(王一德)冷轧无取向硅钢的研制及工艺技术

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1、太钢冷轧无取向硅钢的研制 及工艺技术开发与创新 王一德 （太原钢铁集团有限公司）1.前言 冷轧无取向硅钢片主要用作电机和小型变压器铁芯，是电力、电子和军事工业中不可缺少的重要软磁合金。它在磁性材料中用量最大，是一种节能的重要金属功能材料。 长期以来国产冷轧无取向硅钢片严重短缺。随着我国国民经济的发展，市场上对冷轧无取向硅钢的需求量呈稳步上升趋势。 表1为上世纪九十年代中期国内冷轧无 取向硅钢片需求情况，以一九九六年为例， 我国实际消费冷轧无取向硅钢就达48.9万 吨，而国内仅武钢一家生产冷轧无取向硅钢 片，进口量占到三分之二。表1 1995-1996年国内冷轧无取向硅钢需求情况 单位：万吨 国

2、内总产量 冷轧 年度 国内表观消费量 热轧 冷轧 合计 进口量 1995 1 13 . 5 3 5 6 .7 8 1 7 .7 6 7 4 .5 4 3 8 .9 9 1996 1 07 . 7 2 5 8 .7 3 1 7. 8 7 6 .6 2 3 1. 1 由于热轧硅钢生产工艺落后，污染环境，且性能差。据测算，用1万吨冷轧无取向硅钢片代替热轧硅钢片制成电机，每年可节电1亿度。国外早在70年代已全部淘汰，但我国仍占总消费量的50以上。国家要求2002年底停止生产热轧硅钢片。因此，冷轧无取向硅钢是我国冶金产品结构调整的关键品种之一，发展冷轧无取向硅钢片不仅符合国家顶替进口、“以冷代热”、淘汰

3、落后的产业政策，而且已到了刻不容缓的地步。 太钢是我国最早生产热轧硅钢的厂家，1995年开始开发研制冷轧硅钢生产工艺技术。2. 冷轧无取向硅钢的研制2.1 工艺流程和关键设备的选择炼钢方面：通过对国内外相关情况和太钢生产实践经验的研究分析，选择了以炼钢RH真空处理深脱碳为主，退火脱碳为辅的先进工艺流程。铁水预处理、转炉、RH真空处理和连铸等关键设备均选择进口，以满足高纯净度连铸坯的要求。热轧方面：采用现代化改造后的热连轧机代替炉卷轧机，有利于实现低温轧制、高温卷取，有利于热轧组织的控制和成品磁性的提高。酸洗方面：根据现有厂房条件限制和改造后的产量、规模要求，考察了国内外多种酸洗机组实际使用情况

4、，同时在实验室进行了多次模拟试验和工业性试验。通过反复论证综合分析，最后决策在原机组的位置上建设一条长度短、投资少的推拉式酸洗机组。冷轧方面：选择了工序短、产量高、成本低、对成品磁感有好处的一次冷轧工艺；同时根据本公司的实际情况和市场对产品的要求，选择了投资少、压下能力大、零凸度牌坊且具有九十年代先进水平的“ZR22B52”型森吉米尔轧机。退火方面：我们选择了速度较快、利于再结晶晶粒长大的二段式退火方式，并根据这个要求，引进了法国二段式连续退火设备。2.2 工艺技术开发与创新2.2.1 化学成分设计、改进及牌号命中率的提高 根据太钢以前生产电工钢的实践，并参考有关资料和结合太钢实际，对中低牌号

5、冷轧无取向硅钢的化学成分自行设计。通过大生产攻关试验，不断改进化学成分、优化脱硫工艺、规范RH操作、研究无缺陷连铸坯生产工艺，降低夹杂重皮缺陷率，最终使牌号命中率稳步提高，见图1。 120 牌 命 率 号 中 ， 100 80 60 40 20 0 1996 1998 2000 2002 2004 年份 图1 牌号命中率情况2.2.2 开发成功有特色的含硼冷轧无取向硅钢 通过加入硼、调整硅、铝含量，降低钢中硫、夹杂物含 量，在国内首次开发成功了有太钢特色的含硼冷轧硅钢。该 钢种通过改善热轧板组织消除了纵条纹，同时与同牌号常规 硅钢相比成本降低30-50元/吨。2000年上半年含硼硅钢开发 量占

6、总产量50以上创造了巨大的经济效益。 54.08 4 42.17 3.155 50 所占比率， 3 产量，万吨 40 1.841 30 2 15.40 20 1 0.356 10 0 0 1999（1-6） 1999（7-12） 2000（1-6） 图2 含硼冷轧无取向硅钢开发情况2.2.3 热轧工艺和专用数学模型的开发 为充分利用粗轧时铁素体变形抗力低的特点，在过程机中利用硅含量公式预设粗轧R2可逆轧机轧制道次，加大了道次压下量，减少道次，从而改善了热轧板组织，减少产品表面纵条纹；使DW4加热温度降低，提高了最终成品电磁性能；精轧厚度、宽度精度及板形质量明显提高。 在与北科大合作并经试验回归

7、出硅钢变形抗力模型的基础上，通过对模型参数的优化开发完善了硅钢精轧数学模型，使热轧卷质量、成材率稳步升高。 100 95 热成率 轧材， 90 85 80 75 70 1996 1998 2000 2002 2004 年份 图 3热轧成材率变化情况2.2.4 采用推拉式酸洗工艺生产硅钢 与传统的连续酸洗硅钢工艺相比，太钢采用推拉式酸洗工艺，省去了焊接和喷丸除铁鳞两道工序，工艺简单，机组长度较连续式酸洗短，建设投资节约7500万元。 该机组开发和应用了酸洗槽内带钢自动导向技术、酸液和清洗液湍流技术、机组传动设备防腐和防渗漏技术、全数字交流传动技术，采用国内专利APC气动带钢纠偏系统，酸洗槽实现了

8、全封闭负压操作。因此该机组具有工艺技术先进，生产安全可靠，节省能源，运行成本低，设备组成合理，维修方便等优点。 这是太钢在实验室和工业性生产试验基础上，自主选择用推拉式酸洗机组酸洗硅钢，在国内外属于首创；也是我国自己研制开发，国内制造、安装、调试并投入生产的第一条硅钢带卷推拉式酸洗机组。2.2.5 冷轧头部补压，尾部撤AGC专用操作法 针对廿辊轧机AGC自动控制系统投入滞后问题，在实际 生产中我们探索总结，提出了“头部补压，尾部撤AGC”操作 法。从而使带钢头、尾各10m过渡段部分得到有效控制，保 证了板形优良和厚度精度，使冷轧成材率稳步提高由98年 的81提高到目前的90以上水平。 95 冷

9、成率 轧材， 90 85 80 75 70 1996 1998 2000 2002 2004 年份 图4 冷轧成材率变化情况2.2.6 独特的退火带钢冷却方式 我公司采用炉内RJC冷却炉外AJC冷却水淬的冷却方式，既解决了引进二手退火炉冷却段长度不足的问题，获得了较好的板形，又使带钢在进入涂层机时温度控制在30左右，保证了涂层时温度稳定。2.2.7 突破传统的刻槽辊涂层技术，采用光辊 涂 敷并开发成功G2涂层 为了满足用户消除应力退火、发兰处理的要求， 适应太钢的光辊涂覆，我们与有关研究单位合作开发 了高粘度含铬2涂层。该涂料具有良好的耐氧化性 气氛退火能力和防锈性，同时为了稳定涂料粘度，我

10、们自行设计制造了涂料供给循环系统，以保证该涂料 具有良好的流动性和优良的涂覆性。2000年G2涂层已 占生产总量的95以上。2.2.8 绿色环保型3涂层的开发，属国内首创 目前国内其他两个冷轧硅钢生产厂采用的日本专利涂层均含铬，Cr6为致癌物，在欧、美等国已严禁使用，日本也将于2005年停止使用。因此无铬环保涂层是世界发展的趋势，为此我们开展了无铬绿色环保型3涂层的开发。 该涂层现已开发成功并用于生产，其特点如下：不含铬。具有较高的电阻值。能经受消除应力退火和发兰处理。能耐氟里昂和135a冷冻剂。其涂层性能对比见下表。 涂层特性涂层名称 冲片性 防锈性 耐溶剂 耐氟性 焊接性 耐热性 其它 在

11、无氧化性气氛下可耐 700-800 绿色 Q1 优 一般 优 优 优 消除应力退火 环保型 Q3 优 优 优 优 一般 同上并可耐弱氧化性气氛 G2 优 优 优 优 一般 500-600发兰处理 铬系涂层2.2.9 太钢自主开发技术与国内其他钢厂引进技术特点对比 项目 太钢自主开发技术特点 国内其他厂引进技术特点 通过加硼优化成分，消除瓦垅状缺 通过电磁搅拌和常化处理，消除瓦 含硼钢开发 陷 垅状缺陷前部工序 针对二手设备的特点，自主开发有 热连轧工艺 利于改善组织和控制板形的热轧工 新建热连轧机组并引进相应技术 艺和精轧专用数学模型。 酸洗工艺 国内外首创推拉式机组酸洗硅钢 连续式机组酸洗硅

12、钢 冷轧工艺 国内首创专用冷轧操作法 无此技术 退火工艺 采用炉内RJC炉外AJC水淬 采用炉内RJC密封水淬后部工序 国内首创两辊式光辊涂敷 刻槽辊涂敷和三辊式光辊涂敷 涂层工艺 高黏度含铬涂料 低黏度含铬涂料 国内首创无铬水溶性环保涂层 当时还没有该系列涂料2.3 机组建设、改造及备品备件国产化 冷轧无取向硅钢改造工程在设备选型中以技术先进，实用可靠，维护方便，节约投资为原则，冷轧硅钢厂四条主要机组除森吉米尔轧机为全套引进外，连续退火涂层机组是在引进二手设备的基础上进行了修配改，酸洗机组、联合剪切机组由国内设计制造，各项公共辅助设施全部采用国内设备。生产线建成投产后，对进口设备进行了备品备

13、件的国产化，对连续退火机组进行了提速改造，这些工作对提高太钢冷轧无取向硅钢的生产能力、节约投资、降低生产成本、增加效益发挥了重要作用。3 实施效果3.1 质量高、性能好 太钢50W470和50W600产品实物质量与国内外同类产品的综合比较见表4、表5。 表4 50W470实物质量水平 P15，W/Kg B50，T 叠装系数， 横向厚度偏差，mm 纵向厚度偏差，mm 日本 4.12 1.7 98.5 0.015 0.010 太钢 4.13 1.7 98.5 0.015 0.010国内某厂 4.15 1.68 98.5 0.025 0.015 表5 50W600 实物质量水平 P15，W/Kg B

14、50，T 叠装系数， 横向厚度偏差，mm 纵向厚度偏差，mm 日本 5.36 1.72 99 0.010 0.005 太钢 5.4 1.72 99.1 0.010 0.005国内某厂 5.4 1.71 98.7 0.015 0.010 注：表内数字为典型值 可见太钢产品的实物质量已达到国内外先进水平。3.2 投资少，见效快 目前国内能生产冷轧无取向硅钢的厂家已有三个其投资、技术依托对比情况见表6。 表6 投资、技术依托对比情况 厂家 投产时间 吨钢投资（万元） 技术依托 国内某厂一 1978年 1.8 引进国外技术 国内某厂二 2001年 2.0 引进国外技术 太钢 1999年 0.67 自主

15、开发 太钢只引进少数关键设备，多数设备由国内厂家设计和制造，总投资6.7亿元，吨钢投资小于1万元，仅为其他厂投资的三分之一；整套生产工艺技术完全依靠自己的力量进行开发，并在投产第二年就生产12万吨冷轧无取向硅钢片，超设计能力20，成为国内第二个冷轧无取向硅钢片生产厂家。同时，太钢技术为自主开发其产品可以直接出口，目前已销往美国、日本、泰国、朝鲜等国家。3.3 企业效益和社会效益 太钢用两年的时间建成了一座年产10万吨的冷轧无取向硅钢专业化生产厂，并迅速达产达效、超设计能力，为太钢创造了巨大的经济效益，已成为太钢仅次于不锈钢的第二个拳头产品，是太钢又一个经济效益增长点，并为太钢即将开始的30万吨

16、冷轧无取向硅钢的扩建工程打下了坚实的基础。 同时，太钢自主、快速、高效地开发成功的整套冷轧无取向硅钢生产工艺技术对“十五”期间我国冶金产品关键品种结构调整，特别是对近期准备生产冷轧无取向硅钢的企业可以提供技术支撑，对我国钢铁工业今后的改造和发展具有重要的推广、指导和借鉴价值。4 结束语 太钢淘汰热轧硅钢、自主开发冷轧无取向硅钢，依靠自己的力量已经建成一个年产十几万吨的冷轧无取向硅钢专业生产厂，形成了一整套生产工艺技术。但是与国内外先进企业相比，无论在生产规模上，还是在品种规格、质量稳定性上都还存在差距。需要全线继续改造，扩大规模；需要不断开发、创新，生产无取向高牌号产品；进而为今后冷轧取向硅钢的生产创造条件，使太钢真正成为国内冷轧硅钢的生产基地之一。