多晶硅还原炉内壁抛光装置的设计

摘要

世界传统能源供应日渐不足，传统能源消耗加大，其不可再生性加重了对环境的负面影响，寻找新兴能源已成为能源领域的一个重要问题。太阳能光伏产业具有巨大的社会经济效益，针对光伏产业主要的原材料多晶硅，生产技术上节能降耗问题，已然成为正在研究的热点。还原工艺是多晶硅生产过程当中，能源消耗和产生副产物最多的工序。还原炉是整个还原工艺过程中重要的耗能设备。还原炉内部长期处于高温反应状态，腐蚀性气体造成表面发黑。炉内温度分布不均，造成炉壁表面生成无定型硅、硅粉等污染物，影响还原炉内壁的光洁度，降低反射率，增加硅棒辐射能量。经过方案探讨，设计一套多晶硅还原炉内壁抛光装置可以有效维持炉壁表面光洁度，保持炉膛内壁高反射率，维持硅棒生长需要热量。
　　本研究以均匀稳定去除还原炉内表面污染物为目标，对还原炉内表面进行镜面处理。采用方案设计、模型建立、数值模拟、仿真计算相结合的方法，对还原炉内壁抛光装置的结构功能进行相关参数的设计，具体研究内容如下：
　　（1）主要污染物附着特性分析。对主要污染物受力分析，研究其去除运动状态，利用计算流体动力学方法进行还原炉内部流场温度场数值模拟，确定主要污染物位置，总结还原炉内部传热特性和流场规律，得出结论：有效改善内壁材料发射率，能降低能耗损失。为如何平稳均匀去除表面材料，提供设计思路。
　　（2）抛光装置三维建模与关键部件的结构设计。确定相关零部件的尺寸及材料，并对抛光装置的关键零部件进行有限元分析，分析受力特点，进行强度校核。确定零件发生共振，变形大的频率区间范围，为以后结构改进，减振设计提供理论指导。
　　（3）抛光装置接触状态过程分析。理论推导发生抛光动作时，相切接触时抛光弧线动态长度，建立材料去除模型，提出影响抛光质量的主要因素。并提出主要部件之间速度匹配关系，从而保证抛光装置的平稳性。
　　（4）抛光装置运动仿真分析。运用Matlab软件编程，进行抛光头质心运动轨迹仿真，通过Adams软件对抛光头质心仿真，得出加速度、位移曲线，为后期参数优化进行理论指导。