[發明專利]一種多晶硅還原爐爐體

有效

• 申請號: 201510024663.1
• 申請日: 2015-01-16
• 公開（公告）號: CN104556041A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 任智銓;汪劍;江利;張騰飛;魏婷
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: C01B33/03
• 分類號: C01B33/03
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種多晶硅還原爐爐體，尤其是一種適用于多層隔熱節能的多晶硅還原爐爐體。

背景技術

隨著科技的發展，太陽能光伏產業和半導體工業的發展也越來越迅猛，作為太陽能光伏產業以及半導體工業主要的原料的多晶硅，其工業需求也是越來越大。目前國內外多晶硅生產企業主要采用“改良西門子法”。該方法的生產流程是利用氯化氫和硅粉在一定溫度下合成三氯氫硅，然后對三氯氫硅進行分離精餾提純，提純后的高純三氯氫硅與氫氣按比例混合后，在一定的溫度和壓力下通入多晶硅還原爐內，在通電高溫硅芯上進行沉積反應生成多晶硅，反應溫度控制在1080℃～1150℃，最終生成棒狀多晶硅產品，同時生成四氯化硅、二氯二氫硅、氯化氫等副產物。

在多晶硅還原過程中，需要電能加熱并維持硅棒的在1080℃～1150℃的高溫狀態，高溫狀態的硅棒通過輻射傳熱將其熱量傳遞到還原爐的內壁上，同時，被加熱的反應氣體通過對流換熱將熱量傳遞到內壁之上，這些熱量經設置在還原爐爐壁中的承壓冷卻水被帶出系統之外。被承壓冷卻水所帶走的熱量約占還原爐電能消耗的80％，國外每生產1kg耗能為70～90kwh，而國內每生產1kg耗能為150～200kwh。

所以目前很多技術人員都通過油冷或者承壓水冷卻的方式來降低爐壁溫度，也有很多廠家采用內壁鏡面化拋光，沉積TiN薄膜等來降低輻射傳熱，以達到減少爐體內部的能量損失，最終實現節能。但由于還原爐內的氯化氫氣體對內壁產生腐蝕，長期生產將會降低爐體內壁拋光面的鏡面效果，降低高溫硅芯棒對內壁面的熱輻射反射，導致節能效果降低，因此需要定期對爐體內壁面進行拋光和維護，但直接對爐體內壁面拋光的操作困難，拋光的鏡面效果差。

公告號為CN102730693A公開了“一種節能型多晶硅還原爐的真空夾層內膽結構”，其內膽為真空夾層封閉真空結構，且內膽真空夾層內分布2～10環撐件，每個環上均勻分布3～10個撐件，通過真空夾層增加內膽內外流體的傳熱阻力，降低了反應器的能耗。但是其內膽為真空狀態，成本高昂，內部支撐結構件過多，材料耗費嚴重，且內膽易變形損壞。

發明內容

本發明的目的是提供一種有多層金屬隔熱板的多晶硅還原爐爐體，通過在夾層爐體內設有隔熱罩，解決現有多晶硅還原爐能耗高、爐體內壁拋光困難和熱輻射造成爐體內壁高溫氯化氫腐蝕的問題，從而提高了爐體內熱能的利用率，以較低的電能和易操作的技術降低多晶硅的能耗。

為實現上述目的，本發明的技術方案是:

一種多晶硅還原爐爐體，包括底盤、罩扣在底盤上的夾層爐體，所述的夾層爐體內設有隔熱罩，隔熱罩與夾層爐體內壁之間設有隔離塊，所述隔熱罩由多層金屬隔熱板構成，多層金屬隔熱板通過不銹鋼螺栓連接在一起，多層金屬隔熱板之間均設有隔離墊片，多層金屬隔熱板的夾層與爐內腔相通，以保持多晶硅還原過程中多層金屬隔熱板的夾層與爐內氛圍相同。

所述的多層金屬隔熱板的層數為3～5層；所述的多層金屬隔熱板為不銹鋼板，每層隔熱板的厚度為2～5mm的范圍內，隔熱板的間距D為5～10mm；所述隔離塊厚度L為10～15mm

有益效果：由于采用了上述技術方案，本發明能有效提高爐體內熱能的利用率，以較低的電能和易操作的技術降低多晶硅的能耗，可根據爐體大小來制作多層金屬隔熱板，確定隔熱板厚度、夾層間距及不銹鋼螺栓類型，適用于各種多晶硅還原爐；由于采用螺栓連接多層金屬隔熱板，故拆卸容易，必要時只需對最內層金屬板拋光或更換內層隔熱板，即可解決爐內壁拋光技術難題，并有效阻止了內壁的高溫氯化氫腐蝕；由于多層金屬隔熱板之間與爐內保持相通，單薄的隔熱板也不易變形，有效地保證了多層金屬隔熱板的使用壽命；

理論計算證明，在還原爐內壁與高溫Si棒之間放置一層隔熱板時，輻射傳遞的熱量可以減少一半，如果放置n層隔熱板，則輻射傳遞的熱量只有原來傳遞熱量的1/(1+n)(在不考慮對流換熱的情況下)，使內壁表面溫度降低，可大幅度降低還原爐的能耗，有效地減少內壁的高溫氯化氫腐蝕，爐壁夾層中承壓冷卻水的壓力可適當降低或采用常規的冷卻水系統，從而簡化生產系統，降低生產成本。

附圖說明

圖1為本發明的多晶硅還原爐爐體的主視圖；

圖2為本發明的多晶硅還原爐爐體的俯視圖；

圖3為圖1中I部分的局部放大圖；

圖中：1－夾層爐體內壁；2－底盤；3－不銹鋼螺栓；4－金屬隔熱板；5－硅芯；6－隔離塊；7－爐壁夾層；8－夾層爐體外壁；9－隔離墊片。

具體實施方式