一种多晶硅水冷铸锭炉溢流保护装置
技术领域
本发明属于多晶硅水冷铸锭领域，特别涉及多晶硅水冷铸锭炉溢流保护装置。
背景技术
随着铸锭技术的发展，铸锭炉台的种类不胜枚举，水冷铸锭炉以其独特的冷源模式，稳定的热场环境以及均匀的温度梯度，愈来愈受到当下半融工艺的重视，但水冷铸锭炉的一大安全隐患便是当溢流发生时，高温硅液极有可能与水冷系统中的冷却水接触，造成水流遇热气化进而产生炉压激增造成炉壳爆裂的风险。
目前，多晶硅水冷铸锭炉的溢流防护措施大都通过高温碳毡以及耐高温棉对水冷系统进行包裹，以避免溢流发生时高温硅液与水冷系统的接触，进而降低溢流造成的爆裂风险。现有防护措施中，高温碳毡或耐高温棉的包裹，并不能完全隔离高温硅液与水冷系统中水流的接触，当包裹的防护措施被硅液破坏后，水冷系统的水流将会与高温硅液直接接触，水流遇热气化造成炉压激增，进而造成炉壳爆裂。
发明内容
鉴于背景技术所存在的技术问题，本发明所提供的一种多晶硅水冷铸锭炉溢流保护装置，防止溢流发生时，通过加设气、水交换装置快速将水冷系统的冷却水由气流替换，隔绝高温硅液与冷却水的接触，进而降低溢流所产生的炉壳爆裂风险。
为了解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案来实现：
一种多晶硅水冷铸锭炉溢流保护装置，包括设置在炉壳内的热电阻丝和水冷装置，热电阻丝位于水冷装置的下方；热电阻丝与控制装置电连接，在控制装置内设有电阻变送器，电阻变送器与热电阻丝电连接，用于检测热电阻丝的通断状态；水冷装置输入端与第一干管的一端连接，第一干管的另一端与水管和气管连接，在水管上设有第一阀门，在气管上设有第二阀门，控制装置与第一阀门和第二阀门电连接；第二干管与水冷装置的输出端连接。
优选的方案中，所述的热电阻丝为钼丝。
优选的方案中，所述的热电阻丝的直径为1至5mm。
优选的方案中，所述的热电阻丝成环状、螺旋状位于炉壳的底部。
优选的方案中，所述的热电阻丝铺满炉壳的底部。
优选的方案中，所述的水冷装置为铜板；铜板内设有换热管，或者铜板内为中空结构。
优选的方案中，所述的第一干管上还设有第三阀门，第三阀门与控制装置电连接。
优选的方案中，所述的控制装置中，电阻变送器与处理模块电连接，处理模块与驱动模块电连接，驱动模块与声光报警装置电连接；驱动模块与第一阀门、第二阀门和第三阀门电连接。
优选的方案中，所述的在第二干管位于炉壳内的位置设有泄压装置，泄压装置设有一个泄压口，该泄压口在炉壳内压力达到预设值时，使炉壳与第二干管导通。
优选的方案中，所述的泄压装置中，设有输入口、输出口和泄压口，输入口和输出口与第二干管连通，泄压口与炉壳内腔连通，在泄压装置内设有活动的挡板，弹簧使挡板压紧密封在泄压口，当炉壳内压力达到预设值时，挡板克服弹簧的压力，使泄压口与输出口导通。
本专利可达到以下有益效果：
1、本装置第一阀门和第二阀门的切换，实现了气水切换，有效的隔绝铸锭溢流发生时，高温硅液与水冷装置中的冷却水直接接触，防止水流气化，降低溢流所产生的炉壳爆裂风险；
2、第三阀门在第一阀门和第二阀门拒动时，能够起到切断作用，进一步降低了冷却水与高温硅液接触的概率；
3、泄压装置能够在炉壳压力达到危险阈值时，起到排气泄压作用，防止气体降温无法控制炉壳内的温度和压力升高，使炉壳发生爆裂；
4、本装置结构简单，造价便宜，稳定性高，利于推广使用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明安装结构图；
图2为本发明热电阻丝与控制装置安装示意图；
图3为本发明泄压装置第一种位置效果图，此时为泄压状态；
图4为本发明泄压装置第二种位置效果图，此时为正常工作状态；
图5为本发明控制逻辑图。
图中：热电阻丝1、控制装置2、电阻变送器201、驱动模块202、声光报警装置203、第一阀门3、第二阀门4、第三阀门5、水管6、气管7、第一干管8、铜板9、第二干管10、泄压装置11、挡板12、托架13、活动杆14、底座15、第一手阀16、第二手阀17、第三手阀18、炉墙19、炉壳20、弹簧21、高温硅液22、输入口23、输出口24、泄压口25。
具体实施方式
优选的方案如图1所示，一种多晶硅水冷铸锭炉溢流保护装置，包括设置在炉壳20内的热电阻丝1和水冷装置，热电阻丝1位于水冷装置的下方；
热电阻丝1与控制装置2电连接，在控制装置2内设有电阻变送器201，电阻变送器201与热电阻丝1电连接，用于检测热电阻丝1的通断状态；
水冷装置输入端与第一干管8的一端连接，第一干管8的另一端与水管6和气管7连接，在水管6上设有第一阀门3，在气管7上设有第二阀门4，控制装置2与第一阀门3和第二阀门4电连接；
第二干管10与水冷装置的输出端连接；
所述的热电阻丝1为钼丝，直径为1至5mm，热电阻丝1成环状、螺旋状位于炉壳20的底部；热电阻丝1铺满炉壳20的底部；当钼丝发生熔断，更换钼丝即可，操作简单，耗时较短；
所述的水管6、气管7、第一干管8和第二干管10均可采用6分的不锈钢管。
优选的方案如图1所示，所述的水冷装置为铜板9；铜板9内设有换热管，或者铜板9内为中空结构。
优选的方案如图1所示，第一干管8上还设有第三阀门5，第三阀门5与控制装置2电连接。
优选的方案如图2和图5所示，所述的控制装置2中，电阻变送器201与处理模块204电连接，处理模块204与驱动模块202电连接，驱动模块202与声光报警装置203电连接；驱动模块202还与与第一阀门3、第二阀门4和第三阀门5电连接；
所述的声光报警装置203可选用LTD-1101J螺旋爆闪型声光报警器，其供电电压可选220V交流电或是24V直流电；
所述的电阻变送器（201）可采用霍尼韦尔NTC20K型变送器，其性能稳定，测量精度高，既可以测量钼丝的电阻值，也可以将电阻值换算为温度指示；
所述的驱动模块202可选用继电器输出，处理模块204可选用小型单片机；
所述的第一阀门3、第二阀门4、第三阀门5选用电磁阀，其型号为2W-200-20，对于小管径的管道，此电磁阀满足本技术方案要求。
优选的方案如图3和图4所示，在第二干管10位于炉壳20内的位置设有泄压装置11，泄压装置11设有一个泄压口25，该泄压口25在炉壳20内压力达到预设值时，使炉壳20与第二干管10导通；
所述的泄压装置11中，设有输入口23、输出口24和泄压口25，输入口23和输出口24与第二干管10连通，泄压口25与炉壳20内腔连通，在泄压装置11内设有活动的挡板12，弹簧21使挡板12压紧密封在泄压口25，当炉壳20内压力达到预设值时，挡板12克服弹簧21的压力，使泄压口25与输出口24导通；
所述的挡板12倾斜的位于泄压口25，在与泄压口25相对位置的第二干管10侧壁设有底座15，活动杆14与挡板12连接，活动杆14与底座15活动连接，活动杆14位于弹簧21内部，弹簧21位于挡板12与底座15之间，并与挡板12和底座15连接；
正常工作状态下，挡板12将泄压口25封闭，泄压状态下，压力从泄压口25进入，将挡板12推向底座15，泄压口25与输出口24导通，此时，挡板12将输入口23与输出口24之间密封，以避免压力进入气源设备或冷却水供应设备。
整个装置的工作流程如下：
1、正常情况下，高温硅液22在炉墙19内，第一手阀16、第二手阀17、第三手阀18全开状态，第一阀门3与第三阀门5全开状态，第二阀门4为全闭状态；
2、当高温硅液22发生溢流时，高温硅液22会流入炉壳20底部；
3、高温硅液22的温度大约为一千多度，当高温硅液22到达热电阻丝1高度时，热电阻丝1会迅速熔断；
4、此时电阻变送器201所测量的电阻值会出现无限大，即判断已发生了溢流事故；
5、电阻变送器201发送信号至处理模块204，处理模块204发送信号至驱动模块202，驱动模块202将驱动声光报警装置203发生声光报警，同时驱动模块202将驱动第一阀门3、第二阀门4动作，即第一阀门3全关，第二阀门4全开；
6、第三阀门5为了防止第一阀门3、第二阀门4拒动作时，第三阀门5则全关状态；
7、以上步骤实现了气水切换功能，隔绝高温硅液22与冷却水的接触，如果出现气体降温无法改善炉壳20内的压力，而炉壳20内的压力持续升高，当压力超过泄压装置11设定的阈值时，炉壳20内的压力将从泄压装置11卸出，避免炉壳20爆裂。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
