專利名稱：多晶硅還原爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及多晶硅生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種多晶硅還原爐。
背景技術(shù)：
多晶硅還原爐是多晶硅生產(chǎn)中產(chǎn)出最終產(chǎn)品的核心設(shè)備，也是決定系統(tǒng)產(chǎn)能、能耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，多晶硅還原爐的設(shè)計(jì)和制造，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和生產(chǎn)成本。隨著全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響下，多晶硅的價(jià)格持續(xù)下降，產(chǎn)業(yè)利潤不斷被壓縮，市場競爭日趨激烈。因此，有效地降低多晶硅能耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，是目前多晶硅生產(chǎn)企業(yè)需要解決的重要問題。目前生產(chǎn)多晶硅主要采用“改良西門子法”，通常將一定配比的三氯氫硅(SiHCl3) 和氫氣(H2)混合氣從底部進(jìn)氣口噴入，在還原爐內(nèi)發(fā)生氣相還原反應(yīng)，反應(yīng)生成的硅(Si) 直接沉積在爐內(nèi)的硅芯表面，隨著反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，硅棒不斷生長最終達(dá)到產(chǎn)品要求。由于還原爐內(nèi)部硅芯需要維持在I050°c -iioo°c進(jìn)行生產(chǎn)，外部用冷卻夾套進(jìn)行冷卻，因此，使用12對棒、18對棒等還原爐生產(chǎn)多晶硅還原能耗大，生產(chǎn)成本高，已經(jīng)不適應(yīng)目前激烈市場競爭的要求，迫切需求一種能夠節(jié)能降耗的新型還原爐的出現(xiàn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型旨在至少解決上述技術(shù)問題之一。為此，本實(shí)用新型的一個(gè)目的在于提出一種可以降低能耗并且可以提高產(chǎn)量的多晶硅還原爐。根據(jù)本實(shí)用新型的多晶硅還原爐，包括底盤和爐體，所述爐體連接在所述底盤上且在所述爐體與所述底盤之間限定出反應(yīng)腔室；三十六對電極，所述三十六對電極設(shè)在所述底盤上且分別分布在第一、第二、第三和第四圓周，所述第一、第二、第三和第四圓周為以所述底盤中心為圓心且半徑依次增大的同心圓周；進(jìn)氣系統(tǒng)，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包括設(shè)在所述底盤中部的多個(gè)噴嘴；和排氣系統(tǒng)，所述排氣系統(tǒng)包括多個(gè)排氣口，所述排氣口設(shè)在所述底盤上且位于所述第四圓周與所述爐體之間。根據(jù)本實(shí)用新型的多晶硅還原爐，所述三十六對電極設(shè)在所述底盤上且分別分布在第一、第二、第三和第四圓周，由此，可以合理利用熱能，同時(shí)也可以避免爐體內(nèi)側(cè)壁帶走過多熱量，可以降低熱量損耗。另外，根據(jù)本實(shí)用新型上述實(shí)施例的多晶硅還原爐還可以具有如下附加的技術(shù)特征在所述第一、第二、第三和第四圓周上沿圓周方向依次均勻分布有三對、七對、 i^一對和十五對電極。所述多個(gè)噴嘴分別分布于所述底盤中心處和第五、第六和第七圓周上，所述第五、 第六和第七圓周均以所述底盤中心為圓心且分別位于所述第一與第二圓周、第二與第三圓周以及第三與第四圓周之間。[0011]所述多個(gè)噴嘴的數(shù)量為十九個(gè)，其中在所述第五、第六和第七圓周上分別均勻分布有四個(gè)、六個(gè)和八個(gè)噴嘴。所述進(jìn)氣系統(tǒng)還包括進(jìn)氣環(huán)管，所述進(jìn)氣環(huán)管位于所述底盤下方且與外部氣源相連通；十九個(gè)進(jìn)氣管，所述十九個(gè)進(jìn)氣管分別與所述十九個(gè)噴嘴一一對應(yīng)且所述十九個(gè)噴嘴通過所述十九個(gè)進(jìn)氣管與所述進(jìn)氣環(huán)管相連接。所述多個(gè)排氣口的數(shù)量為六個(gè)。所述底盤內(nèi)形成有第一冷卻腔，且所述第一冷卻腔具有第一冷卻介質(zhì)進(jìn)口和多個(gè)第一冷卻介質(zhì)出口，所述第一冷卻介質(zhì)進(jìn)口位于所述底盤的中央，而所述多個(gè)第一冷卻介質(zhì)出口與所述多個(gè)排氣口一一對應(yīng)設(shè)置，每個(gè)所述第一冷卻介質(zhì)出口連接有第一冷卻管且每個(gè)所述排氣口連接有尾氣管，所述第一冷卻管套設(shè)在所述尾氣管上。所述爐體內(nèi)設(shè)有第二冷卻腔且所述第二冷卻腔連接有第二冷卻介質(zhì)進(jìn)口和第二冷卻介質(zhì)出口，所述第二冷卻介質(zhì)進(jìn)口位于所述爐體的底部且所述第二冷卻介質(zhì)出口位于所述爐體的頂部，所述第二冷卻腔內(nèi)設(shè)有多個(gè)隔流擋板，所述多個(gè)隔流擋板在所述第二冷卻腔內(nèi)由下至上繞所述反應(yīng)腔室呈螺旋狀分布。所述爐體包括位于下部的筒體和設(shè)在所述筒體頂端的封頭，所述封頭為中空半球體。所述爐體上還設(shè)有多個(gè)觀察鏡，所述多個(gè)觀察鏡在所述筒體的高度方向上均勻分布成多排且所述多個(gè)觀察鏡沿所述筒體的周向均勻分布。本實(shí)用新型的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。

本實(shí)用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的多晶硅還原爐的示意圖；和圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的另一實(shí)施例的多晶硅還原爐的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對本實(shí)用新型的限制。在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、 “前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為
基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實(shí)用新型的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。[0025]在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，一體地連接，也可以是可拆卸連接；可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。下面參考附圖詳細(xì)描述根據(jù)本實(shí)用新型的多晶硅還原爐。如圖1-2所示，根據(jù)本實(shí)用新型的多晶硅還原爐，包括底盤10，爐體20，三十六對電極30，進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)。具體地，爐體20連接在底盤10上且在爐體20與底盤10之間限定出反應(yīng)腔室 1020。三十六對電極30設(shè)在底盤10上且分別分布在第一、第二、第三和第四圓周，所述第一、第二、第三和第四圓周為以底盤10中心為圓心且半徑依次增大的同心圓周。所述進(jìn)氣系統(tǒng)包括設(shè)在底盤10中部的多個(gè)噴嘴41。所述排氣系統(tǒng)包括多個(gè)排氣口 51，排氣口 51設(shè)在底盤10上且位于所述第四圓周與爐體20之間。根據(jù)本實(shí)用新型的多晶硅還原爐，三十六對電極30設(shè)在底盤10上且分別分布在四個(gè)同心圓周即第一、第二、第三和第四圓周上，由此，可以合理利用熱能，同時(shí)也可以避免爐體內(nèi)側(cè)壁帶走過多熱量，可以降低熱量損耗。如圖2所示，根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例，在所述第一、第二、第三和第四圓周上 (即如圖2中所示的從內(nèi)至外的第一個(gè)、第三個(gè)、第五個(gè)和第七個(gè)圓周)沿圓周方向依次均勻分布有三對、七對、十一對和十五對電極。在所述第一、第二、第三和第四圓周的每個(gè)圓周上，相鄰的兩個(gè)電極通過電極板連接，由此成為一對電極。由此，可以簡化對電極的控制，并可以最大程度的合理利用熱能。根據(jù)本實(shí)用新型一些實(shí)施例，多個(gè)噴嘴41分別分布于底盤10中心處和第五、第六和第七圓周(即如圖2中所示的從內(nèi)至外的第二個(gè)、第四個(gè)和第六個(gè)圓周)上，所述第五、 第六和第七圓周均以所述底盤中心為圓心且分別位于所述第一與第二圓周、第二與第三圓周以及第三與第四圓周之間。也就是說，電極30所在的圓周和噴嘴41所在的圓周為相互間隔。由此，可以使工藝氣體在反應(yīng)腔室1020內(nèi)均勻分布，可以提高單爐產(chǎn)量。有利地，根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)示例，多個(gè)噴嘴41的數(shù)量為十九個(gè)，其中在所述第五、第六和第七圓周上分別均勻分布有四個(gè)、六個(gè)和八個(gè)噴嘴。由此，可以使噴嘴41的布局更為合理，可以有效地與所述三十六對電極相配合。進(jìn)一步地，根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)具體示例，所述進(jìn)氣系統(tǒng)還包括，進(jìn)氣環(huán)管42和十九個(gè)進(jìn)氣管43。具體地，進(jìn)氣環(huán)管42位于底盤10下方且與外部氣源相連通。十九個(gè)進(jìn)氣管43的分別與十九個(gè)噴嘴41 一一對應(yīng)且十九個(gè)噴嘴41通過十九個(gè)進(jìn)氣管43與進(jìn)氣環(huán)管42相連接。由此，可以使每個(gè)噴嘴41的進(jìn)氣量都保持一致，從而可以保證反應(yīng)腔室1020內(nèi)氣流流暢均勻。根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例，多個(gè)排氣口 51的數(shù)量為六個(gè)。有利地，根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)具體示例，如圖2所示，六個(gè)排氣口沿以底盤10的中心為圓心的圓周上(即如圖2中所示的從內(nèi)至外的第八個(gè)圓周)。由此，可以使反應(yīng)尾氣及時(shí)排出。如圖1所示，根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例，底盤10內(nèi)形成有第一冷卻腔101，且第一冷卻腔101具有第一冷卻介質(zhì)進(jìn)口 102和多個(gè)第一冷卻介質(zhì)出口 103，第一冷卻介質(zhì)進(jìn)口 102位于底盤10的中央，而多個(gè)第一冷卻介質(zhì)出口 103與多個(gè)排氣口 51 —一對應(yīng)設(shè)置，每個(gè)第一冷卻介質(zhì)出口 103連接有第一冷卻管且每個(gè)排氣口 51連接有尾氣管，所述第一冷卻管套設(shè)在所述尾氣管上。由此，可以簡化多晶硅還原爐的設(shè)計(jì)并可以改善生產(chǎn)條件，可以保證安全生產(chǎn)。根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)示例，爐體20內(nèi)設(shè)有第二冷卻腔203且第二冷卻腔203連接有第二冷卻介質(zhì)進(jìn)口 204和第二冷卻介質(zhì)出口 205，第二冷卻介質(zhì)進(jìn)口 204位于爐體20的底部且第二冷卻介質(zhì)出口 205位于爐體20的頂部，第二冷卻腔203內(nèi)設(shè)有多個(gè)隔流擋板 206，多個(gè)隔流擋板206在第二冷卻腔203內(nèi)由下至上繞反應(yīng)腔室1020呈螺旋狀分布。由此，可以改善生產(chǎn)條件，可以保證安全生產(chǎn)。根據(jù)本實(shí)用新型一些實(shí)施例，爐體20包括位于下部的筒體201和設(shè)在筒體201頂端的封頭202，封頭202為中空半球體。由此，可以減小上升氣流在反應(yīng)腔室1020頂部的上升阻力。有利地，根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例，如圖1所示，爐體20上還設(shè)有多個(gè)觀察鏡 60，多個(gè)觀察鏡60在筒體201的高度方向上均勻分布成多排且多個(gè)觀察鏡60沿筒體201 的周向均勻分布。由此，可以及時(shí)觀察所述反應(yīng)腔室內(nèi)的情況。根據(jù)本實(shí)用新型的多晶硅還原爐，三十六對電極在所述第一、第二、第三和第四圓周上(即如圖2中所示的從內(nèi)至外的第一個(gè)、第三個(gè)、第五個(gè)和第七個(gè)圓周)沿圓周方向依次均勻分布有三對、七對、十一對和十五對電極。該電極的布局有利于最大化合理利用熱能，同時(shí)避免爐筒內(nèi)側(cè)的冷卻壁面帶走過多熱量，降低熱量損耗。在底盤10中心處設(shè)有一個(gè)噴嘴且在第五、第六和第七圓周(即如圖2中所示的從內(nèi)至外的第二個(gè)、第四個(gè)和第六個(gè)圓周)上分別均勻設(shè)有四個(gè)、六個(gè)和八個(gè)噴嘴，在沿以底盤10的中心為圓心的圓周上(即如圖2中所示的從內(nèi)至外的第八個(gè)圓周)均勻設(shè)有六個(gè)排氣口 51，這樣的設(shè)計(jì)取消了中央出氣口，避免了中央出氣口附近由于憋壓造成的流動死區(qū)，提高了反應(yīng)腔室1020內(nèi)下部區(qū)域的生產(chǎn)效率。使用外圈出氣的結(jié)構(gòu)，使得還原爐內(nèi)氣流循環(huán)時(shí)，直接從外圈排出， 避免反應(yīng)副產(chǎn)物回到中央的氣流上升區(qū)，造成物料反混。爐體10上部的封頭202為半球形封頭。半球形封頭的受力良好，球殼應(yīng)力小，與筒體201相比，厚度較其他形式的封頭可以適當(dāng)減薄。進(jìn)過模擬計(jì)算，球形封頭的下部的上升氣流在頂部的上升阻力減小，在高度 2400-3200mm左右氣速明顯增加，有利于解決硅棒上部菜花嚴(yán)重的問題，對硅棒橋連部分的質(zhì)量有一定改善作用；這一特征在內(nèi)圈硅棒上表現(xiàn)更為明顯，硅棒表面氣速比一般的橢圓形封頭有10%左右的提升。根據(jù)本實(shí)用新型的多晶硅還原爐，通過對多晶硅還原爐的底盤10和爐體20的結(jié)構(gòu)尺寸，以及電極30、進(jìn)氣口 41和排氣孔51的分布進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后，每公斤多晶硅能耗可以降低20% -30%，單爐產(chǎn)量可達(dá)到8-10噸，可有效降低多晶硅生產(chǎn)成本。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本實(shí)用新型的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。 盡管已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解 在不脫離本實(shí)用新型的原理和宗旨的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本實(shí)用新型的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求1.一種多晶硅還原爐，其特征在于，包括底盤和爐體，所述爐體連接在所述底盤上且在所述爐體與所述底盤之間限定出反應(yīng)腔室；三十六對電極，所述三十六對電極設(shè)在所述底盤上且分別分布在第一、第二、第三和第四圓周，所述第一、第二、第三和第四圓周為以所述底盤中心為圓心且半徑依次增大的同心圓周；進(jìn)氣系統(tǒng)，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包括設(shè)在所述底盤中部的多個(gè)噴嘴；和排氣系統(tǒng)，所述排氣系統(tǒng)包括多個(gè)排氣口，所述排氣口設(shè)在所述底盤上且位于所述第四圓周與所述爐體之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐，其特征在于，在所述第一、第二、第三和第四圓周上沿圓周方向依次均勻分布有三對、七對、十一對和十五對電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐，其特征在于，所述多個(gè)噴嘴分別分布于所述底盤中心處和第五、第六和第七圓周上，所述第五、第六和第七圓周均以所述底盤中心為圓心且分別位于所述第一與第二圓周、第二與第三圓周以及第三與第四圓周之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多晶硅還原爐，其特征在于，所述多個(gè)噴嘴的數(shù)量為十九個(gè)， 其中在所述第五、第六和第七圓周上分別均勻分布有四個(gè)、六個(gè)和八個(gè)噴嘴。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多晶硅還原爐，其特征在于，所述進(jìn)氣系統(tǒng)還包括進(jìn)氣環(huán)管，所述進(jìn)氣環(huán)管位于所述底盤下方且與外部氣源相連通；十九個(gè)進(jìn)氣管，所述十九個(gè)進(jìn)氣管分別與所述十九個(gè)噴嘴一一對應(yīng)且所述十九個(gè)噴嘴通過所述十九個(gè)進(jìn)氣管與所述進(jìn)氣環(huán)管相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐，其特征在于，所述多個(gè)排氣口的數(shù)量為六個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐，其特征在于，所述底盤內(nèi)形成有第一冷卻腔， 且所述第一冷卻腔具有第一冷卻介質(zhì)進(jìn)口和多個(gè)第一冷卻介質(zhì)出口，所述第一冷卻介質(zhì)進(jìn)口位于所述底盤的中央，而所述多個(gè)第一冷卻介質(zhì)出口與所述多個(gè)排氣口一一對應(yīng)設(shè)置， 每個(gè)所述第一冷卻介質(zhì)出口連接有第一冷卻管且每個(gè)所述排氣口連接有尾氣管，所述第一冷卻管套設(shè)在所述尾氣管上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐，其特征在于，所述爐體內(nèi)設(shè)有第二冷卻腔且所述第二冷卻腔連接有第二冷卻介質(zhì)進(jìn)口和第二冷卻介質(zhì)出口，所述第二冷卻介質(zhì)進(jìn)口位于所述爐體的底部且所述第二冷卻介質(zhì)出口位于所述爐體的頂部，所述第二冷卻腔內(nèi)設(shè)有多個(gè)隔流擋板，所述多個(gè)隔流擋板在所述第二冷卻腔內(nèi)由下至上繞所述反應(yīng)腔室呈螺旋狀分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅還原爐，其特征在于，所述爐體包括位于下部的筒體和設(shè)在所述筒體頂端的封頭，所述封頭為中空半球體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多晶硅還原爐，其特征在于，所述爐體上還設(shè)有多個(gè)觀察鏡，所述多個(gè)觀察鏡在所述筒體的高度方向上均勻分布成多排且所述多個(gè)觀察鏡沿所述筒體的周向均勻分布。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種多晶硅還原爐，包括底盤和爐體，所述爐體連接在所述底盤上且在所述爐體與所述底盤之間限定出反應(yīng)腔室；三十六對電極，所述三十六對電極設(shè)在所述底盤上且分別分布在第一、第二、第三和第四圓周，所述第一、第二、第三和第四圓周為以所述底盤中心為圓心且半徑依次增大的同心圓周；進(jìn)氣系統(tǒng)，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包括設(shè)在所述底盤中部的多個(gè)噴嘴；和排氣系統(tǒng)，所述排氣系統(tǒng)包括多個(gè)排氣口，所述排氣口設(shè)在所述底盤上且位于所述第四圓周與所述爐體之間。根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的多晶硅還原爐，可以合理利用熱能，同時(shí)也可以避免爐體內(nèi)側(cè)壁帶走過多熱量，可以降低熱量損耗。
文檔編號C01B33/03GK202164129SQ20112023268
公開日2012年3月14日 申請日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)明者嚴(yán)大洲, 姚心, 毋克力, 湯傳斌, 汪紹芬, 肖榮暉 申請人:中國恩菲工程技術(shù)有限公司