多晶硅还原生产中变压器转档问题探讨

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1、多晶硅还原生产中变压器转档问题探讨 多晶硅还原生产中变压器转档问题探讨摘 要：多晶硅反应从载体硅芯到硅棒的这一生产过程中由于温 度和硅棒直径的变化，硅棒电阻率时刻在发生变化，使得还原电源变 压器在转档过程中出现诸多问题，如变压器温度升高、转档电流波动、 调功柜熔断器烧坏甚至无法顺利转档等，这些问题的出现严重影响了 多晶硅还原反应的正常进行，导致硅棒生长异常、产量降低、物料利 用率低等一系列问题。本文通过生产实际，通过工艺和设备的调整， 来有效控制多晶硅还原炉电气转档。关键词：调功柜 电阻率 摩尔比 沉积功率目前国际上多晶硅生产工艺主要有改良西门子法和硅烷法，其中 70%以上采用改良西门子法。改

2、良西门子法能兼容电子级和太阳能级 多晶硅的生产，以技术成熟、适合产业化生产等特点，是目前多晶硅 生产普遍采用的首选工艺。一、多晶硅还原电源还原炉电源系统是采用变压器副边4 档电压输出，调功柜将相邻 2 个档位频率和初相角等但幅值不同的交流电源拼波构成。除在转档 过渡时只有一档位独立工作外，还原炉调压电源任意相邻2 档同时工 作。还原炉调功电源在转档时第2 档实际输出电流达到了保护设定值 900A 后，保护自动封锁第 2 档电流输出，保证其不过载，这时就只 有第 3 档在工作，但是第 3 档能够输出的电压不足以维持硅棒上原有 电流，导致硅棒电流下降。当硅棒电流低于给定值时，调功柜又自动 投入第

3、2 档与在工作的第 3 档拼波构成一个复合电压，以保证硅棒电 流达到给定电流值。第 2 档重新投入工作后又产生过载保护，自动封 锁其输出电流，就会出现了电流波动甚至整个电源停止工作的情况。二、变压器转档困难原因分析1. 转档的条件 从历来数据看，还原炉转档困难的问题基本都是发生在2 档转 3 档上。因此，只针对2 档转 3 档产生的问题进行讨论，还原炉电源要 实现正常转档，须具备以下2 个条件：1.1 调功柜第 2 档输出的电流低于额定电流。当其电流大于这一 值后调功柜将自动封锁其电流输出，处于保护状态。1.2 硅棒上的电压要低于调功柜第3 档实际能够输出的电压。如 果硅棒电流以接近额定值，但

4、硅棒电压仍高于调功柜第3 档实际能够 输出的电压值，则第 2 档不能退出，无法实现正常转档。总之，还原炉能够正常转档的条件就是在调功柜第2 档输出的电 流低于其额定保护电流之前，硅棒上的电压要低于调功柜第3 档独立 工作时实际能够输出的电压。2. 硅棒的电流电压关系2.1还原炉内总电功率的构成：P总电源系统向还原炉输送的总 功率，；P沉多晶硅沉积反应吸收的功率；P尾尾气吸收并带走的功 率； P 辐硅棒表面向炉筒内壁辐射的热功率， 2式中 炉筒内壁黑 度， Co 辐射系数， T1 硅棒表面温度， T2 炉筒内壁温度， A 硅棒表面 的有效面积。由其计算公式可以看出，要改变硅棒表面向炉壁辐射损 失

5、功率的大小，必须要从改变炉筒内壁黑度、炉筒内壁温度开始。2.2 硅棒电压、电流与其长度、直径的关系式中的U、I：硅棒上的电压、电流；D、L硅棒上的直径和长 度；：反应温度下的硅棒电阻率，可以视为一个恒定不变的常数；n： 圆周率。根据计算公式可以确定，硅棒两端的电压与硅棒长度成正比，与 硅棒直径的平方成反比。2.3 硅棒电流与硅棒直径的关系3式中的 D 为硅棒直径， I 为硅棒上通过的电流， K 是一个常数， 其值在0.270.34左右，如果上述参数基本保持恒定不变，在正常 生产情况下，则一定直径的硅棒必须流过一定数值的电流，两者是一 一对应的关系。综上所述，一定数值硅棒直径对应着一定的电流电压

6、，直径越大 电压越小。三、变压器转档控制和预防措施1. 工艺措施1.1 在保证炉内各工艺要求的前提下，硅棒直径在 40mm 以上时 候，合理提高进料曲线和电流电压曲线，以提高多晶硅的沉积速度。 在接近 2 档转 3 档时降低进料速度，减小电流增幅。这个方案的本质 是通过调整 H2 与 TCS 摩尔比，保证硅棒表面温度变化不大继而保证 硅棒生长正常，使沉积速度保持不变，从而缩短转档时间。1.2在保证安全的前提下，通过控制炉筒和基盘高温冷却水流量， 逐步试验性的提高炉筒内壁和基盘温度，降低硅棒表面与炉筒内壁之 间的温差，减少硅棒表面向炉内壁的热辐射。1.3 对还原炉钟罩内壁进行清洗、抛光，降低炉筒

7、内壁黑度，从 而同样减少硅棒表面向炉内壁的热辐射。2. 设备措施2.1 对还原炉调功电源进行改造，提高调功电源第2 档载流能力 并对相应保护设定值进行修改。延长调功柜第 2 档输出电流到达保护 设定值的时间，延长转档时间，防止电流电压波动。由于还原炉变压 器的容量及其它相关参数无法修改，这个方案会造成变压器第 2 档 过载，使其运行温度升高，需要给变压器增加强制风冷系统，保证变 压器运行温度在规定的安全温度以下。2.2将还原炉变压器高压侧接在9.5KV档位，变压器二次侧各档 输出电压都将升高 5%，直接改善转档困难的问题。由于变压器高压 侧接在9.5KV档位且实际施加的电压在10.310.5K

8、V之间，还原变 压器铁芯的饱和度会相应增加，加剧变压器铁芯发热，变压器运行温 度会随之升高，因此需要在运行过程中不断监视变压器运行温度。四、结束语多晶硅生产中的还原炉操作是一个非稳态过程，在这个生产过程 中硅棒的电阻率随硅棒直径和温度时刻都在发生着变化，因此生产中 要对整个还原炉系统从设备系统到工人操作调节均加以重视，尽量避 免还原炉内温度、压力、配比等一系列控制点的波动，使得还原系统 能够在安、稳、长、满、优下进行操作，实现企业的经济效益。参考文献1 梁骏吾.电子级多晶硅的生产工艺J.中国工程科学.2000, 2（12）：36-38.2 杨世铭.陶文铨.传热学M.高等教育出版社.北京：2006.3 赵建新.硅棒直径与电流关系的探讨J.天津化工厂研究 院.1988，4： 56-57.作者简介：周兰林（1987 年）男，四川遂宁人，单位：成都 恒海化工技术服务有限公司，从事多晶硅生产技术服务，职称：工程 师，研究方向：通过工艺技改降低企业生产成本。最新【精品】范文