金剛線切割線技術(shù)改造方案設(shè)計(jì)

1、實(shí)用文檔烽火光伏生產(chǎn)線技術(shù)改造方案一 目前生產(chǎn)線技術(shù)現(xiàn)狀現(xiàn)階段，我公司的主要產(chǎn)品為太陽能級 8 口寸多晶硅片。目前 所采用的技術(shù)路線仍是砂漿線多線切割技術(shù)，其主要原理為高速 運(yùn)轉(zhuǎn)的直鋼線攜帶砂漿（碳化硅與冷卻液混合）研磨硅棒表面從 而達(dá)到切削的目的。隨著太陽能切割技術(shù)的不斷發(fā)展，目前我公 司所采用砂漿線切割技術(shù)，其輔材成本高，硅棒損耗大，生產(chǎn)效 率低，產(chǎn)品單片成本較高，產(chǎn)品技術(shù)面臨落后的風(fēng)險(xiǎn)。二技術(shù)發(fā)展趨勢現(xiàn)階段，行業(yè)內(nèi)越來越多的硅片切割企業(yè)已開始技術(shù)升級，逐 漸采用金剛線切割技術(shù)。金剛線切割技術(shù)相比傳統(tǒng)的砂漿線切割 技術(shù)最大的優(yōu)勢，切割過程中無需使用砂漿，而是將金剛砂直接 粘附于直鋼線上進(jìn)行

2、切割。其主要優(yōu)勢在于：高效率、低成本、 高精度、窄切縫、小翹曲變形、底表面損傷、底碎片率、無環(huán)境 污染等特點(diǎn)。金剛線切割技術(shù)的突破是硅片加工成本下降的最重要途徑。金剛石線切割速度是普通鋼線的 2倍，因此單位產(chǎn)量的折舊、人工 和能源成本將降低一半。金剛線的價(jià)格已大幅下降，應(yīng)用前景大 大增強(qiáng)。硅片是晶體硅光伏電池技術(shù)中最昂貴的部分，所以降低這部分的制造成本對于提高太陽能對傳統(tǒng)能源的競爭力至關(guān)重要。因此在硅片切割工藝中我們需要面對多項(xiàng)挑戰(zhàn)，主要聚焦于光伏 產(chǎn)業(yè)金剛線切割的生產(chǎn)效率，也就是單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的硅片數(shù)量。在光伏領(lǐng)域，為了滿足市場對于更低成本和更高生產(chǎn)效率的要求, 金剛線技術(shù)的研究和產(chǎn)業(yè)化，將

3、進(jìn)一步縮小硅片厚度并降低了切 割過程中的材料損耗，從而減少了太陽能電力的硅材料消耗量。詳見下表2-1公司現(xiàn)有砂漿線技術(shù)與當(dāng)前先進(jìn)金鋼線技術(shù)切割差 距對比表2-1金剛線切割與我公司現(xiàn)有技術(shù)工藝方案對比設(shè)備進(jìn)口專用設(shè)備金剛線國產(chǎn)專用設(shè)備金剛線改造設(shè)備公司現(xiàn)后技術(shù)代表廠家NTC pv600DT;MB 288大連連城/無錫上機(jī)/青島高測寧波矩德/江陰展照/常州飛宇PV600/800/MB271/B5設(shè)備價(jià)格350 萬-400 萬210 萬-240 萬60萬-70萬/最高線速1800m/h1800m/h1300m/h900m/h切割時(shí)間2.7h2.7h3.5h6.5hA品率93%92%90%91%鋼線規(guī)

4、格70um70um70um120um出片率59.5258.8857.647.11鋼線用量1.5-2m/ 片1.5-2m/ 片1.5-2m/ 片0.32 元/片鋼線成本0.32-0.42 元/片0.32-0.42 元/片0.32-0.42 元/ 片0.32 元/片0.45 元/片切割液/砂漿0.05元/片0.05元/片0.05元/片注：從上述表格可看出：(1)采用金剛線切割，輔材單片成本可下降 0.3-0.4元/片；(2)金剛線切割出片率較砂漿線切割出片率每公斤多出10片，硅料成本下降;(3)采用金剛線切割每刀用時(shí)3-3.5h ,較砂漿線切割效率可提升 至少一倍；能耗成本亦大幅縮減；綜上所述，在

5、現(xiàn)階段砂漿線切割技術(shù)面臨發(fā)展瓶頸的背景下，若 要進(jìn)一步大幅降低硅片生產(chǎn)生產(chǎn)成本，大力發(fā)展金剛線切割技術(shù)已成 為一種趨勢。三金剛線切割技術(shù)介紹金剛線切割技術(shù)也被稱為固結(jié)磨料切割技術(shù)。它是利用電鍍或樹 脂粘結(jié)的方法將金剛石磨料附著在鋼線表面， 將金剛線直接作用于硅 棒或硅錠表面產(chǎn)生磨削，達(dá)到切割的效果。金剛線切割具有切割速度快，切割精度高，材料損耗低等特點(diǎn)。 切割線的技術(shù)突破是硅片加工成本下降的最重要途徑。金剛石線切割 速度是普通鋼線的2倍，因此單位產(chǎn)量的折舊、人工和能源成本將 降低一半。金剛石線的價(jià)格已大幅下降，且仍有較大的下降空間，應(yīng) 用前景廣闊。目前，金剛線切割工藝的輔料主要為金剛線及切割液

6、：(1)金剛線 金剛石鋸線是一種固態(tài)研磨工具，金剛石顆粒用電鍍或者環(huán)氧基方式粘接在基線上，見圖 9。金剛石鋸線分為電鍍金 剛石鋸線和樹脂結(jié)合劑鋸線。樹脂結(jié)合劑金剛石鋸線是一種采用樹脂作為結(jié)合劑，將金剛石磨 粒固結(jié)于鋸絲基體表面而形成的固結(jié)磨料鋸線。 樹脂結(jié)合劑鋸線制造 方法與樹脂結(jié)合劑砂輪的制造類似，直接將含有金剛石磨料的樹脂混 合物涂敷在金屬絲表面，經(jīng)過干燥后再固化。相比電鍍金剛石鋸線 ， 樹脂涂層的剪切模量較低，鋸絲的扭切強(qiáng)度基本不變，更重要的是樹 脂結(jié)合劑金剛石鋸絲制作工藝簡單，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)效率高。樹脂結(jié) 合劑金剛石鋸線的制造工藝分為四個(gè)主要過程 ：a、金剛石磨料與樹 脂配料；b、基

7、體表面預(yù)處理；c、配料涂覆；d、固化1。樹脂結(jié)合 劑鋸線的耐磨性和耐熱性不如電鍍金剛石鋸線好， 且效率較低，因此 未來該技術(shù)也將被逐步淘汰。電鍍金剛石鋸線是將高硬度、高耐磨性的金剛石磨粒通過電鍍的 方式牢固地把持在鋼絲基體上而制成的一種切割工具。電鍍金剛石鋸 線具有切割效率高、鋸切力小、鋸縫整齊、切面光整、出材率高、噪 音低，對環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)2。圖3.1金剛石鋸線橫向顯微結(jié)構(gòu)金剛線切割主要使用電鍍金剛線，電鍍金剛線由結(jié)構(gòu)芯線、鍍層、 金剛石顆粒組成，其中芯線主要是切割鋼絲，鍍層主要是耐磨金屬與 樹脂線的結(jié)合，如圖3.1為Bekaert電鍍金剛線截面示意圖。(2)切割液 金剛線切割使用的切割液

8、主要作用是冷卻， 所以主 要采取冷卻水或油基冷卻。使用水做切割液可以混合部分粘合劑，減 輕清洗工序工作強(qiáng)度；另一個(gè)作用是切損硅料容易回收。油基冷卻主 要是乙二醇做切割液，原理上乙二醇基的切割方法也有助于硅料的回收，但是需要相對復(fù)雜的化學(xué)方法處理，提高了回收成本。四金剛線技術(shù)路線及優(yōu)缺點(diǎn)目前，行業(yè)內(nèi)硅片生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行金鋼線切割技術(shù)升級改造的方案 主要有兩種：第一種即在現(xiàn)有的傳統(tǒng)砂漿線設(shè)備基礎(chǔ)上， 通過對設(shè)備 內(nèi)部軟硬件進(jìn)行升級改造，從而滿足金鋼線切割工藝。第二種改造方 案是直接采購金鋼線切割專用設(shè)備。設(shè)備改造方案基于金剛線本身性能與普通鋼線的差異， 金剛線切割對切片機(jī)的 設(shè)備提出了更高的要求。因此

9、現(xiàn)有的主流砂漿線切割設(shè)備在不進(jìn)行改 造的前提下，不能使用金剛線切割。而由于現(xiàn)有的NTC機(jī)型由于本身 具有雙向切割功能，因此在設(shè)備改造方面相對 MB HC偵備(上述設(shè) 備在設(shè)計(jì)上沒有重點(diǎn)考慮雙向切割問題，改造比較困難)具有一定優(yōu)勢。目前，對切割設(shè)備改造主要有以下幾方面的難點(diǎn)：(1)切割供給系統(tǒng)的調(diào)整 在金剛線切割的過程中，不需要高粘 度、高密度的切割液，所以金剛線切割技術(shù)需要改善切割中 的冷卻液的供給方向。(2)鋼線排線系統(tǒng) 和普通鋼線相比，金剛線抗扭曲能力較差。 因此需要根據(jù)導(dǎo)輪間距、主輻梢距等因素設(shè)計(jì)和改善切割鋼 線排線系統(tǒng)(3)軟件控制系統(tǒng) 相對于砂漿切割，金剛線切割可以實(shí)現(xiàn)更高 的切割效

10、率，這就需要通過對軟件控制系統(tǒng)進(jìn)行升級。(4)主輻間距及主輻改造 相對于砂漿線切割，金剛線切割線速 較高，因此需對主輻進(jìn)行輕量化改造，以降低電機(jī)負(fù)載；另 一方面，通過縮短主輯間距，提高切割效率。上述方案的主要優(yōu)點(diǎn)是，投資小，每臺設(shè)備的改造費(fèi)用約60萬元，可有效利用現(xiàn)有的設(shè)備，避免原有設(shè)備的閑置與浪費(fèi)。目 前，該方案適用于行業(yè)內(nèi)部分近期無新增硅片切割項(xiàng)目的硅片切 割廠家。由于是在原有的砂漿線設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，因此改造 設(shè)備相比專用設(shè)備，其切割效率及品質(zhì)成本仍存在一定的差距， 且隨著金剛線細(xì)線化技術(shù)的不斷發(fā)展，專用設(shè)備的優(yōu)勢將越來越 明顯。金剛線專用設(shè)備的引進(jìn)該方案是將原有的砂漿線切割設(shè)備進(jìn)行淘

11、汰，直接采購全新金剛線專用機(jī)。目前，金剛線專用設(shè)備主 要有進(jìn)口專機(jī)和國產(chǎn)轉(zhuǎn)機(jī)，進(jìn)口專用設(shè)備的報(bào)價(jià)基本在 350萬到 500萬人民幣之間，代表廠商有梅耶博格 MB-28& NTC PV600DT 等設(shè)備；國產(chǎn)金鋼線專用設(shè)備報(bào)價(jià)基本在 200-240萬之間，代表 廠商有無錫上機(jī)、大連連城、青島高測等等，無論是國產(chǎn)專機(jī)還 是進(jìn)口專機(jī)，其前期投入均較大，且面臨原有設(shè)備閑置浪費(fèi)的風(fēng) 險(xiǎn)，因此，目前該方案主要適用于近期計(jì)劃新上硅片切割項(xiàng)目廠 家，如隆基、協(xié)鑫、阿特斯、比亞迪等近期新上的切片項(xiàng)目均采 用的是金鋼線專用設(shè)備。五產(chǎn)線改造投入我公司現(xiàn)有砂漿線切割設(shè)備 49臺，其中20臺pv600, 20 臺B5,

12、 9臺pv800。后續(xù)，現(xiàn)有設(shè)備若全部改造為金剛線切割，則 公司產(chǎn)能將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上翻一番。而為了滿足上述改造后生產(chǎn)穩(wěn) 定運(yùn)行，除需新增線切及檢測設(shè)備改造投入費(fèi)用外，還需新增配 套原料檢測、清洗、硅片檢測設(shè)備等，合計(jì)約新增投入5717萬元 詳細(xì)投資估算見下表：金剛線改造投資費(fèi)用估算表設(shè)備改造數(shù)量單臺費(fèi)用/萬 元總計(jì)/萬元備注pv60020651300pv800965585B520751500hennecke270140新增設(shè)備數(shù)量費(fèi)用/萬元總計(jì)/萬元備注WT-2000D 電阻率1224224產(chǎn)能增加WT-1000B 少 子壽命15555紅外探傷16868自動插片機(jī)340120清洗機(jī)545225hennecke53001500合計(jì)5717六進(jìn)度計(jì)劃安排2016年8月-2017年1月：項(xiàng)目前期調(diào)研及可行性研 究報(bào)告編制；2017年2月-2016年4月：制定技術(shù)改造方案及設(shè)備 改造廠家的選用；2017年5月-2017年10月：現(xiàn)有 NTC設(shè)備金剛線逐步改造及配套設(shè)備的采購、改造2017年8月-2017年12月：NTC設(shè)備安裝調(diào)試，試 運(yùn)行，切割工藝優(yōu)化；2018年1月-2017年3月：現(xiàn)有HCT設(shè)備金剛線改 造的可行性分析及改造廠家選擇2018年4月-2017年6月：現(xiàn)有HCT設(shè)備金剛線改 造，配套設(shè)備選型，采購2018年7月-2017年11月：設(shè)備調(diào)試，試運(yùn)行，切 割工藝優(yōu)化2