第一篇：砂漿在線回收離心機工藝調整對碳化硅分離質量的影響

砂漿在線回收離心機工藝調整對碳化硅分

離質量的影響

摘要：本文通過對在線回收系統工藝的研究，確定使用不同回收工藝對碳化硅回收質量的影響。碳化硅為砂漿的配比成分，而其作為硅片多線切割的主要材料之一，碳化硅回收質量的好壞對硅片切割的質量有著直接影響。結合流動顆粒圖像分析儀FPIA3000對碳化硅顆粒粒徑、圓度、顆粒分布進行檢測，對不同回收工藝下碳化硅的檢測情況；同時配合激光測徑儀、電子拉力試驗機對切割鋼線進行檢測從側面了解碳化硅切割情況；最終通過生產應用確定砂漿回收系統分離頻率、砂漿分離溫度、液層厚度、進料流量等對碳化硅分離質量的影響。關鍵詞：砂漿、在線回收、離心機、微粉含量

前言

砂漿在線回收系統隨著太陽能產業的發展而興起，尤其是受到國際金融危機的影響，太陽能硅片價格低迷，使得國內許多的硅片切割企業開始把注意力轉移到了砂漿在線回收系統上，以降低硅片的生產成本。在太陽能硅片切割過程中，切割下來的大量硅粉會混入切割砂漿中被系統帶出。碳化硅微粉經磨削后部分破碎為顆粒度更小的微粉。硅粉和細顆粒度碳化硅含量達到一定程度時，砂漿不能滿足切割工藝要求，只能從系統排出成為廢砂漿。廢砂漿的構成分為液體和固體兩部分：其中的液體是大量的聚乙二醇和少量水，固體部分是粗顆粒碳化硅、細顆粒碳化硅、硅粉、少量金屬屑。普通的離心分離是將液體和固體分離，而砂漿在線回收系統的目的是如何將可再利用的較大碳化硅顆粒分離出來進行回收，這也是我們主要研究的內容。本文著重對在線回收系統

圖1 臥式離心機結構圖 的工藝進行研究確定各項工藝變動對多晶硅片切割質量的影響并對實際生產提供有效指導。

在線回收系統

在線回收系統的核心部件為離心機。利用離心沉降原理,實現固相和液相組成的懸浮液或液-液-固組成的三相混合物的分離, 本文以LW350 × 1050N臥式螺旋沉降離心機為例研究在線回收系統工藝對切割質量的影響。

1、離心機工作原理

離心機由主電機、副電機、機罩、差速器、螺旋推料器、轉鼓及一套電器控制柜

等組成,其中主副電機分別采用變頻控制。其工作原理是: 砂漿經進料口進入轉鼓,由于高速旋轉產生的離心力作用,在轉鼓內部被加速并形成一個圓柱液環層,密度較大的固態顆粒會沉積在轉鼓內壁上,與轉鼓作相對運動的螺旋葉片不斷的將轉鼓內壁上的固態顆粒刮下并推出排渣口。分離后的清液經液層調節板開口流出轉鼓。

圖

2影響離心機分離因素

2、影響離心機分離效果的因素 從影響離心機分離效果的因素著手對離心機的分離效果進行研究。其中離心機設計尺寸為離心機出廠既定參數，無法更改此文不于討論。在既有離心機基礎之上對離心機的分離效果進行實驗驗證。

2.1離心機頻率

離心機的頻率主要包括主頻和副頻，其中主頻對應轉鼓轉速調整，副頻對應差速調整。轉鼓轉速影響離心機的分離效果和單位時間內的處理量。轉速越高 ,離心力越大 ,固體顆粒的沉降速度越快 ,離心機的分離因數越高，但砂漿中的微粉是無效切割粒子，離心力過大會將過多無效切割粒子分離出來對砂漿回收質量起負面因素。差速決定了螺旋推料器的排料速度,它的大小影響離心機的分離效果和處理能力。轉速覺得固相沉降速度、差速覺得排料速度，因此要轉速和

差速的合理配合，達到需求的固相達到轉鼓壁時排料推進器將固相排出從而到達預期的分離效果。

2.2砂漿分離溫度

溫度是對砂漿粘度影響最大的一個因素，同時粘度也是影響分離效果的因素之一。液體的粘度越大對固體表面形成的張力束縛越大，在切割過程中這一特性能很好的將砂漿中的碳化硅懸浮并攜帶入切割縫隙參與切割。但是在離心分離過程中需要降低砂漿的粘度來降低液體對固體的束縛力從而利于固液的分離。

圖

3砂漿粘度隨溫度變化曲線

溫度對砂漿的粘度影響較大，隨著溫度的變化砂漿的粘度會發生明顯變化。如圖2所示，隨著溫度的升高砂漿的粘度不斷降低，因此提升溫度能提升砂漿的分離效果。

2.3液層厚度

液層厚度即砂漿在離心機中的液位高度,它直接影響分離效果和離心機的震動程度,同時也決定了清液在離心機內的停留時間。當進料量一定時,液層厚度越大,料液在離心機內的停留時間就越長,達到的分離效果就越好,但對于砂漿回收來說，液層過厚會導致大量的無用小顆粒被分離出來，降低可用砂所占的回收比例，降低回收效果。同時合理更換液層調節板可以改善離心機的

分離效果,但必須確保所有液層板都安裝在相同的高度上,而且不同規格的液層板不能混用,否則將會導致離心機受力不均勻,產生劇烈震動。由此可見合理的液層厚度也是維持離心機最佳工作狀態的重要因素。

2.4進料流量

進料流量的大小對離心機的回收率及分離效果影響較大。進料流量小，料液在轉鼓內的軸向流速也小，物料在機器內停留時間則長，分離效果提高，同時回收率提高；進料流量增大，軸向流速也增大，物料在機器內停留時間減少，分離效果隨之下降，回收率降低。進料流量越小分離效果越好，但是這是指固液的分離。砂漿回收的主要目的是要將其中不利于切割的小顆粒碳化硅分離出去，因此流量太小也會導致砂漿中的無用小顆粒被回收，同時對離心機的生產能力有明顯影響。

離心機工藝調整對分離質量影響

硅片切割主要是鋼線攜帶砂漿進行研磨的滾動式切割，而起主導作用的就是砂漿中的碳化硅。在碳化硅幾個主要的參數當中，粒型、粒徑、圓形度及微粉含量在切割中起到了至關重要的作用；本文主要對離心機可以影響的微粉含量進行討論，從而確定在線回收系統工藝對切割質量的影響。微粉含量在回收碳化硅中體現尤為明顯，碳化硅的制作過程中尤其是碳化硅從廢砂漿回收過程中，微粉很難處理干凈，一般指粒徑小于2μm的顆粒（本文以小于3um為界限），微粉存在過多的話，切割過程中微粉會對碳化硅形成包裹，從而使碳化硅的切割能力下降，影響硅片質量。

1、離心機頻率調整

對在線回收系統離心機參數進行單獨調整，維持進料流量10L/min，進料溫度34℃，液層厚度控制擋板中位檔。同時對分離的一次重液即分離固體中碳化硅通過FPIA3000檢測確定微粉含量。頻率 差速 回收率 微粉<3um 21.6、17.2

80% 8.0% 21.6、18.3 6 69% 5.7% 20.5、17.2 6 62% 6.6% 19.9、14.3

68%

7.1%

表

1不同頻率回收率及微粉變化

由表1可以看出在不同頻率下砂漿的回收率和微粉含量不同，在差速相同的情況下主頻越大回收率越高，主頻相同的情況下差速小回收率越大，但此時要考慮流量和設備出料量的匹配，如果進料流量大于出料量那么多余的砂漿就會從排液孔排出造成回收率下降因此表1中出現在主頻一定的情況下

差速小的回收率反而小，但這也會降低分離固體中的微粉含量，同樣對砂漿的浪費也會增大。同時需要考慮高頻率下對設備的損耗也會加大。

2、砂漿分離溫度調整

維持進料流量10L/min，離心機頻率19.9HZ、14.3HZ，液層厚度控制擋板中位檔，對在線回收系統砂漿分離溫度進行調整，并對分離的一次重液中碳化硅微粉含量進行檢測。砂漿溫度 砂漿粘度 回收率 微粉<3um 26.2

271.4 62% 12.1% 33.5

123.2

68%

6.7%

表

2不同分離溫度對回收率及微粉影響

如表2所示，隨著溫度的升高砂漿的粘度會有明顯的下降。砂漿粘度降低后有利于砂漿中的碳化硅分離，回收率會有所提升，同時分離效果也會越好。需要注意的是砂漿中的聚乙二醇在120℃是會發生分解，因此要考慮加熱設備與砂漿接觸面的溫度不易過高以防聚乙二醇受熱分解。

3、液層厚度調整

離心機的分離液層厚度主要受排液位置影響，排液位置越接近轉鼓中心軸液層厚度越大。維持進料流量10L/min，離心機頻率19.9HZ、14.3HZ，砂漿分離溫度34℃對比不同液層厚度下的分離效果。排液位置 回收率 微粉<3um 低液層厚度 58% 6.1% 中液層厚度 63% 6.9% 高液層厚度 67%

8.2% 表

3不同液層厚度對回收率及微粉變化

根據設備自帶的調節液層厚度方式對液層厚度進行高、中、低三檔對比液層厚度對微粉含量變化影響。液層厚度越高回收率越高，微粉含量也會隨之增加。但不能完全依據此調整降低回收碳化硅中的微粉含量，因為隨之液層厚度的降低回收率也會降低，也就意味著更多的可用碳化硅隨液體排出離心機。

4、進料流量調整

設定離心機頻率19.9HZ、14.3HZ，砂漿分離溫度34℃，液層厚度中檔，對比不同進料流量對分離效果的影響。流量 回收率 微粉<3um 9.5 72% 8.04% 10.0 67% 6.61% 10.5 62%

7.7% 表4

不同流量回收率及微粉變化

通過表1可以看出在維持其他參數不變的情況下，調整流量會對碳化硅的回收率有明顯變化。其他參數不變，流量越大回收率越小，但是隨著流量的增加微粉的含量也會隨之增加，尤其在進料流量大于排料能力的時候這一情況會表現的尤為明顯。

結論

砂漿在線回收系統的可調因素及對切割質量影響的4個主要方面：

① 離心機頻率：主頻越高回收率越高，回收效果越好，但要考慮微粉含量對切割的影響及設備損耗。離心機頻率是在線回收系統的主要調整參數。

② 砂漿分離溫度：砂漿分離溫度越高，粘度越低分離效果越好，這里主要考慮加熱方式及設備成本。其次加熱溫度不易過高，溫度過高操作危險系數升高以及砂漿中的聚乙二醇有可能分解。

③ 液層厚度：液層厚度越小固體分離效果越好，但是液層厚度過小也會影響砂漿中碳化硅的回收利用率，同時液層厚度也會受設備本身設定的局限性。

④ 進料流量：砂漿的進料流量越大砂漿的回收率越小，分離效果越好，但當流量大的一定程度后微粉含量會增大，分離效果會直線下降。同時進料流量和設備設計有關，受排料量影響，當進料大于排料后分離效果會明顯下滑。此外進料流量也直接影響設備的產能。進料流量是砂漿回收系統的主要調整參數。參考文獻：

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第二篇：判斷在線回收砂漿質量方法的研究

判斷在線回收砂漿質量方法的研究 引言

砂漿是由碳化硅和切割液按照適當的比例調配而成的，其配比決定了砂漿的密度。砂漿的配比，與硅片切割質量有直接關系。如果砂漿中碳化硅的量過多，容易在切割前期型槽碳化硅顆粒的堆積，硅片切割能力較強，因此入刀邊緣硅片厚度較薄；隨著切割的進行，堆積的碳化硅顆粒會難以進入鋸縫，同時其阻力作用會導致線弓增大，而由于出入線口鋼線會發生磨損，出線口鋼線直徑較小，因此切割后的硅片厚度值偏差較大。而如果砂漿中碳化硅的量過少，則會導致切割能力不足，出現切斜或鋸痕片。因此，要根據實際情況調整切割液和碳化硅的比例。

砂漿也具有一定的粘度，粘度值主要由切割液的粘度決定。在硅片切割過程中，鋼線在導輪槽內纏繞，通過導輪的轉動形成互相平行的線網，砂漿通過漿料嘴流到線網上面，由于砂漿具有一定的粘度和懸浮性，砂漿中的碳化硅顆粒附著在鋼線上，隨著線網的轉動不斷對硅片進行磨削切割。因此，硅片加工過程中，實際起到切割作用的是碳化硅顆粒。碳化硅和懸浮液的相關參數

判斷碳化硅質量的主要參數是：

（1）粒徑。當前硅片厚度主流為180μm，硅片較薄，若粒徑值過大，則會造成硅片表面劃傷，影響硅片外觀質量；同時，會加大硅片切割后的殘余應力，易造成硅片崩邊碎片。若粒徑值小，則切割能力較弱。碳化硅的粒徑分布越均勻，越集中，碳化硅的切割能力越強，切割質量越好。通常，我們用中粒徑D50表征碳化硅粒徑分布情況。

（2）圓度。碳化硅的圓度表示的是碳化硅棱角的鋒利程度，即砂漿的切割能力。碳化硅棱角越尖銳，碳化硅的切割能力越強，但如果顆粒稱長條狀則在切割過程中易斷裂，不利于切割。隨著碳化硅對硅塊的磨削碰撞，碳化硅的棱角會逐漸被磨圓，其切割能力也會隨著下降。

（3）微粉含量。通常微粉是指粒徑小于2μm的顆粒，由于微粉不具備切割能力，若砂漿中微粉含量過高，微粉顆粒會包裹在大的碳化硅顆粒表面，影響切割，因此砂漿中的微粉含量值越低砂漿質量越好。以1200#碳化硅為例，D50值范圍為9.5±0.8μm，圓度系數值須小于0.905，微粉含量低于30%.切割液的主要成分是聚乙二醇，性能優良的切割液具有懸浮性、冷卻性和易清洗性。由于砂漿中起切割作用的是碳化硅顆粒，為保證其能均勻懸浮在鋼線上，必須保證切割液具有良好的懸浮性，使碳化硅較好地分散在鋼線表面，同時保證碳化硅不會沉淀到底部。

由于切割過程中，碳化硅和硅塊之間摩擦會產生大量熱量，若這部分熱量不能及時被帶走，會造成硅片灼傷；同時溫度會影響砂漿的粘度和密度，因此切割液須有良好的熱傳導性，保證砂漿良好的切割性能。切割完畢后，砂漿回附著在硅片表面，需要將硅片清洗干凈，因此切割液須具有易清洗性能，保證硅片的外觀質量。

判斷切割液質量的主要參數是粘度、密度、水分含量和ph值。粘度是表征切割液性能的重要指標，它直接影響其懸浮性能及流動性，粘度值高，砂漿流動性差，無法將切割過程中產生的熱量及時帶走；粘度值低，則懸浮性差，碳化硅不能很好地懸浮分布在鋼線上。切割液的密度決定了砂漿的切割能力，密度值低，則砂漿切割能力差；但密度值不能過高，否則會影響砂漿的粘度。

由于切割液能夠百分之百溶于水，若切割液水含量高，會使得砂漿中的碳化硅顆粒連結在一起，分散性變差，影響切割能力。Ph值則表征了切割液的易清洗性能。對于新切割液，在25℃的溫度條件下，粘度值范圍為45-60mpas，密度范圍為1.12-1.13 g/cm3，水含量為小于0.5%，ph值范圍為5-7。需要注意的是，切割液具有很強的吸水性，要保證切割液的儲存環境濕度范圍低于60%.在線回收

砂漿是硅片切割的主要耗材，砂漿成本在硅片加工成本中占有較大比重。每次切割結束后，雖然碳化硅顆粒由于摩擦作用和破碎原因切割能力降低，且過程中產生較多微粉顆粒，但砂漿中仍然含有較多大顆粒碳化硅依然有較強的切割能力。

為能進一步降低硅片加工成本，對切割后的砂漿進行回收已成為行業的趨勢。砂漿的回收方式有兩種：在線回收和離線回收，其中，在線回收屬于物理回收，離線回收屬于化學回收。使用在線回收系統對砂漿進行在線回收的流程是：將切片后的舊砂漿收集到儲存罐，經離心機實現固液分離，分離出可再利用的碳化硅，去除不具備切割能力的微粉顆粒和大部分切割液，碳化硅回收比例根據切割質量情況可以調整。分離出的碳化硅成膠塊狀，加入新的切割液調配至所需比重，即

為重液。調配后的重液加到新砂漿調配罐，按照比例添加一定量的新切割液和新碳化硅粉，經攪拌后達到新切割砂漿的比重要求，輸送到砂漿供給罐內備用。

在線回收技術的優點是：使用在線回收設備可以在生產現場直接進行廢砂漿回收處理，操作簡便，在生產過程不需增加任何化學試劑,這樣得到的砂漿能夠保證原有的性質，保證砂漿質量，且可多次重復使用,同時免去了物流等中間環節。

由于在線回收過程是物理回收，該過程沒有添加任何化學試劑，因此廢砂漿中的碳化硅顆粒經過離心機離心后，不能有效將圓度值不同的碳化硅顆粒分離開，亦不能將微粉顆粒有效完全分離出來，且該部分微粉顆粒容易團聚在大顆粒碳化硅表面。砂漿的在線回收過程循環進行，部分碳化硅顆粒多次重復利用，因此做好在線回收砂漿的質量判斷工作尤為重要。在線回收砂漿質量判斷方法

判斷在線回收砂漿的質量標準主要是通過檢測砂漿的各項參數進行判斷，其的參數主要包括：

（1）粘度。在線成品砂漿的粘度值范圍通常為170-200pas（25℃），檢測設備為歐美克粒度分析儀或其它有關設備。

（2）密度。在線回收砂漿的密度值為1.630-1.645 g/cm3.密度值高，砂漿的粘度也會相應升高，流動性變差，且不利于后期繼續回收；密度值低則切割能力較差。

（3）微粉含量，砂漿的微粉含量值根據回收砂漿的比例不同而有所不同，通常小于6μm的微粉含量不要超過6%.（4）粒徑。砂漿中碳化硅的D50值為9.5-10.3μm。

（5）圓度。砂漿中碳化硅的圓度系數范圍為0.915-0.925。測量砂漿中碳化硅的微粉含量、圓度及粒徑值使用馬爾文粒度分析儀，傳統的檢測方法是將碳化硅溶于純水中，但是由于切割液具有一定的粘度，檢測時會有較多的微粉顆粒附著在大顆粒碳化硅表面，碳化硅顆粒會產生顆粒團聚的現象，粘連在一起，這樣就會使得檢測結果中粒徑值偏大，微分含量比例偏小，而圓度值則沒有了參考性，從而無法對砂漿質量作出判斷依據。一種新的檢測方法是：

（1）使用電子天平稱取0.15±0.02g的砂漿放到10mL的量杯中（量杯不宜大）；

（2）使用膠頭滴管向量杯中添加4mL酒精，目的是使切割液的分子鏈斷開，避免切割液的粘性作用使顆粒粘連；

（3）再使用膠頭滴管向量杯中添加4mL純水；

（4）然后使用膠頭滴管向量杯中滴1mL濃度為0.1%的P40試劑，主要作用是減少碳化硅顆粒的團聚現象，之后將溶液充分攪拌均勻；

（5）將盛有溶液的量杯放入超聲波清洗機（25kHZ）內超聲30秒鐘，然后再次將溶液攪拌均勻（在此過程中不斷用膠頭滴管吸取溶液防止碳化硅顆粒沉積杯底），即可開始測量。

（6）檢測結果以體積計。小結

通過有效控制在線回收砂漿的質量，避免在硅片切割過程中由于砂漿原因導致出現質量異常，如產生切斜、鋸痕不合格片及TTV超差片的情況，對于提高硅片合格率有重要意義，同時，可有效降低硅片加工過程中的砂漿成本。

第三篇：對《太陽能晶硅片切割廢砂漿回收工藝研究》的評述

對《太陽能晶硅片切割廢砂漿回收工藝研究》項目的

評審建議

一、有關背景

1、硅片切割廢砂漿來源及成份

集成電路用基板、太陽能電池用基板的產品切割，一般用鋼絲帶動由碳化硅磨料構成砂漿對高純度單晶或多晶硅棒進行切割。太陽能光伏電池行業的發展帶動了整個晶硅生產、晶硅切片及晶硅切割廢砂漿回收利用行業的發展。

太陽能硅片切割液廢砂漿是硅片切割的必然產物，其組成為：聚乙二醇35%；碳化硅微粉33%；單晶硅微粉9%；水5%和組成切割液其它物質15%；有機膠粒；二氧化硅；金屬及金屬離子；破碎碳化硅微粉（色素和有機膠粒以及金屬及金屬離子和破碎碳化硅微粉3%）。

2、硅片切割廢液回用價值

廢砂漿中主要可回用的是聚乙二醇、碳化硅和單晶硅。每噸廢砂漿中含有8%～9%（重量）高純硅，也就是含有80kg～90kg單晶硅。（單晶硅主要用途是用作半導體材料和利用太陽能光伏發電、供熱等。）

每噸廢砂漿中含有35%聚乙二醇，也就含有350kg聚乙二醇。（聚乙二醇可用作環氧樹脂和聚乙烯醇的增韌劑。）

每噸廢砂漿中含有33%碳化硅微粉，即330kg碳化硅。（碳化硅主要用于制作砂輪、砂紙、砂帶、油石、磨塊、磨頭、研磨膏及光伏產品中單晶硅、多晶硅和電子行業的壓電晶體等方面的研磨、拋光等。也可用做煉鋼的脫氧劑和鑄鐵組織的改良劑，或者可用做制造四氯化硅的原料，是硅樹脂工業的主要原料。）

將切割砂漿中高純硅粉、碳化硅和聚乙二醇提取出來，進一步用于制備單晶硅或多晶硅原料，還可以解決高純度硅資源短缺問題，對于資源有效回收利用是一個重要貢獻。

回收原料再利用的具體經濟價值應以當前市場價格進行測算。

3、主要回收分離技術

當前一般采用物理方法進行分離，即依據各成份的性質先進行固體和液體分離，再進行液體提純分離。

進行固體和液體分離的主要方法有：離心分離法、旋流分離、浮選法、虹吸法、過濾法、分級法、篩分法、電極法、超聲法。

液體提純分離的主要方法有：壓濾、膜過濾和蒸餾。

3.1 用于碳化硅微粉分離的方法

1）離心分離法。離心分離借助于離心力，使比重不同的物質進行分離的方法。由于離心機等設備可產生相當高的角速度，使離心力遠大于重力，于是溶液中的懸浮物便易于沉淀析出：又由于比重不同的物質所受到的離心力不同，從而沉降速度不同，能使比重不同的物質達到分離。目前生產廠家采用的設備有臥螺離心機，平板離心機，三足式離心機，主要用于聚乙二醇和碳化硅固液分離，以及碳化硅微粉中微小顆粒的分離，大約能將5μm以下的微粒分離。這3種分離設備有各自的特點，可互相配合使用。也可單一使用；

2）旋流分離法。漿液通過水壓力從旋流器內壁外側切向進入，在離心力的作用下，粗粒（重）度的固體顆粒旋轉向下，定量或不定量地從下部排渣口流出，而細粒（輕）度的固體顆粒（或清液）從溢流管內向上流出。目前廠家采用的多為小直徑旋流分離器；

3）浮選法。固體顆粒自身表面具有疏水性或經浮選藥劑作用產生或增強疏水性。疏水就是親油和親氣體，可在液，氣或水—油的界面發生聚集。本方法僅適用于特殊情況，以及單晶硅微粉的提純上，由于實際運用教少，加之浮選劑的難找，此處不加評述； 4）虹吸法。虹吸原理就是連通器的原理，加在密閉容器里液體上的壓強，處處都相等。而虹吸管里灌滿水，沒有氣，來水端水位高，出水口用手掌或其他物體封閉住。此時管內壓強處處相等。一切安置好后，打開出水口，雖然兩邊的大氣壓相等，但是來水端的水位高，壓強大，推動來水不斷流出出水口。本方法主要在河南地區廣泛使用，也稱自然沉降法主要適用1200號碳化硅微粉。對于1500目以上的碳化硅微粉，出現沉降速度慢，生產周期長，硅料比較嚴重的問題；

5）過濾法。液體穿過濾紙上的小孔，而固態物質留在濾紙上，從而使固體和液體分離。主要設備為壓濾機；

6）分級法。目前生產廠家使用的方法有水力分級和風力分級。水力分級為最原始可靠的方法，原理簡單，便與控制與分級，但投資大，控制設備儀器尤其是分級錐斗角度，進液口速度精度要求高。水力分級為最原始可靠的方法，原理簡單，便與控制與分級，但投資大，控制設備儀器精度要求高。雖然回用碳化硅微粉質量不如水力分級的好，但風力分級的碳化硅微粉也能滿足回用要求，并且投資小，故目前風力分級為大多數廠商采用；

7）篩分法。主要使用超聲波微粉震動篩，可將500目以上的大顆粒雜質及碳化硅微粉團聚物篩除。

3.2 用于聚乙二醇分離的方法

1）電極法。通常所謂離子選擇電極，是指帶有敏感膜的、能對離子或分子態物質有選擇性響應的電極，使用此類電極的分析法屬于電化學分析中的電位分析法；

2）吸附法。目前回收廠家采用方法為活性碳或硅藻土吸附。以及離子交換吸附； 3）膜過濾法。膜過濾是一種與膜孔徑大小相關的篩分過程，以膜兩側的壓力差為驅動力，以膜為過濾介質，在一定的壓力下，當原液流過膜表面時，膜表面密布的許多細小的微孔只允許水及小分子物質通過而成為透過液，而原液中體積大于膜表面微孔徑的物質則被截留在膜的進液側，成為濃縮液，因而實現對原液的分離和濃縮的目的。在廢砂漿回收利用中，主要用于去除聚乙二醇中的微量雜質及懸浮物；

4）蒸餾法。利用液體混合物中各組分揮發度的差別，使液體混合物部分汽化并隨之使蒸汽部分冷凝，從而實現其所含組分的分離。是一種屬于傳質分離的單元操作。目前在廢砂漿回收中主要采用了單效及多效薄膜蒸發。

二、行業發展狀況及趨勢 2007年以來，全國先后出現了許多廢砂漿回收企業，使得廢砂漿回收技術不斷改進和完善。幾年來在硅片切割廢砂漿的回收利用方面物理分離提純方法得到了長足的進步，但全國回收企業技術參差不齊，仍存在許多問題，尤其是其中硅微粉的提純仍處于研發階段；污水處理回收企業仍等待著更加完善和好的物理分離提純方法出現等。

前文主要介紹了廢砂漿回收利用方面當前比較廣泛應用的物理方法，其他的還有化學處理法、電選處理法、電泳（電位）分離法等。

截至2012年底，國內晶硅切割廢砂漿回收利用的相關專利申請92項，申請量居于前三的是江蘇佳宇資源利用股份有限公司、連云港佳宇電子材料科技有限公司、江西賽維LDK太陽能高科技有限公司。

行業發展上，由于金剛線切割技術的發展，對傳統的砂漿切割工藝的應用產生替代，但一定時期內砂漿切割技術仍會繼續廣泛使用。

三、對申報項目的意見和建議

1、申報材料的完整性及合理性

（1）申報書在第一部分的《項目基本情況》授權專利欄注明了：發明專利0件；實用新型專利7件；在第四部分《第三方評價》之6“取得知識產權”項下注明是：發明專利二項，實用新型九項。以上兩處存在不一致問題。

（2）在申報書第五部分《經濟效益情況表》中的2011年9月-2014年9月的項目起止期內，項目累計新增利潤3833.62萬元，其中2013與2012、2014年1-10月兩個時間段相比，在銷售收入基本相當的情況下新增利潤相差較多，下附的計算依據中未見有合理說明。

（3）在《工業性試驗報告》的“結論”部分提到回收率80％以上；在《效益分析報告》的“社會效益分析”中提到回收率在85％，二者存在不一致問題，這將直接影響到經濟效益指標和項目評價。

2、申報項目的先進性、可行性和效益性

新大新材會同開封萬盛新材進行的《太陽能晶硅片切割廢砂漿回收工藝研究》項目，在技術研究和工藝路線的確定方面，與國內同行業其他企業和研究機構相比具有一定的先進性，實驗監測數據和知識產權、專利申請查新和批復情況也予以了佐證。

從項目工藝技術、產品市場價格、行業技術經濟發展等方面來看，其可行性較強，經濟效益相對明顯。

同時也應看到，該項目主要采取的技術工藝偏向物理方法，在綜合利用當代工業先進技術上還有改進余地，如可以進一步綜合利用化學方法和電學方法等，在控制上可以考慮開發以更加先進和通用的DCS控制技術替代PLC控制技術，以進一步提高有關參數的精確性。

3、建議：

從項目所處行業發展來看，該項目在技術上主要側重進行了物理方法的研究和試驗，取得了較好成果。建議繼續跟蹤行業發展方向和其他技術工藝路線的比較，進一步深入了解或探索化學方法、電泳（電位）方法等技術的發展進程和經濟可行性，以保持在該領域及行業的技術前瞻性和地位先進性。

第四篇：淺析焊接工藝參數對焊接質量的影響

淺析焊接工藝參數對焊接質量的影響

一、焊接工藝在機械制造中的應用：

焊接由于節省大量的材料，生產效率高，是制造業中主要的加工工藝之一，幾乎涉及到所有的產品。剛結構的焊接制作，工業產品及廠房的制作安裝，民用產品的制造等等。利用現有設備及焊接材料和操作人員的技能情況，制定適合的焊接工藝規程，保證焊接質量，是產品的生產過程中，最為重要的環節。

焊接質量的保證，是在試驗的基礎上，根據不同材料的物理性能和化學成分，以及所采用的焊接設備、焊接方法和結構特性，制定能保證其加工質量的焊接工藝技術文件。在生產實踐過程中，如何確保焊接工藝規程的實施，是鋼結構生產及維修部門的重要工作。

由于各企業所加工構件的材料和結構不同，使用的焊接方法不同，在焊接試驗和工藝評定方面，所做的內容也不盡相同，制定的焊接規程也有一定的差別。焊接規程做為焊接過程的技術性文件，不論生產何種產品，保證其質量的前提，就是焊接生產全過程完整的執行焊接工藝規程。

焊接工藝規程是在滿足產品設計規程要求的前提下，經過焊接工藝評定制定的，是生產過程重要的技術文件之一。焊接工藝規程的完全執行，是控制焊接產品質量行之有效的程序和方法。

二、焊接參數對焊接的影響與控制

在結構材料已知的情況下，焊接工藝規程中，主要的幾個參數如焊接材料、接頭形式、焊接電流、焊接電壓、保護氣體流量、氣體純度、焊接層數，而合金鋼及有色金屬焊接過程，還要考慮層間溫度、預熱及后熱溫度。如任一參數的大幅度變動，都可能產生焊縫尺寸超差、成形不好、裂紋、夾渣、未焊透、咬邊、焊瘤、燒穿、焊接變形等缺陷，甚至產品報廢

焊接過程是一個不均勻加熱和冷卻過程。焊縫區及熱影響區溫度會隨著焊條（焊絲）的移動而發生變化。是一個不均勻加熱和冷卻過程，熔池的冶金反應也是不充分的。焊接電流作為焊接過程重要的工藝參數之一，是決定焊接熱輸入量的重要參數，即線能量的的大小。當焊接電流增大時，焊接速度也應加快。才能保證線能量基本不變。日常操作中，基本是以提高生產效率為前提，盡可能的采用大的電流參數。大的電流參數，固然提高了生產效率，但對焊接質量和焊縫成形產生了一定的影響。會燒損一部分合金元素，隨著合金元素含量的減少，焊縫冷卻后的的組織結構發生變化，而且熔滴過渡形式也發生改變。短路過渡變為射流過度，熔滴尺寸變小，體表面積增大，氣體帶入熔池更多，產生氣孔的幾率增加。大的焊接電流作業時，熔合區和過熱區的的晶粒粗大，冷卻速度加快，極易出現脆化相，使焊縫的疲勞強度和沖擊韌性降低。特別是淬火傾向大且有低溫沖擊韌性要求的材質，對其焊接接頭的影響最為明顯。同時，焊接電流過大，產生的咬邊、焊穿、焊瘤、嚴重焊接變形致使焊接接頭應力集中，疲勞強度和承載能力下降，嚴重時導致焊縫開裂。焊接電流過小易產生氣孔、未焊透、夾渣等缺陷，降低接頭的致密性，減少承載面積，致使接頭強度和沖擊強度降低。

焊接電流增加時，電弧的熱量增加，因此熔池體積和弧坑深度都隨電流而增加，所以冷卻下來后，焊縫厚度就增加；焊接電流增加時，焊絲的熔化量也增加，因此焊縫的余高也隨之增加。如果采用不填絲的鎢極氬弧焊，則余高就不會增加；焊接電流增加時，一方面是電弧截面略有增加，導致熔寬增加；另一方面是電流增加促使弧坑深度增加。由于電壓沒有改變，所以弧長也不變，導致電弧潛入熔池，使電弧擺動范圍縮小，則就促使熔寬減少。由于兩者共同的作用，所以實際上熔寬幾乎保持不變。

三、焊條電弧焊的電弧電壓的決定因素

電弧長度越大，電弧電壓越高，電弧長度越短，電弧電壓越低。在焊接過程中，應盡量使用短弧焊接。立焊、仰焊時弧長應比平焊更短些，以利于熔滴過渡，防止熔化金屬下滴。堿性焊條焊接時應比酸性焊條弧長短些，以利于電弧的穩定和防止氣孔。弧長增加，金屬飛濺越多，對母材金屬的表面損傷嚴重。特別是對有防腐要求的不銹鋼類和鈦金屬構件焊接過程中，應盡量減少飛濺物。

同時，焊接過程中，焊接速度應該均勻適當，既要保證焊透又要保證不焊穿，同時還要使焊縫寬度和余高符合設計要求。如果焊速過快，熔化溫度不夠，易造成未熔合、焊縫成形不良等缺陷；如果焊速過慢，使高溫停留時間增長，熱影響區寬度增加，焊接接頭的晶粒變粗，力學性降低，同時使工件變形量增大。當焊接較薄工件時，易形成燒穿。

當其它條件不變時，電弧電壓增長，焊縫寬度顯著增加而焊縫厚度和余高將略有減少，電弧電壓增大，嚴重時引起磁偏吹。這也是使焊縫成型不好，形成氣孔、夾渣、未焊透的一個因素。在焊接電源為直流反接時，表現得尤為突出。

由此可見，電流是決定焊縫厚度的主要因素，而電壓則是影響焊縫寬度的主要因素。因此，為得到良好的焊縫形狀，即得到符合要求的焊縫成形系數，這兩個因素是互相制約的，即一定的電流要配合一定的電壓，不應該將一個參數在大范圍內任意變動。

焊速對熔深和熔寬均有明顯影響，焊速較小時（例如單絲埋弧焊焊速小于）熔深隨焊速增加略有增加，熔寬減小。但焊速達到一定數值以后，熔深和熔寬都隨焊速增大而明顯減小。這是因為焊接速度增加時，焊縫中單位時間內輸入的熱量減少了。從焊接生產率考慮，焊接速度愈快愈好。但當焊縫厚度要求一定時，為提高焊接速度，就得進一步提高焊接電流和電弧電壓，所以，這三個工藝參數應該綜合在一起進行選用。四、焊速對焊接的影響

焊速較小時，電弧力的作用方向幾乎是垂直向下的，隨著焊速增大，弧柱后傾有利熔池液體金屬在電弧力作用下向尾部流動，使熔池底部暴露，因而有利于熔深的增加。

焊速增加時，從焊縫的熱輸入和熱傳導角度來看，焊縫的熔深和熔寬都要減小。

以上兩方面因素綜合的結果，低焊速時前者起主導作用，熔深隨焊速增加而略有增加。當焊速超過一定值時，后者起主導作用，熔深就隨焊速增加而減小。熔寬及增高則總是隨焊速增加而減小的。

從焊接生產率角度來考慮，焊速是愈快愈好，因此焊速減慢熔深降低的這一段區間是沒有實際意義的。當焊件熔深要求確定時，為提高焊速，就得進一步提高焊接電流和電弧電壓，即意味著電弧功率提高，因此，焊接電流和焊速的選取就要考慮綜合經濟效果。簡單的提高功率來提高焊速是有限制的。焊速對熔深和熔寬均有明顯影響，焊速較小時（例如單絲埋弧焊焊速小于）熔深隨焊速增加略有增加，熔寬減小。但焊速達到一定數值以后，熔深和熔寬都隨焊速增大而明顯減小。

實踐證明，提高電弧電壓會使熔池保護性能變差，氮氣孔傾向增加。提高焊接速度，會使結晶速度增加，氣孔傾向也增加。

五、常用焊接材料包括焊條、焊絲、保護氣體、焊劑。焊芯（焊絲）其作用主要是填充金屬和傳導電流。

焊條按用途可分為10大類；按熔渣酸堿度分為酸性和堿性兩大類；焊劑有酸性、中性、堿性三大類。焊絲按結構有實芯和藥芯兩類，按用途有8大類。手弧焊和埋弧焊作業中，焊縫區是通過氣渣聯合保護的。氣保焊和氣焊是以氣保護為主。堿性焊條由于加入CaF2，影響氣體電離，電弧的穩定性變差，一般要求采用直流反接。焊條工藝性能是通過藥皮配方來實現的。以電弧穩定性、焊縫脫渣性、再引弧性、飛濺率、熔敷系數、熔敷率、摻合金作用強弱等性能體現的。焊條（焊絲）質量檢驗有相關的國家標準作為依據。在實際使用中，一般都是定型生產的產品，可根據結構和焊縫金屬強度要求，做相應的檢驗。焊條（焊絲）的選用的基本原則是，確保焊接結構安全使用的前提下，盡量選用工藝性能好和生產率高的焊條（焊絲）和焊劑。根據被焊構件的結構特點、母材性質和工作條件，對焊縫金屬提出安全使用的各項要求，所選焊條（焊絲）、焊劑都應使之滿足。必要時通過焊接性試驗來確定。在生產中主要有同種金屬材料焊接和異種金屬焊接兩種情況，選用焊條（焊絲）焊劑時考慮的因素應有所區別。焊條（焊絲）、焊劑的保管也是焊接質量保證的重要環節之一，是不容忽視的。出現的藥皮脫落、焊絲表面銹蝕、藥皮（焊劑）含水量增加，均會導致焊縫含氫量過高，氣孔增加幾率升高，焊縫抗裂性能、韌性下降。有色金屬和不銹鋼構件防腐性能下降等工藝質量問題。特別是壓力容器及特殊鋼結構制造中尤為重要。為了保證焊接質量，原材料的質量檢驗很重要。在生產的起始階段，就要把好材料關，才能穩定生產，穩定焊接產品的質量。

六、加強焊接原材料的進廠驗收和檢驗，必要時要對其理化指標和機 械性能進行復驗。

建立嚴格的焊接原材料管理制度，防止儲備時焊接原材料的污損。實行在生產中焊接原材料標記運行制度，以實現對焊接原材料質量的追蹤控制。選擇信譽比較高、產品質量比較好的焊接原材料供應廠和協作廠進行訂貨和加工，從根本上防止焊接質量事故的發生。

總之，焊接原材料的把關應當以焊接規范和國家標準為依據，及時追蹤控制其質量，而不能只管進廠驗收，忽視生產過程中的標記和檢驗。

七、焊接接頭在焊接時的方法

焊接接頭是組成焊接結構的最基本要素。也是焊接結構的薄弱環節。主要有對接、角接、搭接、T形、卷邊五種形式。為使焊縫的厚度達到規定的尺寸不出現焊接缺陷和獲得全焊透的焊接接頭，焊縫的邊緣應按板厚和焊接工藝要求加工成各種形式的坡口。

常用焊接接頭坡口形式有V形、X形、U形及雙U形。設計和選擇坡口焊縫時，應考慮坡口角度、根部間隙、鈍邊和根部半徑。

焊條電弧焊時，為保證焊條能夠接近焊接接頭根部以及多層焊時側邊熔合良好，坡口角度與根部間隙之間應保持一定的比例關系。當坡口角度減小時，根部間隙必須適當增大。因為根部間隙過小，根部難以熔透，必須采用較小規格的焊條，降低焊接速度；反之如果根部間隙過大，則需要較多的填充金屬，提高了焊接成本和增大了焊接變形。

熔化極氣體保護焊由于采用的焊絲較細，且使用特殊導電嘴，可以實現厚板（大于200mm）I形坡口的窄間隙對接焊。

開有坡口的焊接接頭，一般需要留有鈍邊來確保焊縫質量。鈍邊高度以既保證熔透又不致燒穿為佳。焊條電弧焊V形或雙面U形坡口取0～3mm，雙面V形或雙面U形坡口取0～2mm。埋弧焊的熔深比焊條電弧焊大，因此鈍邊可適當增加，以減少填充金屬。帶有鈍邊的接頭，根部間隙主要取決于焊接位置和焊接工藝參數，在保證焊透的前提下，間隙盡可能減小。

坡口加工可以采用機械加工或熱切割法。V形坡口和X形坡口可以在機械氣割下料時，采用雙割據或三割據同時完成坡口的加工。坡口加工的尺寸公差對于焊件的組裝和焊接質量有很大的影響，應嚴格檢查和控制。坡口的尺寸公差一般不超過±0.5mm。

八、焊接方法的重要性

焊接質量對工藝方法的依賴性很強，焊接方法在影響焊接工序質量的諸因素中占有非常突出的地位。工藝方法對焊接質量的影響主要來自兩個方面，一方面是工藝制訂的合理性；另一方面是執行工藝的嚴格性。工藝方法是根據模擬相似的生產條件所作的試驗和長期積累的經驗以及產品的具體技術要求而編制出來的，是保證焊接質量的重要基礎，它有規定性、嚴肅性、慎重性和連續性的特點。通常由經驗比較豐富的焊接技術人員編制，以保證它的正確性與合理性。在此基礎上確保貫徹執行工藝方法的嚴格性，在沒有充足根據的情況下不得隨意變更工藝參數，即使確需改變，也得履行一定的程序和手續。

不合理的焊接工藝不能保證焊出合格的焊縫，但有了經評定驗證的正確合理的工藝規程，若不嚴格貫徹執行，同樣也不能焊出合格的焊縫。兩者相輔相成，相互依賴，不能忽視或偏廢任何一個方面。在焊接質量管理體系中，對影響焊接工藝方法的因素進行有效控制的做法是：必須按照有關規定或國家標準對焊接工藝進行評定。

選擇有經驗的焊接技術人員編制所需的工藝文件，工藝文件要完整和連續。按照焊接工藝規程的規定，加強施焊過程中的現場管理與監督。

在生產前，要按照焊接工藝規程制作焊接產品試板與焊接工藝檢驗試板，以驗證工藝方法的正確性與合理性。還有，就是焊接工藝規程的制定無巨細，對重要的焊接結構要有質量事故的補救預案，把損失降到最低。可根據在特定環境下，焊接質量對環境的依賴性也是較大的。焊接操作常常在室外露天進行，必然受到外界自然條件（如溫度，濕度、風力及雨雪天氣）的影響，在其它因素一定的情況下，也有可能單純因環境因素造成焊接質量問題。所以，也應引起一定的注意。在焊接質量管理體系中，環境因素的控制措施比較簡單，當環境條件不符合規定要求時，如風力較大，風速大于四級，或雨雪天氣，相對濕度大于90%，可暫時停止焊接工作，或采取防風、防雨雪措施后再進行焊接，在低氣溫下焊接時，低碳鋼不得低于-20℃，普通合金鋼不得低于-10℃，如超過這個溫度界限，可對工件進行適當的預熱。

第五篇：鑄造工藝參數對鑄錠質量的影響

鑄造工藝參數對鑄錠質量的影響

1、冷卻速度對鑄錠質量的影響

冷卻速度指鑄錠的降溫速度，又稱冷卻強度，用單位時間內下降的溫度來表示，常用單位是℃/s。但在實際生產中，這個單位不便于控制，由于在既定條件下，各種工具和工藝條件都是預先確定的，因此生產現場多采用冷卻水壓或冷卻水流量作為冷卻速度的度量。在連續鑄造過程中，鑄錠內各點在同一時刻的冷卻速度以及同一點在不同時刻的冷卻速度都是變化的。

(1)冷卻速度對鑄錠組織的影響

在直接水冷半連續鑄造時，隨著冷卻強度的增加，鑄錠結晶速度提高，熔體中溶質元素來不及擴散，過冷度增加，晶核增多，因而所得晶粒細小；同時，過渡帶尺寸縮小，鑄錠致密度提高，減小了疏松傾向。此外提高冷卻速度，還可細化一次晶化合物尺寸，減小區域偏析的程度。

鑄模的導熱條件是顯著影響鑄錠組織的重要因素，尤其是邊緣部位的組織。圖1示出了扁鑄錠中枝晶網尺寸分布情況：A是鑄模中金屬水平高的情況；B是鑄模中金屬水平低的情況；C是電磁鑄造的，金屬不和鑄模接觸，完全依靠噴射到鑄錠上的水流把熱量帶走。

圖1

在不同水平鑄造或電磁鑄造的扁錠中的IPP分布情況

(2)冷卻速度對鑄錠力學性能的影響。冷卻速度是決定鑄錠力學性能的基本因素。通常，隨冷卻速度增大，鑄錠的平均力學性能得到提高。冷卻速度的這種作用主要是由下面兩個原因引起的：一是隨冷卻速度增大，鑄錠結晶速度提高，晶內結構細化；二是隨冷卻速度增大，鑄錠過渡帶尺寸縮小，鑄錠致密度提高。此外，提高冷卻速度，還可細化一次晶化合物的尺寸，減小區域偏析的程度。

但是，合金成分不同，冷卻速度對鑄錠力學性能影響的程度是不一樣的，對變形鋁合金而言，大致可分為四個基本的類型：第一類是在所有溫度下(從室溫到熔點)均呈單相的合金，如各種牌號的高純鋁、工業純鋁、5A66、7A01等。這些合金的鑄態力學性能同冷卻速度的關系不太強烈，冷卻速度僅在能消除破壞金屬連續性的缺陷(疏松、氣孔)的極限速度之前有影響(見圖2a)。第二類是鑄態呈多相，但在固溶熱處理后變成固溶體的合金，如5A12、5A13等。這種合金的鑄態性能同冷卻速度的關系十分明顯，但在固溶熱處理后這種關系變得不明顯。這種合金即使在很低的冷卻速度下鑄造，經熱處理后，亦可達到很高的力學性能（見圖2b）。然而當合金中存在較多的鐵、硅雜質時，由于它們能生成不溶解的化合物，又使合金對冷卻速度的關系變得很敏感。第三類是鑄態呈多相，但任何熱處理都不能使它們變成單相的合金，這種合金中，含有的第二相是可溶的，但第二相的數量超過其溶解度極限或是同時含有可溶和不可溶的第二相的合金，絕大多數工業變形鋁合金都屬于這一類。這些合金的鑄態力學性能同冷卻速度的關系很明顯，隨冷卻速度增大，鑄錠致密度提高，在晶粒內部和晶粒邊界上分布的脆性化合物相愈細小，因而性能急劇提高(見圖2c)。第四類是鑄態呈多相，但其中基本上只有不可溶的第二相化合物存在，如4004、4A17、4047等。這些合金鑄態力學性能與冷卻速度也有明顯的關系，但熱處理后性能基本不變（見圖2d）。

a

b

c

d

鑄造后熱處理狀態；-----------

鑄造狀態

圖2

合金機械性能與冷卻速度的關系

a-第一類合金；b-第二類合金；c-第三類合金；d-第四類合金

(3)冷卻速度對鑄錠裂紋傾向性的影響。隨冷卻速度提高，鑄錠中的溫度梯度增大，如鑄錠內部各處不能同步收縮，則熱應力值也相應提高，因此，鑄錠裂紋傾向性增大。連續鑄造時，沿鑄錠周邊冷卻的不均勻程度是產生裂紋的重要因素之一。局部供水不足將導致冷卻速度的差別和凝殼厚度的變化，使鑄錠裂紋傾向性急劇提高。這種情況對于大小面冷卻速度本來就不一致的扁鑄錠表現尤為明顯。

(4)冷卻速度對鑄錠表面質量的影響。在通常采用普通結晶器和鑄造速度較慢的情況下，提高冷卻速度會使鑄錠表面產生冷隔的傾向性增大，而使鑄錠表面產生偏析浮出物和拉裂的傾向性降低。

2、鑄造速度對鑄錠質量的影響

鑄造速度是指鑄錠相對結晶器的運動速度，常用mm／min或m／h表示。在連續鑄造過程中，鑄錠從結晶器中拉出的速度在正常鑄造階段是不變的，但在開頭、結尾時以及在鑄造過程中由于液面波動的影響，其實際鑄造速度不盡一致。

(1)鑄造速度對鑄造組織的影響

在一定范圍內，隨著鑄造速度的提高，鑄錠晶內結構細小。但過高的鑄造速度會使液穴變深(h液穴=kV鑄)，過渡帶尺寸變寬，結晶組織粗化，結晶時的補縮條件惡化，增大了中心疏松傾向，同時鑄錠的區域偏析加劇，使合金的組織和成分不均勻性增加。

(2)鑄造速度對鑄錠力學性能的影響。鑄造速度對鑄錠力學性能的影響取決于它對鑄錠結晶速度和過渡帶尺寸影響的綜合結果。一般的規律是：隨鑄造速度的提高，鑄錠的平均力學性能按具有極大值的曲線變化(見圖3)，但性能沿鑄錠截面分布的不均勻程度增大。

結晶速度和過渡帶尺寸是決定多相合金及按固溶體類型結晶的合金的力學性能的主要因素。隨鑄造速度提高，鑄錠的平均結晶速度增大，晶內結構細化，因而鑄錠的平均力學性能得到提高。在更高的鑄造速度下，由于液穴變深，過渡帶尺寸增加，鑄錠致密度降低，因而鑄錠的平均力學性能又開始下降。在提高鑄造速度的同時，由于鑄錠中心疏松程度增大以及化學成分區域偏析增大的結果，使性能沿鑄錠截面的分布變得更不均勻。

a)直徑280mm鑄錠

b)5A06合金ф405鑄錠

圖3

鑄錠的平均力學性能與鑄造速度的關系

(3)鑄造速度對鑄錠裂紋傾向性的影響。在一般情況下，提高鑄造速度時使鑄錠形成冷裂紋的傾向性降低，而使形成熱裂紋的傾向增加。這是因為提高鑄造速度使鑄錠中已凝固部分的溫度提高，而合金在溫度提高時塑性顯著增加。如果把鑄造速度提高到使鑄錠凝固層的拉伸變形發生在具有足夠塑性的溫度區間(高于200～300℃)，則鑄錠就不會發生冷裂紋。但是，隨著鑄造速度的提高，鑄錠中過渡帶尺寸增加，形成熱裂紋的脆性區的幾何尺寸增大，熔體焊合裂紋的能力降低，由于區域偏析而引起的鑄錠化學成分的不均勻性增加。同時，隨鑄造速度提高，鑄錠各層冷卻速度差別更大，導致拉伸變形量增大，因而使鑄錠形成熱裂紋的傾向增大。

由于對熱裂紋和冷裂紋的區分往往是不嚴格的，加之熱裂紋對冷裂紋的形成有促進作用，因此，在分析鑄造速度對鑄錠裂紋傾向性的影響時，還應該特別注意各種形狀鑄錠中不同類型裂紋產生的機理和具體原因，其關系往往比上述規律性要復雜。

對于扁鑄錠，提高鑄造速度，使形成側面裂紋的傾向性降低，而使形成表面裂紋的傾向性增加。對于圓鑄錠，提高鑄造速度，使形成表面裂紋的傾向性降低，而使形成中心裂紋的傾向性增加。

(4)鑄造速度對鑄錠表面質量的影響。隨鑄造速度的提高，液穴加深，凝殼變薄，鑄錠表面形成偏析浮出物的傾向增大。此時，帶有偏析浮出物的較薄的凝殼在熔體靜壓力作用下發生變形，且在運動中與結晶器壁產生摩擦的趨勢增大，因而鑄錠表面產生拉痕和拉裂的傾向也增大。然而，在提高鑄造速度時，鑄錠表面溫度升高，因而，形成冷隔的傾向性降低。

鑄錠的鑄造速度一般應按下述原則進行調控:

在保證鑄錠質量符合技術條件(包括成品率)的前提下，采用盡可能高的鑄造速度以發揮鑄造機的最大生產能力。

（1）對于扁鑄錠，鑄造速度的選擇首先應當保證鑄錠沒有裂紋。一般的原則是：

1）對于沒有冷裂紋傾向的軟合金，隨鑄錠寬厚比增大，應降低鑄造速度。

2）對于冷裂紋傾向較大的硬合金，隨鑄錠寬厚比增大，應提高鑄造速度。

3）在鑄錠厚度和寬厚比一定的條件下，熱裂紋傾向性較大的合金，應降低鑄造速度。

（2）對于小直徑圓鑄錠，由于裂紋傾向性和過渡帶絕對尺寸都不大，在保證鑄錠具有良好表面質量的條件下，可以選擇較高的鑄造速度。反之，對于大截面圓鑄錠應該采用較低的鑄造速度。一般的原則是：

1）對同一種合金，鑄錠直徑愈大，鑄造速度愈低。

2）鑄錠直徑相同時，鑄造速度按軟合金（工業純鋁、3A21、5A02等）→6000系合金（6063、6061、6A02等）→高鎂合金（5A05、5A06、5056等）→高成分2000系合金（2A11、2A12、2B11等）→高成分7000系合金（7075、7A04、7A09等）的次序遞減。

3）對于2A11合金圓鑄錠，可以按下列規律調控鑄造速度：

①在對平均力學性能的關系上，當使用普通結晶器時，最適宜的鑄造速度可按關系式

U鑄·D=2m2/h來近似確定，式中，U鑄為鑄造速度，m／h；D為鑄錠直徑，m。下同。

②保證性能沿鑄錠截面具有較均勻分布的鑄造速度可按U鑄·D=1.6～1.7m2/h來確定。

③不論鑄錠直徑大小如何，在結晶器高度為180mm時，不調整合金的化學成分，只要鑄造速度比關系式U鑄·D=1m2/h所確定的鑄造速度稍低—點，即能避免鑄錠中心層在結晶區間里出現拉應力，從而避免熱裂紋的出現。

（3）對于空心圓鑄錠，在合金和外徑相同的條件下，鑄造速度隨壁厚增加而提高；在合金和內徑相同的條件下，鑄造速度隨壁厚增加而降低。在其他條件相同時，軟合金空心圓鑄錠的鑄造速度約比具有相同外徑的實心圓鑄錠的高30％，硬合金空心圓鑄錠的鑄造速度約比相同外徑實心圓鑄錠的高50%～100%。

（4）熱頂鑄造、氣幕鑄造和電磁鑄造時，在其他條件相同時，分別比普通鑄造的鑄造速度約高10%～20%、15%～25%和20%～30%。

最后應指出：鑄造速度的調控與合金化學成分關系極大。對于同一種合金，在其他工藝參數不變的條件下，調整合金化學成分，可以提高保證鑄錠不產生裂紋的允許鑄造速度(見表1和表2)。在生產條件下，各種合金鑄錠的比較適宜的鑄造速度參見本章第五節連續鑄錠工藝。

表1

2A12合金圓鑄錠鑄造速度與合金中硅和鋅含量的關系

元素含量/%

不同鑄錠直徑（mm）的鑄造速度/m·h-1

硅

鋅

160

190

280

310

360

430

540

675

720

0.10

0.06

6.8

4.7

3.3

1.8

1.3

1.1

0.20

0.12

11.8

5.3

4.3

2.8

1.9

1.1

0.30

0.20

11.8

8.2

4.0

2.8

1.9

1.3

0.35

0.20

6.8

3.0

2.4

1.6

1.1

0.50

0.30

8.6

6.0

2.6

2.0

1.4

表2

7A04合金圓鑄錠鑄造速度與合金中硅含量的關系

硅含量/%

不同鑄錠直徑（mm）的鑄造速度/m·h-1

160

190

280

310

360

430

540

675

720

0.06

10.0

7.1

4.0

3.0

2.4

1.7

1.3

0.9

0.8

0.12

8.6

6.0

3.4

2.8

2.0

1.5

1.2

0.25

6.8

5.3

2.8

2.3

1.7

1.2

0.9

0.45

6.0

4.6

2.2

1.8

1.3

3、鑄造溫度對鑄錠質量的影響?

鑄造溫度通常指鑄造過程中靜置爐內熔體的溫度，由于液流轉注過程中熱量的散失，進入結晶器的熔體實際溫度因轉注路程的長短、保溫或加熱措施的好壞及氣溫的高低而不同，通常約比鑄造溫度低5～10℃。現在看來，鑄造溫度的確切含義應是進入結晶器時的熔體溫度。

(1)鑄造溫度對鑄錠組織的影響

提高鑄造溫度，使鑄錠晶粒粗化的趨勢增加；在一定范圍內提高鑄造溫度，鑄錠液穴變深，結晶前沿溫度梯度變陡，結晶時冷卻速度大，晶內結構細化，但同時形成柱狀晶、羽毛晶的傾向增大。提高鑄造溫度還會使液穴中懸浮晶尺寸縮小，形成一次晶化合物的傾向變低，排氣補縮條件得到改善，致密度得到提高。降低鑄造溫度，熔體黏度增加，補縮條件變壞，疏松、氧化膜缺陷增多。

(2)鑄造溫度對鑄錠力學性能的影響。鑄造溫度是影響鑄錠性能的一個很活躍的因素，它對鑄錠力學性能的影響取決于下列因素的綜合結果：

1）提高鑄造溫度，使鑄錠晶粒度有粗化趨勢，從而引起鑄態力學性能降低；

2）提高鑄造溫度，使結晶前沿溫度梯度變陡，結晶時的冷卻速度增大，因而細化了晶內結構，引起鑄態力學性能提高。但同時，鑄錠形成柱狀晶和羽毛晶的趨勢增大，在提高鑄態力學性能總水平的前提下，鑄錠縱向和橫向性能的差別增大；

3）提高鑄造溫度，使鑄錠液穴中懸浮晶區的尺寸縮小，形成一次晶化合物的傾向性降低，排氣補縮條件得到改善，鑄錠致密度提高，從而，使鑄態力學性能提高。

綜上所述，可以認為：在一定范圍內提高鑄造溫度，硬合金鑄錠的鑄態力學性能可相應提高(見圖4)；而軟合金鑄錠的鑄態力學性能由于對晶粒度的關系很敏感，故有下降的趨勢。

圖4

直徑280mm2A12合金鑄錠的力學性能

鑄造溫度:1-800℃；2-700℃；3-700℃并攪拌液穴熔體

(3)鑄造溫度對鑄錠裂紋傾向性的影響。在其他條件不變時，提高鑄造溫度通常使鑄錠裂紋傾向性增大。這是因為提高鑄造溫度，使鑄錠晶粒變得粗大，使合金熱脆性提高；同時，使液穴加深，并提高了結晶器出口處鑄錠的表面溫度，減小了凝殼厚度。

(4)鑄造溫度對鑄錠表面質量的影響。提高鑄造溫度，使鑄錠液穴變深，凝殼變薄，在熔體靜壓力作用下，凝殼與結晶器壁的摩擦面積增大；同時，熔體對結晶器壁的燒附性增強，鑄錠拉錠阻力增大，因而鑄錠表面形成拉痕和拉裂的傾向提高。提高鑄造溫度時，由于凝殼變薄和表面氧化物破裂的結果，使鑄錠表面形成偏析瘤的傾向也增加。如果此時結晶器較高或者二次水冷較弱，則可能形成凸起程度較大的偏析浮出物。但提高鑄造溫度使鑄錠表面形成冷隔的傾向性降低。

調控鑄造溫度的基本原則是：

（1）為保證熔體在轉注過程中具有充分的流動性，應視轉注距離長短和氣溫情況，將鑄造溫度控制在比合金液相線溫度高50～110℃的范圍內。

（2)、對于扁鑄錠，從防止裂紋這個主要問題出發，應選擇較低的鑄造溫度。通常，扁鑄錠鑄造速度快，熔體流量大，轉注過程中降溫少，一般控制在690～710℃之間即可。對于7A04型合金，則可更低一些。

（3）對于圓鑄錠，鑄錠裂紋傾向性和鑄造溫度的關系不太敏感，而轉注過程中，熔體流量一般較小，熱量散失大，同時，為了加強鑄錠結晶時析氣補縮的能力，創造順序結晶的條件，以提高鑄錠致密度，故鑄造溫度多偏高選取。對于直徑350mm及以上的鑄錠一般控制在730～740℃之間；對于形成金屬間化合物一次晶傾向比較大的合金，則控制在740～755℃之間，甚至更高；對于直徑較小的圓鑄錠，由于結晶速度較快，過渡帶尺寸較小，鑄錠性能通常較高，故鑄造溫度僅以滿足流動性和不形成光晶為依據，一般控制在715～730℃

（4）空心圓鑄錠的鑄造溫度可參照同合金相同外徑的實心圓鑄錠，按下限選取。

4、結晶器有效高度對鑄錠質量的影響

結晶器有效高度指鑄錠從液態冷凝成型過程中與結晶器工作面開始接觸點到結晶器底緣的距離。可以說，幾十年來連續鑄造的發展史，在某種程度上，也就是不斷降低結晶器有效高度的歷史。從普通結晶器到矮結晶器，再到熱頂、氣幕結晶器，直到電磁結晶器，結晶器有效高度一路下降，直至為零。結晶器有效高度對鑄錠質量的重要性可見一斑。

(1)結晶器有效高度對鑄錠組織的影響。

隨著結晶器有效高度的降低，一次冷卻強度下降，二次直接冷卻速度加快，溶質元素來不及擴散，活性質點多，晶內結構細(見圖1)。由于液穴變淺，過渡帶變窄，有利于氣體和非金屬夾雜物的上浮，疏松傾向小，鑄錠致密度提高。

(2)結晶器有效高度對鑄錠力學性能的影響。

降低結晶器有效高度等于提早鑄錠接受二次直接水冷的時間，使鑄錠冷卻強度增大，導致兩個結果：一是晶內結構更細小，二是液穴更平坦，組織致密性提高，從而使鑄錠平均力學性能（強度和塑性）提高（見表3）。提高結晶器有效高度，在鑄錠邊緣層首先發生性能降低，這顯然與結晶面形狀和過渡帶尺寸改變有關。

表3

結晶器高度對2A50合金鑄錠力學性能的影響①

鑄錠直徑/mm

結晶器高度/mm

鑄態性能

均勻化后性能

σb

/MPa

δ/%

σb

/MPa

δ/%

橫向

縱向

橫向

縱向

橫向

縱向

橫向

縱向

192

249.0

243.0

8.80

9.66

218.1

211.0

11.21

11.10

158

224.7

214.0

7.94

7.15

204.5

208.5

10.49

8.14

290

223.9

217.5

6.33

6.80

201.4

215.3

8.18

9.18

150

204.3

209.5

5.34

5.73

198.0

202.0

8.08

7.61

350

120

212.8

217.7

5.38

5.89

200.8

199.1

7.66

7.63

180

203.5

210.3

4.98

4.75

196.5

195.1

7.87

6.97

①規格相同的鑄錠，矮結晶器采用的鑄造速度比高結晶器的低5～10mm/min。

(3)結晶器有效高度對鑄錠裂紋傾向性的影響。

這是個很復雜的問題。降低結晶器有效高度使鑄錠見水時間普遍提前，在其他條件不變的情況下，對于圓鑄錠而言，從增大了冷卻強度的角度看，液穴底部有向結晶器內收縮的趨勢；但結晶器的有效高度絕對值減小，液穴底部又有向結晶器外伸展的趨勢。如果兩個趨勢的綜合結果是前者，則使鑄造開始時，鑄錠表面形成拉應力的傾向性增大，因而產生表面裂紋的傾向性增大；如果是后者，則有利于消除圓鑄錠的表面裂紋，但同時卻增大了圓鑄錠產生中心裂紋和其他類型裂紋的傾向性。經驗表明，降低結晶器有效高度，使扁鑄錠產生熱裂紋的傾向性增加。

(4)結晶器有效高度對鑄錠表面質量的影響。

降低結晶器有效高度等于降低鑄錠一次冷卻強度，使由結晶器壁單獨冷卻形成的凝殼縮短，從而使鑄錠形成拉痕和拉裂的傾向性降低；又由于液穴變得更為平坦，鑄錠表面形成偏析浮出物的傾向性也降低。但是，結晶器有效高度的降低使鑄錠冷卻強度增加，這樣在其他條件相同時，鑄錠形成冷隔（成層）的傾向性增大。熱頂鑄造和氣幕鑄造時通過在結晶器上加熱帽解決這個問題，普通鑄造時，可通過提高鑄造速度或鑄造溫度來解決，還可通過精確控制液面來解決。

在實際生產條件下，鑄造工具基本上都是確定的，在現場除采用普通結晶器進行立式鑄造時可通過液面控制器對結晶器有效高度做有限的調節外，在其他情況下，比如臥式鑄造、熱頂鑄造等都是不可調的（除非更換結晶器）。可以認為，結晶器高度是與鑄造方法同時確定的。當然，通過調整鑄錠見水線位置也可調整水冷高度，但與結晶器有效高度的定義不符。

5、顯著影響鑄錠鑄錠質量的另一因素是結晶過程中結晶前沿熔體的運動。

圖5給出了園鑄錠的枝晶網格尺寸的分布情況，比較了垂直液流、水平液流、傾斜液流(通過流口下面不同寬度的浮子使液流傾斜某一角度)三種分布情況。液流流射的區域對應于網格尺寸的最小值，液流流射不到的“死區”顯示最大的網格尺寸。正確使用液流傾斜度，可得到比較均勻的顯微組織，作為優質的擠壓毛料。

圖5

在以垂直噴咀、傾斜液流和水平液流鑄造的園鑄錠中的枝晶網格尺寸的分布情況

上述現象可以用圖6來解釋，液流出口處降低了熔體的過熱(應為冷)？，使固相線的溫度梯度變徒，因而使過渡區變薄。這里不容忽視的是晶核(懸浮晶體)向“死區”的遷移。在計算熱平衡時，必須考慮這種作為潛熱轉移的晶核遷移。其結果是被液流沖刷區的固相表面失去了熱量，既包括金屬的凝固熱，也包括晶核遷移的潛熱。在“死區”，遷入的懸浮晶體作為晶核進入結晶前沿，把少量的結晶熱釋放出來。

根據觀察結果，DAS和IPP的極小值可歸因于晶核群的遷移，此時進入結晶前沿的熔體沒有過熱。

圖6

液流流入結晶前沿對結晶順序和導熱條件的影響

6、鑄錠規格對鑄錠質量的影響(鑄錠規格是指鑄錠橫斷面的幾何尺寸和鑄錠長度)

鑄錠規格是根據加工車間的要求，并考慮到合金本身的鑄造性能、熔鑄設備的能力，以及為了便于管理和提高鑄造生產效率，對鑄錠規格標準化提出的要求，由加工車間和鑄造車間具體磋商而確定的。

在—般條件下，鑄錠愈厚或直徑愈大，鑄錠中心愈易產生疏松，鑄態性能愈差，產生裂紋的傾向性愈大。對于扁鑄錠，裂紋傾向性還隨寬厚比增大而提高。因此，在確定鑄錠橫斷面尺寸時，除了考慮鑄造機的性能外，還必須考慮能否鑄成，鑄出的鑄錠性能(包括化學成分的反偏析程度)能否滿足技術要求以及鑄造成品率的高低和對全廠成品率的影響等因素。

鑄錠規格對枝晶網格大小的分布情況影響很大(見圖7)，它關系到熱量從鑄錠中心向表面傳導所經過的距離。另一方面，所選定的鑄造速度(或牽拉速度)一定要和鑄錠規格相適應。

圖7

不同厚度連續鑄造鑄錠的(IPP)分置情況(沿過中點垂直于鑄錠表面的直線測量)

通常，鑄錠長度的確定要考慮靜置爐的容量、鑄造機的負荷和有效行程，天車軌道標高及下一步工序加工設備的特點(包括均熱爐的尺寸、能否實現鋸切等)，以盡可能提高鑄錠長度，提高成品率為原則。目前，國內大多數工廠在半連續鑄造時采用的鑄錠長度為6-7m。