CN202898598U

CN202898598U - 一种铸锭炉

Info

Publication number: CN202898598U
Application number: CN 201220566440
Authority: CN
Inventors: 李盼; 周秉林; 王志东; 刘超
Original assignee: Yingli Energy China Co Ltd
Current assignee: Yingli Energy China Co Ltd
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2022-10-31

Abstract

本实用新型公开了一种铸锭炉，所述铸锭炉包括：炉体，所述炉体顶部设置有测试孔；位于所述炉体内的隔热笼，所述隔热笼侧壁设置有可上下移动的控温挡块；位于所述隔热笼内的坩埚；位于所述测试孔内测试棒；其中，所述测试棒上端连接气动装置，所述气动装置可带动所述测试棒进行上下运动；所述测试棒上设置有跳段感应区；所述测试孔上口处设置有位置传感器，所述位置传感器连接于铸锭炉控制系统。所述铸锭炉可实现坩埚内籽晶熔化程度自动检测，操作简单，工作效率高；且无需人工进行高炉操作，安全性高。

Description

一种铸锭炉

技术领域

本实用新型涉及晶体硅生产领域，更具体地说，涉及一种铸锭炉。

背景技术

类单晶硅铸锭整个工序分为熔化、长晶、退火、冷却、急冷五个阶段，每一个阶段有不同的工艺温度。铸锭的一个关键跳段是熔化到长晶的跳段，在底部籽晶（单晶硅块）熔化预设的厚度时完成向长晶阶段的过渡，这样才可以即保证多晶硅料完全熔化，又保证剩余的足够的籽晶诱导长晶，进而保证类单晶的铸锭质量。其中，从一个阶段向另一个阶段过渡的过程称为跳段。

参考图1，现有的类单晶硅铸锭炉包括：炉体1；设置在所述炉体1内的隔热笼2；设置在所述隔热笼内的坩埚3，所述坩埚侧面以及底部和上方设置有保护作用的石墨板4；其中，所述坩埚3放置在隔热笼底部的石墨支撑块5上方；所述石墨支撑块5与所述隔热笼2侧壁设置有控温挡块6，所述控温挡块6在向长晶阶段跳段时可如图示箭头方向向上移动，以降低坩埚底部温度开始长晶。所述铸锭炉还包括：用于检测坩埚内硅料熔化情况的测试棒7，测试棒7位于设置在炉体1顶部的测试孔10内，可上下移动，用于测试坩埚内籽晶的熔化程度。

在进行类单晶硅铸锭时，在坩埚底部均匀铺设有一层籽晶8，再在籽晶层上填放多晶硅料。经过加热器9预定时间加热熔化后，通过测试棒7深入的长度判断籽晶的熔化程度，当底部籽晶层熔化到预设的厚度时，控制铸锭炉由熔化阶段向长晶阶段进行跳段。

现有技术在由熔化向长晶跳段控制时，需要多次人工测试铸锭炉内籽晶熔化程度，当符合跳段标准时，控制铸锭炉由熔化向长晶跳段。此时，需要多次爬上铸锭炉通过移动所述测试棒7进行多次测量，操作复杂，工作效率低；且危险性较高。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种铸锭炉，所述铸锭炉在进行类单晶硅铸锭时，可以实现籽晶熔化程度的自动检测，操作简单，工作效率高，且安全性高。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种铸锭炉，该铸锭炉包括：

炉体，所述炉体顶部设置有测试孔；

位于所述炉体内的隔热笼，所述隔热笼侧壁设置有可上下移动的控温挡块；

位于所述隔热笼内的坩埚；

位于所述测试孔内测试棒；

其中，所述测试棒上端连接气动装置，所述气动装置可带动所述测试棒进行上下运动；所述测试棒上设置有跳段感应区；所述测试孔上口处设置有位置传感器，所述位置传感器连接于铸锭炉控制系统。

优选的，在上述铸锭炉中，所述跳段感应区与所述测试棒下端面的距离等于坩埚内未熔化的籽晶上表到所述位置传感器的竖直距离加上预设的籽晶熔化的厚度，所述预设的籽晶熔化的厚度为1mm-3mm。

优选的，在上述铸锭炉中，所述气动装置包括：

位于所述炉体顶部的气缸；

用于支撑固定所述气缸的气缸支架。

优选的，在上述铸锭炉中，还包括：

设置于所述测试孔侧壁的惰性气体充气口。

优选的，在上述铸锭炉中，所述测试棒是玻璃棒。

优选的，在上述铸锭炉中，所述跳段感应区为金属感应区。

优选的，在上述铸锭炉中，所述位置传感器为与所述金属感应区相匹配的光电感应器。

从上述技术方案可以看出，本实用新型所提供的铸锭炉包括：炉体，所述炉体顶部设置有测试孔；位于所述炉体内的隔热笼，所述隔热笼侧壁设置有可上下移动的控温挡块；位于所述隔热笼内的坩埚；位于所述测试孔内测试棒；其中，所述测试棒上端连接气动装置，所述气动装置可带动所述测试棒进行上下运动；所述测试棒上设置有跳段感应区；所述测试孔上口处设置有位置传感器，所述位置传感器连接于铸锭炉控制系统。

在进行类单晶硅铸锭时，如需测试铸锭炉内硅料熔化情况，只需控制气动装置带动所述测试棒向下运动即可，只有当籽晶熔化的厚度达到预设厚度范围时，测试棒才能深入到坩埚内足够的深度，进而使得所述位置传感器能够接收到所述跳段感应区的位置信号，并将所述位置信号传输给铸锭炉的控制系统，进而控制铸锭炉的进行跳段操作，使控温挡块向上运动令坩埚底部处于低温，以便于晶体生长。如果籽晶没有熔化到设定的厚度，只需控制所述气动装置带动所述测试棒进行多次测试即可，直到检测到所述跳段感应区的位置信号为止。

可见，本申请技术方案所述铸锭炉可实现炉内籽晶熔化程度的自动检测，进而可以实现坩埚内籽晶熔化程度自动检测，操作简单，工作效率高；且无需人工进行高炉操作，安全性高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为现有技术中常见的一种铸锭炉结构示意图；

图2为本实用新型所提供的一种铸锭炉的结构示意图；

图3为图2中所示铸锭炉的局部放大示意图。

具体实施方式

类单晶硅铸锭时坩埚底部铺设的籽晶为单晶硅，用以诱导晶体生长，其熔点略大于多晶硅料的熔点。当经过设定时间的加热使坩埚内多晶硅料差不多完全熔化后，仍须对坩埚进行持续高温加热。此时，一方面，需要加热到使籽晶熔化部分以保证多晶硅硅料的完全熔化；另一方面，需要准备控制籽晶的熔化厚度，以使得有足够的籽晶诱导晶体生长。

现有的铸锭炉在进行类单晶硅铸锭时，需要通过人工测试铸锭炉内籽晶的熔化情况，操作复杂，工作效率低；且危险性较高。

发明人研究发现，可以在测试棒的预设位置设置跳段位置感应区，并在测试孔的上口处设置与所述跳段位置感应区相匹配的位置传感器，通过气动装置控制测试棒的上下移动。当所述位置传感器检测到所述跳段位置感应区的位置信号时可证明籽晶熔化的厚度已经到达预设的厚度值，即可进行跳段控制。从而可实现自动检测坩埚内籽晶的熔化情况，进而实现自动跳段控制，操作简单，工作效率高；且无需人工进行高炉操作，安全性高。

基于上述研究的基础上，本实用新型提供了一种铸锭炉，该铸锭炉包括：

炉体，所述炉体顶部设置有测试孔；

位于所述隔热笼内的坩埚；

位于所述测试孔内测试棒；

本实用新型实施例所提供铸锭炉在进行类单晶硅铸锭时，当需测试铸锭炉内籽晶的熔化情况时，只需控制气动装置带动所述测试棒向下运动即可，只有当籽晶熔化的厚度达到预设厚度范围时，测试棒才能深入到坩埚内足够的深度，进而使得所述位置传感器能够接收到所述跳段感应区的位置信号，并将所述位置信号传输给铸锭炉的控制系统，进而控制铸锭炉的进行跳段操作，使所述控温挡块向上运动，使坩埚底部与隔热快外部低温环境连通，以便使坩埚底部处于较低的温度，便于坩埚底部晶体的生长。如果籽晶没有熔化到设定的厚度，只需控制所述气动装置带动所述测试棒进行多次检查即可，直到检测到所述跳段感应区的位置信号为止。

可见，本申请技术方案所述铸锭炉可实现炉内籽晶熔化状况的自动检测，进而实现自动跳段控制，操作简单，工作效率高；且无需人工进行高炉操作，安全性高。

以上是本申请的核心思想，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示装置件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

基于上述思想，本申请实施例提供了一种铸锭炉，参考图2和图3，图2为本申请所提供的一种铸锭炉的结构示意图，图3为图2中虚线圆圈中的局部放大示意图。

所述铸锭炉包括：炉体1，所述炉体1顶部设置有测试孔10；设置在所述炉体1内的隔热笼2；设置在所述隔热笼2内的坩埚3。

本申请所述铸锭炉的测试棒7连接气缸12，所述气缸12通过气缸支架11固定在炉体1顶部，所述气缸12用于带动测试棒7上下运动以便进行炉内籽晶的熔化程度。所述测试棒7为耐高温的玻璃棒。

所述测试棒7上设置有跳段感应区13，所述跳段感应区13是金属感应区。所述测试孔10的上口处设置有与所述跳段感应区13相匹配的位置传感器14，所述位置传感器14可以为光电感应器，用于检测所述跳段感应区13的位置信号，所述位置传感器14连接于铸锭炉控制系统。

所述测试孔10的侧壁设置有惰性气体充气口15，当采用所述测试棒7测试坩埚内籽晶容熔化程度时，通过所述惰性气体充气口15为充入惰性气体，如氩气等，在调控铸锭炉内压强的同时对测试棒7进行冷却，避免测试棒7由于高温发生形变。

所述坩埚3用于盛放硅料，在进行类单晶硅铸锭时，需要先在坩埚3的底部均匀铺设一层籽晶8（图中仅以一块籽晶进行示意说明），然后在底部的籽晶层上堆放多晶硅料。所述坩埚3放置在铸锭炉的石墨支撑块5上方，且坩埚3四周侧壁、底部和顶部设置有具有支撑保护以及保温功能的石墨板4。

所述隔热笼2侧壁上设置有可上下移动的控温挡块6，所述控温挡块6初始位置位于所述石墨支撑块5与所述隔热笼2侧壁的缝隙之间，用于控制坩埚内热场分布。

当检测到坩埚内籽晶层熔化到设定厚度时，通过铸锭炉的控制系统进行跳段控制，打开隔热笼2底部开口处的百叶（图中并未示出）并控制所述控温挡块6向上移动（如图2中箭头所示）。

此时，虽然铸锭炉的加热器9仍持续加热，但是由于坩埚3底部与隔热笼2外部的炉内空间导通，在坩埚3内的硅液会具有一个由下至上的温度梯度（温度由上至下递增），如此，控制坩埚底部的硅液以未完全熔化的籽晶为母晶开始长晶。

所述跳段感应区13与所述测试棒7下端面的距离等于坩埚内籽晶未熔化时其上表到所述位置传感器的竖直距离加上预设的籽晶熔化的厚度，所述预设的籽晶熔化的厚度为1mm-3mm。本申请所述铸锭炉可控制籽晶的熔化厚度为1mm-3mm，即可保证坩埚内硅料的完全熔化，又可保证剩余足够厚度的籽晶诱导晶体的生长。

需要说明的时，本申请所述铸锭炉除图2与图3中所示各数字标注部件外还包括外围控制系统等。

下面具体介绍上述铸锭炉的跳段测试过程。

根据坩埚内硅料的装放量以及加热温度可预先计算坩埚内硅料的熔化时间，当经过上述熔化时间的加热后，坩埚内硅料熔化，此时持续高温加热，使籽晶上部开始熔化，以保证坩埚内硅料熔化完全。同时，通过铸锭炉的控制系统，控制铸锭的气缸12带动测试棒7向下运动，测试坩埚底部籽晶层的熔化程度。

只有当籽晶熔化的厚度达到预设厚度范围时，测试棒7才能深入到坩埚2内足够的深度，进而使得位置传感器14能够接收到跳段感应区13的位置信号，并将所述位置信号传输给铸锭炉的控制系统。

控制系统控制气缸带动测试棒7向上运动，离开隔热笼2，恢复到初始位置，同时，控制铸锭炉的进行跳段操作，打开隔热笼底部开口处的百叶，并控制所述控温挡块6向上运动，使坩埚底部与隔热快外部低温环境连通，以便使坩埚底部处于较低的温度，便于坩埚底部晶体的生长。其中，测试棒的初始位置为测试棒下端位于隔热笼上方与炉体之间。

如果籽晶没有熔化到设定的厚度，只需控制所述气动装置带动所述测试棒进行多次检查即可，直到检测到所述跳段感应区的位置信号为止。

所述气动装置具有压力感应功能，当测试棒下端触碰当固体的籽晶时会感测到足够的阻力，此时，将会停止向下运动，并向上运动使测试棒离开隔热笼，恢复到初始位置，等待下次测量。

可见，本申请所述铸锭炉能够实现炉内籽晶熔化程度的自动检测，操作简单，工作效率高，且安全性高。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种铸锭炉，其特征在于，包括：

炉体，所述炉体顶部设置有测试孔；

位于所述隔热笼内的坩埚；

位于所述测试孔内测试棒；

2.根据权利要求1所述铸锭炉，其特征在于，所述跳段感应区与所述测试棒下端面的距离等于坩埚内籽晶未熔化时其上表到所述位置传感器的竖直距离加上预设的籽晶熔化的厚度，所述预设的籽晶熔化的厚度为1mm-3mm。

3.根据权利要求1所述铸锭炉，其特征在于，所述气动装置包括：

位于所述炉体顶部的气缸；

用于支撑固定所述气缸的气缸支架。

4.根据权利要求1所述铸锭炉，其特征在于，还包括：

设置于所述测试孔侧壁的惰性气体充气口。

5.根据权利要求1所述铸锭炉，其特征在于，所述测试棒是玻璃棒。

6.根据权利要求1所述铸锭炉，其特征在于，所述跳段感应区为金属感应区。

7.根据权利要求6所述铸锭炉，其特征在于，所述位置传感器为与所述金属感应区相匹配的光电感应器。