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    世界電工鋼工藝流程的革新

    
        所屬分類：
    山力新聞
    發(fā)布時間：2018-01-20

    
    100多年的電工鋼生產(chǎn)歷史亦是工藝不斷革新的歷史，由熱軋硅鋼片轉到冷軋電工鋼帶是第一次工藝大變革，采用冷軋工藝以后，隨著取向電工鋼的開發(fā)，不同抑制劑的出現(xiàn)以及前工藝冶煉、鑄造的技術進步，對前工序不斷出現(xiàn)工藝流程的革新，以及后工序工藝流程的簡化與連續(xù)化?！　∏肮ば蚣磸囊睙挕鸁彳埦?；熱軋卷運至電工鋼廠通過不同工序直到成品分剪全過程稱為后工序。這些工序變革最多的是前工序，從煉鋼精煉直到生產(chǎn)出熱軋卷，其變

    
    
    
	　　100多年的電工鋼生產(chǎn)歷史亦是工藝不斷革新的歷史，由熱軋硅鋼片轉到冷軋電工鋼帶是第一次工藝大變革，采用冷軋工藝以后，隨著取向電工鋼的開發(fā)，不同抑制劑的出現(xiàn)以及前工藝冶煉、鑄造的技術進步，對前工序不斷出現(xiàn)工藝流程的革新，以及后工序工藝流程的簡化與連續(xù)化。
    

    
	　　前工序即從冶煉→熱軋卷；熱軋卷運至電工鋼廠通過不同工序直到成品分剪全過程稱為后工序。這些工序變革最多的是前工序，從煉鋼精煉直到生產(chǎn)出熱軋卷，其變革的特點是減薄板坯和縮短工序。后工序不論取向與無取向鋼，都盡力采取一個軋程即達成品厚度，省去中間退火，再就是無取向鋼部分品種采取酸軋連續(xù)生產(chǎn)（CDCM）。
    

    
	　　傳統(tǒng)工藝中的半工藝品種在西方至今仍然流行的是無取向中的大宗品種，它源于在汽車板生產(chǎn)廠生產(chǎn)，是一種低碳鋼、低成本，其最終退火與表面發(fā)藍在鐵芯制造廠完成。該產(chǎn)品在20世紀80年代原武鋼就開發(fā)成功，曾一度成為中外
    

    
	　　下轉B09版合資冰箱壓縮機、電機的主要材料，但后因冷軋全工藝電工鋼（無取向鋼）快速發(fā)展，成本逐步降低，因而，半工藝逐步退出市場。中國有幾千家中小電機生產(chǎn)廠家，由于生產(chǎn)規(guī)模小、分散且鐵芯尺寸多樣化，因而，無法組織集約化生產(chǎn)。這也是在中國半工藝產(chǎn)品推廣不開的重要原因。就半工藝產(chǎn)品本身來說，按流程要求制成的鐵芯是最充分利用材料本身的磁性，屬節(jié)能產(chǎn)品。
    

    
	 
    

    
	　　1板帶生產(chǎn)流程的演變
    

    
	　　1.1流程一：模鑄-初軋-熱軋
    

    
	　　該流程至今仍有少數(shù)廠應用。美國匹茲堡的阿里根尼廠一般取向鋼生產(chǎn)流程就是板坯從模鑄經(jīng)初軋開坯熱軋成帶卷得到的。原武鋼1974年引進簽訂的CJ7411合同，其中兩大品種，即高牌號無取向鋼與HiB鋼，其板坯就是模鑄后，經(jīng)初軋得到的。在20世紀80年代，武鋼為把模鑄坯改為連鑄坯，作了大量的設備配套與工藝創(chuàng)新工作。
    

    
	 
    

    
	　　1.2流程二：板坯連鑄連軋-常規(guī)生產(chǎn)流程
    

    
	　　該流程即板坯連鑄（坯厚180-250mm）不論國內外都是所有品種的主要生產(chǎn)流程。
    

    
	 
    

    
	　　1.3流程三：薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)流程
    

    
	　　該流程即薄板坯連鑄（CSP，坯厚70-90mm），國內外都開發(fā)生產(chǎn)電工鋼并取得成效，至今生產(chǎn)無取向中、低牌號已成常態(tài)化。在磁性上已證實，可以生產(chǎn)所有規(guī)格與牌號的取向電工鋼，但至今表面缺陷如鐵皮壓入、保護渣卷入、爐輥劃傷等，成為制約大批量生產(chǎn)取向電工鋼的主要問題。
    

    
	 
    

    
	　　1.4流程四：薄帶連鑄-近終成形生產(chǎn)流程（電工鋼、雙相不銹鋼、冷軋AHSS、鋁合金）
    

    
	　　薄帶連鑄——近終形生產(chǎn)流程是最先進的流程，起源于美國Nucor公司，已產(chǎn)業(yè)化，中國寶鋼經(jīng)過長期開發(fā)，現(xiàn)在寧波鋼廠，但以生產(chǎn)普碳鋼為主，生產(chǎn)還不穩(wěn)定。沙鋼決定成套引進Nucor公司的技術與裝備，每條產(chǎn)能50萬噸，但以生產(chǎn)普碳鋼為主。用薄帶鑄軋生產(chǎn)電工鋼盡管已研發(fā)多年，但有所突破是2008年后東北大學軋鋼國家重點實驗室的研究團隊在電工鋼生產(chǎn)工藝與品種開發(fā)上取得重大進展，有可能使百年生產(chǎn)電工鋼的工藝技術產(chǎn)生顛覆性的革命。
    

    
	 
    

    
	　　1.4.1Castrip與薄板坯連鑄、厚板坯連鑄基本參數(shù)比較
    

    
	　　在不同板坯厚度成型過程中，因冷卻速率不同，凝固時間有別，因此影響鑄坯內部組織，最終使成品性能千差萬別。Castrip與薄板坯連鑄、厚板坯連鑄基本鑄造參數(shù)的比較見表1所示。
    

    
	 
    

    
	　　1.4.2薄板坯連鑄與薄帶鑄軋投資、成本及能耗排放的比較
    

    
	　　薄帶連鑄過程的優(yōu)勢：綠色、環(huán)保、低成本，其中產(chǎn)線長度：厚板坯連鑄大于600m，薄板坯連鑄約400m，薄帶鑄軋小于60m。薄板坯連鑄與薄帶鑄軋在投資、成本及能耗排放方面的比較如圖1所示。
    

    
	 
    

    
	　　2取向電工鋼工藝流程的演變和機理分析
    

    
	　　電工鋼發(fā)展歷史實質上是一部煉鋼技術的發(fā)展與金相、金物、金屬熱處理及分析檢測技術發(fā)展的歷史，煉鋼裝備技
    

    
	　　術的提高，給冶煉超純凈鋼以及微量元素控制精度的提高成為可能。檢測手段的提高對深刻認識各種因素對最終磁性的影響以及創(chuàng)新合理工藝有了科學依據(jù)，在以上前提條件下，使生產(chǎn)高級無取向鋼成為可能。深刻認識取向鋼的生產(chǎn)在全工藝過程的成分要求、抑制劑、織構演變等，為我們提高取向鋼磁性水平指明了方向。自發(fā)現(xiàn)Goss織構以來，全球從事電工鋼研究的科學家就是圍繞抑制劑選擇、演變與最終Goss織構之間的關系。
    

    
	 
    

    
	　　2.1以AlN為主要抑制劑厚板坯連鑄工藝各工序的作用（板坯高溫加熱+一次冷軋法）
    

    
	　　早期是以MnS為抑制劑厚板坯連鑄工藝（板坯高溫加熱+二次冷軋法）生產(chǎn)硅鋼，后來以AlN為主要抑制劑的厚板坯連鑄工藝及各工序的作用如圖2所示。
    

    
	　　該工藝在各種因素受控條件下，可以獲得很好的磁性，新日鐵就是用此工藝生產(chǎn)出世界頂級的高磁感取向電工鋼命名為HiB，并以此為榮。為減少板坯1400℃加熱帶來的缺點，新日鐵做了大量的工作，如板坯在普通爐中加熱到1200℃，出爐后進入立式板坯感應加熱爐，溫度達到1400℃，由于入爐板坯溫度高達1050℃，升到1400℃，僅需40min，保溫15min，至出爐一個循環(huán)總時間為55min，因此，大大縮短板坯在高溫段停留時間，加上采取氮氣保護，所以熔渣減少，爐子壽命延長，板坯表面缺陷亦得到改善，成材率提高，至今新日鐵廣畑廠一直使用該工藝。原武鋼引進時，亦是采用該工藝生產(chǎn)一般取向鋼和高磁感取向電工鋼，至今熱軋三分廠仍使用該工藝。并于2008年增設了板坯感應加熱立式爐，但使用不理想。該工藝共14道工序，其中前工序6道后工序8道。
    

    
	 
    

    
	　　2.2以Cu2S+AlN為抑制劑厚板坯連鑄工藝各工序的作用（板坯中溫加熱+二次冷軋法）
    

    
	　　降低板坯加熱溫度的優(yōu)點是防止產(chǎn)生液態(tài)渣，可減少加熱爐停爐檢修時間，提高成材率和節(jié)能；在板坯內減少不需要的粗大晶粒；與傳統(tǒng)工藝相比可能取消再加熱和預軋制。
    

    
	　　由于降低板坯加熱帶來的優(yōu)點和巨大經(jīng)濟效益，各國電工鋼工作者對如何降低板坯加熱溫度方面做了大量工作，首先取得的成果是前蘇聯(lián)冶金工作者，采用其獨創(chuàng)的Cu2S+AlN作為抑制劑。使板坯加熱溫度降到1280-1320℃，后工序仍采用二次軋制法，同時，其他工序工藝作相應調整，工業(yè)化生產(chǎn)出高質量的一般取向電工鋼P17/50≤1.2W/kg，B8≥1.88T。
    

    
	　　該工藝在2002-2004年首先在中國武鋼使用，鋼種命名為QRD，并按此工藝建設年產(chǎn)16萬噸的一般取向鋼專業(yè)生產(chǎn)廠，由于此工藝控制因素較容易，且穩(wěn)定，因而其磁性水平亦處于一個穩(wěn)定的高水平上。0.30mm厚P17/50在1.05-1.2W/kg，B8=1.88-1.90T，如進行成分和工藝優(yōu)化，磁性提升還有一定潛力，如采用激光刻痕，0.30mm厚P17/50達到1.0W/kg完全可能。目前大部分民營企業(yè)生產(chǎn)的取向電工鋼都以該工藝為主。
    

    
	 
    

    
	　　2.3以AlN為主要抑制劑厚板坯低溫加熱后工序滲氮的工藝及各工序的作用（一次冷軋法）
    

    
	　　自1989年開始，日本新日鐵八幡制鐵所開發(fā)了板坯低溫加熱（1100-1150℃），稱為SL鋼，其磁性水平和鐵損與HiB鋼相當，B8稍遜于HiB鋼，在1.89-1.91T左右。板坯溫度降低的原因是減少作為抑制劑的MnS，而以AlN為主，其AlN部分來自煉鋼并經(jīng)后工序高溫?；龀鰪浬⒌念w粒。另外，鋼帶經(jīng)初次再結晶脫碳退火后再進行750℃（或900℃）滲氮處理，在鋼帶中形成（Si,Al）N，在高溫箱式爐（罩式爐或環(huán)形爐）中，轉換成AlN而起到抑制初始再結晶，促進二次再結晶發(fā)生與長大的作用，此法被稱為后天獲得的抑制劑。高低溫板坯加熱兩種工藝，經(jīng)脫碳退火時產(chǎn)生的初次再結晶晶粒尺寸明顯不同，高溫工藝的初次再結晶，明顯小于低溫板坯加熱的初次再結晶晶粒，前者10-12μm，后者20-23μm。目前，板坯低溫加熱工藝已成為我國生產(chǎn)高磁感取向鋼的主流工藝。武鋼、寶鋼和首鋼都在不斷優(yōu)化此工藝。
    

    
	 
    

    
	　　2.4以AlN為抑制劑薄板坯連鑄工藝（CSP）在電工鋼上的應用
    

    
	　　20世紀70年代，第一次能源危機之后，世界鋼鐵工業(yè)面臨著結構調整的重大課題，
    

    
	　　調整的核心是要求對長期采用的長流程工藝進行簡化，以達到減少投資、節(jié)約能源，并能生產(chǎn)出更薄、更寬的產(chǎn)品。80年代中期以后，國際上多家公司，包括德國SMS和Demag、意大利的達涅利、奧地利的奧鋼聯(lián)、日本的住友金屬等，競相進行大量研究和開發(fā)并取得突破。1989年7月21日，美國Nucor鋼鐵公司采用SMS公司開發(fā)的CSP工藝，在美國印第安納州Crawfordsville廠建設生產(chǎn)線投產(chǎn)成功，標志著薄板坯連鑄連軋技術在世界上第一次實現(xiàn)了工業(yè)化。
    

    
	　　1999年3月，德國蒂森克虜伯公司投產(chǎn)的CSP生產(chǎn)線，被稱為是第二代的薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線，并首次生產(chǎn)出無取向鋼，硅含量小于2.4%，5萬噸（鋼水）。2001年8月，在意大利AST廠新建CSP生產(chǎn)線，這條線更突出CSP工藝在生產(chǎn)高合金成分的特殊鋼（不銹鋼、電工鋼等）品種方面的開拓與進步。其設計能力為100萬噸，其產(chǎn)品結構為：奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、無取向電工鋼（Si%<3.5%），另外，還有少量的C75和C100高碳鋼。
    

    
	　　2002年10月，共生產(chǎn)11.5萬噸（其中不銹鋼8.8萬噸，電工鋼1.7萬噸，鐵素體不銹鋼1萬噸），電工鋼中有Si=1.0%、1.8%（無取向）和3.0%（取向鋼）。意大利專家曾認為，用CSP可以生產(chǎn)包括高磁感取向鋼所有牌號。
    

    
	　　薄板坯連鑄連軋工藝與傳統(tǒng)厚板坯流程工藝比較有明顯的優(yōu)勢。流程明顯縮短，所需設備大大簡化，占用生產(chǎn)場地面積相應減少，單位產(chǎn)品建設投資顯著降低，能耗下降，勞動定員減少，成材率高，作業(yè)時間短，生產(chǎn)成本比傳統(tǒng)厚板坯連鑄降低18%。
    

    
	　　我國用CSP生產(chǎn)電工鋼是在國家科技支撐計劃“新一代可循環(huán)鋼鐵流程工藝技術”項目推動下進行的，當時中國工程院干勇院士對本項目予以特別關注與推動，并通過北京鋼鐵研究院連鑄中心與工廠結合，選擇有條件的廠開展試驗研究工作，最終于2005年3月，在馬鋼生產(chǎn)出中國第一卷相當于50W540電工鋼熱軋卷。
    

    
	　　目前，我國用CSP生產(chǎn)中、低牌號無取向鋼已成常態(tài)化（武鋼、馬鋼），高牌號還在研發(fā)中，取向鋼在北京鋼研院連鑄中心與武鋼共同努力下，完成了國家科技部下達的鋼種開發(fā)計劃。武綱在高磁感取向鋼開發(fā)上取得重大突破，基本建立并完善了工藝標準，目前0.27mm厚P1.7/50≤1.0W/kg，B8≥1.90T，可批量生產(chǎn)，經(jīng)過優(yōu)化，進一步改善磁性是有潛力的，但因CSP工藝本身帶來的先天問題，產(chǎn)品表面質量仍需要進一步改善。
    

    
	　　ESP與CSP工藝流程性質基本相同，區(qū)別在于無頭軋制，且比CSP有諸多優(yōu)點，但在電工鋼上的應用并不多見，未來用ESP工藝進行不同品種電工鋼的研發(fā)，是一個很有意義的課題。
    

    
	 
    

    
	　　3用薄帶連續(xù)鑄軋工藝生產(chǎn)電工鋼流程的研發(fā)
    

    
	　　20世紀80年代，美國、日本、德國等許多廠家宣布，采用雙輥或單輥鑄軋不銹鋼和電工鋼取得成功。1984年，日本川崎制鐵采用雙輥法鑄軋出0.2-0.6mm厚、500mm寬的高硅鋼及碳鋼。
    

    
	　　我國東北大學早在1958年即開展了利用異徑雙輥鑄軋機，采取輕壓下快速鑄軋的工藝路線研究，并在實驗室鑄軋出電工鋼板和鑄鐵板，并于1960年鑄軋出寬600mm，厚2-2.5mm的鋼板和鐵板各百余噸，取得當時國際領先水平。后來受國內各種因素影響而中斷研究工作，一直到20世紀80年代，東北大學才恢復研究工作。
    

    

    
        關鍵詞：
    世界電工鋼工藝流程的革新

    
    
    
    
    
    
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