有利于坩埚内表面致密氮化硅保护膜的形成。

本实用新型多晶硅铸锭用高纯石英坩埚专用烧结炉，消除坩埚烧结处理时产生的应力和热态变形，提高炉膛温度均匀性，有利于坩埚表面生成致密的氮化硅保护层，保证了高纯石英坩埚在多晶硅铸锭时的高温强度和抗腐蚀能力。加强了设备的节能效果，实现降温工艺的程序控制，具有良好的经济效益和社会效益。

四、附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的上部远红外加热器的结构示意图。

图3是本实用新型的炉体与台车密封局部图。

其中：1---炉体  2----同步升降系统  2a----油缸  3----加热系统3a----加热元件  3b----温度传感器  3c----碳化硅陶瓷管  4----可控降温系统  4a----伺服减速电机  4b----调频风机  4c----电动阀门  4d----排气阀门  4e----进气管  5----台车  5a---密封纤维纸  6----轨道7----坩埚

五、实现方式

参照附图，本实用新型涉及一种多晶硅铸锭用高纯石英坩埚专用烧结炉，它包括炉体(1)、同步升降系统(2)、加热系统(3)、可控降温系统(4)、台车(5)和轨道(6)构成，炉体(1)为一个可升降钟罩型炉体，炉体(1)内部为方型，炉体罩在可水平运动的台车(5)上，坩埚(7)水平摆放在台车上，炉体(1)内的加热系统(3)其设置多个温区采用五面加热，加热元件(3a)分别布置在炉体(1)四周和顶部，加热元件(3a)在同一平面内均匀布置，高度方向呈现下密上疏的规律分布，炉体(1)顶部的加热元件(3a)，其外套碳化硅管(3c)内，利用碳化硅陶瓷管(3c)将热以远红外线的方式传给坩埚(7)。加热系统(3)侧部加热元件(3a)绕成螺旋状，内穿高温陶瓷管，高温陶瓷管架在竖梁槽、侧墙上，所述竖梁和侧墙采用JM-26轻质刚玉莫来石砖砌成。加热系统(3)中加热元件(3a)、温度传感器(3b)布置在炉体(1)内，台车(5)上摆放坩埚(7)。炉体(1)下部有进气管，上部有排气管。炉体(1)的侧顶部炉膛纤维硬板用较深台阶或槽插成一体，用轻质耐火材料砌成，外层选用硅酸铝纤维板、无石棉硅钙板等轻质节能材料。炉顶、炉壁用高温陶瓷锚固件固定。

炉体(1)与同步升降系统(2)用关节轴承铰接连接，同步升降系统(2)单独两套液压单元或两套机械升降装置组成，同步升降系统(2)中油缸(2a)驱动炉体(1)，实现炉体(1)同步升降，同步升降系统(2)用螺钉固定在轨道(6)上，通过调速阀精密调速或变频器频率调整实现油缸(2a)或机械装置的同步升降，设置两套系统，可以有效避免系统间由于载荷不同产生干扰。

可控降温系统(4)中伺服减速电机(4a)、调频风机(4b)、电动阀门(4c)、排气阀门(4d)、进气管(4e)与炉体(1)连接，，可控降温系统中的调频风机(4b)和电动阀门(4c)用螺栓连接固定在炉体侧下部，并与进气管(4e)连接，伺服减速电机(4a)与排气阀门(4d)用连杆相连固定在炉顶上，降温时，可控降温系统(4)工作，通过仪表输出信号控制加热功率输出、自动开启进气管(4e)中电动阀门(4c)、排气阀门(4d)开度(通过伺服减速电机4a调节)、调频风机(4b)工作频率等控制降温速度，并用PLC智能系统设定启动优先级，逐步调节，实现降温工艺的程序控制。

同步升降系统(2)泄压后，炉体(1)自身重量施压，作用于台车(5)，炉体(1)与台车(5)中的接触部分设有密封纤维纸(5a)，可实现可靠密封。工作时，将装好坩埚(7)的台车(5)沿轨道(6)推到炉体(1)下部，通过同步升降系统(2)驱动炉体(1)，使炉体(1)压在台车(5)上，启动加热系统(3)，开始升温、保温工序，再根据降温需要自动启动可控降温系统(4)，完成整个工艺。

Claims (5)

1、一种多晶硅铸锭用高纯石英坩埚专用烧结炉，它包括炉体(1)、同步升降系统(2)、加热系统(3)、可控降温系统(4)、台车(5)和轨道(6)构成，其特征在于：炉体(1)为一个可升降钟罩型炉体，炉体(1)内部为方型，炉体罩在可水平运动的台车(5)上，坩埚(7)水平摆放在台车上，炉体(1)内的加热系统(3)其设置多个温区采用五面加热，加热元件(3a)分别布置在炉体(1)四周和顶部，加热元件(3a)在同一平面内均匀布置，高度方向呈现下密上疏的规律分布，炉体(1)顶部的加热元件(3a)，其外套碳化硅管(3C)内，炉体(1)与同步升降系统(2)用关节轴承铰接连接，同步升降系统(2)单独两套液压单元或两套机械升降装置组成，同步升降系统(2)中油缸(2a)驱动炉体(1)，实现炉体(1)同步升降，同步升降系统(2)用螺钉固定在轨道(6)上，可控降温系统(4)中伺服减速电机(4a)、调频风机(4b)、电动阀门(4c)、排气阀门(4d)、进气管(4e)与炉体(1)连接，加热系统(3)中加热元件(3a)、温度传感器(3b)布置在炉体(1)内，台车(5)上摆放坩埚(7)。

2、如权利要求1所述的多晶硅铸锭用高纯石英坩埚专用烧结炉，其特征在于：加热系统(3)侧部加热元件(3a)绕成螺旋状，内穿高温陶瓷管，高温陶瓷管架在竖梁槽、侧墙上，所述竖梁和侧墙采用JM-26轻质刚玉莫来石砖砌成。

3、如权利要求1所述的多晶硅铸锭用高纯石英坩埚专用烧结炉，其特征在于：炉体(1)下部有进气管，上部有排气管。

4、如权利要求1所述的多晶硅铸锭用高纯石英坩埚专用烧结炉，其特征在于：炉体的侧顶部炉膛纤维硬板用较深台阶或槽插成一体，用轻质耐火材料砌成，外层选用硅酸铝纤维板、无石棉硅钙板轻质节能材料，炉顶、炉壁用高温陶瓷锚固件固定。

5、如权利要求1所述的多晶硅铸锭用高纯石英坩埚专用烧结炉，其特征在于：炉体(1)与台车(5)之间接触部分设有密封纤维纸(5a)。

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