CN114367371A - 电子级多晶硅热破碎装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种电子级多晶硅热破碎装置，包括第一传送单元、加热仓、冷却槽、第二传送单元和冲击破碎槽，电子级多晶硅在加热仓中加热到500～1000℃，然后经过冷却水急速降温，从而使多晶硅获得一个瞬间的晶间应力使其自身瞬间破碎，生产过程中设备与多晶硅棒料接触的表面均为无污染材质，保证多晶硅棒料在整个破碎过程中不会被污染，同时能够避免大量碎屑和粉尘产生。
Description
技术领域
本申请涉及多晶硅行业，具体地，涉及电子级多晶硅热破碎装置。
背景技术
在多晶硅行业中，气相沉积法生产的电子级多晶硅为体积较大的棒状料，供给下游使用需要先破碎成块状，因为电子级多晶硅纯度要求极高，所以杂质污染的控制非常重要，目前，用于太阳能级的多晶硅机械破碎设备很多，而且机械运动摩擦产生的污染在太阳能级多晶硅产品中也可以接受，但是在电子级多晶硅中是致命的存在，对与多晶硅生产工艺，国内外厂家近年来都在进行硅料破碎的改进，现有技术中提出了一套太阳能多晶硅热破碎系统，但是在设备材料选型以及生产环境任然需要改进。
由此，目前电子级多晶硅热破碎装置仍需进一步改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种电子级多晶硅热破碎装置，该装置可以将硅棒完全以自身内应力裂纹破碎开，并且生产过程中的设备部件使用无污染制定材质，保证生产处于千级洁净区，不仅避免大量的碎屑和微粉产生，同时保证电子级多晶硅破碎过程中不受污染。
在本发明的一个方面，提出了一种电子级多晶硅热破碎装置，包括：第一传送单元，多晶硅棒料沿所述第一传送单元的一端传送至另一端；加热仓，所述加热仓的相对两个侧面上设有仓口，所述传送单元通过所述仓口可移动地贯穿所述加热仓，所述仓口处设有仓门，所述仓门关闭时所述加热仓形成封闭空间，所述加热仓的内壁上设有加热器和温度探测器，且所述加热仓壁上还设有抽真空口和保护气体入口；冷却槽，所述冷却槽靠近所述第一传送单元的另一端，且所述冷却槽的最高点不高于所述第一传送单元的传送面，以便使所述第一传送单元将所述加热后的多晶硅棒料传送至所述冷却槽；第二传送单元，冷却后的所述多晶硅棒料沿所述第二传送单元的一端传送至另一端；冲击破碎槽，所述冲击破碎槽靠近所述第二传送单元的另一端，且所述冲击破碎槽的最高点不高于所述第二传送单元的传送面，以便使所述第二传送单元将干燥后的所述多晶硅棒料运送至所述冲击破碎槽。由此，加热后的多晶硅棒料冷却后多晶硅内部产生内应力使其破碎，生产过程中设备与多晶硅棒料接触的表面均为物污染材质，保证多晶硅棒料整个破碎过程中不会被污染，同时能够避免大量碎屑和粉尘产生。
根据本发明的一些实施例，所述电子级多晶硅热破碎装置还包括破碎锤，所述冲击破碎槽设在所述破碎锤的捶打范围内。由此，可通过破碎锤将冷却后的多晶硅棒料捶打成所需要的长度。
根据本发明的一些实施例，所述冲击破碎槽内表面的最低点到所述第二传送单元的传送面所在平面的距离为0.8-1.5m。
根据本发明的一些实施例，所述第一传送单元包括第一齿轮和第一传送带，所述第一传送带设在所述第一齿轮上，所述加热仓的底壁的上表面设有与所述第一齿轮相对应的齿痕，所述第一传送单元以所述加热仓的底壁为中心平移旋转。
根据本发明的一些实施例，所述第二传送单元设在支撑件上，所述第二传送单元包括第二齿轮和第二传送带，所述第二传送带设在所述第二齿轮上，所述支撑件的上表面设有与所述第二齿轮相对应的齿痕，所述第二传送单元以所述支撑件为中心平移旋转。
根据本发明的一些实施例，所述第一传送带和所述第二传送带分别包括多个传送片，单个所述传送片沿所述传送单元长度方向的长度为8-12cm，相邻所述传送片之间的距离为1.5-2.5cm。
根据本发明的一些实施例，所述第一传送带和所述第二传送带的材质为石英，所述石英中SiO2的质量含量不低于99.99％，所述第一齿轮和所述第二齿轮的材质为304不锈钢。
根据本发明的一些实施例，所述加热仓壁包括两层，外层的材质为304不锈钢，内层的材质为石英，所述石英中SiO2的质量含量不低于99.99％。
根据本发明的一些实施例，所述加热仓仓壁的外层和所述加热仓仓壁的内层之间设有冷冻水盘管。
根据本发明的一些实施例，所述保护气体入口处设有纳米过滤器。
根据本发明的一些实施例，进入所述加热仓的所述保护气体的纯度不小于99.999％。
根据本发明的一些实施例，所述加热仓的侧壁上还设有气缸，所述气缸通过连接杆与所述仓门连接。
根据本发明的一些实施例，所述仓门通过密封层与所述仓口密封。
根据本发明的一些实施例，所述密封层为特氟龙材质。
根据本发明的一些实施例，所述冷却槽内设有冷却水，所述冷却水的水温不高于30℃。
根据本发明的一些实施例，所述冷却槽设有进水口和出水口，所述冷却槽内水的流量不小于50L/min。
根据本发明的一些实施例，所述冷却槽内设有高纯水，所述高纯水的电阻率为18MΩ*cm。
根据本发明的一些实施例，所述冷却槽的接触水的内衬为PVDF材质。
根据本发明的一些实施例，所述破碎锤捶打时的力度为70～90N。
根据本发明的一些实施例，形成所述破碎锤的材料为超硬合金。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1显示了本发明一个实施例的电子级多晶硅热破碎装置的示意图；
图2显示了本发明另一个实施例的电子级多晶硅热破碎装置的示意图；
图3显示了本发明一个实施例的第一传送单元的结构示意图；
图4显示了图1中虚线区域b的局部放大图；
图5显示了本发明一个实施例的加热仓处的结构示意图。
附图标记：
100：第一传送单元；110：第一传送带；111：传送片；120：第一齿轮；200：加热仓；210：加热仓仓门；220：抽真空口；230：保护气体入口；240：加热器；250：密封层；260：连接杆；270：支架；300：冷却槽；310：进水口；320：出水口；400：第二传送单元；410：支撑件；500：冲击破碎槽；600：破碎锤。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
在本发明的一个方面，参考图1，提出了一种电子级多晶硅热破碎装置，包括第一传送单元100、加热仓200、冷却槽300、第二传送单元400和冲击破碎槽500，多晶硅棒料沿第一传送单元100的一端传送至另一端，加热仓200的相对两个侧面上设有仓口，第一传送单元100通过仓口可移动地贯穿加热仓200，仓口处设有仓门210，仓门210关闭时加热仓200形成封闭空间，加热仓200的内壁上设有加热器240和温度探测器(图中未示出)，且加热仓壁上还设有抽真空口220和保护气体入口230，冷却槽300靠近第一传送单元100的另一端，且冷却槽300的最高点不高于第一传送单元100的传送面，以便使第一传送单元100将加热后的多晶硅棒料传送至冷却槽300，冷却后的多晶硅棒料沿第二传送单元400的一端传送至另一端，冲击破碎槽500靠近第二传送单元400的另一端，且冲击破碎槽500的最高点不高于第二传送单元400的传送面，以便使第二传送单元40将干燥后的多晶硅棒料传送至冲击破碎槽500。由此，加热后的多晶硅棒料冷却后多晶硅内部产生内应力使其破碎，生产过程中设备与多晶硅棒料接触的表面均为物污染材质，保证多晶硅棒料整个破碎过程中不会被污染，同时能够避免大量碎屑和粉尘产生。
根据本发明的一些具体实施例，参考图1，冲击破碎槽500内表面的最低点到第二传送单元400的传送面所在平面的距离为0.8-1.5m。由此，第二传送单元传送面上的多晶硅棒料掉落至冲击破碎槽500后即可发生破碎。
根据本发明的一些实施例，参考图2，电子级多晶硅破碎装置还包括破碎锤600，冲击破碎槽500在破碎锤600的捶打范围内，第二传送单元400将多晶硅棒料传送至冲击破碎槽500后，可通过破碎锤600将多晶硅棒料捶打碎。具体地，破碎锤600的材料为超硬合金，破碎锤捶打的力度为70～90N。
根据本发明的一些实施例，参考图3和图5，第一传送单元100包括第一齿轮120和第一传送带110，第一传送带110设在第一齿轮120上，加热仓200的底壁的上表面设有与第一齿轮120相对应的齿痕，使加热仓200固定在第一传送单元100上，可以理解的是，加热仓200的底壁的上表面的齿痕与传送单元100的第一齿轮120相互齿合，第一齿轮120在电机(在图中未示出)的作用下，通过与上述齿痕相互作用向前移动，从而带动第一传送带110向前移动，且第一传送单元100以加热仓200的底壁为中心平移旋转。
根据本发明的再一些具体实施例，第一传送带110包括多个传送片111，单个传送片111沿第一传送单元100长度方向的长度为8-12cm，相邻传送片111之间的距离为1.5-2.5cm，由此，将第一传送带110分为多个单元，相邻单元之间有一定的间距，进一步有利于第一传送带110在第一齿轮120的带动下以加热仓200的底壁为中心平移旋转。
在本发明的实施例中，第一传送带110的材质并不受特别限制，本领域人员可根据实际需要随意选择，只要该材质形成的第一传送带110在高温下不易对放置在其上的多晶硅棒造成污染即可，作为一个具体示例，第一传送带110的材质为石英，石英中SiO2的质量不低于99.99％，避免传送多晶硅棒料的过程中污染多晶硅棒料。在本发明的实施例中，第一齿轮120的材质并不受特别限制，本领域人员可根据实际需要随意选择，只要该材质形成的第一齿轮120耐高温即可，作为一个具体示例，第一齿轮120的材质为304不锈钢。
根据本发明的又一些具体实施例，参考附图5，加热仓200还包括支架270，支架270设在加热仓200的底部，且连接在加热仓200的侧壁上，用以将加热仓200支撑起来，使加热仓200底壁的下表面悬空，以使第一传送单元100能够实现以加热仓200的底壁为中心平移旋转。
根据本发明的一些实施例，加热仓200仓壁包括两层，外层的材质为304不锈钢，内层的材质为石英，石英中SiO2的质量含量不低于99.99％，由此，避免加热多晶硅棒料过程中加热仓200仓壁接触多晶硅棒料造成污染。根据本发明的一些具体实施例，加热仓200仓壁的外层和加热仓200仓壁的内层之间设有冷冻水盘管，加热仓200完成加热功能后，可通过加热仓200仓壁内外层之间的冷冻水对加热仓200进行降温。
根据本发明的一些实施例，加热仓200的侧壁上还设有气缸(图中未示出)，气缸通过连接杆260与仓门210连接，当第一传送单元100将多晶硅棒料传送至加热仓20时，通过气缸将加热仓仓门210打开，停止向加热仓200传送多晶硅棒料后，通过气缸将加热仓仓门210关闭，完成加热仓200的密封。根据本发明的一些实施例，参考图4，仓门可通过密封层250与仓口密封，由此进一步增强了加热仓200的密封性，避免高温环境下硅料被氧化。具体地，密封层250的材料为特氟龙，由此，该材质形成的密封层250不但密封性较好，而且具有耐高温的特性。根据本发明的一些实施例，密封后通过加热仓200上的抽真空口220抽真空，抽完真空后通过保护气体入口230向加热仓200内通保护气，防止多晶硅棒料加热过程中被氧化。此处需要说明的是，保护气体的种类不受特别限制，例如，可以氮气、惰性气体。
根据本发明的一些实施例，加热仓200保护气体入口230处设有纳米过滤器(图中未示出)，进一步过滤进入加热仓的保护气体，防止保护气体中的杂质污染多晶硅棒料。根据本发明的一些实施例，进入加热仓200的保护气体的纯度不小于99.999％。根据本发明的一些实施例，多晶硅棒料在加热仓200中可加热到500～1000℃，使物料受冷后能产生足够的内应力，如果温度过低，会减少内应力的释放；如果温度过高，会使硅料液化。加热过程不受特别限制，具体到本发明，可以通过分段加热，第一传送单元100将多晶硅棒料输送到加热仓200后，加热仓仓门210关闭，加热仓200密封，通过保护气体入口230向加热仓200内通入氮气，利用氮气保护多晶硅棒料，避免加热过程中多晶硅棒料发生氧化，启动预加热，设定20℃/min的加热速度将硅料缓慢加热至400℃，再将加热速率调整为30℃/min以将多晶硅棒料快速加热至700℃。
根据本发明的一些实施例，加热器240为碳纤维加热管，碳纤维加热管具有升温迅速、热滞后小、发热均匀、热辐射传递距离远、热交换速度快等优点，且工作过程中光通量远远小于金属发热体的电热管，电热转换效率高达95％以上。更进一步地，碳纤维加热管的外壳的材质为SiO2的质量含量不低于99.99％的石英，石英材质的外壳在高温下不易对多晶硅棒造成污染，因此避免了外来污染源的问题。
在本发明的实施例中，电子级多晶硅热破碎装置还包括PCL控制单元(在图中未示出)，PCL控制单元分别与加热器240、温度探测器(图中未示出)相连，由此，温度探测器将监测到的加热仓200内的温度信息反馈至PCL控制单元，PCL控制单元根据该温度信息控制加热器240实行自动温控。
在本发明的实施例中，待加热的多晶硅棒的长度为300-400mm，直径为150-250mm。
根据本发明的一些实施例，冷却槽300上设有进水口310和出水口320，使冷却槽300内的冷却水维持在较低的温度，第一传送单元100将加热仓200内加热完成的多晶硅棒料传送至冷却槽300后能够快速冷却，使多晶硅棒料获得瞬间的晶间应力而产生裂纹。根据本发明的一些具体实施例，冷却槽300内冷却水的温度不高于30℃，保证加热完成后的多晶硅棒料能够快速冷却。具体地，冷却槽300内冷却水的流速不小于50L/min，即可使冷却槽300内的冷却水不高于30℃。此处需要说明的是，为了避免冷却槽内300的冷却水污染多晶硅棒料，冷却槽300内需使用高纯水，高纯水的电阻率为18MΩ*cm。更进一步的，冷却槽内接触水的内衬为PVDF材质，使槽体具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温性、耐氧化性和耐射线辐射性。
根据本发明的一些实施例，冷却完成的多晶硅棒料沿第二传送单元400的一端传送至另一端，具体地，可通过机械手将冷却后的多晶硅棒料捞出置于第二传送单元400的一端。根据本发明的一些实施例，第二传送单元400设在支撑件410上，第二传送单元400包括第二齿轮和第二传送带，第二传送带设在第二齿轮上，为了使第二传送单元400固定在支撑件410上，支撑件410的上表面设有与第二齿轮相对应的齿痕，第二传送单元400以支撑件410为中心平移旋转，以使多晶硅棒料在第二传送单元400上平移。为了防止第二传送单元400污染多晶硅棒料，第二传送带的材质为石英，石英中SiO2的质量含量不低于99.99％，第一齿轮和第二齿轮的材质为304不锈钢。
根据本发明的再一些具体实施例，第二传送带包括多个传送片，单个传送片沿第二传送单元400长度方向的长度为8-12cm，相邻传送片之间的距离为1.5-2.5cm，由此，将第二传送带400分为多个单元，相邻单元之间有一定的间距，进一步有利于第二传送带在第二齿轮的带动下以支撑件410的表面为中心平移旋转。
本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种电子级多晶硅热破碎装置，其特征在于，包括：
第一传送单元，多晶硅棒料沿所述第一传送单元的一端传送至另一端；
加热仓，所述加热仓的相对两个侧面上设有仓口，所述传送单元通过所述仓口可移动地贯穿所述加热仓，所述仓口处设有仓门，所述仓门关闭时所述加热仓形成封闭空间，所述加热仓的内壁上设有加热器和温度探测器，且所述加热仓壁上还设有抽真空口和保护气体入口；
冷却槽，所述冷却槽靠近所述第一传送单元的另一端，且所述冷却槽的最高点不高于所述第一传送单元的传送面，以便使所述第一传送单元将所述加热后的多晶硅棒料传送至所述冷却槽；
第二传送单元，冷却后的所述多晶硅棒料沿所述第二传送单元的一端传送至另一端；
冲击破碎槽，所述冲击破碎槽靠近所述第二传送单元的另一端，且所述冲击破碎槽的最高点不高于所述第二传送单元的传送面，以便使所述第二传送单元将干燥后的所述多晶硅棒料运送至所述冲击破碎槽。
2.根据权利要求1所述的电子级多晶硅热破碎装置，其特征在于，还包括破碎锤，所述冲击破碎槽设在所述破碎锤的捶打范围内。
3.根据权利要求1所述的电子级多晶硅热破碎装置，其特征在于，所述冲击破碎槽内表面的最低点到所述第二传送单元的传送面所在平面的距离为0.8-1.5m。
4.根据权利要求1～3任一项所述的电子级多晶硅热破碎装置，其特征在于，所述第一传送单元包括第一齿轮和第一传送带，所述第一传送带设在所述第一齿轮上，所述加热仓的底壁的上表面设有与所述第一齿轮相对应的齿痕，所述第一传送单元以所述加热仓的底壁为中心平移旋转；
任选地，所述第二传送单元设在支撑件上，所述第二传送单元包括第二齿轮和第二传送带，所述第二传送带设在所述第二齿轮上，所述支撑件的上表面设有与所述第二齿轮相对应的齿痕，所述第二传送单元以所述支撑件为中心平移旋转；
任选地，所述第一传送带和所述第二传送带分别包括多个传送片，单个所述传送片沿所述传送单元长度方向的长度为8-12cm，相邻所述传送片之间的距离为1.5-2.5cm；
任选地，所述第一传送带和所述第二传送带的材质为石英，所述石英中SiO2的质量含量不低于99.99％，所述第一齿轮和所述第二齿轮的材质为304不锈钢。
5.根据权利要求1～3任一项所述的电子级多晶硅热破碎装置，其特征在于，所述加热仓壁包括两层，外层的材质为304不锈钢，内层的材质为石英，所述石英中SiO2的质量含量不低于99.99％；
任选地，所述加热仓仓壁的外层和所述加热仓仓壁的内层之间设有冷冻水盘管；
任选地，所述保护气体入口处设有纳米过滤器；
任选地，进入所述加热仓的所述保护气体的纯度不小于99.999％。
6.根据权利要求1～3任一项所述的电子级多晶硅热破碎装置，其特征在于，所述加热仓的侧壁上还设有气缸，所述气缸通过连接杆与所述仓门连接；
任选地，所述仓门通过密封层与所述仓口密封；
任选地，所述密封层为特氟龙材质。
7.根据权利要求1～3任一项所述的电子级多晶硅热破碎装置，其特征在于，所述冷却槽内设有冷却水，所述冷却水的水温不高于30℃。
8.根据权利要求7所述的电子级多晶硅热破碎装置，其特征在于，所述冷却槽设有进水口和出水口，所述冷却槽内水的流量不小于50L/min；
任选地，所述冷却槽内设有高纯水，所述高纯水的电阻率为18MΩ*cm。
9.根据权利要求8所述的电子级多晶硅热破碎装置，其特征在于，所述冷却槽的接触水的内衬为PVDF材质。
10.根据权利要求2所述的电子级多晶硅热破碎装置，其特征在于，所述破碎锤捶打时的力度为70～90N；
任选地，形成所述破碎锤的材料为超硬合金。
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