CN203728587U - 一种还原炉复合隔热屏及还原炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种还原炉复合隔热屏及还原炉，包括：金属护板、第一镍铬基合金板、复合隔热板和第二镍铬基合金板；所述金属护板、第一镍铬基合金板、复合隔热板和第二镍铬基合金板依次抽真空层压为一体；与所述金属护板层压的第一镍铬基合金板的表面上涂覆有碳化硅涂层，利用金属护板保护第一镍铬基合金板表面的碳化硅涂层，防止其被倒下的硅棒损坏，延长隔热屏的使用寿命，并防止多晶硅生产过程中产生的氯化氢对碳化硅涂层的腐蚀，避免对还原炉气氛产生污染；利用第一镍铬基合金板进行二次热辐射，并利用复合隔热板阻止热辐射向还原炉的内壁传递，能够节能降耗，并降低硅棒中心和表面温度梯度，均匀炉内热场。

Description

一种还原炉复合隔热屏及还原炉

技术领域

本实用新型涉及多晶硅生产技术领域，特别是涉及一种多晶

硅还原炉复合隔热屏及还原炉。

背景技术

三氯氢硅氢还原是改良西门子法生产多晶硅的一个重要生产环节，将对多晶硅的质量及成本产生重要影响，尤其是氢还原直接电耗在多晶硅生产成本中占有较大的比例，在多晶硅还原炉中，由于辐射和气体对流传热的双重原因，加热硅棒的电能约有85～90%消耗在炉壁上，冷却的炉壁会带走加热硅棒的热量。

现有的防止炉壁带走加热硅棒热量的方式是通过在还原炉内壁与硅棒之间设置隔热屏，在隔热屏上涂覆由硅、石墨、碳化硅、碳化硅涂层材料、氮化硅、氧化硅、氧化铝、硼的氮化物、钼或钼基合金、钨或钨基合金、钽或钽基合金、二氧化硅基多孔材料、铝硅酸盐基多孔材料、涂金多孔材料、涂金材料、涂铂材料、涂二氧化硅多孔材料、涂银材料和涂银多孔材料中的一种或者几种的组合组成的涂层，通过涂层二次热辐射，减小炉壁对热量的吸收。

一方面，还原炉中苛刻的高温、高压环境以及工艺操作不当会引起倒棒，倒下的硅棒会对隔热屏表面的涂层产生机械损伤，影响二次热辐射效果；另一方面，氯化氢气体容易腐蚀隔热屏涂层，造成涂层寿命减少，并与涂层发生反应，生成含碳、含氮的有机物，依附在硅棒表面，并污染还原炉气氛。

因此，亟需一种还原炉复合隔热屏及还原炉以解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中存在的上述不足，提供一种还原炉复合隔热屏及还原炉，用以解决现有的还原炉隔热屏抗腐蚀性差、易损坏的问题。

本实用新型为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

本实用新型提供一种还原炉复合隔热屏，包括：金属护板、第一镍铬基合金板、复合隔热板和第二镍铬基合金板；

所述金属护板、第一镍铬基合金板、复合隔热板和第二镍铬基合金板依次抽真空层压为一体；

与所述金属护板层压的第一镍铬基合金板的表面上涂覆有碳化硅涂层。

优选的，所述金属护板采用以下之一：钼板、钨板、涂有金或钨的钼板、涂有金的钨板。

优选的，与所述金属护板层压的第一镍铬基合金板的表面还涂覆有反应阻隔涂层，所述反应阻隔涂层位于所述第一镍铬基合金板与所述碳化硅涂层之间。

优选的，所述反应阻隔涂层为三氧化二铝涂层。

优选的，所述复合隔热板采用热传导系数为0.01～1W/m·K的纤维毡或纤维增强复合板。

优选的，所述复合隔热板采用硅酸铝纤维板或硅酸镁纤维板。

优选的，所述金属护板的厚度为0.5-1.5mm；所述第一镍铬基合金板的厚度为0.5-1.5mm；所述复合隔热板的厚度为3-5mm；所述第二镍铬基合金板的厚度为0.5-1.5mm；

所述还原炉复合隔热屏的高度比还原炉钟罩的封头平面略高。

本实用新型还提供一种还原炉，包括：还原炉钟罩、还原炉底盘、以及设于还原炉钟罩内的隔热屏，所述隔热屏竖直设置在还原炉底盘上，且位于还原炉钟罩的内壁和硅棒之间，其特征在于，所述隔热屏采用权利要求1-7任一项所述的还原炉复合隔热屏，所述还原炉复合隔热屏中的金属护板朝向硅棒。

优选的，所述还原炉复合隔热屏为多个，均匀分布于还原炉底盘的圆周，并与还原炉钟罩的内壁呈预设的距离设置。

优选的，所述预设的距离为3-10mm。

本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型利用金属护板保护第一镍铬基合金板表面的碳化硅涂层，防止其被倒下的硅棒损坏，延长隔热屏的使用寿命，并防止多晶硅生产过程中产生的氯化氢对碳化硅涂层的腐蚀，避免对还原炉气氛产生污染；利用第一镍铬基合金板进行二次热辐射，并利用复合隔热板阻止热辐射向还原炉的内壁传递，能够节能降耗，并降低硅棒中心和表面温度梯度，均匀炉内热场。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的还原炉复合隔热屏的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的还原炉结构示意图；

图3为图2中B-B剖面结构示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

本实用新型提供一种还原炉复合隔热屏，采用二次辐射和隔热层隔热相结合的复合隔热方式，阻隔硅棒与还原炉钟罩之间的热传递，尽可能减少硅棒的辐射热被还原炉钟罩夹套水带走。

以下结合图1详细说明本实用新型还原炉复合隔热屏的结构。

该还原炉复合隔热屏1的结构参见图1所示，包括：金属护板11、第一镍铬基合金板12、复合隔热板13和第二镍铬基合金板14。金属护板11、第一镍铬基合金板12、复合隔热板13和第二镍铬基合金板14依次抽真空层压为一体，即第一镍铬基合金板12位于金属护板11与复合隔热板13之间，复合隔热板13位于第一镍铬基合金板12与第二镍铬基合金板14之间。与金属护板11层压的第一镍铬基合金板12的表面上涂覆有碳化硅涂层。

由于钼和钨具有较高的熔点，不容易在高温的还原炉内熔化，因此，金属护板11可以选用钼板、钨板、涂有金或钨的钼板，或者涂有金的钨板。

金属护板11主要用于，为第一镍铬基合金板12表面的碳化硅涂层提供保护，一方面，防止倒棒时硅棒4砸到第一镍铬基合金板12，避免对碳化硅涂层形成机械损伤，从而保证二次热辐射效果；另一方面，由于金属护板11的存在，第一镍铬基合金板12不直接暴露在还原炉内的反应环境中，防止多晶硅生产过程中产生的氯化氢对碳化硅涂层的腐蚀，从而避免了对还原炉气氛产生污染。此外，由于钼或钨自身的热反射和热传导性能，金属护板11还能够将一部分硅棒4的辐射热返回硅棒4的表面，从而起到节能降耗、均匀炉内热场的作用。

由于碳化硅具有高热辐射率的特性，其光谱热辐射率大于0.92，因此，在第一镍铬基合金板12与金属护板11层压的表面上涂覆碳化硅涂层，用以吸收部分经由金属护板11传递的辐射热，再以二次热辐射的形式重新经由金属护板11将部分辐射热二次辐射到硅棒4的表面。

复合隔热板13主要用于，阻止第一镍铬基合金板12传递过来的热量继续向还原炉钟罩的内壁2的方向传递。

第二镍铬基合金板14主要用于保护复合隔热板13不受倒棒带来的机械损伤和腐蚀性气体的腐蚀。

金属护板11和第二镍铬基合金板14将第一镍铬基合金板12和复合隔热板13夹在中间，避免与还原炉内的反应环境直接接触，从而保护其不受氯化氢腐蚀，而且，金属护板11和第二镍铬基合金板14均为金属材质，刚度较大，在硅棒倒棒时，能够起到阻挡作用，保护其不受机械损伤。

金属护板11、第一镍铬基合金板12、复合隔热板13和第二镍铬基合金板14依次设置，端面焊接封闭，形成密闭型腔，并抽真空层压形成还原炉复合隔热屏。抽真空层压可以避免密闭型腔内的空气在高温下膨胀导致还原炉复合隔热屏变形。

优选的，与金属护板11层压的第一镍铬基合金板12的表面还涂覆有反应阻隔涂层，反应阻隔涂层位于第一镍铬基合金板12与碳化硅涂层之间。即，首先在第一镍铬基合金板12的表面上涂覆反应阻隔涂层，然后在反应阻隔涂层上涂覆碳化硅涂层。

在第一镍铬基合金板12与碳化硅涂层之间涂覆反应阻隔涂层，可以阻止碳化硅涂层在高温下与镍铬基合金板12发生反应。此外，由于碳化硅涂层的高温膨胀系数小，基体（镍铬基合金板12）的高温膨胀系数大，二者不匹配，导致碳化硅涂层与基体间存在切应力，引起碳化硅涂层龟裂。在第一镍铬基合金板12与碳化硅涂层之间涂覆反应阻隔涂层，因反应阻隔涂层的膨胀系数介于二者之间，从而有效解决碳化硅涂层与基体高温膨胀系数不匹配的问题，同时，碳化硅涂层也不会出现应力和龟裂，保证了碳化硅涂层晶格的完整性，从而保证了碳化硅涂层的高辐射特性。

优选的，反应阻隔涂层可以为三氧化二铝涂层。

优选的，复合隔热板13可以采用热传导系数为0.01～1W/m·K的纤维毡或纤维增强复合板。优选的，复合隔热板13可以采用硅酸铝纤维板或硅酸镁纤维板实现。

优选的，复合隔热板13的厚度可以为3-5mm，金属护板11的厚度可以为0.5-1.5mm，第一镍铬基合金板12的厚度可以为0.5-1.5mm，第二镍铬基合金板14的厚度可以为0.5-1.5mm。

优选的，还原炉复合隔热屏1的厚度为5-10mm。

还原炉复合隔热屏1的高度比还原炉钟罩的封头平面6略高。

本实用新型还提供一种还原炉，以下结合图2对该还原炉的结构进行详细说明。

如图2所示，该还原炉包括：还原炉钟罩、还原炉底盘以及设于还原炉钟罩内的隔热屏。该隔热屏采用前述的还原炉复合隔热屏1，还原炉复合隔热屏1竖直设置于还原炉底盘5上，位于还原炉钟罩的内壁2与硅棒4之间，且还原炉复合隔热屏1中的金属护板11朝向硅棒。在还原炉钟罩的内壁2和外壁6之间设置夹套循环水3。

如图3所示，还原炉复合隔热屏1可以为多个，均匀分布于还原炉底盘5的圆周，将硅棒4与还原炉的内壁2隔开，还原炉复合隔热屏1与还原炉钟罩的内壁2呈预设的距离设置。

如果还原炉复合隔热屏1与还原炉钟罩的内壁2的距离过大，则金属护板11与硅棒的距离过近，温度过高，超过金属护板11对高温的承受能力，容易损坏；如果还原炉复合隔热屏1与还原炉钟罩的内壁2的距离过小，则会影响还原炉钟罩的拆卸，造成安装不便。优选的，该预设的距离可以为3-10mm。

通过在还原炉底盘5的圆周上均匀设置多个还原炉隔热屏1，以及将还原炉隔热屏1的高度略高于还原炉钟罩的风头平面6的高度，能够最大限度地阻隔硅棒4与还原炉钟罩的内壁2之间的辐射热传递，使得隔热效果达到最优。

为了清楚说明本实用新型的技术方案，以下结合图1、2，对本实用新型的还原炉复合隔热屏的工作过程做详细说明。

多个还原炉复合隔热屏1竖直设置于还原炉底盘5上，均匀分布于还原炉底盘5的圆周，并与还原炉钟罩的内壁2呈3～10mm的距离设置，还原炉复合隔热屏1的高度比钟罩封头平面6略高。来自硅棒4的辐射热，一部分经金属护板11反射回硅棒表面，大部分辐射热由金属护板11传递给涂覆有碳化硅涂层和三氧化二铝涂层的第一镍铬基合金板12。经第一镍铬基合金板12表面的碳化硅涂层吸收后，再以二次热辐射的形式重新经过金属护板11传回至硅棒4的表面，少量辐射热经过复合隔热板13传递给第二镍铬基合金板14和还原炉钟罩的内壁2，余热被钟罩夹套循环水3带走。

本实用新型利用金属护板保护第一镍铬基合金板表面的碳化硅涂层，防止其被倒下的硅棒损坏，延长隔热屏的使用寿命，并防止多晶硅生产过程中产生的氯化氢对碳化硅涂层的腐蚀，避免对还原炉气氛产生污染；利用第一镍铬基合金板进行二次辐射，并利用复合隔热板阻止辐射热向还原炉的内壁传递，能够节能降耗，并降低硅棒中心和表面温度梯度，均匀炉内热场。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种还原炉复合隔热屏，其特征在于，包括：金属护板、第一镍铬基合金板、复合隔热板和第二镍铬基合金板；

所述金属护板、第一镍铬基合金板、复合隔热板和第二镍铬基合金板依次抽真空层压为一体；

与所述金属护板层压的第一镍铬基合金板的表面上涂覆有碳化硅涂层。

2.如权利要求1所述的还原炉复合隔热屏，其特征在于，所述金属护板采用以下之一：钼板、钨板、涂有金或钨的钼板、涂有金的钨板。

3.如权利要求1所述的还原炉复合隔热屏，其特征在于，与所述金属护板层压的第一镍铬基合金板的表面还涂覆有反应阻隔涂层，所述反应阻隔涂层位于所述第一镍铬基合金板与所述碳化硅涂层之间。

4.如权利要求3所述的还原炉复合隔热屏，其特征在于，所述反应阻隔涂层为三氧化二铝涂层。

5.如权利要求1所述的还原炉复合隔热屏，其特征在于，所述复合隔热板采用热传导系数为0.01～1W/m·K的纤维毡或纤维增强复合板。

6.如权利要求5所述的还原炉复合隔热屏，其特征在于，所述复合隔热板采用硅酸铝纤维板或硅酸镁纤维板。

7.如权利要求1-6任一项所述的还原炉复合隔热屏，其特征在于，所述金属护板的厚度为0.5-1.5mm；所述第一镍铬基合金板的厚度为0.5-1.5mm；所述复合隔热板的厚度为3-5mm；所述第二镍铬基合金板的厚度为0.5-1.5mm；

所述还原炉复合隔热屏的高度比还原炉钟罩的封头平面略高。

8.一种还原炉，包括还原炉钟罩、还原炉底盘、以及设于还原炉钟罩内的隔热屏，所述隔热屏竖直设置在还原炉底盘上，且位于还原炉钟罩的内壁和硅棒之间，其特征在于，所述隔热屏采用权利要求1-7任一项所述的还原炉复合隔热屏，所述还原炉复合隔热屏中的金属护板朝向硅棒。

9.如权利要求8所述的还原炉，其特征在于，所述还原炉复合隔热屏为多个，均匀分布于还原炉底盘的圆周，并与还原炉钟罩的内壁呈预设的距离设置。

10.如权利要求9所述的还原炉，其特征在于，所述预设的距离为3-10mm。