CN110318001A - 一种金刚线母线用高碳钢及其熔炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种金刚线母线用高碳钢及其熔炼工艺，整个工艺过程在一台真空感应炉中完成，原材料为提纯铁、碳粒、金属锰、多晶硅、金属铬。通过生产金刚线母线用高碳钢真空炉熔炼工艺的设计，使生产出的生产金刚线母线用高碳钢中酸熔Al含量达到10ppm以内且氧含量不高于30ppm，解决由于生产金刚线母线用高碳钢中酸熔Al含量过高，导致生产的生产金刚线母线用高碳钢产品Al2O3夹杂尺寸较大、数量过多，产品质量不满足要求的问题。

Description

一种金刚线母线用高碳钢及其熔炼方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及到一种金刚线母线用高碳钢及其熔炼方法。
背景技术
金刚线切割技术是一种新型替代型的切割技术，与传统砂浆切割技术相比，切割效率高、硅耗小，因而在光伏产业的硅片切割领域得到广泛应用。由于硅晶材料和切割加工约占光伏太阳能总成本的30％～40％，因此，一方面需要进一步减小硅片厚度，另一方面需要提高效率和质量以达到降低成本的目的。
高碳钢丝作为金刚线基体材料，其Al2O3夹杂直接影响金刚线成品规格，进而影响金刚线切割能力和效率。高碳钢丝中酸熔Al含量对其Al2O3夹杂有决定性影响，通常要求高碳钢丝中酸熔Al含量越低越好。因此有必要开发生产金刚线母线用高碳钢真空炉熔炼工艺，生产出的金刚线母线用高碳钢酸熔Al含量小于10ppm且氧含量小于30ppm。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生产金刚线母线用高碳钢及其熔炼工艺，通过生产金刚线母线用高碳钢真空炉熔炼工艺的设计，使生产出的生产金刚线母线用高碳钢中酸熔Al含量达到10ppm以内且氧含量不高于30ppm。解决了由于生产金刚线母线用高碳钢中酸熔Al含量过高，导致生产的生产金刚线母线用高碳钢产品Al2O3夹杂尺寸较大、数量过多，产品质量不满足要求的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种金刚线母线用高碳钢，化学成分按照质量百分比计包括：C 0.96-1.0％，Si0.1-0.3％，Mn 0.65-0.80％，Cr 0.3-0.5％，Al≤0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
上述金刚线母线用高碳钢的熔炼方法，熔炼过程在一台真空感应炉中完成，具体步骤包括：
(1)原料熔化：提纯铁和金属Cr随炉加入，抽空后向炉内充入3000Pa-5000Pa氧气，通电熔化随炉料；
(2)保温：随炉料全熔后，将钢液温度提高到1570-1590℃，保温10-15min；抽空排出炉内氧气，向炉内充入5000Pa-8000Pa氩气，加入4.9-5kg/t铁的碳粒，保温20-30min；抽空排出炉内氩气，炉内压力30-50Pa，保温10-20min；
(3)精炼：保温结束后，加入碳粒，将钢液温度调整到1590-1600℃，炉内30-50Pa，保温5-8min；
(4)合金化：精炼结束后，加入金属锰和多晶硅，全熔后搅拌，取样分析；
(5)浇注：待钢液成分满足要求后，带电浇注。
进一步，所述的金刚线母线用高碳钢的熔炼方法原料熔化阶段中金属Cr加入量为4-4.5kg/t铁。
更进一步，所述的金刚线母线用高碳钢的熔炼方法原料熔化阶段中抽空至炉内压力为100Pa以下。
进一步，所述的金刚线母线用高碳钢的熔炼方法精炼阶段中碳粒加入量为5.2-5.5kg/t铁。
进一步，所述的金刚线母线用高碳钢的熔炼方法合金化阶段中停电结膜并向炉内充入25000-30000Pa氩气，同时加入金属锰和多晶硅，金属锰加入量为8-8.5kg/t铁，多晶硅加入量为2-2.5kg/t铁，80％-90％额定功率搅拌3-5min。
进一步，所述的金刚线母线用高碳钢的熔炼方法浇注阶段中钢液温度为1540-1560℃后带电浇注，浇注开始1s内中间包中钢液高度至中间包高度的3/4-4/5处，后续浇注速度保持2-3kg/s至浇注结束。
与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：
本发明使用原材料为提纯铁、碳粒、金属锰、多晶硅、金属铬，高纯原料的使用避免了原料中Al元素的带入。随炉料在3000Pa-5000Pa氧气保护下熔化，可使钢液熔化过程中与氧气充分接触，促进溶解氧进入钢液，化合钢液中的酸熔铝。结合1570-1590℃的钢液温度、10-15min的保持时间使钢液中的酸熔铝和溶解氧充分反应，使钢液中的酸熔铝降低到10ppm以内。抽空除氧后充入5000Pa-8000Pa氩气结合0.49-0.5％的碳粒的加入在确保生产安全的同时使溶解氧降低到100ppm以内。抽空除氩至炉内压力为30-50Pa结合10-20min的保温时间，进一步脱除钢液中的溶解氧，使钢液中溶解氧降低到80ppm以内。结合剩余碳粒的加入、1590-1600℃的钢液温度、30-50Pa的炉内压力、5-8min的保温时间，进一步脱除钢液内溶解氧，使钢液内溶解氧降低到30ppm以内。硅锰联合脱氧进一步确保钢液内溶解氧在30ppm以内。低温浇注、超高的初始浇注速度、高的中后期浇注速度，避免熔炼过程产生的氧化物夹渣进入钢锭。
具体实施方式
以下对本发明做进一步描述：
一种金刚线母线用高碳钢，化学成分按照质量百分比计包括：C 0.96-1.0％，Si0.1-0.3％，Mn 0.65-0.80％，Cr 0.3-0.5％，Al≤0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
上述金刚线母线用高碳钢的熔炼方法，熔炼过程在一台真空感应炉中完成，原材料为提纯铁、碳粒、金属锰、多晶硅、金属铬。高纯原料的利用避免了原料中Al元素的带入。具体步骤包括：
(1)原料熔化：提纯铁和金属Cr随炉加入，金属Cr加入量为4-4.5kg/t铁抽空后至炉内压力为100Pa以下后向炉内充入3000Pa-5000Pa氧气，通电熔化随炉料；随炉料在氧气保护下熔化，可使钢液熔化过程中与氧气充分接触，促进溶解氧进入钢液，化合钢液中的酸熔铝。
(2)保温：随炉料全熔后，将钢液温度提高到1570-1590℃，保温10-15min，进一步促进钢液中酸熔铝和溶解氧的反应，使酸熔铝降低到10ppm以内；抽空排出炉内氧气，向炉内充入5000Pa-8000Pa氩气，加入4.9-5kg/t铁的碳粒，保温20-30min，钢液中酸熔铝和溶解氧充分反应后，加入碳粒脱除钢液中剩余溶解氧且钢液面保持适当波动，确保生产安全，使溶解氧降低到100ppm以内；抽空排出炉内氩气，炉内压力30-50Pa，保温10-20min，进一步脱除钢液中的溶解氧，使钢液中溶解氧降低到80ppm以内；
(3)精炼：保温结束后，加入5.2-5.5kg/t铁的碳粒，加碳精炼进一步脱除钢液内溶解氧，使钢液内溶解氧降低到30ppm以内，将钢液温度调整到1590-1600℃，炉内30-50Pa，保温5-8min；
(4)合金化：精炼结束后，停电结膜并向炉内充入25000-30000Pa氩气，同时加入金属锰和多晶硅，金属锰加入量为8-8.5kg/t铁，多晶硅加入量为2-2.5kg/t铁，硅锰联合脱氧进一步确保钢液内溶解氧在30ppm以内，全熔后80％-90％额定功率搅拌3-5min，取样分析；
(5)浇注：待钢液成分满足要求，钢液温度为1540-1560℃后带电浇注，浇注开始1s内中间包中钢液高度至中间包高度的3/4-4/5处，后续浇注速度保持2-3kg/s至浇注结束，避免熔炼过程产生的氧化物夹渣进入钢锭。
以下较佳实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，但不限于此。
以使用150kg真空感应炉生产1只方型生产金刚线母线用高碳钢锭为例。金刚线母线用高碳钢的化学成分按照质量百分比计包括：C 0.96-1.0％，Si0.1-0.3％，Mn 0.65-0.80％，Cr 0.3-0.5％，Al≤0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。上述金刚线母线用高碳钢的熔炼方法，熔炼过程在一台真空感应炉中完成，原材料为提纯铁、碳粒、金属锰、多晶硅、金属铬。
实施例1
(1)将155kg提纯铁和4kg/t铁的金属铬装入坩埚内，金属铬装入底部，提纯铁在金属铬上面，合炉抽真空使炉内压力达100Pa以内后向炉内充入3000Pa氧气，按照正常熔炼工艺熔化提纯铁和金属铬。
(2)提纯铁和金属铬全熔后，将钢液温度提高到1580℃，保温15min。抽空排除炉内氧气，向炉内充入8000Pa氩气，加入5kg/t铁的碳粒，保温30min。抽空排除炉内氩气，使炉内压力达30-50Pa，保温20min。
(3)温结束后，加入5.2kg/t铁碳粒，进入精炼期，将钢液温度调整到1600℃，保持炉内为30-50Pa，保温7min。
(4)精炼结束后，停电结膜并向炉内充入30000Pa氩气，同时加入金属锰和多晶硅，金属锰加入量为8.5kg/t铁，多晶硅加入量为2.5kg/t铁，全熔后80％额定功率搅拌5min，取样分析化学成分。
(5)待钢液成分满足要求后，调整钢液温度为1550℃后带电浇注。浇注时，1秒内使中间包内钢液面高度达中间包高度的4/5，后续浇注速度保持3kg/s至浇注结束，
脱模后，取钢锭样测成分见下表1：
表1钢锭化学成分及含量
元素 C Si Mn Cr Al O
成分/wt.％ 0.98 0.23 0.76 0.39 0.0009 0.0023
实施例2
(1)将155kg提纯铁和4.5kg/t铁的金属铬装入坩埚内，金属铬装入底部，提纯铁在金属铬上面，合炉抽真空使炉内压力达100Pa以内后向炉内充入5000Pa氧气，按照正常熔炼工艺熔化提纯铁和金属铬。
(2)提纯铁和金属铬全熔后，将钢液温度提高到1570℃，保温10min。抽空排除炉内氧气，向炉内充入8000Pa氩气，加入4.9kg/t铁的碳粒，保温20min。抽空排除炉内氩气，使炉内压力达30-50Pa，保温10min。
(3)温结束后，加入5.5kg/t铁的碳粒，进入精炼期，将钢液温度调整到1590℃，保持炉内为30-50Pa，保温5min。
(4)精炼结束后，停电结膜并向炉内充入25000Pa氩气，同时加入金属锰和多晶硅，金属锰加入量为8kg/t铁，多晶硅加入量为2kg/t铁，全熔后90％额定功率搅拌5min，取样分析化学成分。
(5)待钢液成分满足要求后，调整钢液温度为1545℃后带电浇注。浇注时，1秒内使中间包内钢液面高度达中间包高度的3/4，后续浇注速度保持3kg/s至浇注结束，
脱模后，取钢锭样测成分见下表2：
表2钢锭化学成分及含量
元素 C Si Mn Cr Al O
成分/wt.％ 0.97 0.19 0.73 0.42 0.0008 0.0028
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 (7)

1.一种金刚线母线用高碳钢，其特征在于，所述高碳钢的化学成分按照质量百分比计包括：C 0.96-1.0％，Si 0.1-0.3％，Mn 0.65-0.80％，Cr 0.3-0.5％，Al ≤0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。
2.一种金刚线母线用高碳钢的熔炼方法，其特征在于，熔炼过程在一台真空感应炉中完成，具体步骤包括：
(1)原料熔化：提纯铁和金属Cr随炉加入，抽空后向炉内充入3000Pa-5000Pa氧气，通电熔化随炉料；
(2)保温：随炉料全熔后，将钢液温度提高到1570-1590℃，保温10-15min；抽空排出炉内氧气，向炉内充入5000Pa-8000Pa氩气，加入4.9-5kg/t铁的碳粒，保温20-30min；抽空排出炉内氩气，炉内压力30-50Pa，保温10-20min；
(3)精炼：保温结束后，加入碳粒，将钢液温度调整到1590-1600℃，炉内30-50Pa，保温5-8min；
(4)合金化：精炼结束后，加入金属锰和多晶硅，全熔后搅拌，取样分析；
(5)浇注：待钢液成分满足要求后，带电浇注。
3.根据权利要求2所述的金刚线母线用高碳钢的熔炼方法，其特征在于，所述原料熔化阶段中金属Cr加入量为4-4.5kg/t铁。
4.根据权利要求2或3所述的金刚线母线用高碳钢的熔炼方法，其特征在于，所述原料熔化阶段中抽空至炉内压力为100Pa以下。
5.根据权利要求2所述的金刚线母线用高碳钢的熔炼方法，其特征在于，所述精炼阶段中碳粒加入量为5.2-5.5kg/t铁。
6.根据权利要求2所述的金刚线母线用高碳钢的熔炼方法，其特征在于，所述合金化阶段中停电结膜并向炉内充入25000-30000Pa氩气，同时加入金属锰和多晶硅，金属锰加入量为8-8.5kg/t铁，多晶硅加入量为2-2.5kg/t铁，80％-90％额定功率搅拌3-5min。
7.根据权利要求2所述的金刚线母线用高碳钢的熔炼方法，其特征在于，所述浇注阶段中钢液温度为1540-1560℃后带电浇注，浇注开始1s内中间包中钢液高度至中间包高度的3/4-4/5处，后续浇注速度保持2-3kg/s至浇注结束。
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