多晶硅铸锭炉常见故障维护浅析

摘 要 本文重点介绍了太阳能级多晶硅铸锭炉的常见故障和突发事件的应急处理办法。

关键词 多晶硅；光伏；铸锭炉；设备维护

中图分类号：TN304 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）14-0092-02

1 概述

近年来，太阳能光伏企业作为一种绿色无污染的新能源产业，在我国得到了快速的发展。多晶硅铸锭炉作为太阳能级多晶硅锭的主要和关键生产设备，正在被各大光伏企业广泛使用。作为一种自动化程度较高的智能化大型生产设备，它价格昂贵、维护成本高。一旦投料运行，它连续运行时间长，中间故障维修时间短，稍有不慎，将会造成重大生产损失。因此，熟练掌握多晶硅铸锭炉常见故障的快速识别和解决方法，可对保证设备安全运行，提高产品质量，节约成本起到积极作用。

国内外生产多晶硅铸锭炉企业众多，在我国知名度和市场占有率较高的企业有美国极特先进太阳能有限公司，北京京运通特技股份有限公司，浙江精功科技等。下面，我们就以极特DSS45OHP铸锭炉为例来阐述多晶硅铸锭炉常见故障的维护

问题。

2 铸锭炉的常见故障分析

多晶硅铸锭炉在自动运行时，必须保证机械和电器元件的各组成部分都有效、平稳、可靠、无故障。因此，做好设备的日常合理的维护和保养，是非常必要的。对设备的维护和保养，主要分为两个部分：一是定期的保养和维护；二是运行时发生事故的应急处理。其中，第一条最重要，平时的维护和保养做好了，就能达到防患于未然，提前将潜在的问题发现和排除，杜绝和减少自动运行时故障的发生。

2.1 定期的保养和维护

每炉检查项目：电阻、水流量、溢流丝、加热器螺丝松紧度、报警器是否正常、机械泵油位油压、进水温度及压力、TC管检漏、下炉体水平及清洁等。

周期性（3个月）检查和维护项目：比例阀清洁，隔热笼内部清洁，加热器清洁、高温计清洁、电柜内电器元件除尘、slimpaks电流校准、真空压力计校准等。

周期性（6个月）检查和维护项目：检查和紧固炉体传动装置螺丝，底炉腔提升丝杆结构清洁和真空泵电机上脂，真空泵皮带、真空泵油、电器元件除尘、直流电源检测、电脑维护、泵排气滤芯检查等。

在维护和保养过程中常会遇到以下问题。

2.1.1 电阻不够

1）陶瓷瓦片或氮化硼垫片损坏。

在GT多晶硅铸锭炉上，质量优良的陶瓷瓦片能用8-12月，质量差的用几炉绝缘就有可能烧穿，表面碳化发黑。另外注意，在GT多晶硅铸锭炉上存在两个电阻：一是加热器和隔热笼（即炉体）的接地电阻；另外一个是加热器和顶部保温板的电阻。这两个电阻都要求2千欧以上，否则，可能出现在合炉过程中电阻波动剧烈或炉体合上后电阻变小甚至为0现象。

2）铸锭炉热场内部石墨件有搭接短路现象。

电阻不够还可能是加热器吊杆螺丝松动接触顶部隔热板短路所致。

3）变压器二次侧有短路搭接情况。

变压器二次侧线圈监测元器件接地短路，变压器线圈击穿烧毁或绝缘层被破坏都有可能导致整个炉体电阻不够。解决方法是脱开变压器和炉体的连接点，将炉体对地电阻分割为两部分分别测量排除。

4）加热器铜电极和炉体短路。

加热器铜电极和其防护罩接触可能性最大；其次是检查加热器铜电极和炉体之间的绝缘垫片是否破坏。

2.1.2 水流量不足报警

表现为水流量数值减小至规定值以下或为0，可能原因

如下。

1）水流量计导线断路。

检查水流量计的电源线和脉冲信号输出线是否正常，如不正常，将会造成水流量读数为0现象。查明原因，检修或更换。

2）水流量计旋转体运转不畅或水路积垢。

①水流量计旋转体是磁性材料，容易吸附金属颗粒造成运转不畅或卡住，会造成水流量数值减小或为0，需清除吸附的杂质；②水管路系统积垢也会造成水流计数值减小，需冲洗管路。

3）水流量计电路板损坏。

由于漏水等原因易造成水流量计电路板损坏，这时电源线正常，无脉冲输出电压信号，需更换新的流量计（注意切断PLC电源，以免损坏PLC）。

4）水流量对应处理模块损坏。

此种情况一般会造成多路水流量为0。

2.1.3 真空度不够

具体表现为抽空能力下降达不到平时的极限真空度、检漏通不过。可能原因如下。

1）真空泵抽空能力下降。

此种情况最好将真空泵脱离铸锭炉系统，单独检测泵的真空度。如真空泵机组有问题，重点检查以下几点。

①滑阀泵油脏污或含有冷凝水。这时需蒸发掉水，必要时更换泵油；②滑阀泵机封损坏，这时在地面上会出现大量漏油。需更换新的机封；③滑阀泵排气阀片损坏，表现为滑阀泵抽气能力下降，罗茨泵抽气能力正常。这时需更换新的排气阀片；④罗茨泵抽气能力下降：如发现机封处漏油、油面发黑，则为罗茨泵外部机封损坏；如发现真空泵油从油腔被吸进泵内，则为罗茨泵内部机封损坏。需更换新的机封。

2）炉体或管路系统存在漏点。

如真空泵机组抽真空能力正常，则重点检查铸锭炉的密封情况。①检查炉体大橡胶密封圈是否有脏污或损坏；②检查过压保护安全排气阀是否松动；③检查管路系统密封装置是否有松动；④检查TC管是否漏气等。

3）真空压力表精度不够。

判断真空压力表精度是否降低，往往表现为极限真空达不到，但检漏能过，需重新校准。

2.1.4 TC管泄漏报警

检漏阶段，炉内压升率超过规定数值，会触发TC管泄漏报警。炉子运行阶段，压力值低于标准设定值也会触发此类报警。这时应该首先检查参数设定值是否被人为改动，如被改动要更正过来；若参数正确，应逐个检查判断是那一个TC氧化铝管漏气，需更换掉。此类情况较为常见，好的氧化铝管寿命在6-8个月之间。需要强调的是如果在自动运行中出现此类报警，只需要关闭所有TC管路阀门，防止空气进入炉内，待出炉后更换。

2.1.5 隔热笼故障

表现为2种情况：

1）隔热笼不动，操作界面出现偏差报警。

2）隔热笼运行时发生倾斜现象。主要原因如下。

①机械故障。检查隔热笼电机及减速机、软轴装置、直线传动单元、各紧固螺丝有无松动。热笼电机及其减速机传动精度稍有偏差就有可能引起隔热笼运行精度偏差；②电器装置。检查伺服驱动器是否异常，检查电机电压是否正常，检查电源线及编码器接线是否松动，对应驱动模块是否损坏，必要时重新安装驱动程序并置零。伺服驱动器异常可以通过运行指示灯和故障指示灯来判断。

2.1.6 下炉体升降故障

故障表现为下炉体不动或倾斜。

1）下炉体不动。

检查电机是否运转、驱动皮带是否断裂或松脱，检查PLC驱动模块是否损坏，检查伺服驱动器报警参数及设置状况，各接线是否完好。检查直线传动单元、各紧固螺丝有无松动等。热笼电机及其减速机传动精度稍有偏差就有可能引起隔热笼运行精度偏差。

2）下炉体倾斜。

多半是软轴联轴器螺丝松脱或软轴断裂造成3个滚珠丝杆结构运转不同步所致。

2.1.7 电流失衡

表现为两个电极峰值电流偏差在400安以上，可能原因

如下。

1）slimpaks电流处理器精度偏差。

将炉子在真空状态下手动小功率加热，重新校准slimpaks电流处理器，使其在50安培以内。再逐渐手动加大功率，查看电流偏差是否正常。

2）检查加热器及其对地电阻。

检查加热器是否完好，对地电阻是否在2千欧以上。石墨加热器老化内部电阻不平衡也会导致此类问题。

2.1.8 压缩空气故障报警

压缩空气源出现故障，气体压力低于设定值如65PSI会发出此类报警。可能原因如下。

1）压缩空气压力不足或者阀门未打开。

解决办法：打开阀门或增大供气量。

2）过滤器堵塞。

解决办法：清理过滤器。

3）压力报警开关设置错误。

重新设置压力报警开关参数。

2.2 自动运行过程中故障报警的应急处理

2.2.1 TC热电偶故障报警

表现为热电偶读数异常，与实际值相差甚远。可能原因如下。

1）热电偶接线松动或热电偶损坏。

解决办法：铸锭炉转换为功率加热，检查热电偶电阻，确认是否完好。如损坏调用相似功率曲线运行，带出炉后更换。

2）电器故障。

热电偶信号处理模块或模块电源出现故障，也会导致热电偶读数不准，但一般还会同时导致其它一些参数不准。这时要做好炉子的保温工作，迅速更换损坏的电器元件，再继续自动运行。由于留给我们的处理时间较短，如果炉子降温过快超过允许温降值，只有进入急冷。

2.2.2 硅料溢流报警

硅料溢流属于危险报警，尤其在熔化和长晶阶段，要尤为小心。这时要迅速按下复位按钮并立即确认是否为真溢流。确认方法是：立即查看溢流丝电阻值是否显著增大，并查看F6及F7出水温度曲线是否显著增高，如是则立即进入急冷程序。如不是则拔掉溢流丝插头，用万用表测量溢流丝真实电阻值，若正常则可能为溢流丝接地或松动造成，这时可以手动加热保持住炉内温度，排除问题后再自动运行。

2.2.3 断电报警

可能原因：主电路断路器跳闸，厂房电源断电，加热器打火拉弧。

解决办法：断电后首先检查水路是否正常，必须保证冷却水正常。短时间停电，在温降允许范围内，可以手动链接加热器接触器 ，将运行程序转入功率模式，尽快恢复温度，进入自动运行程序。如果是加热器打火拉弧故障，电流电压会出现异常，需要进入急冷程序。长时间断电，炉子进入急冷程序。

2.2.4 水流量计报警

在自动运行阶段，水流量计报警会进入掉电程序。这时要记录掉电时的功率、温度、隔热笼的位置，关闭进出气阀门，降低隔热笼。按照2.1.2方法迅速解决水流量问题，如查不出问题，在保证水流正常的情况下，可以断开水流量计反馈信号线，借用运转正常的水流量计信号线。

2.2.5 断水报警

表现为铸锭炉缺水全面报警。多晶硅铸锭炉运行时，冷却水必须有备用水源，一旦发生故障能在最短时间启动起来（5-10分钟），才可能保证铸锭炉安全运行。一旦发生全面断水报警，停止加热，按照2.2.3断电处理措施，做好炉子保温工作，等待来水。

2.2.6 最大功率报警

可能原因如下。

1）温度参数设置不合理。

2）加热器问题：脏污、老化、对地电阻不好。

解决办法：炉子在自动运行过程中，如出现最大功率报警，则点击暂停，进入工作参数界面的真实值，把温度模式改为功率模式，把功率设定值改小点，让温度达到设定温度，再自动继续运行。如果温度上不去，功率一直偏大，则进入急冷程序。

2.2.7 最大温度报警

炉子OT热电偶温度达到设定的极限值（1550℃）时，超过允许时间，炉子会自动断电。

可能原因如下。

1）最大温度极限值设置不合理。

2）OT热电偶松动或损坏。

3）温度处理模块故障。

解决办法：消除报警声音，查看最大温度实测值，判断OT热电偶好坏。如OT热电偶读数正常，则迅速检查和改正最大温度设置情况。如OT热电偶故障，进行修复，必要时进行短接。

2.2.8 氩气流量偏差

1）查看外部氩气源压力是否正常，进气阀是否正常打开。

2）氩气质量控制阀损坏，更换质量控制阀。

需要特别说明的是：熔化结束报警、中间长晶报警、边角长晶报警为正常工艺报警，只需要操作人员现场确认即可。

3 结束语

处理多晶硅铸锭炉的迅速性、及时性和准确性，是铸锭炉高效和安全运行的重要保障。要想练就处理多晶硅铸锭炉各类突发故障的能力，需要对炉子结构、工作原理、电器原理作全面了解，并在工作中不断深入实践，归纳总结。

参考文献

[1]邓丰，唐正林.多晶硅生产技术（版次1）[M].化学工业出版社，2009.

[1]李葆文，张翠凤，王胜.机电设备诊断原理与技术[M].华东理工大学出版社，2009.

作者简介

许高升（1980-），男，设备工程师，晶海洋半导体材料有限公司，现从事设备维护管理工作。

孙玉虎（1976-），男，晶海洋半导体材料有限公司，设备部经理。

张阳（1981-），男，晶海洋半导体材料有限公司，动力部经理。