多晶硅还原工艺及装备优化

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多晶硅还原炉(CVD炉)装置是多晶硅生产过程中最为关键装置之一,通过优化还原炉操作工艺及还原装置水平,能够降低能耗,提高单炉产量和质量。  本论文分别对还原炉实际运行参数进行研究分析,采用改变进料方式、降低混合气配比、添加二氯二氢硅、提高还原炉工作压力及降低进料温度等措施实现节能降耗的目的。论文创新性提出将还原运行压力控制在0.5MPa;反应温度控制在950~1050℃;物料配比前10h控制在4:1左右、10h至80h配比为2.5:1、后期配比为3.0~3.2之间;混合气中添加3%-5%比例的二氯二氢硅;这些参数的调整能够大幅降低多晶硅生产成本、提高产品质量。  在现有24对棒底盘尺寸不变的前提下,增加硅棒对数至30对棒,利用模拟软件对30对棒还原炉底盘出气孔位置及进气喷嘴数量分别进行模拟计算,对各个模型的流场、热场、温度场及物质浓度组份分布情况进行对比。经过实验研究,提出进气孔数量增加为24个,分4圈排布,从外圈到内圈分别为:9+6+6+3方式排布,中心3个喷嘴尺寸为Φ10~Φ12,其余喷嘴为Φ10×12、Φ11×9。出气口排布在底盘的外围,采用次外圈Φ100×3环向120°均匀分布的出气结构方式。  通过对以上各项措施的反复实验与分析,多晶硅还原生产工艺得以优化提升,设备结构排布更加合理,运行稳定性提高,目前30对棒单炉电耗能够达到48kW·h/kg-Si,要比传统的24对棒还原炉能耗降低20%。
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