[发明专利]多晶硅铸锭炉铸锭熔化状态检测方法及相应的检测装置

说明书

技术领域：

本发明涉及多晶硅铸锭生产技术领域，尤其是涉及一种多晶硅铸锭炉铸锭熔化状态检测方法及检测装置。

背景技术：

硅是光伏产业中最重要的一种材料，纯净的硅熔点为1414℃，用于太阳能级的多晶硅纯度一般在99.99%以上。多晶硅铸锭炉是一种专业的硅重熔设备，用于生产大量合格的太阳能用多晶硅锭，在生产过程中，需将多晶硅完全熔化后再结晶成方锭。目前对于多晶硅铸锭炉中硅原料是否完全熔化尚不能实现自动化操作，需要人工多次观察并凭经验判断，导致增加大量的多余能耗。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足之处而提供一种多晶体硅铸锭炉铸锭熔化状态检测方法及相应的检测装置，它可以实现多晶硅铸锭炉中铸锭熔化状态判断的自动化操作，从而减少不必要的能耗。

为实现上述目的，本发明的多晶硅铸锭炉铸锭熔化状态检测方法包括如下步骤：

（1）将测温热电偶放置在装料坩埚下方距离坩埚外底面0~50mm

的位置，之后在坩埚内放置硅原料；

（2）加热使硅原料熔化形成硅溶液，观测记录测温热电偶测得的温度T，并通过求所测得的温度对时间的一阶导数计算得到测温热电偶所在位置的升温速率T′；

（3）自所述测温热电偶测得温度T超过1200℃后，每经过一分钟，将当前记录的升温速率T′值减去十分钟前记录的升温速率T′值，得出差值ΔT′，根据每分钟ΔT′值的大小判断硅原料的熔化状态；如果ΔT′<0.03℃/min，则硅原料完全没有熔化；如果0.03℃/min <ΔT′<0.05℃/min，则硅原料处于即将熔化完成状态；如果ΔT′>0.05℃/min，则硅原料已完全熔化。

作为上述技术方案的优选，所述的坩埚为石英坩埚。

本发明的多晶硅铸锭炉铸锭熔化状态检测装置包括有：人机界面装置、PLC可编程控制器、A/D转换模块、输出模块、测温热电偶、以及报警器，其中，PLC可编程控制器分别与人机界面装置、A/D转换模块、以及输出模块相连，A/D转换模块同时与测温热电偶相连，输出模块则同时与报警器相连。

作为上述技术方案的优选，所述的测温热电偶为R型热电偶。

本发明的有益效果在于：它通过测温热电偶实时测量所处位置的温度，并经由A/D转换模块将数据传输给PLC可编程控制器，PLC可编程控制器根据计算升温速率对铸锭熔化状态进行判断，当铸锭完全熔化时可通过报警器进行报警，从而实现多晶硅铸锭炉中铸锭熔化状态判断的自动化操作，减少不必要的能耗。

附图说明：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为本发明的检测装置方框图；

图2为本发明的检测方法流程图。

具体实施方式：

下面以采用多晶硅铸锭炉制作800公斤的方锭为例来对本发明做进一步的说明。

多晶硅铸锭炉中，采用方形平底石英坩埚作为晶体生产容器，石英坩埚的容纳尺寸为99mm（长）×99mm（宽）×495mm（高）。

见图1所示：多晶硅铸锭炉铸锭熔化状态检测装置包括有人机界面装置10、PLC可编程控制器20、A/D转换模块30、输出模块40、测温热电偶50、以及报警器60，其中，测温热电偶50为R型热电偶，并安装在坩埚外底面正下方40mm的位置，PLC可编程控制器20分别与人机界面装置10、A/D转换模块30、以及输出模块40相连，A/D转换模块30同时与测温热电偶50相连，输出模块40则同时与报警器60相连。

见图2所示：在坩埚内放入硅原料，加热使硅原料熔化，将测温热电偶测得的温度T输入到PLC可编程控制器，并通过PLC可编程控制器计算温度T对时间的一阶导数，得到测温热电偶所在位置的升温速率T′并保存于PLC可编程控制器中。

当测温热电偶测得温度T超过1200℃后，每经过一分钟，由PLC可编程控制器将当前记录的升温速率T′值减去十分钟前记录的升温速率T′值，得出差值ΔT′，根据每分钟ΔT′值的大小判断硅原料的熔化状态；如果ΔT′<0.03℃/min，则硅原料完全没有熔化；如果0.03℃/min<ΔT′<0.05℃/min，则硅原料处于即将熔化完成状态；如果ΔT′>0.05℃/min，则硅原料已完全熔化，触发输出模块使报警器报警，提示熔化已完成，此时便可将多晶硅生产控制系统跳转到长晶阶段。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围，凡是依本发明所作的均等变化与修饰皆属于本发明涵盖的专利范围内。