【经验交流】还原炉钟罩镜面抛光对多晶硅生产节能的影响（1.黄河水电光伏产业技术有限公司，青海西宁810000；2.青海黄河水电公司新能源分公司，青海西宁810007；3.上海脉诺金属表面处理技术有限公司，上海201400）摘要：采取机械抛光与电化学抛光相结合的方法，对多晶硅生产用还原炉钟罩内壁进行修复处理，在保证还原炉内壁表面较好粗糙度的基础上，提高其抗腐蚀能力，以达到最好的抛光效果。抛光后大大提高了电子级多晶硅生产的节电率，缩短了生产周期，降低了运行成本，节能效果显著。关键词：还原炉；钟罩；镜面抛光；多晶硅；生产；节能中图分类号：TG175文献标志码：A文章编号：1004227X(2015)2405EffectmirrorpolishingreductionfurnaceenergysavingpolycrystallinesiliconproductionLIWen-qiang*,WANGBing-lin,WANGQiAbstract:internalwallreductionfurnaceelectrochemicalpolishingimproveitscorrosionresistancebestpolishingresultwhileensuringgoodsurfaceroughness.electronicgradepolysiliconafterreductionfurnacesavedelectricity,shortenedcycletime,decreasedrunningcost,showingremarkableenergy-savingeffect.Keywords:reductionfurnace;bell;mirrorpolishing;polycrystallinesilicon;production;energysavingFirst-author’saddress:HuangheHydropowerPhotovoltaicIndustryTechnologyCo.,Ltd.,Xining810000,China还原炉作为多晶硅生产中最重要的设备之一，是整个多晶硅生产系统的“心脏”部件，也是影响实际产量最核心的工艺环节，生产出来的多晶硅质量的优劣完全取决于它。
当然它也是最主要的能耗工艺环节，还原炉电耗占多晶硅生产综合电耗的60%35%。针对这样的市场情况，国家于201231日发布了新的《多晶硅企业单位产品能源消耗限额》(GB29447–2012)，自2013年10日起实施。通过企业的技术革新，优化生产工艺，提高整个行业的生产能力。还原炉的节能措施有多种。经过生产实践发现，通过抛光还原炉内壁，使其达到一定的镜面要求，进而提高还原炉内表面的热反射效率，能起到理想的节能效果。本文以某公司的改造项目为例加以说明。该项目的改造公司为国内少数可生产半导体级多晶硅的企业之一，采用先进的改良西门子法生产，现有21还原炉。原设备经长期使用，内壁表面原有的镜面效果已不存在，表面形成一层厚厚的黑色氧化皮，并且还有一些硅物质粘在内壁，大大影响了生产。从图可以看到，生产完成后的还原炉钟罩内壁表面全部是黑面，而且由于长期使用，内表面被多晶硅“倒棒”(指从还原炉内硅芯表面开始发生气相化学沉积反应至预期直径的产品硅棒出炉的过程中，硅芯缓慢发生倾斜或头重脚轻，又或因操作不当，导致多晶硅棒在炉内最终倒塌断裂的现象)砸出来了很多大大小小的坑点。本次项目改造的目的是通过对正在使用的还原炉进行修复抛光，一方面是去除内壁表面的黑色氧化皮，提高表面光亮度，另一方面是通过抛光发现还原炉硅棒“倒棒”对内壁的破坏，排除可能存在的安全隐患。
还原炉抛光修复流程多晶硅内壁表面抛光成镜面效果，其目的是提高内壁表面光洁度及光亮度，进而提高热辐射率，起到减少收稿日期：2015–07–23修回日期：2015–10–08作者简介：李文强（1967–），男，青海人，本科，高级工程师，研究方向为半导体多晶硅生产技术及还原炉耐高温镜面表面处理工艺。作者联系方式：(E-mail)lwq0655@163。DOI:10.19289/j.1004-227x.2015.24.007还原炉钟罩镜面抛光对多晶硅生产节能的影响能耗的效果。抛光分步进行，第一步是机械抛光(MP)，第二步是电解抛光(EP)。机械抛光首先采用工业罐体砂带式抛光机对内壁进行机械抛光。先粗抛，去除表面氧化皮及杂质，然后对其进行补焊处理，将一些严重的凹坑补焊好，再磨平焊缝(见图2)。接着由粗到细进行精抛，直到表面平均粗糙度达到0.1还原炉钟罩生产后的表面状态FigureSurfacestatereductionfurnaceafterproduction还原炉钟罩内壁补焊后现场照片FigurePhotoshowinginternalwallreductionfurnaceafterweldingrepair具体的工艺流程为：60#砂带抛光120#砂带抛光缺陷补焊120#砂带抛光240#砂带抛光320#砂带抛光400#砂带抛光600#砂带抛光。
电解抛光是通过电化学的原理，在不锈钢内壁表面形成一层光亮的钝化膜，以提高不锈钢表面的抗腐蚀性。其工艺流程为：清洗钟罩内壁安装抛光制具将电化学抛光液抽入钟罩内电化学抛光将电化学抛光液抽出钟罩清洗钟罩拆卸制具清洗钝化清洗中和热水洗风干。考虑到罐体的尺寸较大，一般都是采取滚动电化学抛光的方式，即钟罩放置在一台滚轮架上，钟罩在滚轮架可360旋转，也可正反旋转，且旋转速率可无级调节。电化学抛光时，钟罩内壁为阳极，在钟罩内放置一辅助电极作为阴极，该阴极以钟罩中心轴为圆心而垂直挂下，当钟罩在滚轮架上缓慢旋转时，该阴极不随钟罩旋转，始终垂直停留在下部，如图所示。阴极选用紫铜板为导电材料，保证良好的导电效果。还原炉钟罩电化学抛光滚动原理图FigureSchematicdiagramshowingreductionfurnaceduringelectrochemicalpolishing由于现场的还原炉钟罩外部有保温层，如果直接将钟罩放到滚轮架上滚动，保温层会被全部压坏；如果拆掉保温层，电化学抛光完成后再将保温层重新包裹，会增加额外的费用。鉴于此，在制定电化学抛光方案时还原炉钟罩镜面抛光对多晶硅生产节能的影响5)，在不需要拆装保温外层的情况下，实现其360的滚动旋转。
仅在拆装保温层这项预算中，费用就节省10万元以上。还原炉钟罩电解抛光专用滚轮架FigureRollercarrierelectrochemicalpolishingreductionfurnace还原炉钟罩电化学抛光用辅助电极(阴极)工装Figureauxiliaryelectrode(cathode)electrochemicalpolishingreductionfurnace该项目所使用的不锈钢电化学抛光液为上海脉诺金属表面处理技术有限公司生产的环保型电化学抛光液， 其主要成分为磷酸、硫酸、光亮剂、增稠剂、酸性缓蚀剂等，无任何重金属等有害物质，已通过SGS 机构的RoHS 相关认证。 抛光后使用效果分析钟罩内壁及焊缝、补焊位置的电化学抛光效果如图6 所示。 Internalwall Weldseam positionrepaired 电化学抛光后的效果Figure Electrochemicalpolishing effect 编者注：图6 原为彩色，请见C1 抛光后粗糙度的测量结果抛光完成后，采用粗糙度仪对还原炉钟罩内壁进行光洁度检测，在还原炉钟罩封头、中间部、法兰侧 部位取0、90、180、270等4个方位上共12 个点进行实际测量，16 个钟罩位号的测量结果见表1。
抛光前后还原炉钟罩的运行情况对比2014 月份抛光前90炉和抛光后72 炉成品的各项指标见表2。 还原炉钟罩镜面抛光对多晶硅生产节能的影响 抛光后钟罩的表面粗糙度检测结果Table Testresult surfaceroughness bells序号 测量位置Ra 范围平均值 0.100.08 0.280.26 0.030.02 0.230.18 0.100.07 0.200.16 0.100.07 0.190.16 0.100.07 0.200.16 0.100.07 0.180.15 0.100.07 0.180.15 0.100.07 0.200.16 0.100.07 0.200.16 10 RX-31080 0.100.07 0.220.17
