CN209602109U - 还原炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种还原炉，涉及多晶硅生产技术领域，主要目的是提供一种能够使连续生产多晶硅的还原炉。本实用新型的主要技术方案为：一种还原炉，包括：底盘，底盘上具有电极，电极连接于发热体，发热体用于沉淀多晶硅棒；罩体，罩体的一端连接于底盘，另一端朝向地面的方向延伸；集液部，集液部设置在罩体的另一端，集液部包括壳体、第一阀门、第二阀门和加热部件，第一阀门的一端连接于罩体，另一端连接于壳体的一侧，第二阀门设置在壳体的另一侧，加热部件设置在壳体的外部，用于加热壳体；装载部，装载部设置在集液部的下部，并且靠近第二阀门，用于装载集液部排出的多晶硅。本实用新型主要用于生产多晶硅。

Description

还原炉

技术领域

本实用新型涉及多晶硅生产技术领域，尤其涉及一种还原炉。

背景技术

随着社会的快速发展，光伏领域得到越来越多的人的重视，而单晶硅成为太阳能电池板的主要材料。制作硅的过程中，需要通过还原炉对硅料进行加热，通常情况下，会在还原炉内设置硅芯，通过高压对硅芯进行击穿以及加热，使硅芯作为发热体进行多晶硅生长，多晶硅沉淀在发热的硅芯上，逐渐形成硅棒。但是，由于硅芯在使用时必须先进行高压击穿，使得对还原炉的电极以及其他电气设备的要求较高，并且，硅芯的直径较小，生产周期较长，使硅芯的成本增加，同时，在硅棒生产的前期多晶硅的沉淀速度较慢，使还原炉的生产周期增加，不仅增加了硅棒生产的能源消耗，同时还增加了硅棒的生产成本，并且，当硅棒的直径合适后，需要进行停炉，将硅芯上的硅棒取下，从而导致还原炉不能够进行连续生产，增加了非在产的时间，同时，在还原炉内生长的多晶硅经常会出现倒炉、接地等异常问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种还原炉，主要目的是提供一种能够使连续生产多晶硅的还原炉。

为达到上述目的，本实用新型主要提供如下技术方案：

本实用新型实施例提供了一种还原炉，包括：底盘，所述底盘上具有电极，所述电极连接于发热体，所述发热体用于沉淀多晶硅棒；

罩体，所述罩体的一端连接于所述底盘，另一端朝向地面的方向延伸；

集液部，所述集液部设置在所述罩体的另一端，所述集液部包括壳体、第一阀门、第二阀门和加热部件，所述第一阀门的一端连接于所述罩体，另一端连接于所述壳体的一侧，所述第二阀门设置在所述壳体的另一侧，所述加热部件设置在所述壳体的外部，用于加热所述壳体；

装载部，所述装载部设置在所述集液部的下部，并且靠近所述第二阀门，用于装载所述集液部排出的多晶硅。

进一步的，所述罩体具有连接体和延伸体，连接体的一端连接于所述底盘，另一端固定连接于所述延伸体，所述集液部连接于所述延伸体，其中，所述延伸体的形状为半球体或者圆锥体。

进一步的，所述集液部还包括进气装置，所述进气装置的一端伸入所述壳体，用于向所述壳体内通入惰性气体。

进一步的，所述加热部件为感应线圈，所述感应线圈环绕在所述壳体的外部，用于加热所述壳体。

进一步的，所述发热体包括管体和防氧化涂层，所述管体的两端分别连接于所述电极，所述防氧化涂层覆盖在所述管体的表面，用于防止氧化。

进一步的，所述管体的材料为钨钼合金。

进一步的，所述底盘上还具有进料口和排料口，所述进料口用于通入氢气和三氯氢硅气体，所述排料口用于排出反应尾气。

进一步的，所述装载部的材料为碳化钨材料。

与现有技术相比，本实用新型具有如下技术效果：

本实用新型实施例提供的技术方案中，底盘的作用是固定电极和罩体，底盘上具有电极，电极连接于发热体，发热体用于沉淀多晶硅棒；罩体的作用是保温，罩体的一端连接于底盘，另一端朝向地面的方向延伸；集液部的作用是对处于熔融状态下的多晶硅持续加热，集液部设置在罩体的另一端，集液部包括壳体、第一阀门、第二阀门和加热部件，第一阀门的一端连接于罩体，另一端连接于壳体的一侧，第二阀门设置在壳体的另一侧，加热部件设置在壳体的外部，用于加热壳体；装载部的作用是冷却熔融状态的多晶硅，装载部设置在集液部的下部，并且靠近第二阀门，用于装载集液部排出的多晶硅，首先，罩体倒置在底盘上，发热体倒置在电极上，然后向罩体内通入氢气和三氯氢硅，氢气和三氯氢硅在气相还原沉淀原理，硅原子逐步在发热体上沉淀，逐步生长成直径一定的多晶硅棒，然当多晶硅生长到一定的直径后，停止三氯氢硅气体的供给，同时，氢气置换罩体内的三氯氢硅气体，使罩体内处于氢气状态，然后增加电极的电流，使发热体的温度达到1410℃以上，发热体上的多晶硅棒开始逐渐变成熔融状态，打开第一阀门，并启动加热部件，熔融状态的多晶硅流入罩体下部的壳体中，并且使壳体内的多晶硅始终处于熔融状态，当罩体内的处于熔融状态下的多晶硅全部融化并进入壳体后，关闭第一阀门，继续向罩体内通入氢气和三氯氢硅气体，进行下一轮生产，然后向壳体内通入惰性气体对氢气进行置换，当氢气被置换完毕后，打开第二阀门，将熔融状态下的多晶硅排入装载部，使多晶硅冷却，完成多晶硅的生产过程，相对于现有技术，在还原炉内设置硅芯，通过高压对硅芯进行击穿以及加热，使硅芯作为发热体进行多晶硅生长，多晶硅沉淀在发热的硅芯上，逐渐形成硅棒。但是，由于硅芯在使用时必须先进行高压击穿，使得对还原炉的电极以及其他电气设备的要求较高，并且，硅芯的直径较小，生产周期较长，使硅芯的成本增加，同时，在硅棒生产的前期多晶硅的沉淀速度较慢，使还原炉的生产周期增加，不仅增加了硅棒生产的能源消耗，同时还增加了硅棒的生产成本，并且，当硅棒的直径合适后，需要进行停炉，将硅芯上的硅棒取下，从而导致还原炉不能够进行连续生产，增加了非在产的时间，同时，在还原炉内生长的多晶硅经常会出现倒炉、接地等异常问题，本实用新型实施例中，通过将罩体和发热体倒置在底盘上，当发热体上的多晶硅达到一定直径后，加热发热体，使还原炉内的温度达到1410℃以上，发热体上的多晶硅呈现熔融状态并进入壳体内，加热部件使壳体内的多晶硅始终处于熔融状态，再将壳体内的氢气置换完成后，再将壳体内的熔融状态的多晶硅排入装载部进行冷却，使多晶硅在生产的过程中，不需要对还原炉进行停炉即可将发热体内的多晶硅取下，从而达到连续生产多晶硅的技术效果，并且，避免了还原炉再运行过程中可能会产生的倒炉、掉环和接地的现象，从而提高了多晶硅的生产效率。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种还原炉的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种还原炉，包括：底盘1，底盘1上具有电极11，电极11连接于发热体3，发热体3用于沉淀多晶硅棒；

罩体2，罩体2的一端连接于底盘1，另一端朝向地面的方向延伸；

集液部4，集液部4设置在罩体2的另一端，集液部4包括壳体41、第一阀门42、第二阀门43和加热部件44，第一阀门42的一端连接于罩体2，另一端连接于壳体41的一侧，第二阀门43设置在壳体41的另一侧，加热部件44设置在壳体41的外部，用于加热壳体41；

装载部5，装载部5设置在集液部4的下部，并且靠近第二阀门43，用于装载集液部4排出的多晶硅。

本实用新型实施例提供的技术方案中，底盘1的作用是固定电极11和罩体2，底盘1上具有电极11，电极11连接于发热体3，发热体3用于沉淀多晶硅棒；罩体2的作用是保温，罩体2的一端连接于底盘1，另一端朝向地面的方向延伸；集液部4的作用是对处于熔融状态下的多晶硅持续加热，集液部4设置在罩体2的另一端，集液部4包括壳体41、第一阀门42、第二阀门43和加热部件44，第一阀门42的一端连接于罩体2，另一端连接于壳体41的一侧，第二阀门43设置在壳体41的另一侧，加热部件44设置在壳体41的外部，用于加热壳体41；装载部5的作用是冷却熔融状态的多晶硅，装载部5设置在集液部4的下部，并且靠近第二阀门43，用于装载集液部4排出的多晶硅，首先，罩体2倒置在底盘1上，发热体3倒置在电极11上，然后向罩体2内通入氢气和三氯氢硅，氢气和三氯氢硅在气相还原沉淀原理，硅原子逐步在发热体3上沉淀，逐步生长成直径一定的多晶硅棒，然当多晶硅生长到一定的直径后，停止三氯氢硅气体的供给，同时，氢气置换罩体2内的三氯氢硅气体，使罩体2内处于氢气状态，然后增加电极11的电流，使发热体3的温度达到1410℃以上，发热体3上的多晶硅棒开始逐渐变成熔融状态，打开第一阀门42，并启动加热部件44，熔融状态的多晶硅流入罩体2下部的壳体41中，并且使壳体41内的多晶硅始终处于熔融状态，当罩体2内的处于熔融状态下的多晶硅全部融化并进入壳体41后，关闭第一阀门42，继续向罩体2内通入氢气和三氯氢硅气体，进行下一轮生产，然后向壳体41内通入惰性气体对氢气进行置换，当氢气被置换完毕后，打开第二阀门43，将熔融状态下的多晶硅排入装载部5，使多晶硅冷却，完成多晶硅的生产过程，相对于现有技术，在还原炉内设置硅芯，通过高压对硅芯进行击穿以及加热，使硅芯作为发热体3进行多晶硅生长，多晶硅沉淀在发热的硅芯上，逐渐形成硅棒。但是，由于硅芯在使用时必须先进行高压击穿，使得对还原炉的电极11以及其他电气设备的要求较高，并且，硅芯的直径较小，生产周期较长，使硅芯的成本增加，同时，在硅棒生产的前期多晶硅的沉淀速度较慢，使还原炉的生产周期增加，不仅增加了硅棒生产的能源消耗，同时还增加了硅棒的生产成本，并且，当硅棒的直径合适后，需要进行停炉，将硅芯上的硅棒取下，从而导致还原炉不能够进行连续生产，增加了非在产的时间，同时，在还原炉内生长的多晶硅经常会出现倒炉、接地等异常问题，本实用新型实施例中，通过将罩体2和发热体3倒置在底盘1上，当发热体3上的多晶硅达到一定直径后，加热发热体3，使还原炉内的温度达到1410℃以上，发热体3上的多晶硅呈现熔融状态并进入壳体41内，加热部件44使壳体41内的多晶硅始终处于熔融状态，再将壳体41内的氢气置换完成后，再将壳体41内的熔融状态的多晶硅排入装载部5进行冷却，使多晶硅在生产的过程中，不需要对还原炉进行停炉即可将发热体3内的多晶硅取下，从而达到连续生产多晶硅的技术效果，并且，避免了还原炉再运行过程中可能会产生的倒炉、掉环和接地的现象，从而提高了多晶硅的生产效率。

上述底盘1的作用是固定电极11和罩体2，底盘1上具有电极11，电极11连接于发热体3，发热体3用于沉淀多晶硅棒，底盘1和现有的还原炉的底盘1相同，通常情况下，会在底盘1上设置进料口12和排料口13，进料口12用于向罩体2通入氢气和三氯氢硅气体，电极11为两个，也设置在底盘1上，发热体3连接于电极11，氢气和三氯氢硅通过底盘1上的进料口12由上部向下喷入，氢气和三氯氢硅在气相还原沉淀原理，硅原子逐步在发热体3上沉淀，逐步生长成直径一定的多晶硅棒；罩体2的作用是保温，罩体2的一端连接于底盘1，另一端朝向地面的方向延伸，也就是说，罩体2的倒置在底盘1上的，现有的还原炉的罩体2通常都是向上安装，为了方便罩体2的安装，而本实施例中，将罩体2倒置在底盘1上，目的是方便处于熔融状态下的多晶硅流入壳体41，罩体2可以采用现有的还原炉的罩体2，也可以采用其他结构的罩体2，只要能够方便处于熔融状态下的多晶硅流入壳体41即可，可选的，可以将罩体2的另一端设置为具有斜面或者弧面的结构，能够加快熔融状态下的多晶硅的流动速度；集液部4的作用是对处于熔融状态下的多晶硅持续加热，集液部4设置在罩体2的另一端，集液部4包括壳体41、第一阀门42、第二阀门43和加热部件44，第一阀门42的一端连接于罩体2，另一端连接于壳体41的一侧，第二阀门43设置在壳体41的另一侧，加热部件44设置在壳体41的外部，用于加热壳体41，壳体41主要是装载处于熔融状态下的多晶硅，第一阀门42和第二阀门43能够控制处于熔融状态下的多晶硅的进入和排出，加热部件44的作用是对壳体41进行加热，使多晶硅在进入壳体41和排出壳体41的这段时间内始终处于熔融状态；装载部5的作用是冷却熔融状态的多晶硅，装载部5设置在集液部4的下部，并且靠近第二阀门43，用于装载集液部4排出的多晶硅，装载部5的作用是对多晶硅进行冷却，装载部5可以采用方形或者其他形状，具体根据需要设定，装载部5与壳体41之间通常采用可拆卸的连接方式，方便装载部5进行更换和拆卸，本实施例中，通过将罩体2和发热体3倒置在底盘1上，当发热体3上的多晶硅达到一定直径后，加热发热体3，使还原炉内的温度达到1410℃以上，发热体3上的多晶硅呈现熔融状态并进入壳体41内，加热部件44使壳体41内的多晶硅始终处于熔融状态，再将壳体41内的氢气置换完成后，再将壳体41内的熔融状态的多晶硅排入装载部5进行冷却，使多晶硅在生产的过程中，不需要对还原炉进行停炉即可将发热体3内的多晶硅取下，从而达到连续生产多晶硅的技术效果，并且，避免了还原炉再运行过程中可能会产生的倒炉、掉环和接地的现象，从而提高了多晶硅的生产效率。

进一步的，如图1所示，罩体2具有连接体21和延伸体22，连接体21的一端连接于底盘1，另一端固定连接于延伸体22，集液部4连接于延伸体22，其中，延伸体22的形状为半球体或者圆锥体。本实施例中，进一步限定了罩体2，连接体21通常呈环状，连接体21的作用是连接延伸体22和底盘1，并且，延伸体22和连接体21通常为一体成型结构，能够提高罩体2的强度和保温性能，集液部4连接于延伸体22，其中，延伸体22的形状为半球体或者圆锥体，延伸体22的作用是提高处于熔融状态下的多晶硅在延伸体22表面的流动速度，多晶硅从发热体3上掉落至延伸体22的内表面，然后会顺着延伸体22的内表面流动至集液部4的壳体41中，因此，将延伸体22的形状设置为半球体或者圆锥体，能够提高熔融状态下的多晶硅的流动速度，从而提高多晶硅的生产效率，当然，其他的斜面或者弧面也可以实现加快熔融状态下的多晶硅的流动速度，也属于本实施例的保护范围之内。

进一步的，集液部4还包括进气装置，进气装置的一端伸入壳体41，用于向壳体41内通入惰性气体。本实施例中，进一步限定了集液部4，进气装置的作用是向壳体41通入惰性气体，目的是将壳体41内的氢气进行置换，进气装置的出气端与壳体41相互连接，并且伸入壳体41内，由于氢气具有易燃易爆的特性，为了避免氢气进入工作车间，因此，需要将壳体41内的氢气与惰性气体进行置换，从而达到防止氢气外泄的技术效果。

进一步的，加热部件44为感应线圈，感应线圈环绕在壳体41的外部，用于加热壳体41。本实施例中，进一步限定了加热部件44，加热部件44为感应线圈，感应线圈利用感应加热的原理使壳体41内的多晶硅持续加热，并且保持熔融状态，从而达到防止多晶硅在壳体41内凝固的技术效果。

进一步的，发热体3包括管体和防氧化涂层，管体的两端分别连接于电极11，防氧化涂层覆盖在管体的表面，用于防止氧化。本实施例中，进一步限定了发热体3，电极11通常包括第一电极11和第二电极11；管体具有第一连接端和第二连接端，第一连接端和第二连接端分别设置在管体的两端，第一连接端连接于第一电极11，第二连接端连接于第二电极11。电极11通常具有两个电极11，即正电极11和负电极11，发热体3的第一连接端连接于正电极11，第二连接端连接于负电极11，通过两个电极11向管体通电，使管体的温度快速升高至多晶硅生长所需温度，从而达到提高硅棒生产效率的技术效果，正常情况下，管体的直径在40-60mm，发热体3的表面积对沉积速度和能耗起着至关重要的作用，而硅棒的沉积速度与发热体3的表面积相关，发热体3的表面积从初始的表面积开始，随着反应时间增加，沉积出的硅棒越来越粗，载体表面积越来越大，反应气体对沉积面积碰撞机会也越多，沉积速度也随之变大，因而收率越来越高，因此，通过增加管体的直径达到增加管体的表面积的作用，从而提高硅棒的沉积速度，管体上具有管壁，管壁的厚度通常设置为2-3mm，不仅能够减少发热体3的价格和用料，还能够提高发热体3的发热效率，从而达到提高硅棒生产的效率的技术效果，同时，防氧化涂层的作用是防止多晶硅与钨钼或者钨钼合金发生反应，从而提高硅棒的纯度，同时，防氧化层还能够有利于硅棒的脱膜，防氧化层采用喷涂的方式喷涂在发热体3的表面，厚度在1mm至1.5mm，防氧化层采用的材料为氮化硅材料，氮化硅是一种超硬物质，本身具有润滑性，并且耐磨损，抗腐蚀能力强，高温时抗氧化，够防止多晶硅在反应的过程中与钨钼或者钨钼合金发生反应，并且具有高强度、耐高温的特点，同时又是一种高性能电绝缘材料，在高温情况下能够保持原有的形态，进一步防止多晶硅在反应的过程中与钨钼或者钨钼合金发生反应，从而保证了钨钼或者钨钼合金的工作性能，从而达到了保持发热管的性能的技术效果。

进一步的，管体的材料为钨钼合金。本实施例中，进一步限定了管体的材料，改良西门子法是国际上生产多晶硅的主流技术，其核心设备为还原炉，还原炉的工作原理是通过通电高温硅芯将三氯氢硅与氢气的混和气体反应生成多晶硅并沉积在硅芯上，最终产物是沉积在硅芯上的多晶硅，产品最终以多晶硅棒的形式从还原炉中采出，传统的还原炉通常采用硅芯作为管体，通过使多晶硅沉积在硅芯上，但是，由于硅芯在使用时必须先进行高压击穿，使得对还原炉的电极11以及其他电气设备的要求较高，并且，硅芯的直径较小，生产周期较长，使硅芯的成本增加，同时，在硅棒生产的前期多晶硅的沉淀速度较慢，使还原炉的生产周期增加，不仅增加了硅棒生产的能源消耗，同时还增加了硅棒的生产成本，本实施例中，通过将管体的材料从硅材料替换成组分为钨和钼的合金，也就是说，管体的材料是钨钼材料或者钨钼合金，钨钼是耐高温的金属，钨钼及钨钼合金因具有良好导热，导电，低热膨胀系数,高温强度，低蒸气压和耐磨等特性而成为电子电力设备制造业，金属材料加工业，玻璃制造业，高温炉件结构部件制造，航空航天和国防工业应用的重材料。钼及钼合金在上述各领域的应用主要采用机加工，成型与金属加工和焊接等方法制成，钨钼合金可以通过粉末冶金烧结后加工和熔炼加工两种方法制备，粉末冶金烧结是使压坯或松装粉末体进一步结合起来，以提高强度及其他性能的一种高温处理工艺，熔炼加工是将金属材料及其它辅助材料投入加热炉溶化并调质，炉料在高温(1300～1600K)炉内物料发生一定的物理、化学变化，产出粗金属或金属富集物和炉渣的火法冶金过程，通过粉末冶金烧结后加工方法制得钨钼合金管材，将钨钼合金管材的两端通过螺栓安装在电极11上，通过电极11向钨钼管材通电，由于钨钼材料具有良好的导热及导电性能，能够在短时间内达到多晶硅生长所需的温度，不仅提高了发热体3的硬度，同时还提高了硅棒的生产效率；由于钨钼具有上述作用，将钨钼发热体3应用到还原炉中，能够降低成产硅棒的能源消耗，还降低了对还原炉的其他电器元件的要求，使得硅棒的生产设备的成本降低，缩短了硅棒的生产时间，提高了硅棒的生产效率，并且，钨钼或者钨钼合金制成的发热体3能够重复利用，省去了石墨夹头以及硅芯连续生产的费用，不仅节约了生产成本，同时还降低了整个生产系统造成的污染。

进一步的，如图1所示，底盘1上还具有进料口12和排料口13，进料口12用于通入氢气和三氯氢硅气体，排料口13用于排出反应尾气。本实施例中，进一步限定了底盘1，由于氢气和三氯氢硅需要进入罩体2后发生反应，因此，在底盘1上设置进料口12，氢气和三氯氢硅通过进料口12进入罩体2内，排料口13的作用是排出氢气和三氯氢硅反应后的反应尾气。

进一步的，装载部5的材料为碳化钨材料。本实施例中，进一步限定了装载部5的材料，碳化钨材料具有良好的耐磨性，并且不会与多晶硅发生反应，采用碳化钨材料制成的容器能够更好的装载多晶硅，从而达到提高多晶硅的品质的技术效果。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种还原炉，其特征在于，包括：

底盘，所述底盘上具有电极，所述电极连接于发热体，所述发热体用于沉淀多晶硅棒；

罩体，所述罩体的一端连接于所述底盘，另一端朝向地面的方向延伸；

集液部，所述集液部设置在所述罩体的另一端，所述集液部包括壳体、第一阀门、第二阀门和加热部件，所述第一阀门的一端连接于所述罩体，另一端连接于所述壳体的一侧，所述第二阀门设置在所述壳体的另一侧，所述加热部件设置在所述壳体的外部，用于加热所述壳体；

装载部，所述装载部设置在所述集液部的下部，并且靠近所述第二阀门，用于装载所述集液部排出的多晶硅。

2.根据权利要求1所述的还原炉，其特征在于，

所述罩体具有连接体和延伸体，连接体的一端连接于所述底盘，另一端固定连接于所述延伸体，所述集液部连接于所述延伸体，其中，所述延伸体的形状为半球体或者圆锥体。

3.根据权利要求1所述的还原炉，其特征在于，

所述集液部还包括进气装置，所述进气装置的一端伸入所述壳体，用于向所述壳体内通入惰性气体。

4.根据权利要求1所述的还原炉，其特征在于，

所述加热部件为感应线圈，所述感应线圈环绕在所述壳体的外部，用于加热所述壳体。

5.根据权利要求1所述的还原炉，其特征在于，

所述发热体包括管体和防氧化涂层，所述管体的两端分别连接于所述电极，所述防氧化涂层覆盖在所述管体的表面，用于防止氧化。

6.根据权利要求5所述的还原炉，其特征在于，

所述管体的材料为钨钼合金。

7.根据权利要求1至6任一项所述的还原炉，其特征在于，

所述底盘上还具有进料口和排料口，所述进料口用于通入氢气和三氯氢硅气体，所述排料口用于排出反应尾气。

8.根据权利要求1至6任一项所述的还原炉，其特征在于，

所述装载部的材料为碳化钨材料。