硅料破碎裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

楊強(qiáng)

摘要：當(dāng)前，太陽能光伏發(fā)電已經(jīng)成為電力能源生產(chǎn)的重要方式，在太陽能光伏發(fā)電過程中，涉及到硅料的破碎，本文就分析了硅料破碎裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，僅供參考。

關(guān)鍵詞：硅料;破碎裝置;設(shè)計(jì);應(yīng)用

前言：

當(dāng)前，傳統(tǒng)的能源戰(zhàn)略導(dǎo)致全球能源危機(jī)越來越嚴(yán)重，同時(shí)還伴隨著環(huán)境的污染問題，因此，發(fā)展清潔型能源就成為世界各國的必然選擇。在這樣的背景下，光伏太陽能以其無比的優(yōu)越性逐漸受到眾多國家和地區(qū)的青睞。而我國幅員遼闊，有著豐富的太陽能資源，為太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了良好的條件。經(jīng)過多年的發(fā)展，目前我國在太陽能光伏發(fā)電方面已經(jīng)躍居全球第一。而在太陽能光伏發(fā)電過程中，需要運(yùn)用大量的硅料，也會(huì)產(chǎn)生大量的廢舊硅料，如何對(duì)這些廢舊硅料進(jìn)行加工預(yù)處理，使其變成具有較高應(yīng)用價(jià)值的原材料，對(duì)于我國太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展具有十分重要的意義。

一、硅料破碎的類型及其重要意義分析

（一）硅料破碎的類型分析

在太陽能光伏發(fā)電生產(chǎn)過程中，需要進(jìn)行破碎處理的硅料主要包括兩大類：第一類是新料，即改良西門子法新產(chǎn)的原生多晶硅;第二類時(shí)在加工生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的的無法被直接利用的廢舊硅料，如切割報(bào)廢的硅棒、鍋底料。邊皮料以及擋頭料等。

（二）硅料破碎的必要性分析

在實(shí)際生產(chǎn)中，新料硅的純度應(yīng)達(dá)到7～9個(gè)9，基本上都是大塊狀的圓柱體（見圖1），這種形態(tài)的硅料在裝爐時(shí)，并不符合裝爐的要求，往往需要運(yùn)用人工錘擊的方式予以破碎處理，而且，在裝爐時(shí)，還需要運(yùn)用小料進(jìn)行填縫，特別是在二次加料過程中，往往需要用到更小料。而廢舊硅料在回收時(shí)，往往會(huì)含有較多的雜質(zhì)，只有將其破碎化處理，才能清除掉里面的雜質(zhì)，提高其純度，從而符合生產(chǎn)的要求。

隨著半導(dǎo)體行業(yè)以及光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)于硅料的需求量越來越大，同時(shí)，對(duì)于硅料純凈度的要求也越來越高，而碎硅料作為重要的原材料，其純凈度就顯得尤為重要。如果碎硅料的純凈度不滿足生產(chǎn)的要求，會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)中所提取出來的單晶棒品質(zhì)無法滿足生產(chǎn)的實(shí)際需求，甚至還會(huì)出現(xiàn)提取失敗的現(xiàn)象，進(jìn)而造成設(shè)備的損害以及人員的傷亡現(xiàn)象。但目前在硅料破碎領(lǐng)域，大都是采用人工破碎的方式。這種生產(chǎn)方式在生產(chǎn)過程中，不但勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且產(chǎn)生的硅粉極易發(fā)生二次污染，并且還會(huì)危害到工作人員的身心健康，而使用破碎機(jī)進(jìn)行破碎，大都是利用破碎石料的設(shè)備，無法有效控制其破碎的粒徑，且破碎的效率較低而能耗較高。因此，必須加強(qiáng)對(duì)硅料破碎裝置的設(shè)計(jì)研發(fā)。

二、硅料破碎裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析

在對(duì)硅料進(jìn)行破碎的過程中，設(shè)計(jì)的裝置主要包括破碎傳動(dòng)系統(tǒng)和破碎軸組件兩部分，大致分為底座、驅(qū)動(dòng)裝置、進(jìn)料口、出料口以及研磨柱等。如何設(shè)計(jì)硅料破碎裝置，提升破碎的效果，是當(dāng)前眾多企業(yè)關(guān)注和熱議的主要問題。本文就設(shè)計(jì)了一款用于硅料破碎的裝置，詳情見圖2。

在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)物料從進(jìn)料口進(jìn)入到機(jī)器中，首先會(huì)進(jìn)入錘頭的工作區(qū)域內(nèi)，在高速回轉(zhuǎn)錘頭的沖擊下被破碎，但這時(shí)破碎的硅料粒徑并不相同，有大有小。然后，破碎的硅料又會(huì)以較高的速度撞擊在反擊板上，進(jìn)一步被破碎，然后從反擊板上彈回到錘頭的工作區(qū)域之內(nèi)，繼續(xù)重復(fù)上述的破碎過程，最終進(jìn)入到錘擊區(qū)，即錘頭與蓖條之間的工作區(qū)，在蓖條上進(jìn)一步受到錘頭的錘擊與研磨，在此作用下，逐漸破碎成比較均勻的碎硅料。在硅料破碎的過程中，硅料并不是在轉(zhuǎn)子的一次循環(huán)中就能得到充分破碎的，而是經(jīng)過了多次的循環(huán)之后才得以充分的破碎。如果大塊的硅料在錘頭沖擊的過程中沒有得到充分的破碎，會(huì)在反擊板與錘盤之間輥壓的作用下逐漸被破碎。而破碎的粒徑與蓖條的寬度有關(guān)，一般在3～6mm之間。這種粒徑符合設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)的需求。

在本裝置中，設(shè)置的錘頭其材質(zhì)可以為鎢鉬錘頭，也可為高錳鋼錘頭，也可以為高鉻鋼錘頭，或者是其他高強(qiáng)度的合金錘頭，其橫截面形狀可設(shè)置成梯形或者矩形。并且，轉(zhuǎn)動(dòng)軸上設(shè)置多個(gè)錘頭，而同一水平面上設(shè)置的錘頭數(shù)量最少應(yīng)為2個(gè)，最多不能超過7個(gè)。而反擊板的材質(zhì)可以設(shè)置成鎢鉬內(nèi)襯板、高錳鋼內(nèi)襯板、高鉻鋼內(nèi)襯板或者是高強(qiáng)度合金內(nèi)襯板，內(nèi)襯板的內(nèi)表面應(yīng)設(shè)置由矩形凸起部、梯形凸起部以及菱形凸起部。這幾種材質(zhì)的錘頭以及內(nèi)襯板強(qiáng)度較高，不會(huì)在硅料破碎以及反復(fù)沖擊過程中發(fā)生變形的情況，而且，內(nèi)襯板上設(shè)置矩形、梯形以及菱形的凸起部，還能提升硅料破碎的效果，實(shí)現(xiàn)硅料破碎效果的最大化。

此外，在硅料破碎裝置中，其驅(qū)動(dòng)動(dòng)力應(yīng)設(shè)置成變頻電機(jī)，傳動(dòng)裝置應(yīng)設(shè)計(jì)為皮帶傳動(dòng)，而皮帶的松緊程度則應(yīng)通過調(diào)節(jié)螺母進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)。而且，為了保證生產(chǎn)的安全進(jìn)行，還應(yīng)該進(jìn)料口上設(shè)置頂蓋，同時(shí)，為了保證硅料的潔凈度，并提升硅料破碎裝置的使用壽命，在進(jìn)料口和出料口的位置處，應(yīng)選用聚四氟乙烯材質(zhì)的材料，這樣一來，就會(huì)保證硅料在進(jìn)料口及出料口不會(huì)受到金屬污染，從而提升破碎硅料的潔凈度。

結(jié)語：

綜上所述，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體行業(yè)與光伏發(fā)電行業(yè)日益受到人們的重視，在半導(dǎo)體與光伏行業(yè)發(fā)展中，硅料是不可或缺的原材料，且隨著行業(yè)的發(fā)展，對(duì)硅料的需求量越來越大，對(duì)其純度的要求也越來越高。在硅料破碎裝置領(lǐng)域，人工破碎的方式勞動(dòng)強(qiáng)度較大，且一污染環(huán)境，同時(shí)也會(huì)對(duì)人體健康帶來威脅，而現(xiàn)行的機(jī)械破碎方式也存在著一定的不足，嚴(yán)重影響到相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。本文就對(duì)硅料破碎裝置進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了一款能夠控制硅料破碎粒徑的自動(dòng)化裝置，希望能對(duì)相關(guān)企業(yè)的硅料破碎工作帶來便利。

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