专利名称：多晶硅铸锭炉下炉体定向凝固系统及其铸锭工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及多晶硅铸锭技术领域，特别是多晶硅铸锭炉下炉体定向凝固系统及其铸锭工艺。
背景技术：
目前市场上多晶硅铸锭炉的主流产品为275Kg多晶硅铸锭炉，占市场的60% 80%，另外一种主流产品为450Kg和650kg的多晶硅铸锭炉。市场的发展趋势是向650Kg 级别多晶硅铸锭炉发展，且800Kg级及以上的多晶硅铸锭炉也处于研发阶段，大型铸锭炉的一个重要技术问题是热应力处理，由于硅的性质是热缩冷胀，故铸锭越大，下炉体定向凝固系统的均勻性越难控制，导致的内应力集中会直接影响切片成品率。现有的多晶硅铸锭炉的下炉体定向凝固系统都只是提升隔热笼，从而与底部的隔热笼底部形成下炉体定向凝固系统空间，并通过降低功率和通氩气来进行定向凝固铸锭， 这样的下炉体定向凝固系统效果低，且耗费大量的电能，成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种多晶硅铸锭炉下炉体定向凝固系统及其铸锭工艺，提高冷凝速度，降低铸锭成本。本发明解决其技术问题所采用的方案是多晶硅铸锭炉的下炉体定向凝固系统包括下炉体、隔热笼底板和抬升装置，隔热笼底板通过抬升装置驱动在下炉体内抬升、下降。具体地，抬升装置包括石墨支撑杆、丝杆、涡轮蜗杆升降机、抬升底板和伺服电机。 抬升底板位于下炉体下方，石墨支撑杆的一端和隔热笼底板连接，石墨支撑杆的另一端穿过下炉体与抬升底板相连接，丝杆固定在下炉体上，并与固定在抬升底板上的涡轮蜗杆升降机相连接，伺服电机和涡轮蜗杆升降机连接，伺服电机通过涡轮蜗杆升降机驱动抬升底板沿丝杆抬升、下降，抬升底板的运动带动石墨支撑杆移动，最后带动炉体内隔热笼底板的抬升、下降。石墨支撑杆上套有用来当石墨支撑杆在抬升和下降隔热笼底板时起真空密封作用的波纹管套，波纹管套的两端分别固定在抬升底板和下炉体上。丝杆具有两个以上，每个丝杆上配套一个涡轮蜗杆升降机，涡轮蜗杆升降机之间通过软轴连接传动，伺服电机与其中一个涡轮蜗杆升降机直接连接，并通过软轴驱动其他涡轮蜗杆升降机一起动作。为实现在下炉体定向凝固系统硅锭的时候，在炉子底部吹氩气来保护下炉体定向凝固系统，下炉体的底部预留两个氩气进气孔。多晶硅铸锭炉的下炉体定向凝固系统还包括有控制装置，控制装置包括PLC、人机界面、旋转编码器、接近开关及抬升装置的伺服电机，人机界面、旋转编码器、接近开关以及抬升装置的伺服电机分别与PLC连接，根据控制工艺，通过人机界面设置隔热笼底板的上升距离、上升时间、下降距离、下降时间，PLC根据以上工艺参数，控制伺服电机按一定速度旋转，带动隔热笼底板运动到位，旋转编码器通过输出的脉冲反馈实际的位移量到PLC，并可在人机界面上实时显示隔热笼底板的位置以及电机的转速，接近开关设置在隔热笼底板可移动到的上、下极限位置处，当系统误动作隔热笼底板到达上极限位置及下极限位置时， 系统立即停止动作，并提醒用户及时复位。多晶硅铸锭炉的铸锭工艺通过以下步骤实现a)隔热笼与隔热笼底板合拢，对硅料进行加热；b)隔热笼往上抬升0 380mm同时，隔热笼底板往下降0 150mm，硅料由底部向
上进行定向凝结。c)隔热笼与隔热笼底板合拢，对硅料进行回火；d)隔热笼与隔热笼底板相对移动，打开，对硅料进行冷却；e)硅料出锅。多晶硅铸锭炉铸锭工艺步骤b中，通过在下炉体的底部预留两个氩气进气孔以降低石英坩埚底部的温度。本发明的有益效果是本发明采用抬升下炉体隔热笼底板的定向凝固系统及其铸锭工艺，可显著提高多晶硅的生长速度，提高原材料产能和新材料光电转换效率、节省原材料成本和消耗电量、系统定向凝固效果好且节省了铸锭炉自身的升级成本。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；图1是本发明的第一立体状态图；图2是本发明的第二立体状态3是本发明的剖视图；图4是多晶硅铸锭炉定向凝固系统的控制装置。图5是本发明的铸锭工艺中步骤a的状态图；图6是本发明的铸锭工艺中步骤b的状态图；图7是本发明的铸锭工艺中步骤c的状态图；图8是本发明的铸锭工艺中步骤d的状态图；图9是本发明的铸锭工艺中步骤e的状态图。图中，1.下炉体；2.波纹管套；3.丝杆；4.抬升底板；5.固定用的三角架；6.软轴；7.伺服电机；8.涡轮蜗杆升降机；9.隔热笼底板；10.石墨支撑杆；11.隔热笼上盖板； 12.隔热笼；13.支撑台。
具体实施例方式如图1 3所示，多晶硅铸锭炉的下炉体定向凝固系统，包括下炉体1隔热笼底板 9和抬升装置，隔热笼底板9通过抬升装置驱动在下炉体1内抬升、下降。抬升装置包括石墨支撑杆10、丝杆3、涡轮蜗杆升降机8、抬升底板4和伺服电机 7，抬升底板4位于下炉体1下方，石墨支撑杆10的一端和隔热笼底板9连接，石墨支撑杆 10的另一端穿过下炉体1与抬升底板4相连接，三个丝杆3固定在下炉体1上，并与固定在抬升底板4上的涡轮蜗杆升降机8相连接，固定用的三角架5用于固定三根丝杆3，防止丝杆3在抬升过程中发生位移，从而影响抬升底板4的上升高度，伺服电机7和涡轮蜗杆升降机8连接，伺服电机7通过涡轮蜗杆升降机8驱动抬升底板4沿丝杆3抬升、下降，抬升底板4的运动带动石墨支撑杆10移动，最后带动炉体内隔热笼底板9的抬升、下降。石墨支撑杆10上套有用来当石墨支撑杆10在抬升和下降隔热笼底板9时起真空密封作用的波纹管套2，波纹管套2的两端分别固定在抬升底板4和下炉体1上。每个丝杆3上配套一个涡轮蜗杆升降机8，涡轮蜗杆升降机8之间通过软轴6连接传动，伺服电机7与其中一个涡轮蜗杆升降机8直接连接，并通过软轴6驱动其他涡轮蜗杆升降机8—起动作。为实现在下炉体1定向凝固系统硅锭的时候，在炉子底部吹氩气来保护下炉1体定向凝固系统，下炉体1的底部预留两个氩气进气孔。图4所示为多晶硅铸锭炉的下炉体定向凝固系统的控制装置，包括控制装置，控制装置包括PLC、人机界面、旋转编码器、接近开关及抬升装置的伺服电机7，人机界面、旋转编码器、接近开关以及抬升装置的伺服电机7分别与PLC连接，根据控制工艺，通过人机界面设置隔热笼底板9的上升距离、上升时间、下降距离、下降时间，PLC根据以上工艺参数，控制伺服电机7按一定速度旋转，带动隔热笼底板9运动到位，旋转编码器通过输出的脉冲反馈实际的位移量到PLC，并可在人机界面上实时显示隔热笼底板9的位置以及电机的转速，接近开关设置在隔热笼底板9可移动到的上、下极限位置处，当系统误动作隔热笼底板9到达上极限位置及下极限位置时，系统立即停止动作，并提醒用户及时复位。多晶硅铸锭炉的铸锭工艺如图5 9所示，具体步骤为a)隔热笼12与隔热笼底板9合拢，对硅料进行加热；b)隔热笼12往上抬升380mm同时，隔热笼底板9往下降150mm，硅料由底部向上
进行定向凝结。c)隔热笼12与隔热笼底板9合拢，对硅料进行回火；d)隔热笼12与隔热笼底板9相对移动，打开，对硅料进行冷却；e)硅料出锅。多晶硅铸锭炉铸锭工艺步骤b中，通过在下炉体1的底部预留两个氩气进气孔以降低石英坩埚底部的温度。
权利要求
1.多晶硅铸锭炉的下炉体定向凝固系统，其特征是包括下炉体(1)、隔热笼底板(9) 和抬升装置，所述的隔热笼底板(9)通过抬升装置驱动在下炉体(1)内抬升、下降。
2.根据权利要求1所述的多晶硅铸锭炉的下炉体定向凝固系统，其特征是所述的抬升装置包括石墨支撑杆(10)、丝杆(3)、涡轮蜗杆升降机(8)、抬升底板(4)和伺服电机 (7)，抬升底板⑷位于下炉体⑴下方，石墨支撑杆(10)的一端和隔热笼底板(9)连接， 石墨支撑杆(10)的另一端穿过下炉体(1)与抬升底板(4)相连接，丝杆(3)固定在下炉体 ⑴上，并与固定在抬升底板⑷上的涡轮蜗杆升降机⑶相连接，伺服电机(7)和涡轮蜗杆升降机(8)连接，伺服电机(7)通过涡轮蜗杆升降机(8)驱动抬升底板(4)沿丝杆(3)抬升、下降，抬升底板的运动带动石墨支撑杆(10)移动，最后带动炉体内隔热笼底板(9) 的抬升、下降。
3.根据权利要求2所述的多晶硅铸锭炉的下炉体定向凝固系统，其特征是在所述的石墨支撑杆(10)上套有用来当石墨支撑杆(10)在抬升和下降隔热笼底板(9)时起真空密封作用的波纹管套O)，波纹管套O)的两端分别固定在抬升底板(4)和下炉体(1)上。
4.根据权利要求2所述的多晶硅铸锭炉的下炉体定向凝固系统，其特征是所述的丝杆C3)具有两个以上，每个丝杆C3)上配套一个涡轮蜗杆升降机(8)，涡轮蜗杆升降机(8) 之间通过软轴(6)连接传动，伺服电机(7)与其中一个涡轮蜗杆升降机(8)直接连接，并通过软轴(6)驱动其他涡轮蜗杆升降机(8) —起动作。
5.根据权利要求1或2所述的多晶硅铸锭炉的下炉体定向凝固系统，其特征是在所述的下炉体(1)的底部预留两个氩气进气孔。
6.根据权利要求2所述的多晶硅铸锭炉的下炉体定向凝固系统，其特征是还包括有控制装置，所述的控制装置包括PLC、人机界面、旋转编码器、接近开关及抬升装置的伺服电机(7)，人机界面、旋转编码器、接近开关以及抬升装置的伺服电机(7)分别与PLC连接，根据控制工艺，通过人机界面设置隔热笼底板(9)的上升距离、上升时间、下降距离、下降时间，PLC根据以上工艺参数，控制伺服电机(7)按一定速度旋转，带动隔热笼底板(9)运动到位，旋转编码器通过输出的脉冲反馈实际的位移量到PLC，并可在人机界面上实时显示隔热笼底板(9)的位置以及电机的转速，接近开关设置在隔热笼底板(9)可移动到的上、下极限位置处，当系统误动作隔热笼底板(9)到达上极限位置及下极限位置时，系统立即停止动作，并提醒用户及时复位。
7.具有权利要求1或2或3或4或6所述的多晶硅铸锭炉的下炉体定向凝固系统的多晶硅铸锭炉的铸锭工艺，其特征是a)隔热笼(1 与隔热笼底板(9)合拢，对硅料进行加热；b)隔热笼(12)往上抬升0 380mm同时，隔热笼底板(9)往下降0 150mm，硅料由底部向上进行定向凝结；c)隔热笼(1 与隔热笼底板(9)合拢，对硅料进行回火；d)隔热笼(1 与隔热笼底板(9)相对移动，打开，对硅料进行冷却；e)硅料出锅。
8.具有权利要求7所述的多晶硅铸锭炉的下炉体定向凝固系统的多晶硅铸锭炉的铸锭工艺，其特征是在b步骤中，同时通过下炉体(1)的底部预留两个氩气进气孔以降低石英坩埚底部的温度。
全文摘要
本发明涉及多晶硅铸锭炉下炉体定向凝固系统及其铸锭工艺，该下炉体定向凝固系统包括下炉体、隔热笼底板和抬升装置，隔热笼底板通过抬升装置驱动在下炉体内抬升、下降，抬升装置包括石墨支撑杆、丝杆、涡轮蜗杆升降机、抬升底板和伺服电机，在该铸锭工艺中，隔热笼往上抬升0～380mm同时，隔热笼底板往下降0～150mm，硅料由底部向上进行定向凝结。本发明的有益效果是本发明采用抬升下炉体隔热笼底板的定向凝固系统及其铸锭工艺，可显著提高多晶硅的生长速度，提高原材料产能和新材料光电转换效率、节省原材料成本和消耗电量、系统定向凝固效果好且节省了铸锭炉自身的升级成本。
文档编号C30B28/06GK102425005SQ20111040565
公开日2012年4月25日 申请日期2011年12月8日 优先权日2011年12月8日
发明者张志强, 肖新民, 胡云峰, 陈雪 申请人:常州天合光能有限公司