電工鋼板的生產(chǎn)與薄板坯連鑄連軋工藝

1、第15卷第2期金屬功能材料Vol115,No122008年4月MetallicFunctionalMaterialsApril,2008電工鋼板的生產(chǎn)與薄板坯連鑄連軋工藝于永梅13,李長(zhǎng)生,許云波,王廷溥,王國(guó)棟(東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,沈陽(yáng)110004)摘要:本文在闡述硅鋼現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上,與國(guó)外的差距,術(shù)。結(jié)果表明,自主開發(fā)低成本、。關(guān)鍵詞:硅鋼;薄板坯;連鑄連軋;中圖分類號(hào):TG13918-8192(2008)02-0009-04PofSi2steelSheetandContinuousCastingandTandemRollingProcessofSheetBa

2、rYUYong2mei,LIChang2sheng,XUYun2bo,WANGTing2pu,WANGGuo2dong(TheStateKeyLaboratoryofRollingandAutomation,NortheasternUniversity,Shenyang110004,Liaoning,China)ABSTRACT:Thepresentpaperdescribedtheproductiontechnologyofsiliconsteel,analyzedthemainproblemsinsiliconsteelsproductioninourcountry,pointedoutt

3、hemissdistancebetweenourcountryandforeigninsiliconsteelsmanufacture.Illustratedsiliconmanufactureusingthinslabcastingandrollingtechnologyisthetrendinde2velopment.Discussedkeytechnologyofcastingandrollinginsiliconsteelsmanufacture1Resultsshowedthatthecold2rolledsiliconsteelwithhighperformancecouldbed

4、evelopedusingthiscompactprocesswithlowcost,anditsbetterprospectiveapplicationwasalsopresented1KEYWORDS:siliconsteel;thinslab,castingandrolling,production,cold2rolling1前言硅鋼是節(jié)能的重要功能材料,是技術(shù)含量高、難度大、水平高、保密性強(qiáng)的特鋼產(chǎn)品(取向硅鋼)。廣泛應(yīng)用于(強(qiáng)電)電力工業(yè)、家電工業(yè)的各種電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器等和(弱電)電訊工業(yè)、電子工業(yè)的各種高頻與脈沖變壓器、磁放大器、繼電器及各種雷達(dá)導(dǎo)彈、衛(wèi)星的導(dǎo)向系統(tǒng)等。前者一

5、般用厚度為01650115mm的板帶,后者多為012mm以下超薄帶材1。電工鋼用量一般與發(fā)電量成正比。發(fā)電量每增加500度需增加硅鋼片1kg。各國(guó)硅鋼產(chǎn)量約占鋼材總產(chǎn)量的018%113%,用量亦與之相當(dāng),發(fā)電裝機(jī)容量大體上與實(shí)際發(fā)電量為2:1的關(guān)系2。隨著中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,硅鋼尤其是取向硅鋼一直處于供不應(yīng)求的狀態(tài),目前,國(guó)內(nèi)武漢鋼鐵公司仍然是取向硅鋼的主要生產(chǎn)基地,且硅鋼生產(chǎn)均采用傳統(tǒng)流程工藝。中國(guó)正處于高速發(fā)展時(shí)期,隨著機(jī)械、電子、電機(jī)、輸變電等行業(yè)的發(fā)展,我國(guó)對(duì)硅鋼尤其是取向硅鋼的需求量將逐年增長(zhǎng)。未來(lái)取向硅鋼的發(fā)展必須以降低成本、簡(jiǎn)化工藝,實(shí)現(xiàn)更緊湊的生產(chǎn)流程,這不僅能提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,

6、獲得更好的利益,而且也符合環(huán)保要求。薄板坯連鑄連軋技術(shù)沒有高溫再加熱工序,消除了高溫加熱的諸多重大缺陷,大大簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝。薄板坯連鑄連軋技術(shù)經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展、完善,已從開發(fā)初期的以低成本、生產(chǎn)中低檔次基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50534020)作者簡(jiǎn)介:于永梅,博士研究生,Tel:83680246E2mail:Xuyunbo,yongmeiyu10金屬功能材料2008年產(chǎn)品,發(fā)展到目前與傳統(tǒng)的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的轉(zhuǎn)爐工藝有機(jī)結(jié)合,生產(chǎn)雙相鋼和TRIP鋼及無(wú)取向電工鋼、奧氏體不銹鋼等品種,充分利用了薄板坯連鑄連軋技術(shù)工藝的優(yōu)越性,表明薄板坯連鑄連軋技術(shù)在高端產(chǎn)品的

7、應(yīng)用方面仍有很大的潛力。且薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)硅鋼國(guó)外也有相關(guān)的報(bào)道34。才能獲得磁性好的取向硅鋼。使取向硅鋼的生產(chǎn)過(guò)程變得十分復(fù)雜而昂貴。3我國(guó)取向硅鋼生產(chǎn)存在的主要問題311產(chǎn)量、品種不能滿足需求2現(xiàn)有電工鋼的生產(chǎn)工藝211無(wú)取向硅鋼片生產(chǎn)工藝由于武鋼、寶鋼、太鋼、鞍鋼等大幅度增產(chǎn)無(wú)取向硅鋼,但取向硅鋼目前只有武鋼能生產(chǎn),5、生產(chǎn)成本高取向硅鋼生產(chǎn)在工藝上難度較大,技術(shù)含量高,現(xiàn)在價(jià)格高達(dá)115萬(wàn)元/噸,主要就是因?yàn)槠渖a(chǎn)難度大,能源消耗大,生產(chǎn)成本高。我國(guó)60%以上需要進(jìn)口。313國(guó)內(nèi)外電工鋼生產(chǎn)差距我國(guó)電工鋼生產(chǎn)在品種規(guī)格、質(zhì)量、成才率與工藝技術(shù)創(chuàng)新方面尚存在較大差距,如表1所列。缺乏工

8、藝創(chuàng)新是我國(guó)電工硅鋼生產(chǎn)與日本等國(guó)的主要差距所在。技術(shù)創(chuàng)新的目的主要是為了提高品種質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本,亦即“物美”和“價(jià)廉”兩個(gè)方面。硅鋼生產(chǎn)歷來(lái)是典型的傳統(tǒng)長(zhǎng)流程工藝,生產(chǎn)工序繁多,工序消耗特高,成材率很低,尤其是取向硅鋼生產(chǎn)流程特長(zhǎng),生產(chǎn)成本很高,急需進(jìn)行技術(shù)革新和革命。長(zhǎng)期以來(lái)日本站在創(chuàng)新前列,但也多是在厚板坯低溫裝爐的傳統(tǒng)長(zhǎng)流程基礎(chǔ)上所做的一些改進(jìn)和創(chuàng)新,致使生產(chǎn)成本居高不下。日本也是老牌發(fā)達(dá)國(guó)家,受現(xiàn)有長(zhǎng)流程工藝設(shè)備的限制,缺少短流程工藝生產(chǎn)的條件,而我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家,有較多的短流程中、薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)設(shè)備條件。極應(yīng)加大對(duì)短流程生產(chǎn)硅鋼工藝技術(shù)的研究開發(fā)力度,另辟蹊徑加快我國(guó)趕超世

9、界先進(jìn)水平地速度。首先要求鋼水純凈,經(jīng)真空處理后碳含量降至010101005%,氧<01005%,低溫?zé)崴?加熱到11001200,4hAlN粗化,加熱,、,使熱軋及退火后晶粒細(xì)化,(111)組分增多,磁性變壞。終軋溫度要高些,以使晶粒變粗,鐵損降低。對(duì)無(wú)取向的Si>117%的硅鋼,由于變形抗力顯著提高,導(dǎo)熱性降低,并且連鑄后柱狀晶粗大,產(chǎn)品表面易產(chǎn)生瓦垅狀缺陷,鑄坯易產(chǎn)生內(nèi)、外裂紋,故需慢熱慢冷,加熱溫度也可略高一些,達(dá)1200。這更便于熱軋而且使終軋溫度提高,熱軋板晶粒粗化,可改善磁性。加熱到1200,MnS不會(huì)固溶,而AlN可能部分固溶,但由于鋼中碳含量降低(如<010

10、1%,至01004%),可使AlN固溶度明顯減小,亦即使固溶溫度提高。則1200加熱仍可使AlN粗化,P15降低。通常開軋溫度1180±20,終軋溫度850±20。應(yīng)注意含Si<117%或Si<215%而C>0101%的硅鋼在約1000時(shí)存在明顯的+兩相區(qū),熱軋塑性顯著降低,相與相變形抗力之差易引起不均勻變形,使板形不好,易出現(xiàn)裂邊,成材率下降。故應(yīng)盡量降低碳含量,使熱軋精軋基本處于相區(qū)或避開+兩相區(qū),C01003%的115%Si鋼,熱軋時(shí)由于相數(shù)量減少,也不裂邊。碳量低,以后退火也不需要脫碳。近代由于煉鋼技術(shù)的進(jìn)步,可使鋼中C、N、O降低至50×

11、;10-6以下。212現(xiàn)有取向硅鋼生產(chǎn)工藝現(xiàn)在生產(chǎn)取向硅鋼的最關(guān)鍵技術(shù)是利用AlN、MnS等有利夾雜即“抑制劑”來(lái)抑制初次再結(jié)晶晶粒的長(zhǎng)大而促使二次再結(jié)晶晶粒的擇優(yōu)長(zhǎng)大,以獲得高取向度(110)<001>的硅鋼板。這就和生產(chǎn)無(wú)取向硅鋼的要求相反,要求鑄坯中MnS、AlN等夾雜充分固溶,使之在熱軋后能彌散析出細(xì)化結(jié)晶組),以保證織。因此,要求高溫長(zhǎng)時(shí)間加熱(1400厚板坯中的粗大的MnS、AlN等析出物充分固溶,4電工鋼生產(chǎn)工藝發(fā)展趨勢(shì)為了降低生產(chǎn)成本,簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝流程,采用連鑄連軋短流程工藝生產(chǎn)電工硅鋼已是當(dāng)前硅鋼生產(chǎn)的新的重要發(fā)展趨勢(shì),其主要優(yōu)點(diǎn)有67:411大幅度節(jié)能DR工藝節(jié)

12、能80%85%,DH2CR工藝如黑匣子生產(chǎn)線可節(jié)能70%80%,甚至90%100%,即可達(dá)到零燃燒。裝爐溫度愈高,節(jié)能愈多,熱裝每提高100,就可節(jié)能6070MJ/t;412節(jié)鋼耗,大大提高成材率減少鋼的燒損一般015%115%,取向硅鋼則達(dá)3%4%;由于加熱均勻,減少裂邊切損及斷帶中廢,使高硅鋼成材率大第2期于永梅等:電工鋼板的生產(chǎn)與薄板坯連鑄連軋工藝11表1我國(guó)電工鋼生產(chǎn)水平與國(guó)外的差距Table1Thedifferencebetweenourcountryandforeignonelectricalproduction項(xiàng)目國(guó)外取向硅鋼可薄至01230115mm以下,含硅量高達(dá)615%,日

13、本已大量生產(chǎn)0123mm的HiB,新日鐵比例高達(dá)5060%,高牌號(hào)無(wú)取向硅鋼35W210大量生產(chǎn),磁感應(yīng)強(qiáng)度11761178T。鐵損低,磁感高,0123mmHiBP15達(dá)0136W/kg,B8達(dá)1195以上,厚度公差及同板差小,板形涂層質(zhì)量穩(wěn)定。煉鋼成分命中率原牌號(hào)合格率較高,綜合成才率較高。日本CGO和HiB鋼成才率90%,無(wú)取向硅鋼成才率94%中國(guó)尚不能生產(chǎn)0123mm以下的高牌號(hào)取向硅鋼,只有少量0127mm產(chǎn)品。武鋼HiB比例只達(dá)14%,無(wú)取向硅鋼只有少量品種規(guī)格生產(chǎn)35W230和50W250,尚不能生產(chǎn)35W210,磁感11741176T。產(chǎn)品質(zhì)量成材率厚度差,同板差較大,武鋼HiB

14、比日本同,高牌號(hào)取向硅鋼差距更大,武鋼成78%,HiB為70%,無(wú)取向硅鋼為89%。我國(guó)多年來(lái)學(xué)習(xí)消化引進(jìn)技術(shù)為主,很少有大的創(chuàng)新,總是跟在日本后面學(xué),缺少創(chuàng)新的雄心和舉措。鑒于現(xiàn)有的硅鋼生產(chǎn)工藝都是厚板坯長(zhǎng)流程工藝。要提高質(zhì)量和降低成本最好采用短流程薄板坯連鑄連軋工藝,而且我國(guó)有比日本更好的短流程生產(chǎn)條件,故應(yīng)加大這方面地開發(fā)研究力度。,先進(jìn)水平,鋼生產(chǎn)工藝及工藝技術(shù)創(chuàng)新Armco專利HiB鋼制造工藝專利;,提高含硅量,減薄硅鋼片厚度,細(xì)化磁疇,降低板坯加熱溫度,用CVD法生產(chǎn)615%Si鋼板等,使日本不斷保持國(guó)際先進(jìn)水平。最近意、法開始對(duì)電工鋼的薄板坯連鑄連軋工藝進(jìn)行開發(fā)研究很有發(fā)展前途。

15、幅度提高;413加熱溫度均勻,且無(wú)驟冷驟熱過(guò)程,減少了表面裂紋和氧化鐵皮從而明顯提高鋼板表面質(zhì)量、板形質(zhì)量和厚度精度,也提高了性能的均勻性質(zhì)量;414縮短了生產(chǎn)工藝流程和生產(chǎn)周期,節(jié)省了基建投資與生產(chǎn)費(fèi)用及人工等也促進(jìn)生產(chǎn)成本降低。在電工硅鋼生產(chǎn)中若采用中、薄板坯連鑄連軋工藝當(dāng)然更突出這四大優(yōu)點(diǎn),因?yàn)閭鹘y(tǒng)流程的硅鋼板生產(chǎn)工藝正是突出的長(zhǎng)流程工藝,尤其是取向硅鋼更是突出的高能耗和低成材率的復(fù)雜長(zhǎng)流程工藝,故縮簡(jiǎn)流程,節(jié)約能耗,提高成材率和產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)成為硅鋼生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)革命的首要目標(biāo)。同時(shí)要保證和提高硅鋼的電磁性能。采用薄板坯連鑄連軋工藝對(duì)于保證和提高硅鋼的組織性能也有很多優(yōu)勢(shì)811。5電工

16、鋼的連鑄連軋生產(chǎn)工藝探討由于薄板坯連鑄連軋工藝采用鑄坯高溫?zé)嵫b,可通過(guò)控制熱裝爐溫度和加熱溫度來(lái)控制鋼對(duì)抑制劑和夾雜的固溶和析出。對(duì)無(wú)取向硅鋼,要求MnS、AlN等在裝爐前既已析出,加熱中不再固溶,以免在熱軋中彌散析出,阻礙熱軋后及退火時(shí)晶粒長(zhǎng)大,使鐵損增大,故要求在較低的溫度裝爐和加熱,在較高溫度終軋,使軋后再結(jié)晶較完全并粗化均勻。而當(dāng)前的薄板坯連鑄連軋工藝正好可更容易實(shí))和高溫終軋(>現(xiàn)較低溫裝爐加熱(<1150),亦即有利與無(wú)取向硅鋼的生產(chǎn)。但對(duì)于取850向硅鋼,卻與無(wú)取向硅鋼相反,要求MnS、AlN等抑制劑夾雜在鑄坯高溫裝爐和加熱前最好都保持充分固溶狀態(tài)。一旦裝爐溫度低于抑

17、制劑析出溫度(MnS1190,AlN1160)就須有更高的加熱溫度,才能重新固溶。而目前的薄板坯連鑄連軋工藝,除ISP和最新的AST工藝以外,都是輥底式直通加熱爐,最高加熱溫度只能1150,裝爐溫度常在1000以下。故若是沿用現(xiàn)在的采用“固有抑制劑制造取向硅鋼的工藝”,則需改進(jìn)現(xiàn)在的薄板坯連鑄技術(shù)(加保溫設(shè)施并適當(dāng)提高速度)以提高鑄坯裝爐溫度并適當(dāng)提高加熱溫度至1200以上才能滿足要求。但若開辟新的“采用后添加抑制劑制造取向硅鋼”的工藝,現(xiàn)有的薄板坯連鑄連軋工藝設(shè)備仍可適用。511無(wú)取向硅鋼鑄坯連鑄連軋工藝硅鋼(Si<117%)及Si>117%而C>0101%的硅鋼有相變,進(jìn)

18、行連鑄連軋時(shí)需要解決的問題是使鑄坯中MnS、AlN等析出物粗化及防止兩相區(qū)軋制導(dǎo)致不均勻變形和裂邊。在中薄板坯連鑄連軋時(shí)可降低裝爐溫度至800900,使析出物粗化,而降低碳含量至<0101%及降低精軋溫度至<1000,可避開兩相區(qū)軋制。鑄坯入爐再加熱到10501150,最好根據(jù)該種硅鋼的Fe-Si相圖中在該碳含量時(shí)硅鋼環(huán)的大小(圖1)來(lái)決定。薄板坯連鑄連軋由于現(xiàn)代煉鋼技術(shù)及連鑄技術(shù)的進(jìn)步,連鑄薄板坯質(zhì)量的提高,鑄坯加熱溫度的高度均勻,采用較低的裝爐和加熱溫度,較高的終軋和卷取溫度在12金屬功能材料2008年CSP工藝生產(chǎn)線上也能生產(chǎn)出質(zhì)量好的硅鋼。1150。中板坯采用步進(jìn)式加熱爐,

19、加熱溫度可達(dá)1200,但一般裝爐溫度不高,多為800900。中薄板坯若要提高裝爐溫度及其均勻程度,還須改進(jìn)連鑄技術(shù),適當(dāng)提高連鑄速度及改進(jìn)連鑄二冷制度和保溫措施。根據(jù)取向硅鋼的鋼種特性和產(chǎn)品技術(shù)要求以及,我們:不采用,不采用,的后添加抑制劑工藝。采用這種工藝,生產(chǎn)的退火工序中加入,即在脫碳退火線的后段,向退火氣氛中加入NH3,通過(guò)氨分解進(jìn)行滲氮,使之形成足夠的彌細(xì)(Al、Si)N抑制劑以保證完善二次再結(jié)晶的產(chǎn)生1213。圖1碳含量對(duì)硅鋼Fig11Theeffecton512術(shù)。為了獲得二次再結(jié)晶后高的(110)<001>織構(gòu)取向度,必須利用抑制劑來(lái)抑制初次晶粒的長(zhǎng)大以促進(jìn)二次晶粒的

20、生長(zhǎng)。鋼中產(chǎn)生抑制劑的技術(shù)思路有兩種:一是在煉鋼時(shí)控制加入,這是現(xiàn)在生產(chǎn)取向硅鋼的主要方法,可稱為“固有抑制劑”工藝。這種工藝由于要在板坯再加熱時(shí)充分固溶早已經(jīng)析出的MnS、AlN等抑制劑而必須高溫長(zhǎng)期加熱(),又可稱為1400“板坯高溫加熱工藝”。另一種是6結(jié)語(yǔ)中國(guó)作為重要的發(fā)展中國(guó)家,隨著電力、電子、航空和航天等領(lǐng)域的飛速發(fā)展,對(duì)硅鋼尤其是取向硅鋼的需求量將逐年增加。而要改變中國(guó)大量進(jìn)口取向硅鋼的局面,必須立足自主創(chuàng)新。因此,開發(fā)低成本、節(jié)約型、緊湊式的硅鋼生產(chǎn)技術(shù)勢(shì)在必行,且具有良好的推廣和應(yīng)用前景。值得關(guān)注的是,最近我國(guó)的鋼鐵研究總院、東北大學(xué)、寶鋼和包鋼等正在組織力量進(jìn)行短流程生產(chǎn)硅

21、鋼方面的研究工作,這些研究工作將為硅鋼的生產(chǎn)奠定良好的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn):1234567在硅鋼生產(chǎn)的后工序,即在成品高溫退火前加入抑制劑的方法,可稱為“后添加抑制劑工藝”,這是為了改進(jìn)原固有抑制劑工藝而研發(fā)的新工藝,例如主要利用在二次再結(jié)晶前在硅鋼中滲氮以產(chǎn)生大量彌散分布的AlN來(lái)起抑制劑的作用,這種工藝可明顯降低硅鋼加熱的溫度,簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝降低生產(chǎn)成本。此外,還有一種固有抑制劑加后添加抑制劑的中間工藝,雖可使硅鋼加熱溫度略有降低,但仍須1200,達(dá)1300,生產(chǎn)技術(shù)改進(jìn)不大,基本未脫離何忠治.電工鋼M.北京:冶金工業(yè)出版社,1996.何忠治.電工鋼的現(xiàn)狀與展望J1中國(guó)冶金,2001,5:15.原固有抑制劑的影響。擬定一種鋼的生產(chǎn)技術(shù)思路和生產(chǎn)工藝過(guò)程主要根據(jù)該鋼種的技術(shù)特性和產(chǎn)品的技術(shù)要求。此外還必須考慮現(xiàn)有工廠的技術(shù)設(shè)備條件。如前所述,若是仍采用比較成熟的現(xiàn)有“固有抑制劑”思路,則以采用最新的AST薄板坯連鑄連軋工藝為宜,換句