外加圆弧保护装置在单晶硅生产中的应用

廉佳林， 董 皓， 王 成， 辛玉龙

(山西潞安太阳能科技有限责任公司，山西 长治 046000)

引 言

直拉法(CZ)生产单晶硅是目前制备单晶硅的主要方法。在单晶硅生产中，传统的卸棒作业，主要是将晶棒车放在上炉筒底部，手工操作籽晶上下来完成作业，整个过程由于晶棒(180 kg)只靠3 mm～5 mm的细径承重缺少保护装置，经常发生掉棒现象,对生产成本控制与人员安全造成严重威胁。

随着光伏市场竞争的日益激烈，追求完全与高效成为每个企业的逐胜之道，其中，见效最快的就是避免掉棒事故发生，或者减少因掉棒而造成的经济设备损失和人员伤害。笔者长期从事单晶生产工作，对取棒车进行了反复研究与设计，在现有器具的基础上完成了改进，可大大提高取棒作业的安全程度，具有很强的实用性和经济推广价值。

1 单晶硅的生产流程

单晶硅的生产工艺流程主要有拆清装炉、装料、化料、引晶、放肩、等径、收尾、冷却、取棒。

拆清装炉：作为单晶生长过程中重要的人工作业部分，主要通过对单晶炉热场进行拆解、清理和安装，以保证拉晶过程的洁净度，为下炉的拉单晶工作做准备，拆清装炉的洁净度和准确度直接影响着后续成晶的效率和单晶硅的品质。

装料：单晶拉制的主要原料为原生硅，光伏行业使用的是纯度在99.999 9%[1]的原生硅，其高标准的洁净度与装料手法对后续作业起到关键性的作用。

化料：挂边、搭桥、溅硅等是化料过程最危险的事故，处理不当可引起漏硅事故，严重时直接导致炉体爆炸，因而化料阶段的工艺与操作非常重要。拉晶过程中，当炉台处于引晶、放肩、等径、收尾、冷却过程时，炉内的温度在1 500 ℃[2]左右，操作者通过设备可调整的动作非常有限，拉晶效果也基本定性，而且此过程占据生产周期70%的时间，约70 h左右。

取棒：拉制完成的单晶硅棒在出炉时温度200 ℃，质量188 kg左右，而且所有硅棒的质量仅靠着直径3 mm～5 mm的细晶保持连接，这也是人工作业中最危险的一个阶段，如果晶棒发生掉落，除了之前作业的成果付之东流，更重要的是人员的安全将受到极大的威胁。

2 圆弧保护装置

晶棒在炉内冷却结束后，除了从炉内取出外，还需要人工进行搬运，所以最开始的取棒工具都是只有半边，在硅棒卸取后，方便抬起作业，但是在降落晶棒的过程中，虽然末期有链条保护，但是前、中期，晶棒处于未保护状态，容易发生掉棒现象。

笔者经过长期观察，设计出一款保护装置，可对取棒过程的全过程进行保护，既免除了晶棒意外掉落的损失，又能很好地对作业人员起到保护作用。此保护装置可与原有取棒车连接，形成封闭空间，来保护降落中的晶棒，其结合方式见第137页图1，具体构造见137页图2，人员在作业中，只需要扶稳取棒车即可。

图1 保护装置与取棒车结合方式

图2 保护装置具体构造(单位：mm)

3 保护装置在实际生产中的应用

取棒作为拉晶人工作业里最危险的一个工序，保护装置主要应用在取棒环节，在准备取棒时，将保护装置与原有取棒车相结合即可构成稳定封闭的保护空间，避免掉棒造成的损失，保护作业者以防止受到晶棒的高温烫伤和掉落砸伤，在取棒作业完毕后，可立即通过快挂结构对保护装置进行拆除，方便人员搬运晶棒。

4 结语

本文通过对拉晶工艺各流程作业要点的分析，总结出关键、重要、危险的环节，并分析了取棒保护装置在实际生产中的应用与表现，可极大地提高拉晶作业产品的安全性，同时，对生产人员的作业安全起到强有力的保障作用，是单晶硅生产领域不可缺少的装置。随着取棒车的不断改进，在自动升降领域，只要单晶炉的垂直生长不发生改变，此保护装置将依旧是生产设备中的关键和核心。