多晶硅铸锭炉操作维护说明书修改版全文

1、多晶硅铸锭炉操作维护说明书修改版全文 多 晶 硅 铸 锭 炉操作维护手册前言 本说明书是指导用户如何使用和维护多晶硅铸锭设备的重要资料,用户在使用多晶硅铸锭设备前一定要仔细阅读本说明书,并充分理解,以便使设备能够正常生产,同时提供了如何防止意外以及预计会产生的故障并提前解决的方法。在自动运行模式下,操作屏有密码保护,需要授权的操作工程师才能进入,可以干预或修改参数。高级参数的设定见附录。 本说明书包含如下内容: 平安措施及设备规格; 设备概述; 设备操作; 设备维护; 常见故障处理措施。无锡开日多晶硅铸锭炉概貌目录1.平安31.1平安符号及说明31.2平安保护措施32.设备规格32.1设备的平

2、面图32.2 设备接口规格要求33.设备概述33.1 操作原理33.2 系统构成34. 操作界面34.1 报警页34.2 主视图34.3 曲线趋势图34.4 历史数据库查询34.5 模式页34.6 主参数和系统配置页34.6 .1主参数页134.6.2 主参数页234.6.3 主参数页3?水温报警及加热报警参数设置34.6.4 系统配置窗口34.6.5 主参数温度-压力PID分区参数配置表34.6.7 慢抽程序参数设置窗口34.7手动操作34.7.1 热偶仓检漏34.8手动维护屏幕34.9 运行干预操作34.10 初始检查窗口屏幕34.11 配方屏幕34.12 隔热层手动升降屏幕34.13主加

3、热参数屏幕34.14 手动下腔室升降窗口35. 炉子的具体操作35.1 概述35.2 翻开下腔室35.3 取出长晶结束后的硅锭35.4 进料过程35.5 选择运行的配方及下载35.6 自动运行初始检查屏35.7 自动循环过程36. 设备维护36.1 设备保养36.2 常见故障及排除36.3 备品备件、易损件清单37. 常见故障处理措施37.1 电源停电/缺相故障处理措施37.2 断水故障处理措施37.3 硅溢流报警处理措施37.4 三相电流不平衡报警处理措施31.平安 本设备平安符号等级分为四种,分别为危险、警告、小心、注意,详细定义见表1.1。 表1.1 设备平安符号定义危险表示存在严重的危

4、险性,如不防止将会导致人身死亡或严重的伤害,只有设备维护工程师才能进行维护操作。警告表示存在潜在的危险性,如不防止将会导致严重的人身伤害,只有充分了解警告信息后才能进行操作。小心表示存在一定的危险性,如不防止可能会导致的设备损坏或数据丧失,同时可能会对人身造成伤害。注意表示重要的相关信息,并提供操作建议。 任何人操作、翻开或维修设备时都必须遵守平安预防措施。操作工和维修人员必须遵守本手册里的所有平安说明。1.2.1 设备危险说明 注意:设备危险包括多个压力点,高压和装卸期间暴露在外很热的接线端子,有平安内锁装置和危险警告符号以保护操作工。 警告:不要触碰没有保护围栏的设备。 警告:不要企图忽略

5、任何平安内锁装置。当门和平安护栏没有处于正确位置时,这些内锁装置能防止自动操作。表1.2 平安预防措施说明 1.2.2 高压保护措施 仔细阅读这些指南能防止遭到潜在和致命的电击危险,能防止设备遭受意外损害。尤其需要强调的是,在急停情况下,不要单独一个人工作,必须协同另外的操作工一起工作。 当你在周围有通电导线的场所或者有高压设备的地方工作时,你的一只手必须插在口袋里。 穿上橡胶底的鞋子或者运动鞋,绝缘地板比金属地板或者裸露的水泥地面绝缘性好,但这是由实际情况决定的(不在你的控制范围内)。一块橡胶垫是很好的绝缘体,但是一块毯子无论多厚都不是很好的绝缘体。 戴上防护眼镜,有较大的塑料透镜的眼镜或者

6、护目镜。 不要带任何珠宝或者其他饰品以防意外地接触电路和接通导体电流,或者卡进旋转部件里。 绝不能没有事先检查就自己猜测任何事情!不能企图走捷径!1.2.3 压缩空气的保护措施 突然的强大气压或者飞溅碎片会损伤眼镜或者耳膜; 压缩空气携带而出的飞溅颗粒能损伤操作人员或者损坏设备; 维护人员必须懂得如何正确使用压缩空气的方法; 当更换附属装置或者不用压缩空气时必须断开压缩空气系统。1.2.4 锁定装置 在维护、检修、操作和相关的活动期间,应该保护人员不受意外接通/启动设备或者释放存储的能量而引起的伤害。 注意:当维护、维修、操作定向凝固系统和执行其他的相关动作时,用户必须提供相应的锁定装置能保证

7、潜在的危险状态下几乎不需要人员作任何动作,利用锁定能量隔离装置就可以消除危险。如果没有锁定装置,就必须断开设备以防止意外地接通电源或者释放存储的能量。 在设备上贴有一个显著的警告标志,以便警告人员不要操作已经断开能量的设备。 用户代表必须明白锁定功能的所有知识且保证所有员工都理解锁定过程,都能正确地执行锁定操作。 用户应该定期检查能量控制程序(至少每年一次)以保证正确地遵守控制过程和定期进行检查。 操作员工应该掌握锁定的所有知识且按照要求锁定。1.2.5 断开/锁定过程 所有的相关人员都必须明白断开的原因和结果。 如果设备正在操作状态下,可以用正常的方法断开。当卸下载荷时绝不能拔出断路开关以免

8、出现火花甚至爆炸。只有掌握了设备操作的人员才能断开或者重新启动设备。 警告:当设备处于静止状态时,可以试运行设备的某些部件(如真空泵、电机、阀门等)不会对设备造成损害,但此时设备是处于待机状态并非断开状态。 断开过程:一定要采取措施确保开关或按钮处于断开状态,才能保护自己的平安,如在开关上加锁或标志以防他人误操作,同时加以仔细核实,确保设备完全断开。1.2.6 断开电气设备 主电源控制柜有一个主断路开关,这个开关能断开设备内部电源,但柜内电源需要用户供电线路上的开关才能完全断开,同时关闭UPS即可完全切断设备所有的电源。 表2.1 设备规格型号FT500KR800设备尺寸 mm3L3700&#

9、215;W4900×H5080L3700×W4900×H5080硅锭尺寸 mm3420kg:840×840×270 480kg:840×840×300650kg:1000×1000×280 700kg:1000×1000×300硅锭重量 kg420-480650-700生产周期 hr52-5460-62配电AC 380±10% V,200kVA 三相五线制,50HzAC 380±10% V,200KVA三相五线制,50Hz加热功率 kW165165单炉次加热能耗 k

10、W.hr<2900430kg<4000680kg单位公斤硅锭能耗 kW.hr<6.8<6真空等其他能耗 kW.hr 350 400最高温度 16001600最高工作温度 15601560真空系统机械泵+罗茨泵+维持泵机械泵+罗茨泵+维持泵抽空时间 min3838冷却水流量:140LPM压力:0.350.5MPa 压差:>0.25MPa 进水温度:21-30流量:140LPM 压力:0.350.5MPa压差:>0.25MPa 进水温度:21-31工艺气体 Ar流量:050LPM 气源纯度:50ppm 单炉耗气量:70m3 压力:0.40.6MPa 流量:0-5

11、0LPM 气源纯度:环境温度 5 405 40环境湿度 小于65%小于65%地面要求地面水平度:5mm,承重 2.5T/m2;地面水平度:5mm, 承重 2.5T/m3; 设备的平面图给出了设备的布局,并且提供了设备的尺寸,设备的入口位置要求,平安设施,辅助设施,操作侧和安装位置以保证正确的操作。按照设备规格设计的设备平面图,可以参考下面的图纸。图中表示了设备的平面轮廓,标出了水、电、气的联接尺寸和规格。用户可以根据设备的平面图对厂房进行布局设计。图2.1 设备的正面图图2.2 设备的侧面图图2.3 设备的俯视图2.2 设备接口规格要求表2.2 设备水、电、气接口规格表电源380VAC,3,2

12、00kVA,50Hz,三相五线配电循环冷却水出入口管道接口均为G2外丝紧急冷却水出入口管道接口均为G2外丝氩气接口G1/2不锈钢管压缩空气接口12PU管真空泵排气口大机械泵:G2内丝,小机械泵:G1 1/4内丝操作温度+5+30相对湿度65%at 25(没有冷凝水)3.1 操作原理 本设备是一种利用定向凝固理论,能生产出大型的优质的多晶硅锭的新型设备,它的生产量很大,能在小于60小时内生产出高达500Kg用于光伏行业的多晶硅锭。 将内涂Si3N4的石英坩埚装入多晶硅料后放在导热性很强的石墨块上(即定向凝固块),关闭炉子后排气,接通加热器电源熔化硅料数小时以上。在坩埚四周围有石墨加热器和隔热层。

13、隔热层的垂直边能上下移动以便露出定向凝固块的底部,使热量辐射到下腔室的水冷四壁上。从而使定向凝固块对坩埚底部起到冷却作用,使坩埚内部的熔融硅形成一个竖直的温度梯度。这个梯度使坩埚内的硅料从底部开始凝固,从熔体底部开始向顶部生长。当所有的硅料都凝固后,在程序的控制下,硅料经过退火、冷却以免破裂和将晶格位移降到最低限度。 图3.1 多晶硅装载石英坩锅3.2 系统构成 本设备由以下八个大部件构成,分别是:机架、平台、炉体、加热区、真空系统、控制柜和配电柜、控制台、冷却水路组成,下面就以上的主要部件的功能分别进行详细阐述。3.2.1 炉体 炉体的上炉腔固定在机架上,通过三根丝杆对下炉腔进行提升运动,以

14、便完成装卸料工作。上炉腔顶部有六个电极与内部的石墨加热器相连,有三个滑台进行同步运动控制内部的隔热笼的上下移动以便控制硅锭的长晶过程。 由两个压力传感器、一个质量流量控制器和所连接的阀门控制长晶循环相应阶段里传送的氩气。在机架后部有一套水冷系统,将冷却水分配给设备的各个部件,在长晶阶段,提供大量水给下炉腔以吸收辐射的热量。3.2.2 加热区 加热区是一个箱体结构,它是由隔热笼、加热器、石墨电极、定向凝固块等组成。加热器由4块石墨板通过角联接器构成的方形结构,有六个石墨电极与加热器相连。定向凝固块是依靠下炉腔底部的3个大的石墨柱进行支撑的,定向凝固块有两个作用,一方面支撑坩埚,另一方面的作用是长

15、晶时可控的冷却源。隔热笼由三个同步滑台控制升降运动,通过提升隔热笼,使定向凝固块的底部逐渐裸露,使其热量通过辐射传递给下炉腔壁,从而在热区内部形成一个竖直的热量梯度,使硅锭从底部向顶部开始生长。3.2.3 真空系统 设备的真空系统是由机械泵、罗茨泵、阀门、真空计等构成,能使炉内的压力迅速降低至0.05mbar以下。在工艺的大局部阶段,使用机械泵保持腔室处于局部真空状态(400600)mbar,在某个阶段需要使用氩气时,用一个质量流量控制器控制氩气入口流量,用一个与真空系统相连的比例控制阀调节氩气出口的流量,从而使炉内真空度保持一个稳定的状态。3.2.4 控制柜和配电柜 利用水冷电缆为加热器提供

16、165KVA的功率,变压器的输出端每相提供最大电压25V和最大电流3800A。 配电柜内装有一个功率控制器,用于调节主变压器的初级电压,还装有电源开关、交流接触器和保险等元器件。 控制柜内装有可编程控制器、伺服电机控制器、直流电机控制器、气动阀门和各种低压电源等。3.2.5 控制台 控制台通过悬臂安装在机架前方,控制台上装有触摸屏、升降按钮和急停按钮。触摸屏可以对铸锭工艺进行实时监控,同时可以进行工艺编辑、在线修改参数、处理报警事件等。升降按钮对下炉腔的升降起控制作用。急停按钮可以在紧急状态下关闭设备所有的阀门和电源,使设备处于平安状态。 本系统可通过控制台完成铸锭工艺全过程,具有主视图、数据

17、页、曲线页、报警页、运行干预、手动及维护、工艺编辑、系统配置、模式操作页等10大功能模块,其特点如下: 中文触摸屏界面,Windows XP 风格,直观、易于操作。 故障自诊断功能,当系统发生报警时,有声光故障报警和详细的故障报警画面,提示相应的操作,以便作进一步的处理。操作者按照屏幕提示,逐步处理故障即可。 具有在线帮助功能,软件对重要的界面具有密码保护、操作平安连锁保护、只有当条件满足,屏幕才有相应的提示操作,防止人为误操作! 运行的历史数据具有存储、在线查询、分析功能,还可以通过U盘方便地导入/导出到个人电脑,且存储数据海量,还可查看每一炉运行的各组历史曲线。 提供两组成熟的工艺配方、编

18、辑配方最长达60步,配方数目无限,配方曲线具有“曲线预览功能,设定配方曲线在一个屏幕上显示,非常直观。 设置了手动检修维护界面,方便、实用。 在线运行时,上位机设置看门狗电路,特别适用无人值守的高可靠性场合。 每一炉数据具有水、电、气累积功能,一目了然。 提供全面开放的主参数页设置,用户可配置系统主参数,方便灵活。 具有多台设备联机功能(选件),可通过互连网或局域网,主机可监控每一台设备运行情况。3.2.5 冷却水路 本系统有8路冷却水支路,分别是F1-F8,F1-加热电极1,F2-加热电极2,F3-加热电极3,F4-上腔室(上),F5-上腔室(下),F6-下腔室(上),F7-下腔室(下)、F

19、8-真空泵/气体入口,在F6,F7的出水回路,分别安装有水温传感器,控制台能监测2路水温和8路水流状态。 在进水和出水口安装有圆盘温度计及进出水压力表,方便操作人员抄表监视水温和压力4. 操作界面 操作者经常使用以下的界面控制铸锭全过程。在屏幕的下方总是显示:主视图、报警页、数据页、趋势图、工艺编辑、模式页、手动操作或运行干预七个按钮。以下详细介绍。4.1 报警页 随时都可以翻开报警屏幕,如果听见报警声音,要求操作者点击红色的“查看方框,激活相应的报警屏幕,绿色的方框表示操作状态正常。按“报警消声可以去除报警声音。也可以用这个按钮去除报警状态,当按下此按钮时,如果报警存在,报警方框保持红色,如

20、果报警消失,报警方框显示绿色,所有的报警状态都具有自保持功能,直至报警状态消失,按“报警消声键方能解除报警。 对于一些紧急报警,如熔硅溢流、停水、停电、缺相、热偶失效、炉温超限、主加热接触器断故障等,会自动弹出相应的报警屏幕。提示操作者作出正确的处理。 图4.1 报警页4.1.1 停水报警页 本系统有8路冷却水支路,分别是F1-F8,F1-加热电极1,F2-加热电极2,F3-加热电极3,F4-上腔室(上),F5-上腔室(下),F6-下腔室(上),F7-下腔室(下)、F8-真空泵/气体入口,有流量显示,单位为L/Min,在主参数中可对每一路设置水流报警警告值、临界值,水流缺乏报警时间、水流临界极

21、限报警时间等,当有一路水流流量小于临界值时,自动弹出停水报警故障屏幕,如报警时间超过规定的时间时,那么会断开主加热器,停止加热,操作者必须紧急处理。对于该报警,按照屏幕提示逐步操作!详细操作见相应章节。图4.2 停水报警页4.1.2 电源停电/断相报警页 当出现市电停电/断相报警时,会自动弹出此屏幕,声光报警提示操作者紧急处理。在屏幕的上方有初始掉电温度、初始掉电功率、掉电的极限温度、当前温度、DS块温度。电源提示框显示是A、B、C哪一相报警。本系统有UPS备用电源供电,可维持在30分钟以上。当电源恢复时,按“YES按钮,按“主接触器键,设定加热功率、确认即可。等待温度恢复到掉电前的温度,按“

22、继续运行按钮,程序继续运行。 注意:如停电时间过长,温度降到“掉电极限温度以下时,会自动跳到“紧急冷却步,保护设备和硅料!详细操作见相应的章节。图4.3 电源停电/断相报警页4.1.3 主接触器断开报警页 当系统出现加热器跳闸、炉温超极限、炉腔压力超极限、水流严重报警、断电时,自弹出此屏幕,且自动切断加热器的电源,声光报警提示。操作者应根据屏幕提示,检查主接触器跳闸的原因,作出正确的处理。在屏幕的下方有具体的步骤提示,确认故障处理结束后,按“主接触器按钮,启动主加热器,设定加热的功率输出值、按“确认键,开始加热,等到温度上升到“掉电初始温度 后,再按“程序继续按钮,恢复程序运行!图4.4 主接

23、触器断开报警页4.1.4 硅溢流报警页 此为一级紧急报警,在意外情况下,熔化的高温硅液流出石英坩锅,从下隔热层的开口处流到下腔室地板上的保护垫上,会熔化硅溢流检测传感器,立即弹出下面的屏幕。声光报警提示。在60秒内不处理,将会自动终止程序到紧急冷却状态,操作者应检查其原因。首先,按“报警消声按钮,去除报警声音,操作者从炉体顶部的观察窗,检查坩锅内熔化的顶部硅液是否有溢流的迹象,检查测量的真空压力和温度是否异常及功率波动情况,根据这些特征能够确认硅液是否溢流,如果有硅液流出,那么程序自动跳到紧急冷却状态,断开加热器,提升隔热层到8.0CM,迅速降温保护设备。如果硅液没有流出,硅溢流检测传感器可能烧断,激活“禁止溢流报警,就不会发出硅溢流报警。 请注意当前的程序结束后,必须更换硅溢流检测传感器线,否那么,下一炉程序会再次触发! 图4.5 硅溢流报警页4.1.5 主热偶失效报警报警页当出现控温热偶TC1故障时,会自动弹出此屏幕。程序处于暂停模式,操作员按绿色的“功率曲线运行键,计算机按照上一炉正常的历史功率曲线运行,等到工艺结束,再更换一支新的热偶即可。图4.6 主热偶TC1失效报警页4.1.6 DS块测温热偶失效报警页 当DS块测温热偶出现失效时,超极限设定温度时,程序只是报警提示,操作工必须仔细检查超温原因,如果确认为炉