CN108579989A - 一种多晶硅破碎装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多晶硅破碎装置及方法，包括有破碎机构、收集箱和控制系统，破碎机构包括有若干级，每一级均包括有对辊装置和筛板，对辊装置包括有破碎辊，筛板设置于破碎辊的下方，在每一筛板尾部设置有出料口；前一级破碎机构的出料口与后一级破碎机构的破碎辊对接，最后一级破碎机构的出料口与收集箱对接。本发明根据硅料的破碎情况自动选择破碎过程的级数，达到最佳的破碎效果，实现从多晶硅出炉到破碎，再到包装的生产一体化；通过探测器与控制系统连接，可自动启动多级破碎装置并自动调整对辊之间合适的间距，适应要求尺寸的硅块，使控制过程迅速、精确、高效；并且碳化钨块可根据使用情况进行定期更换，保持破碎效果的同时可降低成本。

Description

一种多晶硅破碎装置及方法

技术领域

本发明涉及多晶硅制备技术领域，具体涉及一种针对多晶硅的破碎装置及破碎处理方法。

背景技术

随着世界能源危机的日益严重，绿色能源、能源多元化、可再生能源的利用成了我国可持续发展的战略选择，其中太阳能光伏发电为主要的应用方向。多晶硅是生产单晶硅的直接原料，是人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。多晶硅纯度越高，电子性能越好，相应光电转换率提高。传统的多晶硅棒破碎方式需要消耗大量人工及体力进行破碎多晶硅，成本高、效率低，消耗体力敲击破碎时产生的汗渍等交叉污染容易造成硅料表面沾污，影响产品质量；同时对多晶硅反复敲击容易造成多晶硅表面金属增高，碳化钨钴合金锤残留在硅料表面表金属增高，制备的单晶少子寿命降低，影响下游太阳能的寿命及光电转换效率。

另外，传统辊式破碎机采用相向转动的两个辊，借助摩擦力和重力将物料咬入破碎腔内，使其受到挤压和磨削作用而达到破碎效果。为了易于进料，目前市面上大都采用带齿辊来完成物料的破碎，而用这种带齿辊破碎高纯多晶硅或其它高纯材料时，由于挤压易产生辊齿的崩边，从而造成材料污染。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、破碎效果好、破碎过程自动化进行、效率高、不会带入污染的多晶硅破碎装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种多晶硅破碎装置，包括有破碎机构、收集箱和控制系统，破碎机构连接控制系统，收集箱与破碎机构对接，其特征在于：所述破碎机构包括有若干级(亦可为一级)，每一级均包括有对辊装置和筛板，对辊装置包括有破碎辊，破碎辊连接动力机构，筛板设置于破碎辊的下方形成接料结构，在每一筛板的尾部设置有出料口，筛板为倾斜设置，其尾端低于首端；前一级破碎机构的出料口与后一级破碎机构的破碎辊对接，最后一级破碎机构的出料口与收集箱对接，除最后一级破碎机构外的其余破碎机构均还设有挡料装置，挡料装置位于同级破碎机构的出料口的前方，形成对完成破碎的多晶硅料的接收结构，各挡料装置均与收集箱对接；在每一级破碎机构的出料口前方均设有用于检测多晶硅物料破碎程度的探测器，探测器设于筛板上方，且各探测器分别连接控制系统。

进一步地，该破碎装置共设有三级破碎机构，分别为一级破碎机构、二级破碎机构和三级破碎机构，其中一级破碎机构的一级破碎辊与送料机构对接，一级筛板设于一级破碎辊下方，一级出料口设于一级筛板的尾部；二级破碎机构的二级破碎辊与所述一级出料口对接，二级筛板设于二级破碎辊下方，二级出料口设于二级筛板的尾部；三级破碎机构的三级破碎辊与所述二级出料口对接，三级筛板设于三级破碎辊下方，三级出料口设于三级筛板的尾部。

进一步地，在三级出料口的下方设有一运输皮带，运输皮带与收集箱对接，从三级出料口落出的多晶硅破碎料由运输皮带输送至收集箱。

进一步地，挡料装置为挡板，其中一级筛板下面的挡板为一级挡板，其位于一级破碎辊与一级出料口之间，一级挡板倾斜延伸至运输皮带，并将二级破碎机构挡在后方；二级筛板下面的挡板为二级挡板，其位于二级破碎辊与二级出料口之间，二级挡板倾斜延伸至运输皮带，并将三级破碎机构挡在后方。

进一步地，所述一级破碎辊的直径大于二级破碎辊的直径，所述二级破碎辊的直径大于三级破碎辊的直径。

进一步地，所述破碎辊为柱状辊轴结构，其包括有两层结构，内层为金属层，在金属层的外面覆盖有一层硬度大于7莫氏硬度的硬质合金材料层，所述硬质合金材料层由若干弧形块拼接而成，每一弧形块的表面均为光滑面，而两侧均为光滑圆角。

进一步地，所述硬质合金材料为碳化钨层；所述弧形块为碳化钨块，每一碳化钨块的表面均为光滑面，而两侧均为光滑圆角，从而减少辊对硅料的污染，在使用时，通过选择破碎辊的直径和调整两辊的间距来控制适于破碎的尺寸。另外，碳化钨块可根据使用情况进行定期更换，保持破碎效果的同时可降低成本，使用更灵活方便。

或者，所述破碎辊为柱状辊轴结构，其包括有两层结构，内层为金属层，在金属层的外面覆盖有一层硬度大于7莫氏硬度的硬质合金材料层，所述硬质合金材料层为一整体的圆筒形结构，在硬质合金材料层的表面开设有若干道与破碎辊的中心轴同向的凹槽，以便于将硅块咬入破碎辊之间。

基于前述多晶硅破碎装置的破碎方法，其特征在于：按以下流程进行，

1)多晶硅棒送入一级破碎辊，由摄像系统(与探测器为一体)将硅料信息输入控制系统，控制系统根据图片信息及输入硅块的尺寸进行计算，以确定运行几级对辊装置以及每级对辊装置的间距，并启动对辊装置，开始逐级破碎；

2)经过一级破碎辊破碎后，硅料落入一级筛板，达到尺寸要求的硅料经过一级筛板的筛孔落入一级挡板，并沿着一级挡板落入运输皮带，最终进入收集箱；大于一级筛板筛孔的大块硅料顺着一级筛板往后运动，并通过一级出料口落入到二级破碎辊之间进行二级破碎；

3)大块硅料在往一级出料口移动时，一级筛板上方的探测器检测大块硅料的粒径，通过输入硅料的信息以自动启动二级破碎辊并自动调整二级破碎辊之间的间距，以适应于大块硅料；

4)经过二级破碎辊破碎后，硅料落入二级筛板，达到尺寸要求的硅料经过二级筛板的筛孔落入二级挡板，并沿着二级挡板落入运输皮带，最终进入收集箱；大于二级筛板筛孔的中块硅料顺着二级筛板往后运动，并通过二级出料口落入到三级破碎辊之间进行三级破碎；

5)中块硅料在往二级出料口移动时，二级筛板上方的探测器检测中块硅料的粒径，通过输入硅料的信息以自动启动三级破碎辊并自动调整三级破碎辊之间的间距，以适应于中块硅料；

4)经过三级破碎辊破碎后，硅料落入三级筛板，并通过三级出料口落入到运输皮带上，最后进入收集箱。

当然，也还可以有四级破碎机构等，结构及破碎过程类似。

本发明根据硅料的破碎情况自动选择破碎过程的级数，达到最佳的破碎效果，实现从多晶硅出炉到破碎，再到包装的生产一体化；通过探测器与控制系统连接，可自动启动多级破碎装置并自动调整对辊之间合适的间距，适应要求尺寸的硅块，使控制过程迅速、精确、高效，且辊的直径可根据硅块的尺寸调整；并且碳化钨块可根据使用情况进行定期更换，保持破碎效果的同时可降低成本，使用更灵活方便；碳化钨块的两端设置为圆角，从而减小应力集中，加强强度，减少阻力，避免弧面衔接处受到损坏。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为破碎辊结构示意图；

图3为本发明破碎流程示意图。

图中，1为一级破碎辊，2、6、10为探测器，3为一级筛板，4为一级出料口，5为二级破碎辊，7为二级筛板，8为二级出料口，9为三级破碎辊，11为三级筛板，12为三级出料口，13为一级挡板，14为二级挡板，15为运输皮带，16为收集箱，17为控制系统，18为金属层，19为碳化钨层，20为碳化钨块。

具体实施方式

本实施例中，参照图1，所述多晶硅破碎装置，包括有破碎机构、收集箱16和控制系统17，破碎机构连接控制系统17，收集箱16与破碎机构对接，破碎机构包括有三级，每一级均包括有对辊装置和筛板，对辊装置包括有破碎辊，破碎辊连接动力机构，筛板设置于破碎辊的下方形成接料结构，在每一筛板的尾部设置有出料口，筛板为倾斜设置，其尾端低于首端；前一级破碎机构的出料口与后一级破碎机构的破碎辊对接，最后一级破碎机构的出料口与收集箱16对接，除最后一级破碎机构外的其余破碎机构均还设有挡料装置，挡料装置位于同级破碎机构的出料口的前方，形成对完成破碎的多晶硅料的接收结构，各挡料装置均与收集箱对接；在每一级破碎机构的出料口前方均设有用于检测多晶硅物料破碎程度的探测器2、6、10，探测器设于筛板上方，且各探测器2、6、10分别连接控制系统17。

该破碎装置的三级破碎机构分别为一级破碎机构、二级破碎机构和三级破碎机构，其中一级破碎机构的一级破碎辊1与送料机构对接，一级筛板3设于一级破碎辊1下方，一级出料口4设于一级筛板3的尾部；二级破碎机构的二级破碎辊5与所述一级出料口4对接，二级筛板7设于二级破碎辊5下方，二级出料口8设于二级筛板7的尾部；三级破碎机构的三级破碎辊9与所述二级出料口8对接，三级筛板11设于三级破碎辊9下方，三级出料口12设于三级筛板11的尾部。

在三级出料口12的下方设有一运输皮带15，运输皮带15与收集箱16对接，从三级出料口12落出的多晶硅破碎料由运输皮带15输送至收集箱16。

挡料装置为挡板，其中一级筛板3下面的挡板为一级挡板13，其位于一级破碎辊1与一级出料口4之间，一级挡板13倾斜延伸至运输皮带15，并将二级破碎机构挡在后方；二级筛板7下面的挡板为二级挡板14，其位于二级破碎辊5与二级出料口8之间，二级挡板14倾斜延伸至运输皮带15，并将三级破碎机构挡在后方。

所述一级破碎辊1的直径大于二级破碎辊5的直径，所述二级破碎辊5的直径大于三级破碎辊9的直径。

参照图2，所述破碎辊为柱状辊轴结构，其包括有两层结构，内层为金属层18，在金属层18的外面覆盖有一层硬度大于7莫氏硬度的硬质合金材料层，所述硬质合金材料层由若干弧形块拼接而成，每一弧形块的表面均为光滑面，而两侧均为光滑圆角。

所述硬质合金材料为碳化钨层19；所述弧形块为碳化钨块20，每一碳化钨块20的表面均为光滑面，而两侧均为光滑圆角，从而减少辊对硅料的污染，在使用时，通过选择破碎辊的直径和调整两辊的间距来控制适于破碎的尺寸。另外，碳化钨块20可根据使用情况进行定期更换，保持破碎效果的同时可降低成本，使用更灵活方便。

作为另外一种实施方式，所述破碎辊为柱状辊轴结构，其包括有两层结构，内层为金属层，在金属层的外面覆盖有一层硬度大于7莫氏硬度的硬质合金材料层，所述硬质合金材料层为一整体的圆筒形结构，在硬质合金材料层的表面开设有若干道与破碎辊的中心轴同向的凹槽，以便于将硅块咬入破碎辊之间。

基于三级破碎机构的破碎方法，按以下流程进行，

1)多晶硅棒送入一级破碎辊1，由摄像系统将硅料信息输入控制系统17，控制系统根据图片信息及输入要求破碎硅块的尺寸进行计算，以确定运行几级对辊装置以及每级对辊装置的间距，并启动对辊装置，开始逐级破碎；

2)经过一级破碎辊1破碎后，硅料落入一级筛板3，达到尺寸要求的硅料经过一级筛板3的筛孔落入一级挡板13，并沿着一级挡板13落入运输皮带15，最终进入收集箱16；大于一级筛板3筛孔的大块硅料顺着一级筛板3往后运动，并通过一级出料口4落入到二级破碎辊5之间进行二级破碎；

3)大块硅料在往一级出料口4移动时，一级筛板3上方的探测器2检测大块硅料的粒径，通过输入硅料的信息以自动启动二级破碎辊5并自动调整二级破碎辊5之间的间距，以适应于大块硅料；

4)经过二级破碎辊5破碎后，硅料落入二级筛板7，达到尺寸要求的硅料经过二级筛板7的筛孔落入二级挡板14，并沿着二级挡板14落入运输皮带15，最终进入收集箱16；大于二级筛板7筛孔的中块硅料顺着二级筛板7往后运动，并通过二级出料口8落入到三级破碎辊9之间进行三级破碎；

5)中块硅料在往二级出料口8移动时，二级筛板7上方的探测器6检测中块硅料的粒径，通过输入硅料的信息以自动启动三级破碎辊9并自动调整三级破碎辊9之间的间距，以适应于中块硅料；

4)经过三级破碎辊9破碎后，硅料落入三级筛板11，并通过三级出料口12落入到运输皮带15上，最后进入收集箱16。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (9)

1.一种多晶硅破碎装置，包括有破碎机构、收集箱和控制系统，破碎机构连接控制系统，收集箱与破碎机构对接，其特征在于：所述破碎机构包括有若干级，每一级均包括有对辊装置和筛板，对辊装置包括有破碎辊，破碎辊连接动力机构，筛板设置于破碎辊的下方形成接料结构，在每一筛板的尾部设置有出料口，筛板为倾斜设置，其尾端低于首端；前一级破碎机构的出料口与后一级破碎机构的破碎辊对接，最后一级破碎机构的出料口与收集箱对接，除最后一级破碎机构外的其余破碎机构均还设有挡料装置，挡料装置位于同级破碎机构的出料口的前方，形成对完成破碎的多晶硅料的接收结构，各挡料装置均与收集箱对接；在每一级破碎机构的出料口前方均设有用于检测多晶硅物料破碎程度的探测器，探测器设于筛板上方，且各探测器分别连接控制系统。

2.根据权利要求1所述的多晶硅破碎装置，其特征在于：该破碎装置共设有三级破碎机构，分别为一级破碎机构、二级破碎机构和三级破碎机构，其中一级破碎机构的一级破碎辊与送料机构对接，一级筛板设于一级破碎辊下方，一级出料口设于一级筛板的尾部；二级破碎机构的二级破碎辊与所述一级出料口对接，二级筛板设于二级破碎辊下方，二级出料口设于二级筛板的尾部；三级破碎机构的三级破碎辊与所述二级出料口对接，三级筛板设于三级破碎辊下方，三级出料口设于三级筛板的尾部。

3.根据权利要求2所述的多晶硅破碎装置，其特征在于：在三级出料口的下方设有一运输皮带，运输皮带与收集箱对接，从三级出料口落出的多晶硅破碎料由运输皮带输送至收集箱。

4.根据权利要求3所述的多晶硅破碎装置，其特征在于：挡料装置为挡板，其中一级筛板下面的挡板为一级挡板，其位于一级破碎辊与一级出料口之间，一级挡板倾斜延伸至运输皮带，并将二级破碎机构挡在后方；二级筛板下面的挡板为二级挡板，其位于二级破碎辊与二级出料口之间，二级挡板倾斜延伸至运输皮带，并将三级破碎机构挡在后方。

5.根据权利要求4所述的多晶硅破碎装置，其特征在于：所述一级破碎辊的直径大于二级破碎辊的直径，所述二级破碎辊的直径大于三级破碎辊的直径。

6.根据权利要求1所述的多晶硅破碎装置，其特征在于：所述破碎辊为柱状辊轴结构，其包括有两层结构，内层为金属层，在金属层的外面覆盖有一层硬度大于7莫氏硬度的硬质合金材料层，所述硬质合金材料层由若干弧形块拼接而成，每一弧形块的表面均为光滑面，而两侧均为光滑圆角。

7.根据权利要求6所述的多晶硅破碎装置，其特征在于：所述硬质合金材料为碳化钨层；所述弧形块为碳化钨块，每一碳化钨块的表面均为光滑面，而两侧均为光滑圆角。

8.根据权利要求1所述的多晶硅破碎装置，其特征在于：所述破碎辊为柱状辊轴结构，其包括有两层结构，内层为金属层，在金属层的外面覆盖有一层硬度大于7莫氏硬度的硬质合金材料层，所述硬质合金材料层为一整体的圆筒形结构，在硬质合金材料层的表面开设有若干道与破碎辊的中心轴同向的凹槽。

9.一种基于权利要求5所述的多晶硅破碎装置的破碎方法，其特征在于：按以下流程进行，

1)多晶硅棒送入一级破碎辊，由摄像系统将硅料信息输入控制系统，控制系统根据图片信息及输入要求破碎硅块的尺寸进行计算，以确定运行几级对辊装置以及每级对辊装置的间距，并启动对辊装置，开始逐级破碎；

2)经过一级破碎辊破碎后，硅料落入一级筛板，达到尺寸要求的硅料经过一级筛板的筛孔落入一级挡板，并沿着一级挡板落入运输皮带，最终进入收集箱；大于一级筛板筛孔的大块硅料顺着一级筛板往后运动，并通过一级出料口落入到二级破碎辊之间进行二级破碎；

3)大块硅料在往一级出料口移动时，一级筛板上方的探测器检测大块硅料的粒径，通过输入硅料的信息以自动启动二级破碎辊并自动调整二级破碎辊之间的间距，以适应于大块硅料；

4)经过二级破碎辊破碎后，硅料落入二级筛板，达到尺寸要求的硅料经过二级筛板的筛孔落入二级挡板，并沿着二级挡板落入运输皮带，最终进入收集箱；大于二级筛板筛孔的中块硅料顺着二级筛板往后运动，并通过二级出料口落入到三级破碎辊之间进行三级破碎；

5)中块硅料在往二级出料口移动时，二级筛板上方的探测器检测中块硅料的粒径，通过输入硅料的信息以自动启动三级破碎辊并自动调整三级破碎辊之间的间距，以适应于中块硅料；

4)经过三级破碎辊破碎后，硅料落入三级筛板，并通过三级出料口落入到运输皮带上，最后进入收集箱。