一種還原爐復(fù)合隔熱屏及還原爐的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種還原爐復(fù)合隔熱屏及還原爐，包括：金屬護板、第一鎳鉻基合金板、復(fù)合隔熱板和第二鎳鉻基合金板；所述金屬護板、第一鎳鉻基合金板、復(fù)合隔熱板和第二鎳鉻基合金板依次抽真空層壓為一體；與所述金屬護板層壓的第一鎳鉻基合金板的表面上涂覆有碳化硅涂層，利用金屬護板保護第一鎳鉻基合金板表面的碳化硅涂層，防止其被倒下的硅棒損壞，延長隔熱屏的使用壽命，并防止多晶硅生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氯化氫對碳化硅涂層的腐蝕，避免對還原爐氣氛產(chǎn)生污染；利用第一鎳鉻基合金板進行二次熱輻射，并利用復(fù)合隔熱板阻止熱輻射向還原爐的內(nèi)壁傳遞，能夠節(jié)能降耗，并降低硅棒中心和表面溫度梯度，均勻爐內(nèi)熱場。
【專利說明】一種還原爐復(fù)合隔熱屏及還原爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實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
[0002]硅還原爐復(fù)合隔熱屏及還原爐。
【背景技術(shù)】
[0003]三氯氫娃氫還原是改良西門子法生產(chǎn)多晶娃的一個重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，將對多晶娃的質(zhì)量及成本產(chǎn)生重要影響，尤其是氫還原直接電耗在多晶硅生產(chǎn)成本中占有較大的比例，在多晶娃還原爐中，由于福射和氣體對流傳熱的雙重原因，加熱娃棒的電能約有85~90%消耗在爐壁上，冷卻的爐壁會帶走加熱硅棒的熱量。
[0004]現(xiàn)有的防止爐壁帶走加熱硅棒熱量的方式是通過在還原爐內(nèi)壁與硅棒之間設(shè)置隔熱屏，在隔熱屏上涂覆由硅、石墨、碳化硅、碳化硅涂層材料、氮化硅、氧化硅、氧化鋁、硼的氮化物、鑰或鑰基合金、鎢或鎢基合金、鉭或鉭基合金、二氧化硅基多孔材料、鋁硅酸鹽基多孔材料、涂金多孔材料、涂金材料、涂怕材料、涂二氧化娃多孔材料、涂銀材料和涂銀多孔材料中的一種或者幾種的組合組成的涂層，通過涂層二次熱輻射，減小爐壁對熱量的吸收。
[0005]一方面，還原爐中苛刻的高溫、高壓環(huán)境以及工藝操作不當會引起倒棒，倒下的硅棒會對隔熱屏表面的涂層產(chǎn)生機械損傷，影響二次熱輻射效果；另一方面，氯化氫氣體容易腐蝕隔熱屏涂層，造成涂層壽命減少，并與涂層發(fā)生反應(yīng)，生成含碳、含氮的有機物，依附在娃棒表面，并污染還原爐氣氛。
[0006]因此，亟需一種還原爐復(fù)合隔熱屏及還原爐以解決上述技術(shù)問題。
實用新型內(nèi)容
[0007]本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種還原爐復(fù)合隔熱屏及還原爐，用以解決現(xiàn)有的還原爐隔熱屏抗腐蝕性差、易損壞的問題。
[0008]本實用新型為解決上述技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案:
[0009]本實用新型提供一種還原爐復(fù)合隔熱屏，包括:金屬護板、第一鎳鉻基合金板、復(fù)合隔熱板和第二鎳鉻基合金板；
[0010]所述金屬護板、第一鎳鉻基合金板、復(fù)合隔熱板和第二鎳鉻基合金板依次抽真空層壓為一體；
[0011]與所述金屬護板層壓的第一鎳鉻基合金板的表面上涂覆有碳化硅涂層。
[0012]優(yōu)選的，所述金屬護板采用以下之一:鑰板、鎢板、涂有金或鎢的鑰板、涂有金的鎢板。
[0013]優(yōu)選的，與所述金屬護板層壓的第一鎳鉻基合金板的表面還涂覆有反應(yīng)阻隔涂層，所述反應(yīng)阻隔涂層位于所述第一鎳鉻基合金板與所述碳化硅涂層之間。
[0014]優(yōu)選的，所述反應(yīng)阻隔涂層為三氧化二鋁涂層。 [0015]優(yōu)選的，所述復(fù)合隔熱板采用熱傳導(dǎo)系數(shù)為0.01~lW/m.Κ的纖維氈或纖維增強
復(fù)合板。[0016]優(yōu)選的，所述復(fù)合隔熱板采用硅酸鋁纖維板或硅酸鎂纖維板。
[0017]優(yōu)選的，所述金屬護板的厚度為0.5-1.5mm ;所述第一鎳鉻基合金板的厚度為0.5-1.5mm;所述復(fù)合隔熱板的厚度為3_5mm ;所述第二鎳鉻基合金板的厚度為
0.5-1.5mm ；
[0018]所述還原爐復(fù)合隔熱屏的高度比還原爐鐘罩的封頭平面略高。
[0019]本實用新型還提供一種還原爐，包括:還原爐鐘罩、還原爐底盤、以及設(shè)于還原爐鐘罩內(nèi)的隔熱屏，所述隔熱屏豎直設(shè)置在還原爐底盤上，且位于還原爐鐘罩的內(nèi)壁和硅棒之間，其特征在于，所述隔熱屏采用權(quán)利要求1-7任一項所述的還原爐復(fù)合隔熱屏，所述還原爐復(fù)合隔熱屏中的金屬護板朝向硅棒。
[0020]優(yōu)選的，所述還原爐復(fù)合隔熱屏為多個，均勻分布于還原爐底盤的圓周，并與還原爐鐘罩的內(nèi)壁呈預(yù)設(shè)的距離設(shè)置。
[0021]優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)的距離為3-10mm。
[0022]本實用新型具有如下有益效果:
[0023]本實用新型利用金屬護板保護第一鎳鉻基合金板表面的碳化硅涂層，防止其被倒下的硅棒損壞，延長隔熱屏的使用壽命，并防止多晶硅生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氯化氫對碳化硅涂層的腐蝕，避免對還原爐氣氛產(chǎn)生污染；利用第一鎳鉻基合金板進行二次熱輻射，并利用復(fù)合隔熱板阻止熱輻射向還原爐的內(nèi)壁傳遞，能夠節(jié)能降耗，并降低硅棒中心和表面溫度梯度，均勻爐內(nèi)熱場。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型實施例提供的還原爐復(fù)合隔熱屏的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本實用新型實施例提供的還原爐結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為圖2中B-B剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0027]為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本實用新型的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細描述。
[0028]本實用新型提供一種還原爐復(fù)合隔熱屏，采用二次輻射和隔熱層隔熱相結(jié)合的復(fù)合隔熱方式，阻隔硅棒與還原爐鐘罩之間的熱傳遞，盡可能減少硅棒的輻射熱被還原爐鐘
罩夾套水帶走。
[0029]以下結(jié)合圖1詳細說明本實用新型還原爐復(fù)合隔熱屏的結(jié)構(gòu)。
[0030]該還原爐復(fù)合隔熱屏I的結(jié)構(gòu)參見圖1所示，包括:金屬護板11、第一鎳鉻基合金板12、復(fù)合隔熱板13和第二鎳鉻基合金板14。金屬護板11、第一鎳鉻基合金板12、復(fù)合隔熱板13和第二鎳鉻基合金板14依次抽真空層壓為一體，即第一鎳鉻基合金板12位于金屬護板11與復(fù)合隔熱板13之間，復(fù)合隔熱板13位于第一鎳鉻基合金板12與第二鎳鉻基合金板14之間。與金屬護板11層壓的第一鎳鉻基合金板12的表面上涂覆有碳化娃涂層。
[0031]由于鑰和鎢具有較高的熔點，不容易在高溫的還原爐內(nèi)熔化，因此，金屬護板11可以選用鑰板、鎢板、涂有金或鎢的鑰板，或者涂有金的鎢板。
[0032]金屬護板11主要用于,為第一鎳鉻基合金板12表面的碳化娃涂層提供保護,一方面，防止倒棒時硅棒4砸到第一鎳鉻基合金板12，避免對碳化硅涂層形成機械損傷，從而保證二次熱輻射效果；另一方面，由于金屬護板11的存在，第一鎳鉻基合金板12不直接暴露在還原爐內(nèi)的反應(yīng)環(huán)境中，防止多晶硅生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氯化氫對碳化硅涂層的腐蝕，從而避免了對還原爐氣氛產(chǎn)生污染。此外，由于鑰或鎢自身的熱反射和熱傳導(dǎo)性能，金屬護板11還能夠?qū)⒁徊糠滞薨?的福射熱返回娃棒4的表面,從而起到節(jié)能降耗、均勻爐內(nèi)熱場的作用。
[0033]由于碳化硅具有高熱輻射率的特性，其光譜熱輻射率大于0.92，因此，在第一鎳鉻基合金板12與金屬護板11層壓的表面上涂覆碳化硅涂層，用以吸收部分經(jīng)由金屬護板11傳遞的輻射熱，再以二次熱輻射的形式重新經(jīng)由金屬護板11將部分輻射熱二次輻射到硅棒4的表面。
[0034]復(fù)合隔熱板13主要用于，阻止第一鎳鉻基合金板12傳遞過來的熱量繼續(xù)向還原爐鐘罩的內(nèi)壁2的方向傳遞。
[0035]第二鎳鉻基合金板14主要用于保護復(fù)合隔熱板13不受倒棒帶來的機械損傷和腐蝕性氣體的腐蝕。
[0036]金屬護板11和第二鎳鉻基合金板14將第一鎳鉻基合金板12和復(fù)合隔熱板13夾在中間，避免與還原爐內(nèi)的反應(yīng)環(huán)境直接接觸，從而保護其不受氯化氫腐蝕，而且，金屬護板11和第二鎳鉻基合金板14均為金屬材質(zhì)，剛度較大，在硅棒倒棒時，能夠起到阻擋作用，保護其不受機械損傷。
[0037]金屬護板11、第一鎳鉻基合金板12、復(fù)合隔熱板13和第二鎳鉻基合金板14依次設(shè)置，端面焊接封閉，形成密閉型腔，并抽真空層壓形成還原爐復(fù)合隔熱屏。抽真空層壓可以避免密閉型腔內(nèi)的空氣在高溫下膨脹導(dǎo)致還原爐復(fù)合隔熱屏變形。
[0038]優(yōu)選的，與金屬護板11層壓的第一鎳鉻基合金板12的表面還涂覆有反應(yīng)阻隔涂層，反應(yīng)阻隔涂層位于第一鎳鉻基合金板12與碳化硅涂層之間。即，首先在第一鎳鉻基合金板12的表面上涂覆反應(yīng)阻隔涂層，然后在反應(yīng)阻隔涂層上涂覆碳化硅涂層。
[0039]在第一鎳鉻基合金板12與碳化硅涂層之間涂覆反應(yīng)阻隔涂層，可以阻止碳化硅涂層在高溫下與鎳鉻基合金板12發(fā)生反應(yīng)。此外，由于碳化硅涂層的高溫膨脹系數(shù)小，基體(鎳鉻基合金板12)的高溫膨脹系數(shù)大，二者不匹配，導(dǎo)致碳化硅涂層與基體間存在切應(yīng)力，引起碳化硅涂層龜裂。在第一鎳鉻基合金板12與碳化硅涂層之間涂覆反應(yīng)阻隔涂層，因反應(yīng)阻隔涂層的膨脹系數(shù)介于二者之間，從而有效解決碳化硅涂層與基體高溫膨脹系數(shù)不匹配的問題，同時，碳化硅涂層也不會出現(xiàn)應(yīng)力和龜裂，保證了碳化硅涂層晶格的完整性，從而保證了碳化硅涂層的高輻射特性。
[0040]優(yōu)選的，反應(yīng)阻隔涂層可以為三氧化二鋁涂層。
[0041]優(yōu)選的，復(fù)合隔熱板13可以采用熱傳導(dǎo)系數(shù)為0.01?lW/m.K的纖維氈或纖維增強復(fù)合板。優(yōu)選的，復(fù)合隔熱板13可以采用硅酸鋁纖維板或硅酸鎂纖維板實現(xiàn)。
[0042]優(yōu)選的，復(fù)合隔熱板13的厚度可以為3_5mm，金屬護板11的厚度可以為
0.5-1.5_，第一鎳鉻基合金板12的厚度可以為0.5-1.5_，第二鎳鉻基合金板14的厚度可以為 0.5-1.5mm。
[0043]優(yōu)選的，還原爐復(fù)合隔熱屏I的厚度為5-10_。
[0044]還原爐復(fù)合隔熱屏I的高度比還原爐鐘罩的封頭平面6略高。[0045]本實用新型還提供一種還原爐，以下結(jié)合圖2對該還原爐的結(jié)構(gòu)進行詳細說明。
[0046]如圖2所示，該還原爐包括:還原爐鐘罩、還原爐底盤以及設(shè)于還原爐鐘罩內(nèi)的隔熱屏。該隔熱屏采用前述的還原爐復(fù)合隔熱屏1，還原爐復(fù)合隔熱屏I豎直設(shè)置于還原爐底盤5上，位于還原爐鐘罩的內(nèi)壁2與硅棒4之間，且還原爐復(fù)合隔熱屏I中的金屬護板11朝向娃棒。在還原爐鐘罩的內(nèi)壁2和外壁6之間設(shè)置夾套循環(huán)水3。
[0047]如圖3所示，還原爐復(fù)合隔熱屏I可以為多個，均勻分布于還原爐底盤5的圓周，將硅棒4與還原爐的內(nèi)壁2隔開，還原爐復(fù)合隔熱屏I與還原爐鐘罩的內(nèi)壁2呈預(yù)設(shè)的距尚設(shè)置。
[0048]如果還原爐復(fù)合隔熱屏I與還原爐鐘罩的內(nèi)壁2的距離過大，則金屬護板11與硅棒的距離過近，溫度過高，超過金屬護板11對高溫的承受能力，容易損壞；如果還原爐復(fù)合隔熱屏I與還原爐鐘罩的內(nèi)壁2的距離過小，則會影響還原爐鐘罩的拆卸，造成安裝不便。優(yōu)選的，該預(yù)設(shè)的距離可以為3-10mm。
[0049]通過在還原爐底盤5的圓周上均勻設(shè)置多個還原爐隔熱屏1，以及將還原爐隔熱屏I的高度略高于還原爐鐘罩的風頭平面6的高度，能夠最大限度地阻隔硅棒4與還原爐鐘罩的內(nèi)壁2之間的輻射熱傳遞，使得隔熱效果達到最優(yōu)。
[0050]為了清楚說明本實用新型的技術(shù)方案，以下結(jié)合圖1、2，對本實用新型的還原爐復(fù)合隔熱屏的工作過程做詳細說明。
[0051]多個還原爐復(fù)合隔熱屏I豎直設(shè)置于還原爐底盤5上，均勻分布于還原爐底盤5的圓周，并與還原爐鐘罩的內(nèi)壁2呈3?IOmm的距離設(shè)置，還原爐復(fù)合隔熱屏I的高度比鐘罩封頭平面6略高。來自娃棒4的福射熱,一部分經(jīng)金屬護板11反射回娃棒表面,大部分輻射熱由金屬護板11傳遞給涂覆有碳化硅涂層和三氧化二鋁涂層的第一鎳鉻基合金板12。經(jīng)第一鎳鉻基合金板12表面的碳化硅涂層吸收后，再以二次熱輻射的形式重新經(jīng)過金屬護板11傳回至硅棒4的表面，少量輻射熱經(jīng)過復(fù)合隔熱板13傳遞給第二鎳鉻基合金板14和還原爐鐘罩的內(nèi)壁2，余熱被鐘罩夾套循環(huán)水3帶走。
[0052]本實用新型利用金屬護板保護第一鎳鉻基合金板表面的碳化硅涂層，防止其被倒下的硅棒損壞，延長隔熱屏的使用壽命，并防止多晶硅生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氯化氫對碳化硅涂層的腐蝕，避免對還原爐氣氛產(chǎn)生污染；利用第一鎳鉻基合金板進行二次輻射，并利用復(fù)合隔熱板阻止輻射熱向還原爐的內(nèi)壁傳遞，能夠節(jié)能降耗，并降低硅棒中心和表面溫度梯度，均勻爐內(nèi)熱場。
[0053]可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本實用新型的原理而采用的示例性實施方式，然而本實用新型并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本實用新型的精神和實質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種還原爐復(fù)合隔熱屏，其特征在于，包括:金屬護板、第一鎳鉻基合金板、復(fù)合隔熱板和第二鎳鉻基合金板； 所述金屬護板、第一鎳鉻基合金板、復(fù)合隔熱板和第二鎳鉻基合金板依次抽真空層壓為一體； 與所述金屬護板層壓的第一鎳鉻基合金板的表面上涂覆有碳化硅涂層。
2.如權(quán)利要求1所述的還原爐復(fù)合隔熱屏，其特征在于，所述金屬護板采用以下之一:鑰板、鶴板、涂有金或鶴的鑰板、涂有金的鶴板。
3.如權(quán)利要求1所述的還原爐復(fù)合隔熱屏，其特征在于，與所述金屬護板層壓的第一鎳鉻基合金板的表面還涂覆有反應(yīng)阻隔涂層，所述反應(yīng)阻隔涂層位于所述第一鎳鉻基合金板與所述碳化硅涂層之間。
4.如權(quán)利要求3所述的還原爐復(fù)合隔熱屏，其特征在于，所述反應(yīng)阻隔涂層為三氧化二鋁涂層。
5.如權(quán)利要求1所述的還原爐復(fù)合隔熱屏，其特征在于，所述復(fù)合隔熱板采用熱傳導(dǎo)系數(shù)為0.0l?lW/m.K的纖維氈或纖維增強復(fù)合板。
6.如權(quán)利要求5所述的還原爐復(fù)合隔熱屏，其特征在于，所述復(fù)合隔熱板采用硅酸鋁纖維板或硅酸鎂纖維板。
7.如權(quán)利要求1-6任一項所述的還原爐復(fù)合隔熱屏，其特征在于，所述金屬護板的厚度為0.5-1.5mm ;所述第一鎳鉻基合金板的厚度為0.5-1.5mm ;所述復(fù)合隔熱板的厚度為3-5mm ;所述第二鎳鉻基合金板的厚度為0.5-1.5mm ； 所述還原爐復(fù)合隔熱屏的高度比還原爐鐘罩的封頭平面略高。
8.—種還原爐，包括還原爐鐘罩、還原爐底盤、以及設(shè)于還原爐鐘罩內(nèi)的隔熱屏，所述隔熱屏豎直設(shè)置在還原爐底盤上，且位于還原爐鐘罩的內(nèi)壁和硅棒之間，其特征在于，所述隔熱屏采用權(quán)利要求1-7任一項所述的還原爐復(fù)合隔熱屏，所述還原爐復(fù)合隔熱屏中的金屬護板朝向娃棒。
9.如權(quán)利要求8所述的還原爐，其特征在于，所述還原爐復(fù)合隔熱屏為多個，均勻分布于還原爐底盤的圓周，并與還原爐鐘罩的內(nèi)壁呈預(yù)設(shè)的距離設(shè)置。
10.如權(quán)利要求9所述的還原爐，其特征在于，所述預(yù)設(shè)的距離為3-10_。
【文檔編號】C01B33/035GK203728587SQ201420095982
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】郭增昌, 劉申良, 孟華 申請人:新特能源股份有限公司