硅料破碎裝置的設計與應用

楊強

摘要：當前，太陽能光伏發電已經成為電力能源生產的重要方式，在太陽能光伏發電過程中，涉及到硅料的破碎，本文就分析了硅料破碎裝置的設計與應用，僅供參考。

關鍵詞：硅料;破碎裝置;設計;應用

前言：

當前，傳統的能源戰略導致全球能源危機越來越嚴重，同時還伴隨著環境的污染問題，因此，發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越性逐漸受到眾多國家和地區的青睞。而我國幅員遼闊，有著豐富的太陽能資源，為太陽能光伏發電產業的發展提供了良好的條件。經過多年的發展，目前我國在太陽能光伏發電方面已經躍居全球第一。而在太陽能光伏發電過程中，需要運用大量的硅料，也會產生大量的廢舊硅料，如何對這些廢舊硅料進行加工預處理，使其變成具有較高應用價值的原材料，對于我國太陽能光伏發電產業的健康發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

在太陽能光伏發電生產過程中，需要進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的原生多晶硅;第二類時在加工生產過程中所產生的的無法被直接利用的廢舊硅料，如切割報廢的硅棒、鍋底料。邊皮料以及擋頭料等。

（二）硅料破碎的必要性分析

在實際生產中，新料硅的純度應達到7～9個9，基本上都是大塊狀的圓柱體（見圖1），這種形態的硅料在裝爐時，并不符合裝爐的要求，往往需要運用人工錘擊的方式予以破碎處理，而且，在裝爐時，還需要運用小料進行填縫，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，往往會含有較多的雜質，只有將其破碎化處理，才能清除掉里面的雜質，提高其純度，從而符合生產的要求。

隨著半導體行業以及光伏發電產業的快速發展，對于硅料的需求量越來越大，同時，對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的要求，會導致生產中所提取出來的單晶棒品質無法滿足生產的實際需求，甚至還會出現提取失敗的現象，進而造成設備的損害以及人員的傷亡現象。但目前在硅料破碎領域，大都是采用人工破碎的方式。這種生產方式在生產過程中，不但勞動強度大，而且產生的硅粉極易發生二次污染，并且還會危害到工作人員的身心健康，而使用破碎機進行破碎，大都是利用破碎石料的設備，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，必須加強對硅料破碎裝置的設計研發。

二、硅料破碎裝置的設計與應用分析

在對硅料進行破碎的過程中，設計的裝置主要包括破碎傳動系統和破碎軸組件兩部分，大致分為底座、驅動裝置、進料口、出料口以及研磨柱等。如何設計硅料破碎裝置，提升破碎的效果，是當前眾多企業關注和熱議的主要問題。本文就設計了一款用于硅料破碎的裝置，詳情見圖2。

在實際生產中，當物料從進料口進入到機器中，首先會進入錘頭的工作區域內，在高速回轉錘頭的沖擊下被破碎，但這時破碎的硅料粒徑并不相同，有大有小。然后，破碎的硅料又會以較高的速度撞擊在反擊板上，進一步被破碎，然后從反擊板上彈回到錘頭的工作區域之內，繼續重復上述的破碎過程，最終進入到錘擊區，即錘頭與蓖條之間的工作區，在蓖條上進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，硅料并不是在轉子的一次循環中就能得到充分破碎的，而是經過了多次的循環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，一般在3～6mm之間。這種粒徑符合設計以及生產的需求。

在本裝置中，設置的錘頭其材質可以為鎢鉬錘頭，也可為高錳鋼錘頭，也可以為高鉻鋼錘頭，或者是其他高強度的合金錘頭，其橫截面形狀可設置成梯形或者矩形。并且，轉動軸上設置多個錘頭，而同一水平面上設置的錘頭數量最少應為2個，最多不能超過7個。而反擊板的材質可以設置成鎢鉬內襯板、高錳鋼內襯板、高鉻鋼內襯板或者是高強度合金內襯板，內襯板的內表面應設置由矩形凸起部、梯形凸起部以及菱形凸起部。這幾種材質的錘頭以及內襯板強度較高，不會在硅料破碎以及反復沖擊過程中發生變形的情況，而且，內襯板上設置矩形、梯形以及菱形的凸起部，還能提升硅料破碎的效果，實現硅料破碎效果的最大化。

此外，在硅料破碎裝置中，其驅動動力應設置成變頻電機，傳動裝置應設計為皮帶傳動，而皮帶的松緊程度則應通過調節螺母進行有效的調節。而且，為了保證生產的安全進行，還應該進料口上設置頂蓋，同時，為了保證硅料的潔凈度，并提升硅料破碎裝置的使用壽命，在進料口和出料口的位置處，應選用聚四氟乙烯材質的材料，這樣一來，就會保證硅料在進料口及出料口不會受到金屬污染，從而提升破碎硅料的潔凈度。

結語：

綜上所述，隨著現代科學技術的發展，半導體行業與光伏發電行業日益受到人們的重視，在半導體與光伏行業發展中，硅料是不可或缺的原材料，且隨著行業的發展，對硅料的需求量越來越大，對其純度的要求也越來越高。在硅料破碎裝置領域，人工破碎的方式勞動強度較大，且一污染環境，同時也會對人體健康帶來威脅，而現行的機械破碎方式也存在著一定的不足，嚴重影響到相關行業的發展。本文就對硅料破碎裝置進行了研究，設計了一款能夠控制硅料破碎粒徑的自動化裝置，希望能對相關企業的硅料破碎工作帶來便利。

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