多晶硅还原炉内壁抛光装置的设计

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1、1分类号：密级：公开学号：2014405001单位代码：10759石河子大学硕士学位论文多晶硅还原炉内壁抛光装置的设计学位申请人文亚琪魏敏教授指导教师金军民高级工程师申请学位级别专业硕士专业名称工程硕士研究领域机械工程所在学院机械电气工程学院中国·新疆·石河子2016年6月DesignofPolishingDeviceforInnerWallofPolysiliconReductionFurnaceADissertationSubmittedtoShiheziUniversityInPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMa

2、sterofEngineeringByWenYa-qi(MechanicalEngineering)DissertationSupervisor:Prof.WeiMinJune,20164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

3、。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

4、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

5、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。关键词：多晶硅还原炉，抛光装置，结构设计，接触分析IAbstractTheworldoftraditionalenergysupplyisinsufficient,thetraditionalenergyconsumptionincreased,itsirrefragableaggravatingthenegativeimpactontheenvironment,lookingfornewenergyhasbecomeanimportantissueinthefieldofenergy.

6、Solarphoto-voltaicindustryhasgreatsocialandeconomicbenefits,inviewofthephoto-voltaicindustrythemainrawmaterialofpolysilicon,productiontechnologyonsavingenergyandreducingconsumption,hasbecomeafocusofresearch.Reductiontechnologyisthepoly-siliconproductionprocess,whichisoneofthemostenergyconsumpti

7、onandproduceby-productsprocess.Reductionfurnacethattheimportantenergyconsumptionequipmentinthereductionprocess.Reductionfurnacegasesarewithinthelong-termhightemperaturereaction,corrosivegas,causingblacksurface.Temperaturedistribut