专利名称：多晶硅铸锭炉的硅液溢流保护系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多晶硅铸锭炉的硅液溢流保护系统，属多晶硅铸 锭炉的设计与制造技术领域。
背景技术：
硅Si是光伏产业中最重要的一种基础材料，硅在地壳中含量丰 富，仅次于氧，达25.7%。纯净的硅熔点1414°C，用于太阳能级多 晶硅纯度一般在99.99%以上。硅在高温熔炼、烧结中， 一般所用容 器多为石英坩埚，在硅的熔点1414。C附近，坩埚的石英材料会变得 松软，因此需要在石英坩埚外再用耐火材料或由高纯石墨制成的坚硬 外壳坩埚的支撑，使其具有足够的温度和洁度特性。现有的多晶硅铸锭炉，在硅液溢流保护上，主要采用金属熔断丝 保护技术。具体操作上是沿坩埚下面保温板四周围绕固定金属熔断 丝，当硅液溢流时，硅液滴附在熔断丝上面，使金属丝熔断产生报警， 从而提醒用户采取措施。实际应用中，此项保护技术存在众多不可靠 因素首先，铺设在炉体底部的金属熔断丝位置存在偏差或在长期使 用中被挪移原来位置不被纠正，当硅液溢流时，不能保证硅液准确及 时滴在熔断丝上面；其次是当坩埚破裂发生大面积溢流时，硅液即使 熔断了金属熔断丝，但大量的硅液聚集在炉体底部，极有可能对炉体 金属部件造成损坏，严重的话会引起重大设备事故，甚至人身安全。 发明内容本发明的目的是提供一种设计合理，能有效避免硅液对炉体损伤 的多晶硅铸锭炉的硅液溢流保护系统。本发明为多晶硅铸锭炉的硅液溢流保护系统，包括炉体，置于炉 体内底部带保温底板的保温笼体，置于保温笼体内带石英坩埚和石墨 坩埚的热交换台，其特征在于石墨坩埚的底部两边开设有导流沟，保 温底板的两边开设有导流孔，炉体的底部与导流孔的对应位置设有硅 液溢流承接容器，硅液溢流承接容器内设有带控制器的金属熔断丝。所述炉体的底部还可设有岩棉，硅液溢流承接容器置于岩棉上， 以进一步提高对炉体的保护效果。所述岩棉的中部还可设有中心护套和凸台套管，可进一步防止硅 液与炉体的直接接触。本发明设计合理，通过由导流沟、导流孔、带金属熔断丝的硅液 溢流承接容器构成的汇流导流系统的作用，能有效防止承装硅液的坩 埚在发生破裂或其它原因导致硅液溢出时，流向炉体底部的硅液在炉 体底部堆积，高温硅液热能烧穿炉体钢板，从而引发灾难性事故的现 象发生。避免了硅液对炉体的损伤。
图1为本发明的整体结构剖视图； 图2为图1所示A部分的放大结构示意图； 图3为图1所示B部分的放大结构示意图； 图4为本发明使用状态时的结构剖视图。
具体实施方式
本发明主要由底部带岩棉10的炉体1，置于炉体1内底部带保 温底板6的保温笼体5，置于保温笼体5内带石英坩埚2和石墨坩埚 3的热交换台4，置于岩棉10中部的中心护套12和凸台套管11，开 设于石墨坩埚3底部两边的导流沟13，开设于保温底板6两边的导 流孔14，置于炉体1底部的岩棉10上与导流孔14对应位置的硅液 溢流承接容器7，置于硅液溢流承接容器7内带控制器9的金属熔断 丝8等构成。控制器9置于炉体1外；石墨坩埚3由高纯石墨制成， 能承受二千多摄氏度的高温，在硅液熔化中，同时支撑石英坩埚2在 高温下因软化现象不至于发生瘫落。使用时，将石英坩埚2放入石墨坩埚3内，在石英坩埚2中装满 多晶硅原材料15，用推车将装好多晶硅原材料15的石英坩埚2和石 墨坩埚3送入炉体1内，并搁放在热交换台4上，调整位置让石英坩 埚2和石墨坩埚3居中放置于热交换台4上面，以保证石墨坩埚3上 面的导流沟13与下面保温底板6上面的导流孔14基本对齐。装炉完 毕后，合紧炉体l，盖上保温笼体5，按正常生产工艺流程继续进行 下一步操作。加热数十小时后，此时石英坩埚2内的多晶硅原材料15已完全 熔化成硅液，如无误，硅液将进入结晶阶段。 一般多晶硅在铸锭过程 中，在熔化与结晶两个阶段，容易发生硅液溢流，如因某种原因，硅 液温度过高，会发生沸腾溅出或泛出；或石英坩埚2前道处理缺陷或 者是石英坩埚本身质量问题等等缺陷问题未能及时发现时，高温会促
使石英坩埚发生破裂。在发生这种危急情况时，如果不能及时发现， 后果将不堪设想！此时本发明所起的作用是当硅液溢流时，硅液沿 着石英坩埚2外壁按附图4所示箭头方向往下流，在石墨坩埚3底板导流沟13的汇流导引下，沿保温底板6的导流孔14流入硅液溢流承 接容器7内，此时高温硅液熔断金属熔断丝8，金属熔断丝8 —熔断 即熔断报警，通知给控制器9，控制器9发出蜂鸣报警声，通知用户 前来处理，同时控制器9也会相应地作自动化紧急处理。当进入硅液 溢流紧急处理时，在控制器9作用下立即提起保温笼体2，并从炉体 顶部充入大量冷却气体(一般为惰性气体氩气、氦气)，强制冷却可 使硅液按每分钟约l(TC速度冷却。当大量的硅液从破裂的石英坩埚2 往下流时，布置在保温底板6下面的硅液溢流承接容器7可完全容纳 流入的硅液，即使有部分硅液未能承接在硅液溢流承接容器7内而是 沿炉体1底部流向中心位置，此时，由于中心护套12的隔离作用， 也避免了硅液与炉体的直接接触。在随后的紧急冷却过程中，硅液在 岩棉10和保温底板6上、硅液溢流承接容器7内成固化状16,从而 避免因高温硅液直接与炉体i发生接触，引起熔穿炉体材料，导致冷 却水暴露在高温低压炉腔内，急剧气化引发的爆炸事故。从上述描述中可以看出，汇流导流系统在硅液发生小面积溢流时 即可及时产生报警，提醒用户及时采取措施，避免更大的溢流事故发 生；当发生大面积溢流时，硅液溢流承接容器7避免了硅液与炉体1 的大面积接触而引发的事故。炉体1底部的中心护套12也能隔离硅 液的与炉体的直接接触。
权利要求
1、一种多晶硅铸锭炉的硅液溢流保护系统，包括炉体(1)，置于炉体(1)内底部带保温底板(6)的保温笼体(5)，置于保温笼体(5)内带石英坩埚(2)和石墨坩埚(3)的热交换台(4)，其特征在于石墨坩埚(3)的底部两边开设有导流沟(13)，保温底板(6)的两边开设有导流孔(14)，炉体(1)的底部与导流孔(14)的对应位置设有硅液溢流承接容器(7)，硅液溢流承接容器(7)内设有带控制器(9)的金属熔断丝(8)。
2、 按权利要求1所述多晶硅铸锭炉的硅液溢流保护系统，其特 征在于所述炉体(1)的底部还设有岩棉(10)，硅液溢流承接容器(7) 置于岩棉(10)上。
3、 按权利要求2所述多晶硅铸锭炉的硅液溢流保护系统，其特 征在于所述岩棉(10)的中部还设有中心护套(12)和凸台套管(11)。
全文摘要
一种多晶硅铸锭炉的硅液溢流保护系统，属多晶硅铸锭炉的设计与制造技术领域，主要由底部带岩棉(10)的炉体(1)，置于炉体内底部带保温底板(6)的保温笼体(5)，置于保温笼体内带石英坩埚(2)和石墨坩埚(3)的热交换台(4)，置于岩棉中部的中心护套(12)和凸台套管(11)，开设于石墨坩埚底部两边的导流沟(13)，开设于保温底板两边的导流孔(14)，置于炉体底部的岩棉(10)上与导流孔(14)对应位置的硅液溢流承接容器(7)，置于硅液溢流承接容器内带控制器(9)的金属熔断丝(8)等构成。通过由导流沟、导流孔、带金属熔断丝的硅液溢流承接容器构成的汇流导流系统的作用，能有效避免硅液对炉体的损伤。
文档编号F27B14/20GK101158549SQ20071007053
公开日2008年4月9日 申请日期2007年8月23日 优先权日2007年8月23日
发明者卫国军, 孙海梁, 徐芳华, 杰 高 申请人:浙江精工科技股份有限公司;绍兴县精工机电研究所有限公司