一种生产硅的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种生产硅的装置，包括：感应外筒和尾气内筒；包围在感应外筒外部的隔热层；环绕感应外筒的感应加热线圈，所述感应加热线圈能够将感应外筒的至少一部分加热到等于或高于硅熔点的温度；进气口，以及位于感应外筒和尾气内筒下方的接收装置；感应外筒和尾气内筒之间形成环隙，感应外筒的内壁和尾气内筒的外壁为圆弧状，所述进气口方向与所述感应外筒的内壁的切向方向相同。本实用新型专利技术增加反应面积，大幅提高转化率，并能够实现直接将卤硅化合物原料气转变为熔融液体硅，操作工序简单，且允许液态硅材料直接输送到下游的铸锭工序、直拉单晶工序或制备硅片等工序，缩短由多晶硅熔融铸锭制造硅片的流程，极大降低多晶硅生产成本。

A device for producing silicon

The utility model discloses a device for producing silicon includes outer cylinder and exhaust induction tube; heat insulation layer surrounded by the outer cylinder external induction; induction heating coil around the outer cylinder, the induction heating coil to at least a portion of the outer cylinder of the induction heating to a temperature equal to or higher than the melting point of the silicon; inlet, and a receiving device is located below the outer cylinder and the inner cylinder exhaust induction; ring gap is formed between the outer cylinder and the inner cylinder exhaust induction, the outer wall of the inner and outer cylinder induction exhaust tube is a circular arc, wherein the air inlet and the direction of the inner wall of the outer cylinder induced tangential direction. The utility model has the advantages of increasing the reaction area, a substantial increase in conversion rate, and can realize the direct halogen silicon compound raw gas into molten silicon, the operation process is simple, and allows the liquid silicon material is delivered directly to the casting process, downstream of the Czochralski process or wafer preparation processes, shorten the manufacturing process of silicon melt from polycrystalline silicon greatly reduce the production cost of polysilicon ingot.

【技术实现步骤摘要】
一种生产硅的装置
本技术涉及一种生产硅的装置，可用于GCL法液态硅直接制取硅片，属于多晶硅的生产和硅锭铸造领域。
技术介绍
高纯多晶硅材料是信息产业和太阳能光伏发电产业的基础原材料，世界强国均将其列为国家的战略性材料，各国政府对其实施了政策鼓励和财政支持，我国多晶硅产业近几年也在快速发展中，实现了国内多晶硅规模化供应。在光伏产业链中，多晶硅的生产和硅片的生产分属于不同的环节，两者相互联系而又相互独立。生产多晶硅的方法主要有改良西门子工艺和流化床工艺，其中改良西门子工艺的主体设备是还原炉反应器，生产的多晶硅约占85％以上，具有间歇性和高能耗的特点。流化床工艺的主体设备是流化床，能耗较低，但操作难度在于床层流化的稳定控制，容易出现局部勾流和腾涌。两种方法均可以生产高纯多晶硅产品，分别为棒状和颗粒状多晶硅，两种产品可以在硅片制造的铸锭或拉晶过程中配合使用，有利于降低成本。在光伏产业链中，多晶硅的生产和硅片的生产分属于不同的环节，属于上下游关系，两者相互联系而又相互独立。通常，硅片的生产需要先将多晶硅产品制成单晶硅锭或者多晶硅锭，然后将上述硅锭按照技术要求切割制成硅片，切好的硅片可以被用来制作太阳能电池、组件及系统，以将太阳光转换为电能。硅锭的铸造主要有浇铸法和直接熔融定向凝固法两种方法，前者将多晶硅产品在高温下融化后，倒入镀有氮化硅薄膜石墨坩埚中，熔炼和凝固分别置于两个坩埚中进行，可以提高效率，但也会导致多晶硅材料二次污染，且产量有限，所以该方法较少使用。后者应用比较普遍，是将多晶硅产品放在一个坩埚中直接熔融和定向凝固，得到整齐排列的柱状多晶硅锭，熔炼和凝固置于一个坩埚中，可以有效避免污染，缺陷是效率较低。以上两个环节，每一个环节都具有较长的流程以及复杂的设备，需要消耗大量的能量，增加了整个光伏产业链的制造成本，不利于光伏行业的绿色发展。申请号为201010559873.8的中国专利公开了一种多晶硅生产装置及方法，该装置包括多晶硅固化接收容器，微波表面波等离子体炬，多晶硅固化接收容器接收微波表面波等离子体炬生成的多晶硅。其方法采用SiHCl3蒸汽和H2气体作为原料反应物，通过微波表面波等离子体炬对原料反应物放电以加热介质管中的原料反应物，生成的硅在多晶硅固化接收容器中冷却而固化得到多晶硅。申请号为201180013133.7的中国专利公开了一种制备高纯硅的方法，通过将含硅粉末通入高温的卤硅化合物的气流中，使金属硅的颗粒从固态转变为液态或气态。其中，卤硅化合物气流中含有氢气，并借助等离子体发生器将其进行加热，一旦金属硅的颗粒与该气流相接触，则其应当发生熔融，部分还会发生蒸发或完全蒸发。美国1366科技公司在申请号为201080021254.1的中国专利中公开了一种从以熔化硅材料在模具板上直接形成硅片的装置和方法，这种方法极大地缩短了多晶硅铸锭、切片的流程，降低了生产成本。然而，在熔化多晶硅的步骤仍需要消耗大量的能量，成本较高。综上所述，仍旧需要一种新型的液态硅生产装置及方法，克服上述缺陷，既能直接利用卤硅化合物生产液态硅产品，还能在同一装置内将生产的液态硅进行收集，作为铸锭工序的直接产品，此外，还能够缩短多晶硅铸锭制造硅片的流程，降低生产制造成本，满足设备简单，操作工艺简单，保证生产装置稳定长周期运行，极大提高企业产能的要求。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种生产硅的装置，该装置可增加原料气的反应面积，大幅提高原料转化率，也可以直接将卤硅化合物原料气转变为熔融液体硅，操作工序简单，且允许液态硅材料直接输送到下游的铸锭工序、直拉单晶工序或制备硅片等工序，缩短由多晶硅熔融铸锭制造硅片的流程，极大降低多晶硅生产成本。为实现上述目的，本技术采用的技术方案如下：一种生产硅的装置，包括：感应外筒和尾气内筒；包围在感应外筒外部的隔热层；环绕感应外筒的感应加热线圈，所述感应加热线圈能够将感应外筒的至少一部分加热到等于或高于硅熔点的温度；进气口，以及位于感应外筒和尾气内筒下方的接收装置；其特征在于，感应外筒和尾气内筒之间形成环隙，感应外筒的内壁和尾气内筒的外壁为圆弧状，所述进气口方向与所述感应外筒的内壁的切向方向相同。进一步地，所述进气口从感应外筒外部切向伸入到感应外筒与尾气内筒形成的环隙内；或者，所述进气口从轴向伸入感应外筒与尾气内筒形成的环隙内，向感应外筒的内壁的切向方向开口。进一步地，所述进气口位于所述装置顶部一侧，进气口的形状选自圆形、椭圆形或方形，数量为1-4个。进一步地，所述尾气内筒外径与感应外筒的内径之比为0.3～0.9∶1。优选地，所述尾气内筒外径与感应外筒的内径之比为0.5～0.8∶1。进一步地，所述感应外筒和尾气内筒为石墨材质。进一步地，所述感应外筒的内壁、尾气内筒的外壁喷涂石英、硅、氮化硅或碳化硅。进一步地，所述接收装置为液态硅接收装置，包括坩埚、能够将坩埚内表面加热到等于或高于硅熔点的温度的加热装置和隔热材料，其中，加热装置设置在坩埚外部，隔热材料设置在加热装置外部。进一步地，所述接收装置还与尾气分离系统相连接。更进一步地，所述尾气分离系统选自旋风分离器和布袋除尘系统。进一步地，所述接收装置还设有导流口，导流口通过管道与直拉单晶设备或铸锭设备或制备硅片设备相连接。利用本技术装置生产硅的方法，包括含硅原料气通过所述进气口从切向方向进入硅生产装置的环隙，围绕感应外筒的内壁旋转，在高温的环境下发生反应，生成的硅产品在感应外筒下部由于速度差而气液分离，液体由接收装置收集，尾气经尾气内筒排出。进一步地，所述含硅原料气选自SiHaXb，其中a、b各自独立地选自0-4，且a+b＝4，X＝F、Cl、Br、I。更进一步地，所述含硅原料气选自硅烷SiH4或三氯硅烷SiHCl3。优选地，所述含硅原料气为硅烷气。进一步地，所述含硅原料气在环隙中的初始切向速度控制在1～5m/s。进一步地，所述感应加热线圈的加热温度为1400～1700℃，感应加热的感应外筒的温度在1400～1600℃之间。更进一步地，所述感应加热线圈的加热温度为1500～1600℃。进一步地，所述接收装置内表面的温度保持在1400～1800℃。有益效果：本技术的优点在于：(1)提高了原料气的转化率。现有技术中原料气的转化率普遍较低，本技术的转化率较现有技术提高了50％左右，大幅提高了生产效率，简化了后期废气的处理过程，简化了设备，节约了成本；(2)所得产品杂质含量低，纯度高。由于原料气纯度高，工艺流程短，不引人二次污染，生产的硅中总金属杂质低于0.2ppb；(3)节约多晶硅熔融坩埚的化料时间，提高生产效率；(4)可以将液体硅定量加入下游坩埚，节省坩埚设备投资成本；(5)由气体原料直接融化为液体产品，可以极大降低颗粒硅和铸锭的生产成本；(6)可以替代1366公司的直接硅片法，形成GCL的液态硅直接硅片法；(7)满足硅片的参数可控，用电量低，成本低；(8)具有设备投资少，占地面积少等优点。附图说明图1、图2是本技术连续生产液态硅的装置示意图；图3、图4是本技术生产硅装置的进气口细节示意图。图中：1进气口，2感应加热线圈，3隔热层，4感应外筒，5尾气内筒，6尾气出口，7隔热材料，8加热装置，9坩埚，10液态硅。具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产硅的装置，包括：感应外筒和尾气内筒；包围在感应外筒外部的隔热层；环绕感应外筒的感应加热线圈，所述感应加热线圈能够将感应外筒的至少一部分加热到等于或高于硅熔点的温度；进气口，以及位于感应外筒和尾气内筒下方的接收装置；其特征在于，感应外筒和尾气内筒之间形成环隙，感应外筒的内壁和尾气内筒的外壁为圆弧状，所述进气口方向与所述感应外筒的内壁的切向方向相同。

【技术特征摘要】
1.一种生产硅的装置，包括：感应外筒和尾气内筒；包围在感应外筒外部的隔热层；环绕感应外筒的感应加热线圈，所述感应加热线圈能够将感应外筒的至少一部分加热到等于或高于硅熔点的温度；进气口，以及位于感应外筒和尾气内筒下方的接收装置；其特征在于，感应外筒和尾气内筒之间形成环隙，感应外筒的内壁和尾气内筒的外壁为圆弧状，所述进气口方向与所述感应外筒的内壁的切向方向相同。2.根据权利要求1所述生产硅的装置，其特征在于，所述进气口从感应外筒外部切向伸入到感应外筒与尾气内筒形成的环隙内；或者，所述进气口从轴向伸入感应外筒与尾气内筒形成的环隙内，向感应外筒的内壁的切向方向开口。3.根据权利要求1或2所述生产硅的装置，其特征在于，所述进气口位于所述装置顶部一侧，进气口的形状选自圆形、椭圆形或方形，数量为1-4个。4.根据权利要求1所述生产硅的装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋立民，胡开达，王小军，
申请(专利权)人：江苏中能硅业科技发展有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32