多晶硅还原炉产能影响因素分析及提升措施
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ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｆｕｒｎａｃｅ ｃａｎ ｒｅａｃｈ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｌｅｖｅｌ ｏｒ ｅｖｅｎ ｅｘｃｅｅｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｌｅｖｅｌ ｈａｓ ａ ｇｒｅａｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ
， ， ｔｈｅ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ ｔｏ ｒｅａｃｈ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｔａｎｄａｒｄ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｚｅ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｑｕａｌｉｔｙ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ
１
［２］
１ 原因分析 １． １ 接地故障致使还原炉异常停炉
表１ 为一月生产过程中异常停炉情况统计表。
表１ 异常停炉统计表
异常停炉原因
占比／ ％
接地故障
７０
炉内拉弧
１２
熔断器熔断
８
硅棒裂纹报警
３
其他
７
从表１ 中可以看出，还原运行过程中异常停炉的主要原因
是接地故障。一旦发生接地故障，还原炉立即停车，没有到达
Ｓｏｎｇ Ｚｈａｎｇｚｕｏ
（ ， ， ， ） Ｙｕｎｎａｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ． Ｌｔｄ． Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０１００ Ｃｈｉｎａ
： Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ ｉｓ ａ ｋｅｙ ｓｔｅｐ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ ｂｙ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｓｉｅｍｅｎｓ ｍｅｔｈｏｄ． Ｗｈｅｔｈｅｒ
第９ 期
宋张佐：多晶硅还原炉产能影响因素分析及提升措施
·１４３·
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生产与应用 櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆殰
多晶硅还原炉产能影响因素分析及提升措施
宋张佐
（云南能投化工有限责任公司，云南昆明 ６５０１００）
摘要：三氯氢硅还原是改良西门子法生产多晶硅的关键步骤，还原炉的产能能否达到设计甚至超出设计水平，对企业达产达标，降低成
设计的运行周期，故单炉产量大大降低，影响还原炉的产能提
升。另外拉弧、熔断器熔断等电器因素在致使还原炉异常停车
因素中也占了一定比例。如果消除主要因素接地故障，将大幅
提升正常停炉的比例，能提升产能利用率。
１． 基盘；２． 电极；３． 尾气出气导管；４． 混合气体进气口；５． 混合气进气管； ６． 底盘冷却水进水管；７． 底盘冷却水出水管；８． 炉体冷却水进水管；９． 炉 体冷却水出水管；１０． 炉体；１１． 硅芯；１２． 炉壁；１３． 视镜孔
按 一 定改的良物西质门的子量法比生混产合多后晶，硅通工过艺喷中嘴，送多入晶还硅原是炉Ｈ，２在和１Ｓ０ｉ５Ｈ０Ｃ～ｌ３
前期生产中，１２ 对棒还原炉单炉设计产量为２ ｔ，实际平均 单炉产量１． ６ ｔ，仅为设计能力的８０％ 。２４ 对棒还原炉单炉设
１１５０ ℃的硅芯（硅棒）表面发生化学气相沉积而成，运行中硅 计产量为４ ｔ，实际平均单炉产量为３． ４ ｔ，为设计产量的８５％ 。
能在相同运行时间下能获得更多的硅产品。高转化率提高了 爆米花的比例，同时加高喷嘴能够把混合物料有效送至还原顶
还原炉内多晶硅的沉积速度，提高了化学气相沉积效率，降低 部，保证顶部气流的更新、预热及停留。效果如图２、图３。
运行周期内三氯氢硅的累计循环量，能平衡整个生产工艺流程
的物料平衡，同时能增加还原炉运行数量，保证的还原炉设备
１． ２ 还原一次转化率低
还原炉一次转化率是指三氯氢硅进入还原炉后，在还原炉 内反应生成多晶硅的转换效率。还原转化率％ ＝ 硅棒质量×
图１ 还原炉结构示意图
１３５． ５／２８／ 运行周期三氯氢硅累计循环量。转化率低即同样的
收稿日期：
２０１９ － ０２ － ２８
作者简介：宋张佐（１９８６—），男，化工工艺工程师，主要从事多晶硅、有机硅单体生产工艺研究。
·１４４·
山东化工 年第 卷 ＳＨＡＮＤＯＮＧ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０１９ ４８
生产原料循环量条件下硅棒产量低。低转化率说明系统生成 的影响很大，对倒棒率、非正常停炉率、及工艺曲线的固化也有
多晶硅量少，副产品四氯化硅多。因此，提高还原一次转化率， 至关重要的作用［４］。将还原炉外环喷嘴全部加高，能有效控制
ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｆｕｒｎａｃｅ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．
： ； ； ； Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｆｕｒｎａｃｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｍｅａｓｕｒｅｓ
本，产品质量的稳定有很大影响。文章通过分析影响还原炉产能因素并提出了提升措施。
关键词：多晶硅；还原炉；产能；措施
（ ） 中图分类号： 文献标识码： 文章编号： Ｏ６１３． ７２
Ｂ
１００８ － ０２１Ｘ ２０１９ ０９ － ０１４３ － ０２
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｆａｃｔｏｒｓ Ａｆｆｅｃｔｉｎｇ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ Ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｆｕｒｎａｃｅ ａｎｄ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ Ｍｅａｓｕｒｅｓ
棒直径逐渐增大，直至达到１２０ ～ １６０ ｍｍ 时，还原炉完成一个 炉均单炉产量较低，严重影响还原工序产能利用率；通过问题
Leabharlann Baidu生产周期。其主要反应方程式如下［１］：
原因分析及采取相应措施，还原炉炉均产量等到了明显提高。
ＳｉＨＣｌ３ ＋ Ｈ２ →Ｓｉ ＋ ３ＨＣｌ
其中还原炉结构如图所示。 ２ＳｉＨＣｌ３ →Ｓｉ ＋ ２ＨＣｌ ＋ ＳｉＣｌ４
的利用率。
１． ３ 还原炉运行控制不当
还原炉在运行过程中，若工艺运行曲线（物料量、各物料配
比、温度与运行时间的曲线）与设备（喷嘴、硅芯尺寸）不匹配，
会导致硅棒在达到预定运行时间后，出现爆米花料过多，横梁
熔断、硅棒偏靠等异常现象。另外还原炉内热场与气流场分布
不合理，会造成硅棒局部过热，多晶硅物理质量指标波动大，也
， ， ｔｈｅ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ ｔｏ ｒｅａｃｈ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｔａｎｄａｒｄ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｚｅ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｑｕａｌｉｔｙ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ
１
［２］
１ 原因分析 １． １ 接地故障致使还原炉异常停炉
表１ 为一月生产过程中异常停炉情况统计表。
表１ 异常停炉统计表
异常停炉原因
占比／ ％
接地故障
７０
炉内拉弧
１２
熔断器熔断
８
硅棒裂纹报警
３
其他
７
从表１ 中可以看出，还原运行过程中异常停炉的主要原因
是接地故障。一旦发生接地故障，还原炉立即停车，没有到达
Ｓｏｎｇ Ｚｈａｎｇｚｕｏ
（ ， ， ， ） Ｙｕｎｎａｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ． Ｌｔｄ． Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０１００ Ｃｈｉｎａ
： Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ ｉｓ ａ ｋｅｙ ｓｔｅｐ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ ｂｙ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｓｉｅｍｅｎｓ ｍｅｔｈｏｄ． Ｗｈｅｔｈｅｒ
第９ 期
宋张佐：多晶硅还原炉产能影响因素分析及提升措施
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生产与应用 櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆殰
多晶硅还原炉产能影响因素分析及提升措施
宋张佐
（云南能投化工有限责任公司，云南昆明 ６５０１００）
摘要：三氯氢硅还原是改良西门子法生产多晶硅的关键步骤，还原炉的产能能否达到设计甚至超出设计水平，对企业达产达标，降低成
设计的运行周期，故单炉产量大大降低，影响还原炉的产能提
升。另外拉弧、熔断器熔断等电器因素在致使还原炉异常停车
因素中也占了一定比例。如果消除主要因素接地故障，将大幅
提升正常停炉的比例，能提升产能利用率。
１． 基盘；２． 电极；３． 尾气出气导管；４． 混合气体进气口；５． 混合气进气管； ６． 底盘冷却水进水管；７． 底盘冷却水出水管；８． 炉体冷却水进水管；９． 炉 体冷却水出水管；１０． 炉体；１１． 硅芯；１２． 炉壁；１３． 视镜孔
按 一 定改的良物西质门的子量法比生混产合多后晶，硅通工过艺喷中嘴，送多入晶还硅原是炉Ｈ，２在和１Ｓ０ｉ５Ｈ０Ｃ～ｌ３
前期生产中，１２ 对棒还原炉单炉设计产量为２ ｔ，实际平均 单炉产量１． ６ ｔ，仅为设计能力的８０％ 。２４ 对棒还原炉单炉设
１１５０ ℃的硅芯（硅棒）表面发生化学气相沉积而成，运行中硅 计产量为４ ｔ，实际平均单炉产量为３． ４ ｔ，为设计产量的８５％ 。
能在相同运行时间下能获得更多的硅产品。高转化率提高了 爆米花的比例，同时加高喷嘴能够把混合物料有效送至还原顶
还原炉内多晶硅的沉积速度，提高了化学气相沉积效率，降低 部，保证顶部气流的更新、预热及停留。效果如图２、图３。
运行周期内三氯氢硅的累计循环量，能平衡整个生产工艺流程
的物料平衡，同时能增加还原炉运行数量，保证的还原炉设备
１． ２ 还原一次转化率低
还原炉一次转化率是指三氯氢硅进入还原炉后，在还原炉 内反应生成多晶硅的转换效率。还原转化率％ ＝ 硅棒质量×
图１ 还原炉结构示意图
１３５． ５／２８／ 运行周期三氯氢硅累计循环量。转化率低即同样的
收稿日期：
２０１９ － ０２ － ２８
作者简介：宋张佐（１９８６—），男，化工工艺工程师，主要从事多晶硅、有机硅单体生产工艺研究。
·１４４·
山东化工 年第 卷 ＳＨＡＮＤＯＮＧ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０１９ ４８
生产原料循环量条件下硅棒产量低。低转化率说明系统生成 的影响很大，对倒棒率、非正常停炉率、及工艺曲线的固化也有
多晶硅量少，副产品四氯化硅多。因此，提高还原一次转化率， 至关重要的作用［４］。将还原炉外环喷嘴全部加高，能有效控制
ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｆｕｒｎａｃｅ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．
： ； ； ； Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｆｕｒｎａｃｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｍｅａｓｕｒｅｓ
本，产品质量的稳定有很大影响。文章通过分析影响还原炉产能因素并提出了提升措施。
关键词：多晶硅；还原炉；产能；措施
（ ） 中图分类号： 文献标识码： 文章编号： Ｏ６１３． ７２
Ｂ
１００８ － ０２１Ｘ ２０１９ ０９ － ０１４３ － ０２
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｆａｃｔｏｒｓ Ａｆｆｅｃｔｉｎｇ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ Ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｆｕｒｎａｃｅ ａｎｄ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ Ｍｅａｓｕｒｅｓ
棒直径逐渐增大，直至达到１２０ ～ １６０ ｍｍ 时，还原炉完成一个 炉均单炉产量较低，严重影响还原工序产能利用率；通过问题
Leabharlann Baidu生产周期。其主要反应方程式如下［１］：
原因分析及采取相应措施，还原炉炉均产量等到了明显提高。
ＳｉＨＣｌ３ ＋ Ｈ２ →Ｓｉ ＋ ３ＨＣｌ
其中还原炉结构如图所示。 ２ＳｉＨＣｌ３ →Ｓｉ ＋ ２ＨＣｌ ＋ ＳｉＣｌ４
的利用率。
１． ３ 还原炉运行控制不当
还原炉在运行过程中，若工艺运行曲线（物料量、各物料配
比、温度与运行时间的曲线）与设备（喷嘴、硅芯尺寸）不匹配，
会导致硅棒在达到预定运行时间后，出现爆米花料过多，横梁
熔断、硅棒偏靠等异常现象。另外还原炉内热场与气流场分布
不合理，会造成硅棒局部过热，多晶硅物理质量指标波动大，也