CN110184416A - 一种降低金钢线用工业纯铁中酸溶铝和氧含量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种降低金钢线用工业纯铁中酸溶铝和氧含量的方法，整个工艺过程在一台真空感应炉中完成，炉衬为新捣打炉衬，第一炉次为纯铁烘炉，第二炉次为生产炉次。第二炉次中工业纯铁全熔后，向铁液中加入适量氧化铁皮且限定熔速，在一定量氧气气氛保护及大功率搅拌下保持一定时间，停电降温至1540‑1550℃、抽出炉内氧气使炉内压力小于30Pa且保温一定时间，迅速升温至1560‑1570℃后真空条件下浇注。通过本发明的熔炼工艺，生产金钢线用原料纯铁中酸溶Al含量降低至15ppm以下且氧含量不高于50ppm。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及到一种降低金钢线用工业纯铁中酸溶铝和氧含量的方法。
背景技术
高品质金钢线是光伏发电、半导体等产业核心部件，晶体硅片在高精度切割加工中不可或缺的耗材。金钢线常见最大直径规格约0.12mm，最细直径规格已达到0.002mm。为了满足加工与使用要求，金钢线必须具备高强度、极好的冷拉拔性能和质量稳定性。金钢线在加工与使用中最主要的问题是断丝，夹杂物是导致断丝的最主要原因。一方面，金钢线在冷拉拔时要求连续拉拔几千至数万公里不发生断丝；另一方面，使用过程中金钢线断丝会降低多晶硅的切割效率。为了降低断丝率，金钢线对夹杂物的控制极为苛刻。
Al2O3夹杂是影响断丝率最重要的一类夹杂物，因此要求Al2O3夹杂尺寸越小、数量越少越好。当使用真空感应炉作为金钢线初熔设备时，原料纯铁中酸溶Al含量对金钢线锭中Al2O3夹杂有决定性影响，要求纯铁中酸溶Al含量越低越好。市场上常见的工业纯铁中酸溶Al含量常常高于50ppm，难以满足生产金钢线用要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低金钢线用工业纯铁中酸溶铝和氧含量的方法，通过在第一炉次纯铁烘炉后的真空感应炉中对金钢线用铁水进行冶炼，降低中铁水中酸溶铝和氧含量。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种降低金钢线用工业纯铁中酸溶铝和氧含量的方法，包括如下步骤：
(1)第一炉次：纯铁烘炉，即在真空感应炉中加入纯铁，烘炉后浇注；
(2)第二炉次：在第一炉次浇注后，在(1)中的真空感应炉中加入与(1)中纯铁化学成分相同的金钢线用纯铁，熔融后，向真空感应炉中充入氧气，充入氧气后向纯铁液中加入氧化铁皮，搅拌、保温后浇注。
进一步，所述的降低金钢线用工业纯铁中酸溶铝和氧含量的方法中，第二炉次中铁水浇注完成后，可重复进行(2)中操作。
进一步，所述的降低金钢线用工业纯铁中酸溶铝和氧含量的方法中，纯铁烘炉时真空感应炉中纯铁加入量为真空感应炉额定容量的100-105％。
进一步，所述的降低金钢线用工业纯铁中酸溶铝和氧含量的方法中，纯铁熔化均在真空条件下进行。
进一步，所述的降低金钢线用工业纯铁中酸溶铝和氧含量的方法中，第一炉次中真空感应炉的炉衬为新捣打炉衬。
进一步，所述的降低金钢线用工业纯铁中酸溶铝和氧含量的方法中，第二炉次中，金钢线用纯铁加入量为真空感应炉额定容量的95-100％，纯铁全熔后，向炉内充入15000Pa-20000Pa氧气，充入氧气3-5min后，加入纯铁量0.07％-0.1％质量的氧化铁皮，氧化铁皮在3s内完全熔化。
更进一步，所述的降低金钢线用工业纯铁中酸溶铝和氧含量的方法中，第二炉次中氧化铁皮完全熔化后，将真空感应炉的功率提高到额定功率的90％-95％进行搅拌，保持30-40min。
进一步，所述的降低金钢线用工业纯铁中酸溶铝和氧含量的方法中，搅拌结束后停电降温至1540-1550℃、抽出炉内氧气使炉内压力小于30Pa且保温40-50min。
更进一步，所述的降低金钢线用工业纯铁中酸溶铝和氧含量的方法中，保温结束后，迅速提升纯铁液温度至1560-1570℃，在真空条件浇注，浇注速度为0.5-1kg/s。
与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：
1.本发明使用新捣打炉衬且第一炉次为纯铁烘炉、第二炉次为生产炉次，避免其他钢种残留对纯铁液的污染，且最大限度的降低炉衬材料对纯铁液的污染。
2.本发明中适量氧化铁皮在氧气保护下加入且结合大功率搅拌、30-40min的保持时间，使纯铁液中的[Al]和[O]充分反应，同时反应产物Al2O3粘结在坩埚内壁上，使纯铁液中的酸溶铝降低到15ppm以内。
3.本发明中抽空并把纯铁液温度降低到结壳温度且保温一定时间可使钢液中的溶解氧降低到80ppm以内。结合低温浇注、真空浇注及一定的浇注速度可确保纯铁锭中氧含量降低到50ppm以内。
附图说明
图1为本发明中的烘炉工艺曲线；
图2为本发明中的纯铁的熔化工艺曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述，但实施例不应理解为对本发明的限制。
本发明中降低金钢线用工业纯铁中酸溶铝和氧含量的方法，包括如下步骤：
(1)第一炉次：纯铁烘炉，即在真空感应炉中加入纯铁，且纯铁加入量为真空感应炉额定容量的100-105％。真空感应炉的炉衬为新捣打炉衬，最大限度的降低炉衬材料对纯铁液的污染。纯铁熔化在真空条件下进行，烘炉后浇注。
(2)第二炉次：在第一炉次浇注后，在(1)中的真空感应炉中加入与(1)中纯铁化学成分相同的金钢线用纯铁，避免其他钢种残留对纯铁液的污染。在真空条件下纯铁熔融后，向真空感应炉中加入15000Pa-20000Pa氧气，充入氧气3-5min后，加入0.07％-0.1％纯铁量的氧化铁皮，氧化铁皮在3s内完全熔化。
氧化铁皮完全熔化后，将真空感应炉的功率提高到额定功率的90％-95％进行搅拌，保持30-40min，可使纯铁液中的[Al]和[O]充分反应且反应产物Al2O3粘结在坩埚内壁上，使纯铁液中的酸溶铝降低到15ppm以内。
搅拌结束后停电降温至1540-1550℃、抽出炉内氧气使炉内压力小于30Pa且保温40-50min。保温结束后，迅速提升纯铁液温度至1560-1570℃，在真空条件浇注，浇注速度为0.5-1kg/s。结合低温浇注、真空浇注及一定的浇注速度可确保纯铁锭中氧含量降低到50ppm以内。
第二炉次中铁水浇注完成后，重复进行(2)中操作，可提高物料及能源的利用效率。
以下以使用150kg真空感应炉生产1只方型纯铁锭为例，真空感应炉的额定功率为150kW。原材料为工业纯铁和氧化铁皮，氧化铁皮主要成分为Fe2O3。工业纯铁化学成分为：Al48ppm、O 101ppm，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
实施例1
(1)在真空感应炉中加入150kg工业纯铁，真空感应炉的炉衬为新捣打炉衬，按照图1烘炉工艺曲线在真空条件下进行纯铁熔化，烘炉后浇注。
(2)在第一炉次浇注后，再将150kg与(1)中纯铁化学成分相同的金钢线用工业纯铁装入真空感应炉的坩埚内，并按照图2熔化工艺曲线进行熔化，熔化过程在真空条件下进行，炉内压力≤50Pa，全熔后，向炉内充入20000Pa氧气，充入氧气3min后加入0.1％纯铁量的氧化铁皮，氧化铁皮在3秒内全部熔清。
(3)氧化铁皮熔清后，将功率提高到140kW，保持40min。
(4)搅拌结束后停电降温至1540℃、抽出炉内氧气使炉内压力小于30Pa且保温50min。
(5)保温结束后，迅速提升纯铁液温度至1570℃，在真空条件浇注，浇注速度为0.5kg/s。
脱模后，取钢锭样测酸溶铝和氧含量分别为13ppm和48ppm。
实施例2
(1)在真空感应炉中加入150kg工业纯铁，真空感应炉的炉衬为新捣打炉衬，按照图1烘炉工艺在真空条件下进行纯铁熔化，烘炉后浇注。
(2)在第一炉次浇注后，再将150kg与(1)中纯铁化学成分相同的金钢线用工业纯铁装入真空感应炉的坩埚内，并按照图2熔化工艺曲线进行熔化，熔化过程在真空条件下进行，炉内压力≤50Pa，全熔后，向炉内充入18000Pa氧气，充入氧气5min后加入0.08％纯铁量的氧化铁皮，氧化铁皮在3秒内全部熔清。
(3)氧化铁皮熔清后，将功率提高到135kW，保持40min。
(4)搅拌结束后停电降温至1550℃、抽出炉内氧气使炉内压力小于30Pa且保温40min。
(5)保温结束后，迅速提升纯铁液温度至1560℃，在真空条件浇注，浇注速度为1kg/s。
脱模后，取钢锭样测酸溶铝和氧含量分别为11ppm和44ppm。
实施例3
(1)在真空感应炉中加入150kg工业纯铁，真空感应炉的炉衬为新捣打炉衬，按照图1烘炉工艺在真空条件下进行纯铁熔化，烘炉后浇注。
(2)在第一炉次浇注后，再将150kg与(1)中纯铁化学成分相同的金钢线用工业纯铁装入真空感应炉的坩埚内，并按照图2熔化工艺曲线进行熔化，熔化过程在真空条件下进行，炉内压力≤50Pa，全熔后，向炉内充入15000Pa氧气，充入氧气5min后加入0.07％纯铁量的氧化铁皮，氧化铁皮在3秒内全部熔清。
(3)氧化铁皮熔清后，将功率提高到138kW，保持35min。
(4)搅拌结束后停电降温至1545℃、抽出炉内氧气使炉内压力小于30Pa且保温40min。
(5)保温结束后，迅速提升纯铁液温度至1565℃，在真空条件浇注，浇注速度为1kg/s。
脱模后，取钢锭样测酸溶铝和氧含量分别为14ppm和49ppm。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (9)
1.一种降低金钢线用工业纯铁中酸溶铝和氧含量的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
(1)第一炉次：纯铁烘炉，即在真空感应炉中加入纯铁，烘炉后浇注；
(2)第二炉次：在第一炉次浇注后，在(1)中的真空感应炉中加入与(1)中纯铁化学成分相同的金钢线用纯铁，熔融后，向真空感应炉中充入氧气，充入氧气后向纯铁液中加入氧化铁皮，搅拌、保温后浇注。
2.根据权利要求1所述的降低金钢线用工业纯铁中酸溶铝和氧含量的方法，其特征在于：所述第二炉次中铁水浇注完成后，可重复进行(2)中操作。
3.根据权利要求1所述的降低金钢线用工业纯铁中酸溶铝和氧含量的方法，其特征在于：所述纯铁烘炉时真空感应炉中纯铁加入量为真空感应炉额定容量的100-105％。
4.根据权利要求1所述的降低金钢线用工业纯铁中酸溶铝和氧含量的方法，其特征在于：所述纯铁熔化均在真空条件下进行。
5.根据权利要求1所述的降低金钢线用工业纯铁中酸溶铝和氧含量的方法，其特征在于：所述第一炉次中真空感应炉的炉衬为新捣打炉衬。
6.根据权利要求1所述的降低金钢线用工业纯铁中酸溶铝和氧含量的方法，其特征在于：所述第二炉次中，金钢线用纯铁加入量为真空感应炉额定容量的95-100％，纯铁全熔后，向炉内充入15000Pa-20000Pa氧气，充入氧气3-5min后，加入纯铁量0.07％-0.1％质量的氧化铁皮，氧化铁皮在3s内完全熔化。
7.根据权利要求6所述的降低金钢线用工业纯铁中酸溶铝和氧含量的方法，其特征在于：所述第二炉次中氧化铁皮完全熔化后，将真空感应炉的功率提高到额定功率的90％-95％进行搅拌，保持30-40min。
8.根据权利要求1或7所述的降低金钢线用工业纯铁中酸溶铝和氧含量的方法，其特征在于：所述搅拌结束后停电降温至1540-1550℃、抽出炉内氧气使炉内压力小于30Pa且保温40-50min。
9.根据权利要求8所述的降低金钢线用工业纯铁中酸溶铝和氧含量的方法，其特征在于：所述保温结束后，迅速提升纯铁液温度至1560-1570℃，在真空条件浇注，浇注速度为0.5-1kg/s。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190830 |
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