CN201908151U - 多晶硅铸锭炉真空系统软抽气装置 - Google Patents

多晶硅铸锭炉真空系统软抽气装置 Download PDF

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杨晓生
陈国红
瞿海斌
谭晓松
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Abstract

一种多晶硅铸锭炉真空系统抽气装置，它的机架装有大抽速真空泵和小抽速真空泵，罗茨泵装在机架顶部；炉体连接管道分为两路，一路由炉体连接管道依次连通气动插板阀、抽气管道、罗茨泵的进气端，而罗茨泵的排气端与大抽速真空泵的抽气端口连接；另一路由炉体连接管道依次连通气动阀、比例阀、密封软管的一端，所述密封软管另一端与小抽速真空泵的抽气端口连接。它一方面能满足多晶硅铸锭炉真空环境的需要；另一方面又能避免硅粉的散落和溢出，从而避免石墨材料的损坏，确保多晶铸锭的生产过程稳定可靠地运行；能满足真空抽气的安全性、高效性且性能稳定等要求，工作可靠性好。

Description

多晶硅铸锭炉真空系统软抽气装置
技术领域
本实用新型涉及一种多晶硅铸锭炉真空系统抽气装置，具体是指在多晶硅铸锭生产的工艺过程中，在炉内抽真空阶段，为防止硅料吸出坩埚，造成石墨护板及炉膛的损坏，通过控制系统实现抽气能力逐步递增的抽气装置。
背景技术
多晶硅铸锭炉是用于铸造大型多晶硅锭的设备，它是将硅料高温熔融后通过定向凝固冷凝结晶，使其形成晶向一致的硅锭，从而达到太阳能电池生产对硅片品质的要求。
多晶硅铸锭的主要生产工艺过程是：将多晶硅料装入喷有涂层的石英坩埚中后，再放在定向凝固块上，关闭炉膛后真空系统启动，将炉膛抽至本底真空，然后加热。待硅料完全熔化后，隔热笼缓慢往上提升，通过定向凝固块将硅料结晶时释放的热量辐射到下炉腔内壁上，使硅料中形成一个竖直温度梯度。这个温度梯度使坩埚内的硅液从底部开始凝固，从熔体底部向顶部生长。生产完成后，硅锭经过退火、冷却后出炉即完成整个铸锭过程。
因为多晶铸锭炉炉膛内保温材料和加热器均为石墨材料，同时为防止硅料在高温下氧化，故硅料在加热前，炉内必须要抽真空。铸锭炉炉内真空范围一般为0.05mbar以下。
在实际生产过程中，多晶硅料包含块状料、碎片料、颗粒料和粉料。在坩埚内为纯粉料的情况下，如果真空泵抽速过大，则炉膛内气体流动，可能会将部分粉料带出石英坩埚，散落在炉膛中。硅料在高温下与石墨材料反应，如果散落的硅料达到一定的数量，则可能导致炉膛严重损坏，造成巨大的经济损失。为避免这种情况的发生，在对粉料进行抽气的过程中，必须尽可能的减小初始抽速，使炉膛内压力缓慢下降，然后随着炉压的下降逐渐增加抽气的速率，以达到生产所需的真空度。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足并根据上述工艺要求，提出一种多晶硅铸锭炉真空系统抽气装置，它一方面能满足多晶硅铸锭炉真空环境的需要；另一方面又能避免硅粉的散落和溢出，从而避免石墨材料的损坏，确保多晶铸锭的生产过程稳定可靠地运行。
本实用新型的技术解决方案是，所述多晶硅铸锭炉真空系统抽气装置为，它有机架，其结构特点是，所述机架装有大抽速真空泵和小抽速真空泵，罗茨泵装在机架顶部；炉体连接管道分为两路，一路由炉体连接管道依次连通气动插板阀、抽气管道、罗茨泵的进气端，而罗茨泵的排气端与大抽速真空泵的抽气端口连接；另一路由炉体连接管道依次连通气动阀、比例阀、密封软管的一端，所述密封软管另一端与小抽速真空泵的抽气端口连接。
本实用新型的技术原理是，为了避免硅粉的散落和溢出，必须使真空系统抽气管路的排气量缓慢增加，即多晶硅铸锭炉真空系统在开始抽气时，先使用较小抽速抽气，通过自动控制系统实现排气管道上比例阀开度由零逐级增加至满开度，在炉膛内压力达到一定的安全压力（小于100mbar，此时炉膛内气体基本无法带动硅粉料）时，再使用大抽速抽气。如此使排气量由小至大逐级递增的方法，来实现以上技术要求。在从常压到多晶铸锭生产所需压力的范围内，将其分为多个压力级别，每个级别在控制系统中预设相应的比例阀开度。开始抽气时，随着压力下降，系统按照预设值设定比例阀开度，当炉膛内压力下降到一定值时，炉膛内气体基本无法将硅粉带出坩埚。此时再加大抽速，使炉膛内压力迅速下降至铸锭工艺所需压力，从而尽量缩短整体抽气时间，提高工作效率。
为满足多晶硅铸锭炉真空系统的软抽气要求，本实用新型在真空系统的排气管路上安装比例阀。通过调节排气管路上比例阀的开度来调节抽气的排气量。将整个抽真空过程分为多个不同的压力级别，分别对应不同的比例阀开度。当炉膛内真空压力下降到一定程度，气体已无法带动粉料时，再加大真空泵抽速，使炉膛内压力迅速达到铸锭工艺的真空要求。整个抽气过程的设定，既满足了多晶硅铸锭炉真空抽气的安全性要求，也有效缩短了整体抽气时间，提高了工作效率。
由以上可知，本实用新型为用于多晶硅铸锭炉真空系统软抽气装置，它一方面能满足多晶硅铸锭炉真空环境的需要；另一方面又能避免硅粉的散落和溢出，从而避免石墨材料的损坏，确保多晶铸锭的生产过程稳定可靠地运行；能满足真空抽气的安全性、高效性且性能稳定等要求，工作可靠性好。
附图说明
附图是本实用新型一种实施例的结构示意图；
在附图中：
1—大抽速真空泵，                  2—小抽速真空泵，
3—罗茨泵，                              4—抽气管道，
5—气动插板阀，                      6—炉体连接管道，
7—气动阀，                              8—比例阀，
9—密封软管，                          10—机架。
具体实施方式
以下结合附图说明本实用新型的实施方式。
如图1所示，所述多晶硅铸锭炉真空系统抽气装置为，它有机架10，所述机架10装有大抽速真空泵1和小抽速真空泵2，罗茨泵3装在机架10顶部；炉体连接管道6分为两路，一路由炉体连接管道6依次连通气动插板阀5、抽气管道4、罗茨泵3的进气端，而罗茨泵3的排气端与大抽速真空泵1的抽气端口连接；另一路由炉体连接管道6依次连通气动阀7、比例阀8、密封软管9的一端，所述密封软管9另一端与小抽速真空泵2的抽气端口连接。
本实用新型的工作过程是，多晶硅铸锭炉真空系统从常压到安全压力(小于100mbar)可分为多级，每级根据所达到的压力值设定相应的比例阀开度；开始抽气时，只启动小抽速真空泵2管路进行抽气，大抽速真空泵1管路通过气动插板阀5截止。在小抽速真空泵2管路中，气动阀7打开，比例阀8开度由零逐级增加至满刻度，当达到系统预设的安全压力后，关闭气动阀7、比例阀8和小抽速真空泵2，大抽速真空泵1启动，气动插板阀5打开，开始快速抽气。在达到系统预设的罗茨泵3的启动压力时，同时启动罗茨泵3和大抽速机械泵1，以尽快把炉膛内压力抽到工艺要求的程度。

Claims (1)

1.一种多晶硅铸锭炉真空系统抽气装置，有机架(10)，其特征是，所述机架(10)装有大抽速真空泵(1)和小抽速真空泵(2)，罗茨泵(3)装在机架（10）顶部；炉体连接管道（6）分为两路，一路由炉体连接管道（6）依次连通气动插板阀（5）、抽气管道（4）、罗茨泵（3）的进气端，而罗茨泵（3）的排气端与大抽速真空泵（1）的抽气端口连接；另一路由炉体连接管道（6）依次连通气动阀（7）、比例阀（8）、密封软管（9）的一端，所述密封软管（9）另一端与小抽速真空泵（2）的抽气端口连接。
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