[发明专利]用于太阳能多晶硅石英坩埚的生产工艺及其养护干燥设备

说明书

一、技术领域

本发明属于热工设备，尤其是涉及到一种用于太阳能多晶硅石英坩埚的生产工艺及其养护干燥设备。

二、背景技术

石英陶瓷坩埚是太阳能多晶硅铸锭生产过程中用来装载多晶硅料，在1600℃高温下生产使用的容器。其使用条件苛刻，技术性能要求高，是多晶硅铸锭生产过程中不可替代的关键消耗材料。

目前常用规格为720型和900型，进一步向大型化1100型发展。

石英陶瓷坩埚作为装载多晶硅料的容器在1600℃高温下连续工作50小时以上，使之熔化、长晶，对坩埚的纯度、强度、外观及内在质量、高温性能、尺寸精度等都有十分严格的要求。采用石英陶瓷注凝成型技术生产的坩埚以独特的均质结构和略高的气孔率，使坩埚制品热震稳定性好，抗炸裂能力强。以及独特的表面结构和适度的表面粗糙度，特别适合氮化硅涂层的喷涂，形成涂层不容易剥落。根据多晶硅铸锭的工艺要求，熔制好的硅料在长晶过程中，坩埚侧壁有一定的保温效果，并且受热要均匀，所以侧壁较厚、上下均匀的坩埚有利于硅料的长晶。而目前用于生产石英陶瓷坩埚的热工设备通常都是采用传统辊道窑,由于其炉膛空间过大，坩埚码放在内很难达到受热、去湿均匀，往往难以达到要求而影响烧成窑的产品质量。

三、发明内容

本发明的目的就是为市场提供一配方合理、工艺先进、结构科学、节省能源用于太阳能多晶硅石英坩埚的生产工艺及其养护干燥设备。

本发明的技术方案是：用于太阳能多晶硅石英坩埚的生产工艺，是在石英陶瓷泥浆中加入一种有机单体，在非孔模具中成型后直接固化得到坩埚制品，通过热工设备烧制而成，整个石英坩埚注凝成型工艺流程为：高纯熔融石英原料（加入有机单体）→制备石英陶瓷料浆→注凝成型→养护干燥→烧成→检测→包装→成品→入库。

所述养护干燥设备包括由立柱焊接成的金属框架、窑墙、窑顶、不锈钢辊棒、供热风管、排潮风管、循环风管、冷却风管和控温/控湿蝶阀执行器等部分，窑体上下被分隔为上层养护辊道窑、中层养护辊道窑和下层养护辊道窑，每层辊道窑的窑墙两侧设置测温孔、测湿孔、测压孔和热风调节孔和观察门，窑墙、窑底、窑顶和中部分隔板均采用岩棉板以耐热钢紧固件固定，且内衬铝板；窑体前后分为升温段、干燥段和冷却段三部分，所述升温段设置了循环风装置，它是由设置在金属框架上方的循环风管、循环风支管和连接循环风机且设有控温/控湿蝶阀电动执行器的主循环风管构成，该循环风机与烧成窑的余热回收系统的导热油换热器出风口相连；所述干燥段前中部设置了排潮装置，中后部设置了供热风装置，排潮装置是由设置在金属框架上方的排潮风机、设有控温/控湿蝶阀电动执行器的排潮风管和设置在窑墙两侧的排潮风支管、排潮复用支管组成，供热风装置是由设置在金属框架上方的供热风机、供热风管和设置在窑墙两侧的供热风支管组成，供热风机的进口端与烧成窑的余热回收系统的导热油换热器送风管相连，供热风支管的出风口分别安装在三层辊道窑下部不锈钢辊棒下方的调节风门处；冷却段设置了由设置在金属框架上方的冷却风抽出口、冷却风管和设置了窑墙两侧的冷却风支管组成，并采用自动化控制系统对养护窑内的气氛进行集散控制。所述自动化控制系统是以西门子SIMATIC S7全集成自动化控制器作为主控设备，通过以太网输送信息到车间级窑炉控制系统和信息化管理系统，实现车间级生产设备控制系统的数据通信。

本发明的有益效果在于：不仅配方合理、工艺科学，而且石英坩埚养护干燥的主要热源来自烧成窑的余热油，补充热源另设计安装了意大利品牌的燃烧机，转运系统（主传动、进出窑机、三层活动平台、单层提升机）连续全自动运转，另消化吸收了德国KELLER公司的干燥控制技术特点来制定本养护辊道窑余热利用干燥养护方案。通过加温加湿系统将注凝成型的石英坩埚水份从入窑的12%减少到出窑的≤2%，控制坩埚产品的干燥尺寸精度、强度、防止产品的炸裂，能进入到下一烧成工序中进行烧成出合格坩埚产品。具有如下优点：

1、三层养护辊道窑窑墙、窑底和窑顶都采用岩棉板，并以耐热钢紧固件紧固，每个窑道内衬都为铝板，能达到隔热、隔湿的效果。在窑墙体上设有玻璃观察窗和入孔，可以应急处理每层窑内突发故障；

2、利用烧成窑余热风管内介质油换热器的热油加热风供给养护窑干燥用，供热风机为不锈钢风机，保证了送入的热风不含有任何能污染坩埚产品的杂质；

3、可连续式进窑养护，单座三层养护窑坩埚日产量≥135只；

4、石英坩埚养护合格率100%；

5、每层养护辊道窑主传动都采用Φ65mm的不锈钢辊棒；