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       隨著多晶硅價格的競爭，降低西門子還原爐能耗成為多晶硅生存的基本法則。而增大硅碳棒數(shù)量和降低反應(yīng)器壁輻射率是降低能耗的主要方法。對硅碳棒還原爐也逐漸成為國內(nèi)多晶硅廠采用的主要工藝，其硅碳棒分布在3個同心環(huán)上。這對硅碳棒的電加熱過程提出更大挑戰(zhàn)，需要系統(tǒng)研究不同環(huán)上多晶硅增長過程中的硅碳棒內(nèi)部的熱電行為。然而國內(nèi)外較少對此進(jìn)行系統(tǒng)研究。因此，本文針對目前國內(nèi)采用較多的24對棒還原爐，建立硅碳棒的直流電焦耳加熱模型。系統(tǒng)研究不同分布環(huán)上硅碳棒增長半徑、反應(yīng)器壁輻射率對硅碳棒內(nèi)部徑向溫度分布的影響規(guī)律。以期通過研究對西門子還原爐電加熱過程的優(yōu)化、節(jié)能以及擴大企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模等方面提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

       針對24對硅碳棒還原爐結(jié)構(gòu)，建立3D西門子還原爐模型，見圖la。由于西門子還原爐結(jié)構(gòu)的對稱性，同心圓上每根硅碳棒的熱電行為類似，用硅碳棒1,硅碳棒9和硅碳棒25分別代表內(nèi)、中和外環(huán)硅碳棒。圖1b為硅碳棒的幾何模型，其中硅碳棒的半徑為R，長度為L。計算中的相關(guān)參數(shù)見表。在穩(wěn)態(tài)條件下，用圓柱坐標(biāo)，可得西門子還原爐中硅碳棒內(nèi)部的熱傳遞方程式中，—硅碳棒內(nèi)部徑向位置，m;T—硅碳棒內(nèi)部溫度，K;k硅熱導(dǎo)率，K.與溫度T關(guān)系如式(2)";y單位體積生成熱，當(dāng)硅碳棒用直流電加熱時，9由電流產(chǎn)生的焦耳熱提供，即硅碳棒內(nèi)部電流密度.A/m-;硅碳棒內(nèi)部電場強度，V/m;(勸—硅的電導(dǎo)率，是關(guān)于溫度的函數(shù)，可表示為對于直流電加熱，電場強度叮表o:為因此，硅碳棒內(nèi)部單位體積生成熱叮表示為:9=(clY%cL)-(T)式中，dV/c1G—硅碳棒軸向單位長度電壓梯度、將式(7)式代人式(1)中可得:式于Ilg.—對流、輻射以及化學(xué)反應(yīng)引起的硅碳棒表面熱損失對流熱損失為h—對流系數(shù)，其值20--30X/(nuK);雙—硅碳棒表面溫度，K;T—硅碳棒表面[x=域流體平均溫度，為1047K輻射熱損失為式中若—硅碳棒表而與反應(yīng)`,壁之間輻射系數(shù)句—硅的發(fā)射率和反應(yīng)器壁發(fā)射率二的函數(shù);T,—反應(yīng)器壁溫度，K;—斯蒂芬一波爾茲曼常數(shù)，其值為5.67x10-"wm-wK;R硅碳棒半徑，m;R—反應(yīng)器壁半徑m化學(xué)反應(yīng)熱為9.=2600VG/m-(14)。http://zsrider.com/