2011年3月，上海普羅新能源有限公司在SNEC展會上推出了RDS4.6一爐四錠型多晶硅鑄錠爐，被SNEC授予“2011年度全球光伏行業十大亮點”太瓦級鉆石獎。目前，DSC4.6型鑄錠爐為世界上單臺產能最大、單位能耗最少、同比產能下投資最省的多晶硅鑄錠爐。該爐型也自2011年起，連續三年獲得SNEC的太瓦級鉆石獎。

一爐四錠的多晶硅提純鑄錠爐



世界太陽能之父馬丁格林教授（右一），中國可再生能源學會理事長石定寰（左一，國務院參事）、上海市前副市長蔣以任（左二）在視察普羅的一爐四錠鑄錠爐，察看鑄錠情況。

但是，由于金融危機和歐美雙反的影響，上海普羅的一爐四錠爐的銷售并不順利。到目前為止，僅在江蘇中強光伏科技有限公司銷售了五臺。而中強公司在2011~2012年間進行了大約一年的生產后，因為光伏產業寒冬的到來，停止了生產。后來又因為資金的問題，直到2013年9月，才有開始生產。

因此，在這期間，上海普羅的一爐四錠的爐子，似乎成為了多晶硅江湖上的一個傳說。凡是沒有親眼見過這臺爐子的人，尤其是業內人士，都不能相信也不敢相信；甚至有的看到了爐子，但因為沒有親眼見過其生產狀況，也不相信，認為只是一個軀殼，不可能進行鑄錠生產。這臺爐子之所以令人難以置信的主要原因，就是這種一爐四錠的爐子，歐洲、美國、日本都沒有，因此，國人很難相信一個名不見經傳的中國公司能夠做出世界上第一臺這樣的爐子。

現在，光伏市場開始從寒冬向早春過渡，而且國內的產能過剩緩解，鑄錠環節甚至出現了產能不足，因此，有必要在這個時間向大家對這個一爐“四胞胎”的爐型進行一個介紹，已饗同行。

一、一爐四錠爐的演變

上海普羅是從2009年開始一爐四錠的鑄錠爐研發的。研究一爐四錠的出發點是，在提高單爐產量的同時，盡量利用現有型號的坩堝和開方設備，畢竟，能裝2噸硅料的坩堝至今也沒有誕生，可能今后也不會有，而開方機，如果從現有的G6擴大到G7、G8也不是簡單的事情。

普羅是以冶金法多晶硅聞名于同業的。冶金法多晶硅的最后一道工序必然是定向凝固。因此，普羅很早就以提純鑄錠爐的工藝作為提純的最后一道工序。早在2008年四月，上海普羅就成功使用自行研制的RDS3.0系列鑄出了多晶硅錠。

普羅將一爐四錠的提純鑄錠爐的型號定為RDS4系列。第一代的單爐額定產量為1800~2000公斤，型號為RDS4.5系列；在G6坩堝和開方設備成熟后，普羅于2012年推出了RDS4.6系列，采用G6坩堝，單爐產量額定為2640公斤，最高可達3200公斤。

除了針對冶金法生產的太陽能級硅料進行提純鑄錠外，在2011年到2013年的光伏寒冬季節，上海普羅為了幫助使用原生料多晶硅鑄錠的客戶降低成本，主要針對多晶硅鑄錠的邊皮、頂皮料，單晶硅的鍋底料的提純鑄錠開發了特殊的工藝。在一爐四錠這種方式的本身已經降低電耗和氣耗的成本的基礎上，再通過回收料的提純和再生，進一步降低鑄錠廠家的成本，從而降低光伏片和組件成本。

下面，介紹一下這個“四胞胎”鑄錠爐的一些性能和特點，和大家做一個分項，看看能否回答大家的一些疑問。

二、 RDS4系列多晶硅提純鑄錠爐的性能

RDS4.5爐型是世界上第一臺投入商業化使用的一爐四錠的多晶硅提純鑄錠爐，由于采用四個坩堝，單爐產量和年產能均相當于普通使用G5坩堝的單錠爐型的四倍。

RDS4.5采用上海普羅真空提純工藝，可以在鑄錠的同時對硅料進行提純。這種技術可使得用戶在鑄錠的時候，回收鑄錠的頂皮、邊皮料混摻使用，也可混摻純度較低多晶硅料，并達到與使用100%原生硅料完全一致的晶體質量。因此，該爐型能夠大大降低用戶的生產成本，為用戶提供增值的附加效益。

采用上海普羅專利開發的熱場與溫度控制工藝，RDS4.5提純鑄錠綜合能耗降低到每公斤6千瓦時以下。同時，所鑄硅錠長晶質量高，晶柱完整，晶粒平均橫向尺寸大于10mm；電阻率均勻且一致，少數載流子壽命可高至10微秒以上，平均可切片率可達72%以上。而獨特的熱場設計使用戶在用相同坩堝時的漏硅率大大降低，減少了生產事故發生率，提高了用戶的設備利用時間，降低了生產成本。由于單爐產量大，采用RDS4.5爐型，用戶所需的生產車間面積和生產工人人數均比采用同等規格的普通鑄錠爐減少一半以上。

RDS4.6四錠鑄錠爐是上海普羅在RDS4.5爐型基礎上，針對G6坩堝開發的新爐型。該爐型目前是世界上具有最大的單爐鑄錠產量的爐型。RDS4.6使用G6坩堝，一次裝料量可達到2600-3600公斤。單爐產量和年產能均相當于普通使用G6坩堝的單錠爐型的四倍。

但是，從RDS4.5 到RDS4.6的變化決不僅僅在坩堝的容量上。后者對爐底的冷卻方式進行了進一步改進，采用二級冷卻，大大提高了四個坩堝底部的溫度均勻性和降溫的可控性。熱場的進一步改變，使得鑄錠綜合能耗降低到每公斤5千瓦時以下；氬氣消耗則可下降了80%，只相當于普通單錠鑄錠爐的單耗的20%。

一爐四錠的多晶硅提純鑄錠爐



爐內坩堝放置情況

三、 一爐四錠多晶硅提純鑄錠爐的優勢

爐子越大，單位能耗越低，這是大家都知道的。這也是為什么RDS4系列鑄錠成本低的主要原因，但是，RDS4系列的成本低，還有許多其它的原因，可能很多人都不知道；除了鑄錠成本低外，RDS4 系列鑄錠爐也還有許多其它的優勢，這里也與同行們分享一下。

3.1 成本低

RDS的鑄錠成本低，是從兩個方面體現的。

一個是，單位產能爐子本身的造價低。這不僅僅是因為一臺四錠爐的產能是單錠爐的四倍，但一臺四錠爐的價格絕對不到四臺單錠爐的價格；還因為，同樣產能的場地占用面積小，將減少廠房和設備基礎的造價；配電容量的降低，將降低高低壓配電系統的成本；還有氬氣消耗的降低，會降低氬氣制備或供應系統的造價；冷卻水流量的降低，將降低冷卻水循環和純水制備系統的固定投入。這些各項因素加起來，將能夠大大減少用戶對一個工廠的投資。初步測算，對于一個年鑄錠產能為4000噸的多晶硅鑄錠車間來說，所有這些造價將能夠使用戶的投資減少4000萬元左右。

第二，是在鑄錠生產過程中的生產成本低。而生產成本也絕不僅僅體現在電耗和氬氣消耗的大幅降低上，而是因為，同樣產能的爐子的數量少了，操作工人的數量也就減少了，維護的成本也減少了。在目前市面上鑄錠成本26000元/噸的平均水平下，考慮到所有的生產成本和折舊，采用RDS4.6多晶硅提純鑄錠爐，多晶硅的鑄錠成本僅有單錠鑄錠爐的60%，平均每噸產量可降低成本1萬元左右，也就是說，對一個年產5000噸的鑄錠工廠來說，每年可以增加5000萬元的利潤。這個利潤，在現在的市場價格下，將決定著一個鑄錠企業的生死。

3.2 漏硅率降低

RDS4系列的多晶硅提純鑄錠爐，采用的上下兩面加熱，與常規的四面加熱輔以頂部加熱的結構不同。這樣的設計，使得在熔料時，熱量可以從頂部不需要經過坩堝而直接傳導到硅料。而在坩堝的質量沒有問題的情況下，漏硅的主要原因是硅料熔化后，石英與硅的反應造成的。而石英與坩堝的反應速率，是和溫度成指數關系的。在1500度附近的溫度下，坩堝溫度每提高100度，反應速率將上升10倍之多。

例如，在普通單錠爐的四面加熱的方式下，如果硅料熔化后，硅液頂部的中心溫度要達到1490度的話，坩堝側面在加熱過程中的溫度將達到近1600度。這樣，坩堝與硅液的反應速率大大增加，很容易導致漏硅。

在單錠爐使用G5坩堝的情況下，工藝設計基本上通過限制升溫速度，防止功率過大導致坩堝側面溫度過高。但在G6坩堝出現后，許多廠家在進行改造的時候，沿用了G5的爐體，這樣，由于爐體的尺寸限制，坩堝加大導致加熱體與坩堝的距離大大縮短，這導致坩堝受熱強度增加，溫度要大大上升。這就是，為什么許多G6坩堝的爐子漏硅率大大上升的原因。

一爐四錠的多晶硅提純鑄錠爐



RDS4.6控制軟件操作主界面

而上海普羅的RDS4系列的鑄錠爐，熔化硅料主要是通過頂部的加熱體進行的，熱量是通過頂部直接輻射到硅料上，不需要經過坩堝。因此，坩堝側壁的溫度大大降低。而坩堝底部的加熱體，僅將溫度保持在1450度左右，這是絕對不可能導致漏硅的坩堝溫度。

這就是，為什么RDS4 系列爐型漏硅率低的原因。

有人會提出疑問，由于采用四個坩堝，如果任何一個坩堝發生漏硅，將影響另外三個鍋的生產。這個疑問很自然，也是普羅從四錠爐的設計伊始就最為關心的問題。普羅在這方面，在進行RDS4.6爐型設計時，上海普羅通過對坩堝支撐平臺進行改進，采用四個獨立平臺，任何一個坩堝漏硅都不會影響另外三個的漏硅，此外，普羅還對包括預警、報警、漏硅防護等多種措施，最大限度的較少了漏硅的影響。后者，也是RDS4.6與RDS4.5爐型相比的主要改進之一。

3.3 鑄錠質量的提高

目前多晶硅鑄錠向大晶粒方向發展，以提高光伏電池的轉換效率。形成大晶粒的關鍵因素，是在底部開始結晶成核的過程中，保持晶核形成初期的橫向增長。這需要在形成過冷結晶的條件下，控制垂直溫度梯度。由于RDS4系列采用底部加熱，而不是從四周加熱向中間傳導，因此，底面溫度的溫差非常小，理論上可以達到完全等溫。而降溫時，通過底部熱開關和底部加熱體的雙重控制，可以保證底部溫度按照工藝的要求嚴格同步下降，這就是為什么RDS4系列鑄錠爐的晶體很大，基本上保證在20毫米以上，而且還常常出現100毫米以上的晶粒。

3.4 回收料的提純

每個鑄錠廠家都不可避免地產生大量的邊皮料、頂皮料和底皮料等，統稱為回收料。按照鑄錠切片率為70%的情況下，一個5000噸產能的工廠，一年會產生1500噸。

在光伏不斷要求降低成本的市場壓力下，回收料的使用越來越得到大家的重視。一般的做法是，將底皮打磨后，可以直接投料。邊皮則根據情況去除外表層，也有大部分可以直接投料。比較難以回收的是頂皮料。通常，通過電阻率測試，劃線，在線以下的，用來直接投料，而線上的，就不能再循環使用了。在經過上述的循環使用后，不能循環的硅料仍達到10%左右。

上海普羅是以冶金法多晶硅著稱于世的公司。而多晶硅的提純正是上海普羅的強項。針對回收料的雜質情況，上海普羅設定了特殊的工藝，專門處理頂皮料和邊皮的差料，這樣可以變廢為寶，為用戶帶來巨大的效益。仍以一個五千噸產能的鑄錠廠來說，一年內產生的無法循環的回收料大約500噸，如果做為廢料銷售，價格大約在2~4萬元/噸，而如果使用普羅的爐子加工后，能夠繼續循環，按照提純成本3萬元/噸計算，這批硅料提純后再循環使用的價格達到每噸16萬元，也就是每噸增加了9~10萬元的收益。這樣，一年僅回收料的提純，就可以增加5000萬元的效益。

由上可見，采用普羅的DSC系列爐子，不僅固定資產投資可以大大減少，而且在后期的生產運營中也可以使得廠家具備成本上的明顯優勢。更重要的是，能夠提高晶體質量，進而提高效益。通過漏硅率的降低，減少用戶的事故風險。而對回收料的提純，能夠變廢為寶，進一步增加用戶的效益。

一爐四錠的多晶硅提純鑄錠爐



江蘇中強采用RDS4.5系列的鑄錠車間生產場景

直到現在，仍舊有許多業內人士不相信多晶硅鑄錠能夠一爐鑄出四個錠。上海普羅非常歡迎他們到上海普羅或者江蘇中強來參觀一下，看看爐子，看看生產狀況。相信大家看到以后，會改變很多以前的慣性思維的。

在目前光伏市場低迷的情況下，一次性投資將會縮短設備的投資回報期限，增強用戶承受市場風險的能力；生產成本和事故風險的降低將會為多晶硅鑄錠用戶減少或然損失，降低成本，使得鑄錠廠家能夠在以同行難以贏利甚至虧損的生產價格下進行鑄錠加工生產，保持良好的贏利狀態。這就是對用戶市場競爭力的提高，也是一個鑄錠企業在光伏瞬息萬變的市場狀況下能夠生存并贏利的重要保障。