CN104128582A - 一种光伏产业用切割钢丝用钢的连铸工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏产业用切割钢丝用钢的连铸工艺，采用过程控制的方法，连铸采用大方坯连，其铸断面为320mm×480mm；连铸全保护浇注，开浇前中间包注满氩气保护；钢包到中间包采用长水口氩封保护浇注；中间包到结晶器采用整体内装浸入式水口保护浇注；中包中钢水使用覆盖剂；中间包连续测温；在连铸浇注过程中结晶器液面采用全自动液面检测；连铸拉速按中间包过热度自动控制；连铸采用低过热度控制技术进行浇注；结晶器及二冷自动配水；浇注过程结晶器中使用光伏产业用切割钢丝用钢用保护渣；本发明采用大方坯浇注，可有效降低元素偏析，并且改善铸坯低倍质量，提高切割钢丝用钢的铸坯质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢的连铸工艺，尤其是涉及一种光伏产业用切割钢丝用钢的连铸工艺。
背景技术
随着我国工业规模的不断扩大，能源供应日渐紧张，光伏发电作为一种无污染且可再生的资源，发展速度异常迅猛。制造太阳能电池的主要原料包括晶体硅、非晶硅和复合物太阳电池晶体硅等，太阳能级晶体硅片普遍采用线切割技术。多线切割机( Multi-Wire-Saw) 简称线锯，适用于大批量加工大直径的超薄硅晶片，钢丝能够切出质量优良的200μm厚的硅晶薄片。切片材料损失(刀缝) 与切割钢丝直径和研磨砂颗粒度有重要关系，直径0.140mm切割钢丝的刀缝小于 200 μm。为减少刀缝损失，线切割技术发展趋势使用直径 0.100 mm 或更细的钢丝。切割生产1 t 太阳能硅片需要消耗700～800kg 切割钢丝。
切割钢丝用高碳钢热轧盘条是制造切割钢丝的原材料。切割钢丝是一种等同头发丝般粗细的高强度镀锌铜钢丝，被广泛应用于太阳能硅片、石英材料、单晶硅、多晶硅等高精尖材料的切割。由于切割钢丝的缠绕长度可达上千公里，且不允许在切割作业时断线，因此，该产品对切割钢丝用高碳钢热轧盘条的质量和性能要求极高。
切割钢丝是晶硅切片必不可少的材料，其消耗仅次于硅材料，占硅片加工成本的 50%，近两年国内切割钢丝的飞速发展，从产能看供需基本达到平衡，但是制造切割钢丝需要的高品质高碳钢盘条，国内产品质量尚无法满足切割钢丝生产要求。
目前，切割钢丝用高碳钢热轧盘条生产技术大都掌握在国外企业手中，使之成为垄断型产品，国内切割钢丝制造企业应用此类原料几乎全部依赖进口，这也成为制约我国切割钢线产业快速发展的瓶颈。
超精细规格切割钢丝在硅片切割过程中可有效减少硅料损失，从而生产出更多的硅片。对于以硅片为基材的光伏电池来说，晶体硅原材料和切割成本在电池总成本中占据较大部分。为了节约晶体硅原材料，降低成本，光伏电池硅片的厚度从原来 0.33 mm 降低到了0.18～0.22mm，这个趋势还将继续。现在切割钢丝直径已经从原来的0.18～0.16 mm 降低到 0.1～0.08 mm。但市场的主流切割钢丝产品直径为 0.120 mm，0.110 mm以下规格市场供应较少。
由于成品切割钢丝直径非常细小，超高强度，韧性良好，且要求一根钢丝具有超长的长度( 大于250km) ，并保证使用时发生的断头几率最低。因此制造切割钢丝一般选用碳质量分数为0.80%～0.92% 的专用盘条，并对钢材冶炼水平，尤其是各类非金属夹杂物的数量、尺寸等有较高质量要求。
切割钢丝专用盘条是在帘线钢基础上研发的，国内帘线钢冶炼质量水平进步显著，但与国外先进水平相比还略有差距。所以，生产超细规格的优质高碳镀层钢丝，迫切需要金属制品行业对钢丝深度加工技术进行创新与提升。
综上所述，切割钢丝用高碳钢盘条，国内产品质量尚无法完全满足钢丝生产要求，在很大程度上仍依赖进口，生产出高质量切割钢丝用盘条是国内钢铁企业的紧迫任务；要生产出高质量切割钢丝用盘条，必须综合运用超高强度钢生产技术、微合金化技术、超纯钢生产技术和微细丝用钢生产技术，才能达到预期目标；国内现有钢厂以小方坯生产帘线用钢等高碳钢居多，中心碳偏析大，夹杂物水平难控制。
本发明采用大方坯，盘条生产前增加一道开坯工序，形成二火成材，对改善钢坯心部碳化物的形态和分布是非常有益的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种光伏产业用切割钢丝用钢的连铸工艺，该工艺采用大方坯浇注，可有效降低元素偏析，并且改善铸坯低倍质量，提高切割钢丝用钢的铸坯质量。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种光伏产业用切割钢丝用钢的连铸工艺：
连铸工艺采用过程控制的方法，连铸采用大方坯连，其铸断面为320mm×480mm；连铸全保护浇注，开浇前中间包注满氩气保护；钢包到中间包采用长水口氩封保护浇注；中间包到结晶器采用整体内装浸入式水口保护浇注；中包中钢水使用覆盖剂；中间包连续测温；在连铸浇注过程中结晶器液面采用全自动液面检测；连铸拉速按中间包过热度自动控制；连铸采用低过热度控制技术进行浇注；结晶器及二冷自动配水；浇注过程结晶器中使用光伏产业用切割钢丝用钢用保护渣；
所述所述所述所述in光伏产业用切割钢丝用钢用保护渣使用工艺为：铸机开始浇注前，将保护渣放入保护渣烘烤炉进行烘烤，烘烤温度控制为140±10℃，烘烤时间为40±10min，确保保护渣干燥与预热充分；浇注过程中，结晶器自动加保护渣，每个流每次加入0.5±0.1kg，循环时间为5±1min，确保结晶器内保护渣的渣面保持稳定，保护渣总渣层厚度在4±0.5cm，维持合适的三层结构，从上至下由粉渣层、烧结层和液渣层三层结构，目视渣面不得见红，操作工每隔10±2min进行一次结晶器渣带清理工作；连铸工艺中采用结晶器电磁搅拌及动态轻压下；
光伏产业用切割钢丝用钢用保护渣按重量百分比包括的化学成分为：R：0.88±0.1，其中R是碱度，CaO/SiO2的比值；SiO2：29.8±3%，CaO：26.3±4.0%，Al2O3：≤5%，Fe2O3：≤3.0%，MgO：≤7.5%，F－：≤4±2.5%，K2O+Na2O：5.5±2.0%，C固：22.3±2.0%；余量为灰分。
本发明进一步限定的技术方案是：
前述中包中钢水使用的覆盖剂按重量百分比包括的化学成分为：MgO≥85％，SiO2≤6.5％，Al2O3≤3.0％，TiO2≤0.2％，H2O≤1.0％，Fe2O3≤2.0％。
前述结晶器电磁搅拌的模式为：连续模式，搅拌的参数为：570A×2Hz。
前述光伏产业用切割钢丝用钢用动态轻压下的模式为：根据过热度及拉速在线计算凝固末端的位置及压下量，最大压下量为7mm。
前述低过热度控制技术：浇注时中间包过热度为15－25℃。
本发明的有益效果是：
本发明在生产过程中应对浇注过程采用低过热度技术、适宜的结晶器电磁搅拌及动态轻压下压下量等一系列合理的工艺参数，对改善铸坯坯心部碳化物的形态和分布是非常有益的，能稳定控制碳偏析及夹杂物的析出、提供的内外部质量可靠坯料；并且本发明采用大方坯连铸，钢坯尺寸为320mm×480mm，盘条生产前较小方坯增加一道开坯工艺，形成二火成材，能完美实现盘条内部组织需要，是小方坯现阶段生产很难以实现的。
本发明使用光伏产业用切割钢丝用钢用保护渣能有效提高铸坯表面质量，减少振痕偏深等情况，原因在于该保护渣的粘度值和熔点值在较小的范围内波动，明显区别与其他保护渣，以此减少液渣不均匀进入结晶器内的情况，从而达到均化结晶器内渣膜分布的目的，实现铸坯表面振痕处保护渣均匀，表面质量好。
本发明能稳定、高效生产满足质量要求的光伏产业用切割钢丝用钢，打破国外企业的垄断。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种光伏产业用切割钢丝用钢的连铸工艺：
连铸工艺采用过程控制的方法，连铸采用大方坯连，其铸断面为320mm×480mm；连铸全保护浇注，开浇前中间包注满氩气保护；钢包到中间包采用长水口氩封保护浇注；中间包到结晶器采用整体内装浸入式水口保护浇注；中包中钢水使用覆盖剂；中间包连续测温；在连铸浇注过程中结晶器液面采用全自动液面检测；连铸拉速按中间包过热度自动控制；连铸采用低过热度控制技术进行浇注，其浇注时中间包过热度为15℃；结晶器及二冷自动配水；浇注过程结晶器中使用光伏产业用切割钢丝用钢用保护渣；
所述所述所述所述in光伏产业用切割钢丝用钢用保护渣使用工艺为：铸机开始浇注前，将保护渣放入保护渣烘烤炉进行烘烤，烘烤温度控制为140±10℃，烘烤时间为40±10min，确保保护渣干燥与预热充分；浇注过程中，结晶器自动加保护渣，每个流每次加入0.5±0.1kg，循环时间为5±1min，确保结晶器内保护渣的渣面保持稳定，保护渣总渣层厚度在4±0.5cm，维持合适的三层结构，从上至下由粉渣层、烧结层和液渣层三层结构，目视渣面不得见红，操作工每隔10±2min进行一次结晶器渣带清理工作；连铸工艺中采用结晶器电磁搅拌及动态轻压下，结晶器电磁搅拌为连续模式，搅拌的参数为：570A×2Hz；光伏产业用切割钢丝用钢用动态轻压下的模式为：根据过热度及拉速在线计算凝固末端的位置及压下量，最大压下量为7mm。
光伏产业用切割钢丝用钢用保护渣按重量百分比包括的化学成分为：R：0.78，其中R是碱度，CaO/SiO2的比值；SiO2：29.8%，CaO：25.9%，Al2O3：5%，Fe2O3：3.0%，MgO：5.5%，F－：1.5%，K2O+Na2O：3.5%，C固：24.3%，灰分：1.5%。
光伏产业用切割钢丝用钢用保护渣的物理指标为：熔点（℃）：1203，粘度（Pa.s/1300℃，传）：2.92，水分（％）：≤0.5，粒度（0.15-1mm）：≥80%，容重（g/cm3）：0.80。
中包中钢水使用的覆盖剂按重量百分比包括的化学成分为：MgO：88％，SiO2：5.8％，Al2O3：3.0％，TiO2：0.2％，H2O：1.0％，Fe2O3：2.0％。
实施例2
本实施例提供的一种光伏产业用切割钢丝用钢的连铸工艺：
连铸工艺采用过程控制的方法，连铸采用大方坯连，其铸断面为320mm×480mm；连铸全保护浇注，开浇前中间包注满氩气保护；钢包到中间包采用长水口氩封保护浇注；中间包到结晶器采用整体内装浸入式水口保护浇注；中包中钢水使用覆盖剂；中间包连续测温；在连铸浇注过程中结晶器液面采用全自动液面检测；连铸拉速按中间包过热度自动控制；连铸采用低过热度控制技术进行浇注，其浇注时中间包过热度为25℃；结晶器及二冷自动配水；浇注过程结晶器中使用光伏产业用切割钢丝用钢用保护渣；
所述所述所述所述in光伏产业用切割钢丝用钢用保护渣使用工艺为：铸机开始浇注前，将保护渣放入保护渣烘烤炉进行烘烤，烘烤温度控制为140±10℃，烘烤时间为40±10min，确保保护渣干燥与预热充分；浇注过程中，结晶器自动加保护渣，每个流每次加入0.5±0.1kg，循环时间为5±1min，确保结晶器内保护渣的渣面保持稳定，保护渣总渣层厚度在4±0.5cm，维持合适的三层结构，从上至下由粉渣层、烧结层和液渣层三层结构，目视渣面不得见红，操作工每隔10±2min进行一次结晶器渣带清理工作；连铸工艺中采用结晶器电磁搅拌及动态轻压下，结晶器电磁搅拌为连续模式，搅拌的参数为：570A×2Hz；光伏产业用切割钢丝用钢用动态轻压下的模式为：根据过热度及拉速在线计算凝固末端的位置及压下量，最大压下量为7mm。
光伏产业用切割钢丝用钢用保护渣按重量百分比包括的化学成分为：R：0.88，其中R是碱度，CaO/SiO2的比值；SiO2：32.8%，CaO：26.3%，Al2O3：3%，Fe2O3：1.5%，MgO：2%，F－：4%，K2O+Na2O：5.5%，C固：20.3%，灰分：4.6%。
光伏产业用切割钢丝用钢用保护渣的物理指标为：熔点（℃）：1103，粘度（Pa.s/1300℃，传）：3.92，水分（％）：≤0.5，粒度（0.15-1mm）：≥80%，容重（g/cm3）：0.60。
中包中钢水使用的覆盖剂按重量百分比包括的化学成分为：MgO：91％，SiO2：6.5％，Al2O3：1.0％，TiO2：0.1％，H2O：0.8％，Fe2O3：0.6％。
实施例3
本实施例提供的一种光伏产业用切割钢丝用钢的连铸工艺：
连铸工艺采用过程控制的方法，连铸采用大方坯连，其铸断面为320mm×480mm；连铸全保护浇注，开浇前中间包注满氩气保护；钢包到中间包采用长水口氩封保护浇注；中间包到结晶器采用整体内装浸入式水口保护浇注；中包中钢水使用覆盖剂；中间包连续测温；在连铸浇注过程中结晶器液面采用全自动液面检测；连铸拉速按中间包过热度自动控制；连铸采用低过热度控制技术进行浇注，其浇注时中间包过热度为20℃；结晶器及二冷自动配水；浇注过程结晶器中使用光伏产业用切割钢丝用钢用保护渣；
所述所述所述所述in光伏产业用切割钢丝用钢用保护渣使用工艺为：铸机开始浇注前，将保护渣放入保护渣烘烤炉进行烘烤，烘烤温度控制为140±10℃，烘烤时间为40±10min，确保保护渣干燥与预热充分；浇注过程中，结晶器自动加保护渣，每个流每次加入0.5±0.1kg，循环时间为5±1min，确保结晶器内保护渣的渣面保持稳定，保护渣总渣层厚度在4±0.5cm，维持合适的三层结构，从上至下由粉渣层、烧结层和液渣层三层结构，目视渣面不得见红，操作工每隔10±2min进行一次结晶器渣带清理工作；连铸工艺中采用结晶器电磁搅拌及动态轻压下，结晶器电磁搅拌为连续模式，搅拌的参数为：570A×2Hz；光伏产业用切割钢丝用钢用动态轻压下的模式为：根据过热度及拉速在线计算凝固末端的位置及压下量，最大压下量为7mm。
光伏产业用切割钢丝用钢用保护渣按重量百分比包括的化学成分为：R：0.98，其中R是碱度，CaO/SiO2的比值；SiO2：26.8%，CaO：28.3%，Al2O3：≤1%，Fe2O3：1%，MgO：7.5%，F－：6%，K2O+Na2O：6.5%，C固：22.3%，灰分：0.6%。
光伏产业用切割钢丝用钢用保护渣的物理指标为：熔点（℃）：1153，粘度（Pa.s/1300℃，传）：1.92，水分（％）：≤0.5，粒度（0.15-1mm）：≥80%，容重（g/cm3）：1.0。
中包中钢水使用的覆盖剂按重量百分比包括的化学成分为：MgO：93％，SiO2：3.5％，Al2O3：2.0％，TiO2：0.2％，H2O：0.6％，Fe2O3：0.7％。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种光伏产业用切割钢丝用钢的连铸工艺，其特征在于：
连铸工艺采用过程控制的方法，连铸采用大方坯连，其铸断面为320mm×480mm；连铸全保护浇注，开浇前中间包注满氩气保护；钢包到中间包采用长水口氩封保护浇注；中间包到结晶器采用整体内装浸入式水口保护浇注；中包中钢水使用覆盖剂；中间包连续测温；在连铸浇注过程中结晶器液面采用全自动液面检测；连铸拉速按中间包过热度自动控制；连铸采用低过热度控制技术进行浇注；结晶器及二冷自动配水；浇注过程结晶器中使用光伏产业用切割钢丝用钢用保护渣；
所述光伏产业用切割钢丝用钢用保护渣使用工艺为：铸机开始浇注前，将所述保护渣放入保护渣烘烤炉进行烘烤，烘烤温度控制为140±10℃，烘烤时间为40±10min，确保保护渣干燥与预热充分；浇注过程中，结晶器自动加保护渣，每个流每次加入0.5±0.1kg，循环时间为5±1min，确保结晶器内保护渣的渣面保持稳定，保护渣总渣层厚度在4±0.5cm，维持合适的三层结构，从上至下由粉渣层、烧结层和液渣层三层结构，目视渣面不得见红，操作工每隔10±2min进行一次结晶器渣带清理工作；连铸工艺中采用结晶器电磁搅拌及动态轻压下；
所述光伏产业用切割钢丝用钢用保护渣按重量百分比包括的化学成分为：R：0.88±0.1，其中R是碱度，CaO/SiO2的比值；SiO2：29.8±3%，CaO：26.3±4.0%，Al2O3：≤5%，Fe2O3：≤3.0%，MgO：≤7.5%，F－：≤4±2.5%，K2O+Na2O：5.5±2.0%，C固：22.3±2.0%；余量为灰分。
2.根据权利要求1中所述的光伏产业用切割钢丝用钢的连铸工艺，其特征在于：所述中包中钢水使用的覆盖剂按重量百分比包括的化学成分为：MgO≥85％，SiO2≤6.5％，Al2O3≤3.0％，TiO2≤0.2％，H2O≤1.0％，Fe2O3≤2.0％。
3.根据权利要求1中所述的光伏产业用切割钢丝用钢的连铸工艺，其特征在于：所述结晶器电磁搅拌的模式为：连续模式，搅拌的参数为：570A×2Hz。
4.根据权利要求1中所述的光伏产业用切割钢丝用钢的连铸工艺，其特征在于：所述光伏产业用切割钢丝用钢用动态轻压下模式为：根据过热度及拉速在线计算凝固末端的位置及压下量，最大压下量为7mm。
5.根据权利要求1中所述的光伏产业用切割钢丝用钢的连铸工艺，其特征在于：所述光伏产业用切割钢丝用钢低过热度控制技术：浇注时中间包过热度为15－25℃。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20141105 |