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取向硅钢低温铸坯加热技术的进展

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  随着研究的不断深入,低温铸坯加热技术将会得到更加广泛的推广应用,对取向硅钢的生产发展起到积极的推动作用。
  近年来,世界各大取向硅钢生产厂对铸坯加热工艺的改进十分重视,传统的高温炉加热方式已被普通步进炉加热+高频感应炉高温短时间加热方式所取代。1996年新日铁八蟠厂已采用1150 ~ 1250℃低温铸坯加热工艺生产Hi-B钢;俄罗斯则一直采用1250 ~ 1280 ℃板坯加热工艺生产CGO钢。在日益追求节能、环保以及降低成本的现代钢铁工业中,低温铸坯加热工艺必将在取向硅钢的生产中得到普遍应用。
 
  取向硅钢高温铸坯加热技术
  在取向硅钢生产过程中,为了通过二次再结晶获得单一Goss织构,能够有效抑制初次晶粒正常长大的细小、弥散的析出相质点或晶界偏聚元素称为抑制剂拔挥了关键性作用。为保证获得稳定的磁性能,必须使浇注冷凝过程中析出的粗大MnS颗粒完全固溶。因此,以MnS为抑制剂的CGO钢铸坯加热温度规定为1350一1370℃,以MnS+AlN为抑制剂的Hi-B钢由于锰和碳含量高于CGO钢,加热温度规定为1380一1400℃。铸坯经高于1350℃的高温加热,粗大的MnS颗粒完全固溶,在热轧过程中再以细小弥散状态析出。细小弥散的AlN质点主要是在热轧板常化过程中析出的。CGO钢脱碳退火后合适的初次晶粒尺寸为15 ~25 μm,Hi-B钢为10 ~15μm。这样可以保证二次再结晶完全从而获得高磁性。但是高温铸坯加热具有以下缺点:
  成材率降低:由于铸坯过氧化使烧损量增大(3.5%-6%)比普碳钢加热烧损量约高4倍;
  (1)炉底积渣严重、产量低:形成的SiO2氧化层熔点仅为1205℃,因此在高温加热炉中氧化层熔化而流到炉底,平均加热4 000铸坯就要清理炉渣,加热约8000就要检修,修炉劳动条件极差;
  (2)能源浪费:主要由于温度过高,燃料消耗增大;
  (3)炉子寿命缩短:长期承受高温热负荷的加热炉高温区内衬耐火材料剥落严重、寿命缩短,不仅增加了维检费用,而且降低炉子作业率;
  (4)制造成本高:由于铸坯晶粒粗化和边部晶界氧化,热轧带易产生边裂,成材率降低,制造成本士曾力口;
  (5)产品表面缺陷多:热轧带钢表面氧化铁皮去除不良,影响产品实物质量;
  (6)磁性能不稳定:铸坯表层中铝、硅和碳与氧化合,使其含量降低,造成产品磁性能不均匀,绝缘膜特性变差;
  (7)另外,由于铸坯晶粒粗化,产品易出现线状细晶缺陷,影响磁性稳定性。
  目前,采用高温铸坯加热的通用工艺为:铸坯先经1200℃的普通加热炉预热,随后进入高频感应炉进行高温短时间加热。这种工艺较传统高温加热炉加热方式消耗的能源少,炉体使用寿命更长,减少了炉底积渣和热轧边裂,制造成本降低。
 
  取向硅钢低温铸坯加热技术
  由于高温铸坯加热技术存在上述缺点,且不利于取向硅钢与其它钢种共用热轧生产线,降低铸坯加热温度势在必行。为实现低温铸坯加热,必须在抑制剂中排除MnS或弱化MnS的作用,而以AlN、Cu2S等取而代之。这主要是因为AlN和Cu2S等的固溶温度比MnS低,更适合实现低温加热。目前,工业上采用的低温铸坯加热工艺主要有两种:一种是在冷轧前形成二次再结晶所必需的抑制剂(称为先天抑制剂),而另一种是在脱碳退火后通过渗氮处理,使氮与钢中原有的铝结合,形成细小弥散的(Al、 Si) N质点,得到二次再结晶所必需的抑制剂(称为后天抑制剂)。渗氮处理时,渗氮量控制在(150-300 ) X10-6,脱碳退火后初次晶粒的平均粒径控制在18 ~30μm, 以便得到完善的二次再结晶组织,获得高的B800值。渗氮处理与脱碳退火在同一连续退火炉中进行,即在脱碳退火后钢带通过H2+N2+NH(混合气体,控制氧化率PH2O/PH2≤0. 04。此外,还可采用在钢板表面涂MgO隔离剂时添加氮化物的方法,以达到渗氮的目的。采用渗氮工艺可将铸坯加热温度降至1150一1200℃。
  利用先天抑制剂生产CGO钢和同时利用先天抑制剂及后天抑制剂生产Hi-B钢是降低铸坯加热温度的另一条有效途径,可将铸坯加热温度控制在1250一1300℃。
  概括起来,取向硅钢目前主要有以下两种低温铸坯加热生产工艺:
  (1)后期渗氮工艺:在炼钢时只添加微量铝元素,主要用于生产Hi-B取向硅钢。其成分要求S质量分数<0.007% ,在脱碳退火后进行渗氮处理。该工艺主要特点为在脱碳退火后钢带需经750 ℃X 30s渗氮处理。高温退火升温过程中形成(Al,Si) N质点,在二次再结晶发生前阻碍初次晶粒长大。脱碳退火后初次晶粒的合适尺寸为18 ~30 μm(大于高温铸坯加热工艺的初次晶粒尺寸)。该工艺可将铸坯加热温度降低至1150一1200℃是目前取向硅钢工业生产中铸坯加热采用的最低温度;
  (2)Cu2S先天抑制剂工艺:生产CGO钢时以Cu2S为主要抑制剂,Cu2S经1250一1300℃加热实现完全固溶。热轧过程中析出的细小弥散Cu2S质点起到抑制剂作用,而热轧板中残存的粗大MnS颗粒不起抑制作用。初次晶粒尺寸介于高温铸坯加热工艺及低温铸坯加热工艺之间(15-25μm)。生产Hi-B钢以MnS+AlN作为抑制剂,热轧板经常化处理析出细小AIN质点在脱碳退火后常采用渗氮处理,进一步加强抑制能力。该项技术可将铸坯加热温度降低至1250一1300℃。
 
  结语
  不可否认,高温铸坯加热技术是取向硅钢发展史上一个重要的里程碑,是人们充分认识到抑制剂的作用后制定的一种可以稳定获得高磁性能的成熟工艺。但是,近年来,随着能源供应的日益紧张以及对于环保、降低成本要求的不断提高,高温加热的缺点越来越突出地显露出来,降低铸坯加热温度已成为世界各大取向硅钢生产厂关注的技术开发热点。随着研究的不断深入,低温铸坯加热技术将会得到更加广泛的推广应用,对取向硅钢的生产发展起到积极的推动作用。