CN207671694U - 一种多晶硅生产用还原炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多晶硅生产用还原炉，包括底座，电极，硅芯，炉体和气体循环装置；底座内部设有导流腔，导流腔的顶壁上开设有若干炉体出气孔；炉体包括外炉体，内炉体和夹套层，炉体出气孔与内炉体相连通，外炉体上设有冷媒进管和冷媒出管；气体循环装置包括出气管，罩体和进气管；出气管延伸至内炉体上部，出气管与罩体之间形成出气风道，导流腔的顶壁上开设有导流腔出气孔，进气管的上端设有球形储气腔，储气腔上均匀设有进气孔，进气管的下端贯穿出气管的侧壁。本装置内气体流动无死角，避免了倒炉现象，同时能将出气管中气体的热量在还原炉内部进行吸收，减小耗电量，极大的节约了成本。

Description

一种多晶硅生产用还原炉

技术领域

本实用新型涉及多晶硅生产设备领域，具体涉及一种多晶硅生产用还原炉。

背景技术

目前多晶硅的工业生产工艺主要有：改良西门子法——闭环式三氯氢硅氢还原法，硅烷法——硅烷热分解法，流化床法，冶金法和气液沉淀法。其中改良西门子法在多晶硅生产当中是一种非常成熟的方法，国内大部分厂家都是利用这种方法来生产多晶硅。改良西门子法工艺分为六个步骤：三氯氢硅合成工序，三氯氢硅提纯工序，三氯氢硅还原工序，尾气回收工序，氢化工序，后处理工序。

合成工序是在流化床反应器中用纯度约99％的金属硅(工业硅)与HCI反应生成三氯氢硅。提纯工序采用多级分馏塔对三氯氢硅进行精制,除去四氯化硅及硼、磷等有害杂质。还原工序是在化学蒸发沉积反应器(还原炉)内加氢还原三氯氢硅，先在还原炉中预先放置初始硅芯,利用特别的启动装置来对硅芯进行预热，然后对硅芯直接通电加热, 三氯氢硅还原后在硅芯上沉积出多晶硅棒。尾气回收工序对来自还原炉、氢化炉、合成洗涤塔顶冷却器的三氯氢硅、四氯化硅、氢气和氯化氢等进行分离、净化、再生和回收。氢化工序是在高压反应器内把四氯化硅转化为三氯氢硅再返回还原炉循环利用。后处理工序包括对最终多晶硅产品进行破碎、净化、包装等。

在还原工序中，需要用到还原炉，由还原炉进气口冲入混合反应气，经反应后由还原炉出气口排出；目前所用的还原炉的进、出气口均位于还原炉炉体底座上，这存在以下几个问题：

一是，进、出气口均位于还原炉炉体底座上，在正中心的出气口处形成一个低压区，如图9所示还原炉内气体的流动图，这种循环自然很容易在炉体的上部及下部形成死角①、②、③三个区域，死角内气体流动缓慢，不易被新鲜的混合气体置换，会富集反应产物氯化氢，氯化氢会对硅芯产生严重的腐蚀现象，若硅芯的底部位于死角内，会被严重腐蚀，无法支撑逐渐变粗变重的硅芯，而导致倒炉。

二是，在多晶硅生产的过程中大都采用的是固定截面积的直喷口,炉内气体由下向上流动,在气流长时间的吹动作用下,硅棒成型不均匀,上部直径比较大,而下部直径却比较小,当二者之间的差距逐渐变大时，就会出现倒炉的现象。

三是，在还原炉进行工作时，通过外部通电加热硅芯到1100℃，相应的还原炉的内的气体也处于高温的状态，而目前还原炉的内的气体一般都是直接由出气口排出后，再进行热量的回收利用，导致还原炉内部热量损失严重，为了保证硅芯的温度，就需要大量的电，导致成本大大增加。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型公开了一种多晶硅生产用还原炉，此装置内气体流动无死角，避免了倒炉现象，同时能将出气管中气体的热量在还原炉内部进行吸收，减小耗电量，极大的节约了成本。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种多晶硅生产用还原炉，包括底座，贯穿设置于所述底座上的电极，设置于所述电极上的硅芯，设置于所述底座上的双层炉体和设置于所述炉体内的气体循环装置；

所述底座内部开设有导流腔，所述导流腔的顶壁上开设有若干与所述炉体相连通的炉体出气孔；

所述炉体包括外炉体，内炉体和设置于所述外炉体与内炉体之间的夹套层，炉体出气孔与所述内炉体相连通，所述外炉体底部设有与所述夹套层相连通的冷媒进管，所述外炉体顶部设有与所述夹套层相连通的冷媒出管；

所述气体循环装置包括贯穿设置于所述底座中心处的出气管，套设于所述出气管外的罩体和设置于所述出气管内的进气管；所述出气管延伸至所述内炉体上部，所述出气管与所述罩体之间形成出气风道，所述导流腔的顶壁上开设有与出气风道相连通的导流腔出气孔，所述进气管的上端穿过所述罩体后设有球形储气腔，所述储气腔的侧壁上均匀设有若干进气孔，所述进气管的下端伸出所述底座后贯穿所述出气管的侧壁。

进一步的：所述底座的底部设有若干支脚。

进一步的：所述炉体的底部外缘向下延伸形成插环，所述底座顶部开设有与所述插环相匹配的插槽，所述插环与所述插槽插接。

进一步的：所述插环上开设有第一插孔，所述插槽的侧壁上开设有与所述第一插孔相配合的第二插孔，所述第一插孔及第二插孔内插设有插栓。

进一步的：所述插槽的侧壁上开设有滑槽，所述插环上设有与所述滑槽相匹配的滑块，所述滑块滑动设置于所述滑槽内。

进一步的，所述进气管为螺旋形。

采用上述技术方案所产生的有益效果为：将进气管设置在出气管的内部，由外界输入的混合气体由进气管进入内炉体内部，此时进气管内的混合气体会与出气管内的排出气体进行充分的热交换，及时回收排出气所携带的热量，并由进气管内的混合气体重新带回内炉体内部，减小内炉体内部热量的损失，减小耗电量，极大的节约了成本。

混合气体由进气管的上端进入内炉体内部，形成内炉体上部进气；内炉体内部的气体，由底座上的炉体出气孔进入导流腔，再由导流腔进入出气风道，进而从出气管中排出，形成内炉体下部出气；这种上进气、下出气的气体流动，能有效避免硅棒成型上部直径大,而下部直径小的情况,避免出现倒炉的现象。

在进气管的上端设有球形储气腔，且储气腔的侧壁上均匀设有若干进气孔。这样由进气管冲入的混合气体经球形储气腔上的进气孔能均匀的分散在内炉体的上部；同时在导流腔的顶壁上开设有若干与所述炉体相连通的炉体出气孔，均匀设置的炉体出气孔能使分散在内炉体的上部的混合气体均匀的向下运动，并最终由炉体出气孔排出，这样能有效避免产生死角，进一步避免了倒炉的现象。

炉体与底座通过插环与插槽插接安装，方便快捷。

通过在插环的第一插孔及插槽第二插孔内插设置插栓，只需要插拔插栓，即可实现炉体与底座的安装与拆卸，整个装置结构简单，操作方便。

在插槽的侧壁上开设有滑槽，在插环上设有与滑槽相匹配的滑块，且滑块滑动设置于所述滑槽内。当需要将炉体安装在底座上时，将插环上的滑块对准插槽上的滑槽，并使整个炉体向下运动；此时第一插孔与第二插孔相对齐，可以很方便的将插栓插入第一插孔与第二插孔内。

螺旋形的进气管增大了进气管与出气管内气体的接触面积，更好的实现热交换。

附图说明

图1所示为本实用新型的立体结构示意图；

图2所示为本实用新型的俯视图；

图3所示为图2的A-A面的等轴剖视图；

图4所示为图3的B部放大示意图；

图5所示为图3的C部放大示意图；

图6所示为本实用新型的爆炸示意图；

图7所示为本实用新型底座的局部示意图；

图8所示为本实用新型炉体的立体图；

图9所示为现有还原炉内气体的流动示意图；

其中：1、底座；2、炉体，2-1、外炉体，2-2、内炉体，2-3、夹套层；3、电极；4、气体循环装置；5、导流腔；6、炉体出气孔；7、冷媒进管；8、冷媒出管；9、出气管； 10、罩体；11、进气管；12、出气风道；13、导流腔出气孔；14、储气腔；15、进气孔； 16、支脚；17、插环；18、插槽；19、第一插孔；20、第二插孔；21、插栓；22、滑槽； 23、滑块；24、硅芯。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。

图1至图8为本实用新型的一个具体实施例：一种多晶硅生产用还原炉，包括底座1，贯穿设置于所述底座1上的电极3，设置于所述电极3上的硅芯24，设置于所述底座1上的双层炉体2和设置于所述炉体2内的气体循环装置4；

在还原炉工作时，由外部电力设施对电极3充电，使得电极3上的硅芯24的温度达到1100℃，并保持此温度，三氯氢硅在灼热的硅芯24表面分解并结晶成多晶硅。

所述底座1内部开设有导流腔5，所述导流腔5的顶壁上开设有若干与所述炉体2相连通的炉体出气孔6；

所述炉体2包括外炉体2-1，内炉体2-2和设置于所述外炉体2-1与内炉体2-2之间的夹套层2-3，炉体出气孔6与所述内炉体2-2相连通，所述外炉体2-1底部设有与所述夹套层2-3相连通的冷媒进管7，所述外炉体2-1顶部设有与所述夹套层2-3相连通的冷媒出管8。冷媒由冷媒进管7进入夹套层2-3，并由冷媒出管8排出。

所述气体循环装置4包括贯穿设置于所述底座1中心处的出气管9，套设于所述出气管9外的罩体10和设置于所述出气管9内的进气管11；所述出气管9延伸至所述内炉体2-2上部，所述出气管9与所述罩体10之间形成出气风道12，所述导流腔5的顶壁上开设有与出气风道12相连通的导流腔出气孔13，所述进气管11的上端穿过所述罩体10后设有球形储气腔14，所述储气腔14的侧壁上均匀设有若干进气孔15，所述进气管11的下端伸出所述底座1后贯穿所述出气管9的侧壁。

将进气管11设置在出气管9的内部，由外界输入的混合气体由进气管11进入内炉体2-2内部，此时进气管11内的混合气体会与出气管9内的排出气体进行充分的热交换，及时回收排出气所携带的热量，并由进气管11内的混合气体重新带回内炉体2-2 内部，减小内炉体2-2内部热量的损失，减小耗电量，极大的节约了成本。

混合气体由进气管11的上端进入内炉体2-2内部，形成内炉体2-2上部进气；内炉体2-2内部的气体，由底座1上的炉体出气孔6进入导流腔5，再经导流腔出气孔13进入出气风道12，进而从出气管9中排出，形成内炉体2-2下部出气；这种内炉体2-2上进气、下出气的气体流动，能有效避免硅芯24上硅棒成型上部直径大,而下部直径小的情况,避免出现倒炉的现象。

在进气管11的上端设有球形储气腔14，且储气腔14的侧壁上均匀设有若干进气孔15。这样由进气管11冲入的混合气体经球形储气腔14上的进气孔15能均匀的分散在内炉体2-2的上部；同时在导流腔5的顶壁上开设有若干与所述内炉体2-2相连通的炉体出气孔6，均匀设置的炉体出气孔6能使分散在内炉体2-2的上部的混合气体均匀的向下运动，并最终由炉体出气孔6排出，这样能有效避免产生死角，进一步避免了倒炉的现象。

作为一种优选实施：所述底座1的底部设有若干支脚16。

作为一种优选实施：所述炉体2的底部外缘向下延伸形成插环17，所述底座1顶部开设有与所述插环17相匹配的插槽18，所述插环17与所述插槽18插接。炉体2与底座1通过插环17与插槽18插接安装，方便快捷。

作为一种优选实施：所述插环17上开设有第一插孔19，所述插槽18的侧壁上开设有与所述第一插孔19相配合的第二插孔20，所述第一插孔19及第二插孔20内插设有插栓21。通过在插环17的第一插孔19及插槽18的第二插孔20内插设置插栓21，只需要插拔插栓21，即可实现炉体2与底座1的安装与拆卸，整个装置结构简单，操作方便。

作为另一种优选实施：所述插槽18的侧壁上开设有滑槽22，所述插环17上设有与所述滑槽22相匹配的滑块23，所述滑块23滑动设置于所述滑槽22内。在插槽18的侧壁上开设有滑槽22，在插环17上设有与滑槽22相匹配的滑块23，且滑块23滑动设置于所述滑槽22内。当需要将炉体2安装在底座1上时，将插17环上的滑块23对准插槽18上的滑槽22，并使整个炉体2向下运动；此时第一插孔19与第二插孔20相对齐，可以很方便的将插栓21插入第一插孔19与第二插孔20内。

作为一种优选实施：所述进气管11为螺旋形。螺旋形的进气管11增大了进气管11与出气管9内气体的接触面积，更好的实现热交换。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种多晶硅生产用还原炉，其特征在于：包括底座(1)，贯穿设置于所述底座(1)上的电极(3)，设置于所述电极(3)上的硅芯(24)，设置于所述底座(1)上的双层炉体(2)和设置于所述炉体(2)内的气体循环装置(4)；

所述底座(1)内部开设有导流腔(5)，所述导流腔(5)的顶壁上开设有若干与所述炉体(2)相连通的炉体出气孔(6)；

所述炉体(2)包括外炉体(2-1)，内炉体(2-2)和设置于所述外炉体(2-1)与内炉体(2-2)之间的夹套层(2-3)，炉体出气孔(6)与所述内炉体(2-2)相连通，所述外炉体(2-1)底部设有与所述夹套层(2-3)相连通的冷媒进管(7)，所述外炉体(2-1)顶部设有与所述夹套层(2-3)相连通的冷媒出管(8)；

所述气体循环装置(4)包括贯穿设置于所述底座(1)中心处的出气管(9)，套设于所述出气管(9)外的罩体(10)和设置于所述出气管(9)内的进气管(11)；所述出气管(9)延伸至所述内炉体(2-2)上部，所述出气管(9)与所述罩体(10)之间形成出气风道(12)，所述导流腔(5)的顶壁上开设有与出气风道(12)相连通的导流腔出气孔(13)，所述进气管(11)的上端穿过所述罩体(10)后设有球形储气腔(14)，所述储气腔(14)的侧壁上均匀设有若干进气孔(15)，所述进气管(11)的下端伸出所述底座(1)后贯穿所述出气管(9)的侧壁。

2.根据权利要求1所述的一种多晶硅生产用还原炉，其特征在于：所述底座(1)的底部设有若干支脚(16)。

3.根据权利要求1所述的一种多晶硅生产用还原炉，其特征在于：所述炉体(2)的底部外缘向下延伸形成插环(17)，所述底座(1)顶部开设有与所述插环(17)相匹配的插槽(18)，所述插环(17)与所述插槽(18)插接。

4.根据权利要求3所述的一种多晶硅生产用还原炉，其特征在于：所述插环(17)上开设有第一插孔(19)，所述插槽(18)的侧壁上开设有与所述第一插孔(19)相配合的第二插孔(20)，所述第一插孔(19)及第二插孔(20)内插设有插栓(21)。

5.根据权利要求4所述的一种多晶硅生产用还原炉，其特征在于：所述插槽(18)的侧壁上开设有滑槽(22)，所述插环(17)上设有与所述滑槽(22)相匹配的滑块(23)，所述滑块(23)滑动设置于所述滑槽(22)内。

6.根据权利要求1所述的一种多晶硅生产用还原炉，其特征在于：所述进气管(11)为螺旋形。