1、多晶硅鑄錠爐操作維護說明書修改版全文 多 晶 硅 鑄 錠 爐操作維護手冊前言 本說明書是指導用戶如何使用和維護多晶硅鑄錠設備的重要資料,用戶在使用多晶硅鑄錠設備前一定要仔細閱讀本說明書,并充分理解,以便使設備能夠正常生產,同時提供了如何防止意外以及預計會產生的故障并提前解決的方法。在自動運行模式下,操作屏有密碼保護,需要授權的操作工程師才能進入,可以干預或修改參數。高級參數的設定見附錄。 本說明書包含如下內容: 平安措施及設備規格; 設備概述; 設備操作; 設備維護; 常見故障處理措施。無錫開日多晶硅鑄錠爐概貌目錄1.平安31.1平安符號及說明31.2平安保護措施32.設備規格32.1設備的平

2、面圖32.2 設備接口規格要求33.設備概述33.1 操作原理33.2 系統構成34. 操作界面34.1 報警頁34.2 主視圖34.3 曲線趨勢圖34.4 歷史數據庫查詢34.5 模式頁34.6 主參數和系統配置頁34.6 .1主參數頁134.6.2 主參數頁234.6.3 主參數頁3?水溫報警及加熱報警參數設置34.6.4 系統配置窗口34.6.5 主參數溫度-壓力PID分區參數配置表34.6.7 慢抽程序參數設置窗口34.7手動操作34.7.1 熱偶倉檢漏34.8手動維護屏幕34.9 運行干預操作34.10 初始檢查窗口屏幕34.11 配方屏幕34.12 隔熱層手動升降屏幕34.13主加

3、熱參數屏幕34.14 手動下腔室升降窗口35. 爐子的具體操作35.1 概述35.2 翻開下腔室35.3 取出長晶結束后的硅錠35.4 進料過程35.5 選擇運行的配方及下載35.6 自動運行初始檢查屏35.7 自動循環過程36. 設備維護36.1 設備保養36.2 常見故障及排除36.3 備品備件、易損件清單37. 常見故障處理措施37.1 電源停電/缺相故障處理措施37.2 斷水故障處理措施37.3 硅溢流報警處理措施37.4 三相電流不平衡報警處理措施31.平安 本設備平安符號等級分為四種,分別為危險、警告、小心、注意,詳細定義見表1.1。 表1.1 設備平安符號定義危險表示存在嚴重的危

4、險性,如不防止將會導致人身死亡或嚴重的傷害,只有設備維護工程師才能進行維護操作。警告表示存在潛在的危險性,如不防止將會導致嚴重的人身傷害,只有充分了解警告信息后才能進行操作。小心表示存在一定的危險性,如不防止可能會導致的設備損壞或數據喪失,同時可能會對人身造成傷害。注意表示重要的相關信息,并提供操作建議。 任何人操作、翻開或維修設備時都必須遵守平安預防措施。操作工和維修人員必須遵守本手冊里的所有平安說明。1.2.1 設備危險說明 注意:設備危險包括多個壓力點,高壓和裝卸期間暴露在外很熱的接線端子,有平安內鎖裝置和危險警告符號以保護操作工。 警告:不要觸碰沒有保護圍欄的設備。 警告:不要企圖忽略

5、任何平安內鎖裝置。當門和平安護欄沒有處于正確位置時,這些內鎖裝置能防止自動操作。表1.2 平安預防措施說明 1.2.2 高壓保護措施 仔細閱讀這些指南能防止遭到潛在和致命的電擊危險,能防止設備遭受意外損害。尤其需要強調的是,在急停情況下,不要單獨一個人工作,必須協同另外的操作工一起工作。 當你在周圍有通電導線的場所或者有高壓設備的地方工作時,你的一只手必須插在口袋里。 穿上橡膠底的鞋子或者運動鞋,絕緣地板比金屬地板或者裸露的水泥地面絕緣性好,但這是由實際情況決定的(不在你的控制范圍內)。一塊橡膠墊是很好的絕緣體,但是一塊毯子無論多厚都不是很好的絕緣體。 戴上防護眼鏡,有較大的塑料透鏡的眼鏡或者

6、護目鏡。 不要帶任何珠寶或者其他飾品以防意外地接觸電路和接通導體電流,或者卡進旋轉部件里。 絕不能沒有事先檢查就自己猜測任何事情!不能企圖走捷徑!1.2.3 壓縮空氣的保護措施 突然的強大氣壓或者飛濺碎片會損傷眼鏡或者耳膜; 壓縮空氣攜帶而出的飛濺顆粒能損傷操作人員或者損壞設備; 維護人員必須懂得如何正確使用壓縮空氣的方法; 當更換附屬裝置或者不用壓縮空氣時必須斷開壓縮空氣系統。1.2.4 鎖定裝置 在維護、檢修、操作和相關的活動期間,應該保護人員不受意外接通/啟動設備或者釋放存儲的能量而引起的傷害。 注意:當維護、維修、操作定向凝固系統和執行其他的相關動作時,用戶必須提供相應的鎖定裝置能保證

7、潛在的危險狀態下幾乎不需要人員作任何動作,利用鎖定能量隔離裝置就可以消除危險。如果沒有鎖定裝置,就必須斷開設備以防止意外地接通電源或者釋放存儲的能量。 在設備上貼有一個顯著的警告標志,以便警告人員不要操作已經斷開能量的設備。 用戶代表必須明白鎖定功能的所有知識且保證所有員工都理解鎖定過程,都能正確地執行鎖定操作。 用戶應該定期檢查能量控制程序(至少每年一次)以保證正確地遵守控制過程和定期進行檢查。 操作員工應該掌握鎖定的所有知識且按照要求鎖定。1.2.5 斷開/鎖定過程 所有的相關人員都必須明白斷開的原因和結果。 如果設備正在操作狀態下,可以用正常的方法斷開。當卸下載荷時絕不能拔出斷路開關以免

8、出現火花甚至爆炸。只有掌握了設備操作的人員才能斷開或者重新啟動設備。 警告:當設備處于靜止狀態時,可以試運行設備的某些部件(如真空泵、電機、閥門等)不會對設備造成損害,但此時設備是處于待機狀態并非斷開狀態。 斷開過程:一定要采取措施確保開關或按鈕處于斷開狀態,才能保護自己的平安,如在開關上加鎖或標志以防他人誤操作,同時加以仔細核實,確保設備完全斷開。1.2.6 斷開電氣設備 主電源控制柜有一個主斷路開關,這個開關能斷開設備內部電源,但柜內電源需要用戶供電線路上的開關才能完全斷開,同時關閉UPS即可完全切斷設備所有的電源。 表2.1 設備規格型號FT500KR800設備尺寸 mm3L3700&#

9、215;W4900×H5080L3700×W4900×H5080硅錠尺寸 mm3420kg:840×840×270 480kg:840×840×300650kg:1000×1000×280 700kg:1000×1000×300硅錠重量 kg420-480650-700生產周期 hr52-5460-62配電AC 380±10% V,200kVA 三相五線制,50HzAC 380±10% V,200KVA三相五線制,50Hz加熱功率 kW165165單爐次加熱能耗 k

10、W.hr<2900430kg<4000680kg單位公斤硅錠能耗 kW.hr<6.8<6真空等其他能耗 kW.hr 350 400最高溫度 16001600最高工作溫度 15601560真空系統機械泵+羅茨泵+維持泵機械泵+羅茨泵+維持泵抽空時間 min3838冷卻水流量:140LPM壓力:0.350.5MPa 壓差:>0.25MPa 進水溫度:21-30流量:140LPM 壓力:0.350.5MPa壓差:>0.25MPa 進水溫度:21-31工藝氣體 Ar流量:050LPM 氣源純度:50ppm 單爐耗氣量:70m3 壓力:0.40.6MPa 流量:0-5

11、0LPM 氣源純度:環境溫度 5 405 40環境濕度 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; 設備的平面圖給出了設備的布局,并且提供了設備的尺寸,設備的入口位置要求,平安設施,輔助設施,操作側和安裝位置以保證正確的操作。按照設備規格設計的設備平面圖,可以參考下面的圖紙。圖中表示了設備的平面輪廓,標出了水、電、氣的聯接尺寸和規格。用戶可以根據設備的平面圖對廠房進行布局設計。圖2.1 設備的正面圖圖2.2 設備的側面圖圖2.3 設備的俯視圖2.2 設備接口規格要求表2.2 設備水、電、氣接口規格表電源380VAC,3,2

12、00kVA,50Hz,三相五線配電循環冷卻水出入口管道接口均為G2外絲緊急冷卻水出入口管道接口均為G2外絲氬氣接口G1/2不銹鋼管壓縮空氣接口12PU管真空泵排氣口大機械泵:G2內絲,小機械泵:G1 1/4內絲操作溫度+5+30相對濕度65%at 25(沒有冷凝水)3.1 操作原理 本設備是一種利用定向凝固理論,能生產出大型的優質的多晶硅錠的新型設備,它的生產量很大,能在小于60小時內生產出高達500Kg用于光伏行業的多晶硅錠。 將內涂Si3N4的石英坩堝裝入多晶硅料后放在導熱性很強的石墨塊上(即定向凝固塊),關閉爐子后排氣,接通加熱器電源熔化硅料數小時以上。在坩堝四周圍有石墨加熱器和隔熱層。

13、隔熱層的垂直邊能上下移動以便露出定向凝固塊的底部,使熱量輻射到下腔室的水冷四壁上。從而使定向凝固塊對坩堝底部起到冷卻作用,使坩堝內部的熔融硅形成一個豎直的溫度梯度。這個梯度使坩堝內的硅料從底部開始凝固,從熔體底部開始向頂部生長。當所有的硅料都凝固后,在程序的控制下,硅料經過退火、冷卻以免破裂和將晶格位移降到最低限度。 圖3.1 多晶硅裝載石英坩鍋3.2 系統構成 本設備由以下八個大部件構成,分別是:機架、平臺、爐體、加熱區、真空系統、控制柜和配電柜、控制臺、冷卻水路組成,下面就以上的主要部件的功能分別進行詳細闡述。3.2.1 爐體 爐體的上爐腔固定在機架上,通過三根絲桿對下爐腔進行提升運動,以

14、便完成裝卸料工作。上爐腔頂部有六個電極與內部的石墨加熱器相連,有三個滑臺進行同步運動控制內部的隔熱籠的上下移動以便控制硅錠的長晶過程。 由兩個壓力傳感器、一個質量流量控制器和所連接的閥門控制長晶循環相應階段里傳送的氬氣。在機架后部有一套水冷系統,將冷卻水分配給設備的各個部件,在長晶階段,提供大量水給下爐腔以吸收輻射的熱量。3.2.2 加熱區 加熱區是一個箱體結構,它是由隔熱籠、加熱器、石墨電極、定向凝固塊等組成。加熱器由4塊石墨板通過角聯接器構成的方形結構,有六個石墨電極與加熱器相連。定向凝固塊是依靠下爐腔底部的3個大的石墨柱進行支撐的,定向凝固塊有兩個作用,一方面支撐坩堝,另一方面的作用是長

15、晶時可控的冷卻源。隔熱籠由三個同步滑臺控制升降運動,通過提升隔熱籠,使定向凝固塊的底部逐漸裸露,使其熱量通過輻射傳遞給下爐腔壁,從而在熱區內部形成一個豎直的熱量梯度,使硅錠從底部向頂部開始生長。3.2.3 真空系統 設備的真空系統是由機械泵、羅茨泵、閥門、真空計等構成,能使爐內的壓力迅速降低至0.05mbar以下。在工藝的大局部階段,使用機械泵保持腔室處于局部真空狀態(400600)mbar,在某個階段需要使用氬氣時,用一個質量流量控制器控制氬氣入口流量,用一個與真空系統相連的比例控制閥調節氬氣出口的流量,從而使爐內真空度保持一個穩定的狀態。3.2.4 控制柜和配電柜 利用水冷電纜為加熱器提供

16、165KVA的功率,變壓器的輸出端每相提供最大電壓25V和最大電流3800A。 配電柜內裝有一個功率控制器,用于調節主變壓器的初級電壓,還裝有電源開關、交流接觸器和保險等元器件。 控制柜內裝有可編程控制器、伺服電機控制器、直流電機控制器、氣動閥門和各種低壓電源等。3.2.5 控制臺 控制臺通過懸臂安裝在機架前方,控制臺上裝有觸摸屏、升降按鈕和急停按鈕。觸摸屏可以對鑄錠工藝進行實時監控,同時可以進行工藝編輯、在線修改參數、處理報警事件等。升降按鈕對下爐腔的升降起控制作用。急停按鈕可以在緊急狀態下關閉設備所有的閥門和電源,使設備處于平安狀態。 本系統可通過控制臺完成鑄錠工藝全過程,具有主視圖、數據

17、頁、曲線頁、報警頁、運行干預、手動及維護、工藝編輯、系統配置、模式操作頁等10大功能模塊,其特點如下: 中文觸摸屏界面,Windows XP 風格,直觀、易于操作。 故障自診斷功能,當系統發生報警時,有聲光故障報警和詳細的故障報警畫面,提示相應的操作,以便作進一步的處理。操作者按照屏幕提示,逐步處理故障即可。 具有在線幫助功能,軟件對重要的界面具有密碼保護、操作平安連鎖保護、只有當條件滿足,屏幕才有相應的提示操作,防止人為誤操作! 運行的歷史數據具有存儲、在線查詢、分析功能,還可以通過U盤方便地導入/導出到個人電腦,且存儲數據海量,還可查看每一爐運行的各組歷史曲線。 提供兩組成熟的工藝配方、編

18、輯配方最長達60步,配方數目無限,配方曲線具有“曲線預覽功能,設定配方曲線在一個屏幕上顯示,非常直觀。 設置了手動檢修維護界面,方便、實用。 在線運行時,上位機設置看門狗電路,特別適用無人值守的高可靠性場合。 每一爐數據具有水、電、氣累積功能,一目了然。 提供全面開放的主參數頁設置,用戶可配置系統主參數,方便靈活。 具有多臺設備聯機功能(選件),可通過互連網或局域網,主機可監控每一臺設備運行情況。3.2.5 冷卻水路 本系統有8路冷卻水支路,分別是F1-F8,F1-加熱電極1,F2-加熱電極2,F3-加熱電極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/氣體入口,在F6,F7的出水回路,分別安裝有水溫傳感器,控制臺能監測2路水溫和8路水流狀態。 在進水和出水口安裝有圓盤溫度計及進出水壓力表,方便操作人員抄表監視水溫和壓力4. 操作界面 操作者經常使用以下的界面控制鑄錠全過程。在屏幕的下方總是顯示:主視圖、報警頁、數據頁、趨勢圖、工藝編輯、模式頁、手動操作或運行干預七個按鈕。以下詳細介紹。4.1 報警頁 隨時都可以翻開報警屏幕,如果聽見報警聲音,要求操作者點擊紅色的“查看方框,激活相應的報警屏幕,綠色的方框表示操作狀態正常。按“報警消聲可以去除報警聲音。也可以用這個按鈕去除報警狀態,當按下此按鈕時,如果報警存在,報警方框保持紅色,如

20、果報警消失,報警方框顯示綠色,所有的報警狀態都具有自保持功能,直至報警狀態消失,按“報警消聲鍵方能解除報警。 對于一些緊急報警,如熔硅溢流、停水、停電、缺相、熱偶失效、爐溫超限、主加熱接觸器斷故障等,會自動彈出相應的報警屏幕。提示操作者作出正確的處理。 圖4.1 報警頁4.1.1 停水報警頁 本系統有8路冷卻水支路,分別是F1-F8,F1-加熱電極1,F2-加熱電極2,F3-加熱電極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/氣體入口,有流量顯示,單位為L/Min,在主參數中可對每一路設置水流報警警告值、臨界值,水流缺乏報警時間、水流臨界極

21、限報警時間等,當有一路水流流量小于臨界值時,自動彈出停水報警故障屏幕,如報警時間超過規定的時間時,那么會斷開主加熱器,停止加熱,操作者必須緊急處理。對于該報警,按照屏幕提示逐步操作!詳細操作見相應章節。圖4.2 停水報警頁4.1.2 電源停電/斷相報警頁 當出現市電停電/斷相報警時,會自動彈出此屏幕,聲光報警提示操作者緊急處理。在屏幕的上方有初始掉電溫度、初始掉電功率、掉電的極限溫度、當前溫度、DS塊溫度。電源提示框顯示是A、B、C哪一相報警。本系統有UPS備用電源供電,可維持在30分鐘以上。當電源恢復時,按“YES按鈕,按“主接觸器鍵,設定加熱功率、確認即可。等待溫度恢復到掉電前的溫度,按“

22、繼續運行按鈕,程序繼續運行。 注意:如停電時間過長,溫度降到“掉電極限溫度以下時,會自動跳到“緊急冷卻步,保護設備和硅料!詳細操作見相應的章節。圖4.3 電源停電/斷相報警頁4.1.3 主接觸器斷開報警頁 當系統出現加熱器跳閘、爐溫超極限、爐腔壓力超極限、水流嚴重報警、斷電時,自彈出此屏幕,且自動切斷加熱器的電源,聲光報警提示。操作者應根據屏幕提示,檢查主接觸器跳閘的原因,作出正確的處理。在屏幕的下方有具體的步驟提示,確認故障處理結束后,按“主接觸器按鈕,啟動主加熱器,設定加熱的功率輸出值、按“確認鍵,開始加熱,等到溫度上升到“掉電初始溫度 后,再按“程序繼續按鈕,恢復程序運行!圖4.4 主接

23、觸器斷開報警頁4.1.4 硅溢流報警頁 此為一級緊急報警,在意外情況下,熔化的高溫硅液流出石英坩鍋,從下隔熱層的開口處流到下腔室地板上的保護墊上,會熔化硅溢流檢測傳感器,立即彈出下面的屏幕。聲光報警提示。在60秒內不處理,將會自動終止程序到緊急冷卻狀態,操作者應檢查其原因。首先,按“報警消聲按鈕,去除報警聲音,操作者從爐體頂部的觀察窗,檢查坩鍋內熔化的頂部硅液是否有溢流的跡象,檢查測量的真空壓力和溫度是否異常及功率波動情況,根據這些特征能夠確認硅液是否溢流,如果有硅液流出,那么程序自動跳到緊急冷卻狀態,斷開加熱器,提升隔熱層到8.0CM,迅速降溫保護設備。如果硅液沒有流出,硅溢流檢測傳感器可能燒斷,激活“禁止溢流報警,就不會發出硅溢流報警。 請注意當前的程序結束后,必須更換硅溢流檢測傳感器線,否那么,下一爐程序會再次觸發! 圖4.5 硅溢流報警頁4.1.5 主熱偶失效報警報警頁當出現控溫熱偶TC1故障時,會自動彈出此屏幕。程序處于暫停模式,操作員按綠色的“功率曲線運行鍵,計算機按照上一爐正常的歷史功率曲線運行,等到工藝結束,再更換一支新的熱偶即可。圖4.6 主熱偶TC1失效報警頁4.1.6 DS塊測溫熱偶失效報警頁 當DS塊測溫熱偶出現失效時,超極限設定溫度時,程序只是報警提示,操作工必須仔細檢查超溫原因,如果確認為爐