[发明专利]一种48对棒还原炉炉体结构

说明书

技术领域

本发明涉及多晶硅制备装置技术领域，具体涉及一种用于多晶硅还原炉的炉体结构。

背景技术

改良西门子法是国际上生产多晶硅的主流技术，其核心设备为还原炉，还原炉的工作原理是通过通电高温硅芯将三氯氢硅与氢气的混和气体反应生成多晶硅并沉积在硅芯上，最终产物是沉积在硅芯上的多晶硅，产品最终以多晶硅棒的形式从还原炉中采出。

全世界有超过85％的多晶硅是采用改良西门子法生产的。改良西门子法是一种化学方法，首先利用冶金硅(纯度要求在99.5％以上)与氯化氢(HCl)合成产生便于提纯的三氯氢硅气体(SiHCl3，下文简称TCS)，然后将TCS精馏提纯，最后通过还原反应和化学气相沉积(CVD)将高纯度的TCS转化为高纯度的多晶硅。

国内大多是厂家在多晶硅生产方面采用24/36对棒还原炉，电耗成本为生产多晶硅的主要成本之一，并且，小容量还原炉的电耗成本更高。高电耗在很大程度上制约着行业的发展，相比小型还原炉，大型还原炉有单炉产量高，产品单耗低、物料利用率高等优势。因此，无论从生产效率，还是节能降耗方面来讲，多晶硅还原工艺采用大型还原炉是必然趋势。

在多晶硅还原炉的容积增加到48对棒时，还原炉内的温场、流场复杂性增加，复杂的炉内温度场及流场环境以及多晶硅生产对低能耗的要求，都促使着更为实用、更为节能、更为先进的48对棒还原炉炉体结构的设计。还原炉容量的扩大，使得进料流速、物料流场、温场等影响多晶硅生长的关键参数变得更加复杂，需要开发一系列关键技术，以保障关键参数的稳定，进而实现大型还原炉的高效、稳定运行，还原炉的炉体是保障多晶硅生长和还原炉稳定运行的主要部件，是实现还原炉大型化和降低还原炉能耗的关键。

因此，如何针对还原炉设计结构更为合理的炉体结构，使其在气流流动、冷却散热、温度控制等方面具有更优良的性能即成为业界亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构设计更合理、具有更高的强度、炉内热量辐射损失更小、可提高硅棒的沉积生长效率以及保证硅棒的均匀生长的48对棒还原炉炉体结构，主要针对具有48对电极的炉体结构。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种48对棒还原炉炉体结构，炉体部分包括有外壁、夹层和内壁，内壁与夹层连接，夹层与外壁连接，夹层内部设置有内件，其特征在于：内件包括X型加强筋及顶部物料进气管；所述内壁为三层复合结构，外层为壳体，中间层为纳米微孔隔热层，内层为纳米银涂层，纳米微孔隔热层附着于外层的内表面，纳米银涂层则附着于纳米微孔隔热层的内表面，纳米微孔隔热层采用纳米微孔隔热材料制成；在夹层内设有由底向上围绕内壁外部呈螺旋上升的若干组X型加强筋，X型加强筋的两端分别与外壁及内壁连接固定；在炉体的夹层内设有由底向上围绕内壁外部呈螺旋上升的炉体顶部物料进气管，进气管自炉体的顶部伸入内壁中。

纳米微孔隔热材料具有巨大的比表面积，纳米颗粒之间的接触为极小的点接触，点接触的热阻非常大，使得材料的传导传热效应变得非常小，导致纳米级微孔隔热材料的传导传热系数非常小；纳米颗粒之间形成大量的纳米级气孔，其尺寸平均在20nm，而静止空气的分子常温下的平均热运动自由程为60nm，这样就把空气分子锁闭在粉料纳米气孔之内，使得静止空气分子之间的微小对流传热作用消失，因而纳米微孔隔热材料的常温导热系数比静止的空气还要低；在高温下，传热的主要作用是热辐射，纳米微孔隔热材料添加特殊的红外添加剂，在高温下阻止和反射红外射线，把辐射传热作用降低到最低点，使得材料高温下的辐射传热系数降低到最低值，从而有效降低炉内热量的流失。

进一步地，进气管的进气口设于外壁的底部，而进气管位于内壁中的末端连接有一半球型进气喷头，进气喷头的半球面上均匀分布有若干出气孔。该进气管可以将物料气通向炉体顶部，作为辅助进气通道与还原炉的底盘主进气喷嘴配合，为还原炉提供更为均匀的物料气分布，使得多晶硅能够更均匀的生长。

进一步地，所述夹层内部设置有内件，其内部形成夹层冷却水通道，在外壁的底部设有夹层冷却水通道的进水口，在外壁的顶部设有夹层冷却水通道的出水口。