硅料破碎装置的设计与应用

杨强

摘要：当前，太阳能光伏发电已经成为电力能源生产的重要方式，在太阳能光伏发电过程中，涉及到硅料的破碎，本文就分析了硅料破碎装置的设计与应用，仅供参考。

关键词：硅料;破碎装置;设计;应用

前言：

当前，传统的能源战略导致全球能源危机越来越严重，同时还伴随着环境的污染问题，因此，发展清洁型能源就成为世界各国的必然选择。在这样的背景下，光伏太阳能以其无比的优越性逐渐受到众多国家和地区的青睐。而我国幅员辽阔，有着丰富的太阳能资源，为太阳能光伏发电产业的发展提供了良好的条件。经过多年的发展，目前我国在太阳能光伏发电方面已经跃居全球第一。而在太阳能光伏发电过程中，需要运用大量的硅料，也会产生大量的废旧硅料，如何对这些废旧硅料进行加工预处理，使其变成具有较高应用价值的原材料，对于我国太阳能光伏发电产业的健康发展具有十分重要的意义。

一、硅料破碎的类型及其重要意义分析

（一）硅料破碎的类型分析

在太阳能光伏发电生产过程中，需要进行破碎处理的硅料主要包括两大类：第一类是新料，即改良西门子法新产的原生多晶硅;第二类时在加工生产过程中所产生的的无法被直接利用的废旧硅料，如切割报废的硅棒、锅底料。边皮料以及挡头料等。

（二）硅料破碎的必要性分析

在实际生产中，新料硅的纯度应达到7～9个9，基本上都是大块状的圆柱体（见图1），这种形态的硅料在装炉时，并不符合装炉的要求，往往需要运用人工锤击的方式予以破碎处理，而且，在装炉时，还需要运用小料进行填缝，特别是在二次加料过程中，往往需要用到更小料。而废旧硅料在回收时，往往会含有较多的杂质，只有将其破碎化处理，才能清除掉里面的杂质，提高其纯度，从而符合生产的要求。

随着半导体行业以及光伏发电产业的快速发展，对于硅料的需求量越来越大，同时，对于硅料纯净度的要求也越来越高，而碎硅料作为重要的原材料，其纯净度就显得尤为重要。如果碎硅料的纯净度不满足生产的要求，会导致生产中所提取出来的单晶棒品质无法满足生产的实际需求，甚至还会出现提取失败的现象，进而造成设备的损害以及人员的伤亡现象。但目前在硅料破碎领域，大都是采用人工破碎的方式。这种生产方式在生产过程中，不但劳动强度大，而且产生的硅粉极易发生二次污染，并且还会危害到工作人员的身心健康，而使用破碎机进行破碎，大都是利用破碎石料的设备，无法有效控制其破碎的粒径，且破碎的效率较低而能耗较高。因此，必须加强对硅料破碎装置的设计研发。

二、硅料破碎装置的设计与应用分析

在对硅料进行破碎的过程中，设计的装置主要包括破碎传动系统和破碎轴组件两部分，大致分为底座、驱动装置、进料口、出料口以及研磨柱等。如何设计硅料破碎装置，提升破碎的效果，是当前众多企业关注和热议的主要问题。本文就设计了一款用于硅料破碎的装置，详情见图2。

在实际生产中，当物料从进料口进入到机器中，首先会进入锤头的工作区域内，在高速回转锤头的冲击下被破碎，但这时破碎的硅料粒径并不相同，有大有小。然后，破碎的硅料又会以较高的速度撞击在反击板上，进一步被破碎，然后从反击板上弹回到锤头的工作区域之内，继续重复上述的破碎过程，最终进入到锤击区，即锤头与蓖条之间的工作区，在蓖条上进一步受到锤头的锤击与研磨，在此作用下，逐渐破碎成比较均匀的碎硅料。在硅料破碎的过程中，硅料并不是在转子的一次循环中就能得到充分破碎的，而是经过了多次的循环之后才得以充分的破碎。如果大块的硅料在锤头冲击的过程中没有得到充分的破碎，会在反击板与锤盘之间辊压的作用下逐渐被破碎。而破碎的粒径与蓖条的宽度有关，一般在3～6mm之间。这种粒径符合设计以及生产的需求。

在本装置中，设置的锤头其材质可以为钨钼锤头，也可为高锰钢锤头，也可以为高铬钢锤头，或者是其他高强度的合金锤头，其横截面形状可设置成梯形或者矩形。并且，转动轴上设置多个锤头，而同一水平面上设置的锤头数量最少应为2个，最多不能超过7个。而反击板的材质可以设置成钨钼内衬板、高锰钢内衬板、高铬钢内衬板或者是高强度合金内衬板，内衬板的内表面应设置由矩形凸起部、梯形凸起部以及菱形凸起部。这几种材质的锤头以及内衬板强度较高，不会在硅料破碎以及反复冲击过程中发生变形的情况，而且，内衬板上设置矩形、梯形以及菱形的凸起部，还能提升硅料破碎的效果，实现硅料破碎效果的最大化。

此外，在硅料破碎装置中，其驱动动力应设置成变频电机，传动装置应设计为皮带传動，而皮带的松紧程度则应通过调节螺母进行有效的调节。而且，为了保证生产的安全进行，还应该进料口上设置顶盖，同时，为了保证硅料的洁净度，并提升硅料破碎装置的使用寿命，在进料口和出料口的位置处，应选用聚四氟乙烯材质的材料，这样一来，就会保证硅料在进料口及出料口不会受到金属污染，从而提升破碎硅料的洁净度。

结语：

综上所述，随着现代科学技术的发展，半导体行业与光伏发电行业日益受到人们的重视，在半导体与光伏行业发展中，硅料是不可或缺的原材料，且随着行业的发展，对硅料的需求量越来越大，对其纯度的要求也越来越高。在硅料破碎装置领域，人工破碎的方式劳动强度较大，且一污染环境，同时也会对人体健康带来威胁，而现行的机械破碎方式也存在着一定的不足，严重影响到相关行业的发展。本文就对硅料破碎装置进行了研究，设计了一款能够控制硅料破碎粒径的自动化装置，希望能对相关企业的硅料破碎工作带来便利。

参考文献：

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