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【与不锈同行】不锈钢在多晶硅生产中的应用

多晶硅子公司(REC Silicon)是世界上专门生产太阳能领域用的硅材料的生产厂家,分为两部分,硅烷生产和把硅烷分解为多晶硅的西门子反应釜。西门子反应釜主要是由304不锈钢制造的,原因是这种不锈钢在露天条件下耐锈蚀,不褪色,而且耐反应釜软化水的腐蚀。甚至在人们一般不采用不锈钢制造的地方,如产品小车,也采用了这种不锈钢。

由于奥氏体不锈钢易于产生氯化物应力腐蚀和裂纹,所以不能用来制造与硅烷接触的面。硅烷工艺使用各种氯基烷和盐酸,所以不可避免地造成氯化物侵蚀。因此,绝大多数硅烷装置的高温部分是采用Incoloy 800H制造的,低温部分是采用涂漆碳钢制造的。碳钢管道的涂漆和维护成本远比管道本身的成本高得多。尽管要评估效果如何还需要几年的时间,在一些问题频发的地方,开始采用2205双相不锈钢。原先考虑采用Ferralium 255,但是担心铜污染硅烷,所以,后来放弃了这种想法。钛合金能很好地解决氯化物带来的问题,但是,它不适合于氢用途。普通碳钢用于管道内部效果不错,但是管道的外部保温层方面遇到许多腐蚀问题。只能期待2205双相不锈钢能解决这些问题。

2、每天的工作

硅生产还存在许多挑战,还有许多地方的腐蚀机理没有搞清楚。另外,由于ASME标准均是基于20年的设计使用寿命撰写制定的。对于用Incoloy 800H制造的管道来说,尽管还相当好,却又降低了一些韧性。虽然还在安全范围之内,但是,它们更易产生裂纹。因此采取了预防性措施,定期对老管道进行X光检查,防止管道的裂纹带来灾难性损失。当人们发现断裂、碾压或溶解的金属时,最初的回答简单,要确定详细的故障原因却相当复杂。

3、未来的改进

工厂采用的工艺使用的是带有1、2、3和4个氯化物原子的硅,还有HCI雾和蒸汽。这就是造成材料问题,特别是在保温层周围出现问题的主要原因。保温层下的腐蚀(CUI)使运行成本很高,这就是为什么试用2205双相不锈钢的理由。虽然在初始安装时合金成本要高于涂漆碳钢的成本,但从长期来说,却省下了涂漆,喷砂和再涂漆方面的费用。为了防止保温层下的腐蚀问题,在可能的情况下,在热管道周围采用金属保护罩而不是采用隔热来保护人员的安全。

想对供货商指出的一点是:检查所供配件的壁厚。工厂收到的许多配件壁厚远远低于所要求的最低允许壁厚。这样迫使工厂在收到货物后进行检查,把不满足要求的货物直接发回原生产厂,运费由供货厂支付。

4、高纯度硅的生产

冶金级硅在高压高温条件下与四氯化硅和氢气进行反应,生产三氯硅烷。先进行蒸馏来提纯,然后在两个再分配反应釜和蒸馏塔进行处理。在蒸馏塔内进行最终的净化后,硅烷装入传统的西门子反应釜内将硅烷分解为高纯度的硅。

多晶硅子公司正在研制生产光伏电池硅的流化床工艺,试验厂正在运行,设备在2008年投产。

周保仓 编译自《不锈钢世界》

大明钢铁网材料与加工组整理