CN202111351491.0改善取向硅钢内外圈和边部表面质量的方法及环形炉

权利要求

1.一种改善取向硅钢内外圈和边部表面质量的方法，其特征在于：在一次冷轧工序中，采用错边卷曲且每隔一段距离进行一次错边直到卷曲完成，卷曲张力按渐变张力进行控制且头尾的卷曲张力大、中部的卷曲张力小，MgO的涂覆量与卷曲张力同步变化且头尾的涂覆量少、中部的涂覆量多；在高温退火工序中，采用改进的环形炉，环形炉的底板上增设一层由若干扇形块绕中心均布形成的垫层，扇形块的半径略小于底板半径，相邻扇形块之间存在空隙，扇形块和底板间铺设MgO层，环形炉的内罩内钢卷的上端加盖通风式的盖板，盖板底面的内圈间隙伸入钢卷孔、外圈间隙套在钢卷上、中间通过绕中心均布的导流槽支撑在钢卷端面上，导流槽呈螺旋状且入口与盖板内圈上的开口一一对应连通、出口延伸至盖板底面外圈内侧。

2.如权利要求1所述的改善取向硅钢内外圈和边部表面质量的方法，其特征在于：导流槽的高度为10-15cm，盖板底面外圈比导流槽高20cm-30cm。

3.如权利要求1所述的改善取向硅钢内外圈和边部表面质量的方法，其特征在于：盖板底面中间通过绕中心均布有两个、三个或四个导流槽。

4.如权利要求1所述的改善取向硅钢内外圈和边部表面质量的方法，其特征在于：扇形块的高度为3-5cm，相邻扇形块之间的间隙为50-100mm。

5.如权利要求1所述的改善取向硅钢内外圈和边部表面质量的方法，其特征在于：在一次冷轧工序中，每隔2-5cm进行一次错边直到卷曲完成，错边量为0.5-1cm。

6.如权利要求1所述的改善取向硅钢内外圈和边部表面质量的方法，其特征在于：在一次冷轧工序中，头部2000-3000m和尾部1000-2000m的MgO涂覆量比中部少1g/m ³～2g/m ³。

7.一种改善取向硅钢内外圈和边部表面质量的环形炉，包括底座、底板和内罩；其特征在于：底板上增设有一层由若干扇形块绕中心均布形成的垫层，扇形块的半径略小于底板半径，相邻扇形块之间存在空隙，扇形块和底板间铺设MgO层，内罩内钢卷的上端加盖有通风式的盖板，盖板底面的内圈间隙伸入钢卷孔、外圈间隙套在钢卷上、中间通过绕中心均布的导流槽支撑在钢卷端面上，导流槽呈螺旋状且入口与盖板内圈上的开口一一对应连通、出口延伸至盖板底面外圈内侧。

8.如权利要求7所述的改善取向硅钢内外圈和边部表面质量的环形炉，其特征在于：导流槽的高度为10-15cm，盖板底面外圈比导流槽高20cm-30cm。

9.如权利要求7所述的改善取向硅钢内外圈和边部表面质量的环形炉，其特征在于：盖板底面中间通过绕中心均布有两个、三个或四个导流槽。

10.如权利要求7所述的改善取向硅钢内外圈和边部表面质量的环形炉，其特征在于：扇形块的高度为3-5cm，相邻扇形块之间的间隙为50-100mm。

说明书

改善取向硅钢内外圈和边部表面质量的方法及环形炉

技术领域

本发明属于取向硅钢领域，具体涉及一种改善取向硅钢内外圈和边部表面质量的方法及环形炉。

背景技术

取向硅钢是一种优良的软磁材料，它的磁化具有强烈的方向性，在所需方向上的磁感高、铁损低，是制造变压器、互感器等电磁定向转换产品中最关键最主要的铁芯材料，但它的生产工序复杂、控制精度要求很高、生产难度较大。

取向硅钢的生产工艺包括：炼钢-热轧-酸洗常化-一次冷轧-脱碳退火-高温退火-热拉伸平整等工序。其中，炼钢成分中硅2.8％～3.5％，这为后期形成SiO ₂氧化层提供了保证；脱碳退火目的是完成初次再结晶，使基体中有足够数量的初次晶粒(二次晶核)有利于他们长大的初次再结晶织构和组织，同时将钢中碳脱到0.003％以下，保证以后高温退火时处于单一α相，发展完善的二次再结晶组织，并消除产品中的磁时效，脱碳退火的另一个重要作用就是让钢带表面形成一层致密的SiO ₂氧化膜，随后涂上MgO，在高温退火过程中脱碳板表层的SiO ₂会和MgO反应生产MgSiO ₄玻璃膜，使钢卷层间不粘连的同时为后续涂绝缘涂层形成强张力提供了良好的附着性。

脱碳退火是通过气氛中水蒸气，反应式为H ₂O+C＝H ₂+CO。在流动的气氛中CO不断排出炉外，反应不断向右进行，C从内部不断向表面扩散。钢带在脱碳反应的同时，钢中硅与水蒸气起以下氧化反应：Si+H ₂O＝SiO ₂+H2，表面形成以SiO ₂为主的致密氧化薄膜。氧化速度大于脱碳速度时，表层的SiO ₂的致密氧化膜会阻碍脱碳。通常会再脱碳气氛中会增加H ₂控制氧化反应的进程。因此PH ₂0/PH ₂(水氢比)是控制脱碳和氧化过程的关键参数。

内氧化现象是指氧往钢内部扩散速度比溶质元素(如Si)往外扩散速度更快的氧化现象。当水氢比不同时，形成的内氧化层的组成也不同的，当PH ₂0/PH ₂≈0.15时，形成SiO ₂内氧化膜；PH ₂0/PH ₂＝0.15-0.6(脱碳退火条件)时，形成表层为Fe ₂SiO ₄，内层为SiO ₂的内氧化层，在此条件下可顺利地进行脱碳；PH ₂0/PH ₂＞0.6时，形成FeO外氧化层阻碍钢板表面与气氛直接接触，即脱碳反应形成的CO气体不易放出而影响脱碳，而且FEO对以后姓曾的底层有很坏的影响；PH ₂0/PH ₂≈0.03时，形成致密的非晶质SiO ₂外氧化膜，可明显阻碍脱碳。

脱碳退火气氛对脱碳效应，底层质量有很大影响。通常氧化膜中Fe ₂SiO ₄和SiO ₂都是共存的，氧化膜中Fe ₂SiO ₄含量多和SiO ₂含量少时，以后形成的底层厚度不均匀，易出现亮点；但是Fe ₂SiO ₄含量过少，形成的底层页不均匀，而且由于氧化膜中总氧含量过低，底层附着性变坏。

高温退火时升到升到850℃～950℃低温区，Fe ₂SiO ₄与MgO先反应，先形成一部分Mg ₂SiO ₄，即Fe ₂SiO ₄+2MgO＝Mg ₂SiO ₄+2FeO，它可以起保护作用防止过氧化，并保持表层的抑制力。而且Fe ₂SiO ₄可以起到2MgO+SiO ₂＝Mg2SiO ₄反应的触媒作用，使Mg ₂SiO ₄底层开始形成的温度降低。高温退火过程的通常是通入纯N ₂赶走空气，升温至350～450℃时MgO中的Mg(OH) ₂开始分解放出化合水。升到550～650℃时换成含75％H ₂+25％N ₂气并保温1.0～1.5h去除化合水。测定气氛露点控制露点＜0℃，否则表面氧化膜中FeO和Fe ₂SiO ₄含量增多，对以后形成的底层质量不好。然后缓慢升温到950-1050℃发生二次再结晶。

高温退火升温时钢卷外径的外表面最高，钢卷内径的内部温度最低，温度可相差几百摄氏度。由于钢卷下部分和底板接触，气体不易出下部排出。氧化镁结晶水分解或氧化层中FeO被还原后释放的H ₂O几乎全部从钢卷上端面排出，内罩和钢卷上端面有一定空间，含H ₂0氧化性气氛会聚集在此，不易完全排出罩外。由于不能及时排走，氧化性气氛会从钢卷上端面和外圈较松动部位再次进入，加上这些部位温度偏高，导致钢带表面过氧化，严重时会阻碍这些部位底层形成，轻微时也会因为过氧化形成黑色氧化色条纹，或者形成大小各异密集分布的亮点缺陷，并且还会将这些部位的Alr氧化，无法与N形成足够多的ALN抑制剂，抑制力明显减弱，使得钢卷在纵向和横向上出现磁性不均匀的问题。

高温退火装炉时，由于环形炉的内罩明显比钢卷高大，钢卷在加热过程中释放的大量含水氧化气氛会聚集于环形炉内罩上方的空间，通入的干气是从钢卷内圈底部通入，虽然可以保证罩体内为正压，干气会带走水汽排出，但是由于气体难以在罩内产生定向流动，完全排出这些水汽的时间很长，且钢卷放置于底板上，钢卷下端面几乎无法排除气体，这就使排气速度更加缓慢，钢卷内部升温速度慢，也导致彻底排出钢卷内部水汽速度变慢，水汽释放慢，排出速度慢，就会导致水汽长期存在于内罩上方，还会慢慢渗透进钢卷层间，加上钢卷外圈和上端面温度最高，导致这些区域表面缺陷增多，磁性恶化，影响整卷钢的正品率。

高温退火装炉时，在钢卷上端面放一保护板，对防止钢卷上方、外圈钢带过氧化和底层出现亮点有一定效果，其原理是阻止氧化气氛和钢带上表面直接接触。但是由于罩内上端仍然存在氧化气氛，单层保护板无法完全阻止氧化气氛再次进入，因此采用这一方法的效果非常有限，而且由于氧化气氛始终没能快速有效排出内罩，最终还是会缓慢渗透到层间影响钢卷端面和外圈质量。

虽然CN103805767A公布了一种带导流板的取向硅钢高温热处理用钢卷支撑装置，包括支撑板、导流板和吊耳；在支撑板下表面沿圆心射线方向均匀布置导流板；在支撑板的侧部等间距设置三处吊耳。该装置可改善硅钢卷热处理过程中的流场和温度场，进而提高钢卷的热处理质量，解决了钢卷下端面气体流动和排气的问题，但是导流板设置过多，不仅布置过程繁琐，钢卷下端面受力点减少，不利于钢卷支撑，还会导致钢卷在热胀冷缩过程中移动困难，下端面板型受到影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善取向硅钢内外圈和边部表面质量的方法及环形炉，可显著减少表面缺陷，明显改善表面质量和磁性，操作容易。

本发明所采用的技术方案是：

一种改善取向硅钢内外圈和边部表面质量的方法，在一次冷轧工序中，采用错边卷曲且每隔一段距离进行一次错边直到卷曲完成，卷曲张力按渐变张力进行控制且头尾的卷曲张力大、中部的卷曲张力小，MgO的涂覆量与卷曲张力同步变化且头尾的涂覆量少、中部的涂覆量多；在高温退火工序中，采用改进的环形炉，环形炉的底板上增设一层由若干扇形块绕中心均布形成的垫层，扇形块的半径略小于底板半径，相邻扇形块之间存在空隙，扇形块和底板间铺设MgO层，环形炉的内罩内钢卷的上端加盖通风式的盖板，盖板底面的内圈间隙伸入钢卷孔、外圈间隙套在钢卷上、中间通过绕中心均布的导流槽支撑在钢卷端面上，导流槽呈螺旋状且入口与盖板内圈上的开口一一对应连通、出口延伸至盖板底面外圈内侧。

优选地，导流槽的高度为10-15cm，盖板底面外圈比导流槽高20cm-30cm。

优选地，盖板底面中间通过绕中心均布有两个、三个或四个导流槽。

优选地，扇形块的高度为3-5cm，相邻扇形块之间的间隙为50-100mm。

优选地，在一次冷轧工序中，每隔2-5cm进行一次错边直到卷曲完成，错边量为0.5-1cm。

优选地，在一次冷轧工序中，头部2000-3000m和尾部1000-2000m的MgO涂覆量比中部少1g/m ³～2g/m ³。

一种改善取向硅钢内外圈和边部表面质量的环形炉，包括底座、底板和内罩；底板上增设有一层由若干扇形块绕中心均布形成的垫层，扇形块的半径略小于底板半径，相邻扇形块之间存在空隙，扇形块和底板间铺设MgO层，内罩内钢卷的上端加盖有通风式的盖板，盖板底面的内圈间隙伸入钢卷孔、外圈间隙套在钢卷上、中间通过绕中心均布的导流槽支撑在钢卷端面上，导流槽呈螺旋状且入口与盖板内圈上的开口一一对应连通、出口延伸至盖板底面外圈内侧。

优选地，导流槽的高度为10-15cm，盖板底面外圈比导流槽高20cm-30cm。

优选地，盖板底面中间通过绕中心均布有两个、三个或四个导流槽。

优选地，扇形块的高度为3-5cm，相邻扇形块之间的间隙为50-100mm。

本发明的有益效果是：

本方法在整个取向硅钢的生产工艺中仅对一次冷轧工序和高温退火工序进行少量改进(炼钢、热轧、酸洗常化、脱碳退火、热拉伸平整采用常规生产工艺即可，不做要求)，即可显著减少表面缺陷，提高正品率，特别针对钢卷外圈和和上端面的表面质量和磁性有明显的改善效果——通过一次冷轧工序中钢卷错边卷曲的方式和高温退火工序中增设的垫层解决钢卷下端面通气排气的问题，通过少量扇形块就实现了底板侧的气体流动，操作的容易程度明显减低，还可以实现同样的排气效果；通过涂覆量和卷曲张力的变化减小钢卷内外圈的层间间隙，减少了进入层间氧化性气氛的量；通过增设盖板使气体从钢卷内圈通入后按照固定方向螺旋排出，氧化气氛一旦从钢卷层间溢出就会马上被流动气体带走，气体在盖板和钢卷内圈区域形成正压在一定程度上阻止了氧化气氛回流进钢卷上方和边部区域，从根本上解决了钢卷外圈和上端面被氧化气氛影响，表面质量和磁性下降的问题。

附图说明

图1是本发明实施例中改善取向硅钢内外圈和边部表面质量的环形炉的装炉效果示意图，图中箭头和虚线用于表示气体的流向。

图2是本发明实施例中盖板的仰视图，图中箭头和虚线用于表示气体的流向。

图3是本发明实施例中垫层和底板的俯视图，图中箭头和虚线用于表示气体的流向。

图中：1-内罩；2-盖板；3-钢卷；4-垫层；5-底板；6-底座；7-扇形块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

一种改善取向硅钢内外圈和边部表面质量的方法，在一次冷轧工序中，采用错边卷曲且每隔一段距离进行一次错边直到卷曲完成，卷曲张力按渐变张力进行控制且头尾的卷曲张力大、中部的卷曲张力小，MgO的涂覆量与卷曲张力同步变化且头尾的涂覆量少、中部的涂覆量多(即，采用较大张力进行卷曲的钢卷6长度范围也是采用较低涂覆量的范围，采用较小张力进行卷曲的钢卷6长度范围也是采用较高涂覆量的范围)；在高温退火工序中，采用改进的环形炉，如图1至图3所示，环形炉包括底座6、底板5和内罩1，底板6上增设一层由若干扇形块7绕中心均布形成的垫层4，扇形块7的半径略小于底板5半径，相邻扇形块7之间存在空隙，扇形块7和底板5间铺设MgO层，内罩内钢卷3的上端加盖通风式的盖板2，盖板2底面的内圈间隙伸入钢卷3孔、外圈间隙套在钢卷3上、中间通过绕中心均布的导流槽支撑在钢卷3端面上，导流槽呈螺旋状且入口与盖板2内圈上的开口一一对应连通、出口延伸至盖板2底面外圈内侧。

在本发明中，导流槽的高度可以为10-15cm，盖板2底面外圈比导流槽高20cm-30cm；盖板2底面中间通过绕中心均布有两个、三个或四个导流槽；扇形块7的高度为3-5cm，相邻扇形块7之间的间隙为50-100mm；在一次冷轧工序中，每隔2-5cm进行一次错边直到卷曲完成，错边量为0.5-1cm；在一次冷轧工序中，头部2000-3000m和尾部1000-2000m的MgO涂覆量比中部少1g/m ³～2g/m ³。

以上采用三个实施例和四个对比例进行效果对比试验：

实施例1

在一次冷轧工序中，卷曲错边量为1cm，每间隔5cm进行一次错边直到卷曲完成，头部2000m和尾部1000m的MgO涂覆量比中部少1g/m ³～2g/m ³；在高温退火工序中，采用8个扇形块7，扇形块7高度为3cm，相邻扇形块7之间有50mm间隙，导流槽的宽为8cm、高为10cm，盖板2底面中间通过绕中心均布有四个导流槽，盖板2底面内圈比导流槽高10cm、外圈比导流槽高20cm。

实施例2

在一次冷轧工序中，卷曲错边量为0.5cm，每间隔2cm进行一次错边直到卷曲完成，头部3000m和尾部2000m的MgO涂覆量比中部少1g/m ³～2g/m ³；在高温退火工序中，采用4个扇形块7，扇形块7高度为3cm，相邻扇形块7之间有100mm间隙，导流槽的宽为12cm、高为15cm，盖板2底面中间通过绕中心均布有两个导流槽，盖板2底面内圈比导流槽高10cm、外圈比导流槽高30cm。

实施例3

在一次冷轧工序中，卷曲错边量为0.8cm，每间隔4cm进行一次错边直到卷曲完成，头部2000m和尾部1000m的MgO涂覆量比中部少1g/m ³～2g/m ³；在高温退火工序中，采用6个扇形块7，扇形块7高度为4cm，相邻扇形块7之间有50mm间隙，导流槽的宽为10cm、高为10cm，盖板2底面中间通过绕中心均布有三个导流槽，盖板2底面内圈比导流槽稍高、外圈比导流槽高20cm。

对比例1、2、3、4采用常规CA卷曲方式和常规的环形炉装炉方式，实施效果见表1。

表1：实施效果对比

从上表可以看出实施例对于钢卷3内外圈和端面表面质量有明显改善。

本方法在整个取向硅钢的生产工艺中仅对一次冷轧工序和高温退火工序进行少量改进(炼钢、热轧、酸洗常化、脱碳退火、热拉伸平整采用常规生产工艺即可，不做要求)，即可显著减少表面缺陷，提高正品率，特别针对钢卷3外圈和和上端面的表面质量和磁性有明显的改善效果——通过一次冷轧工序中钢卷3错边卷曲的方式和高温退火工序中增设的垫层4解决钢卷下端面通气排气的问题，通过少量扇形块7就实现了底板5侧的气体流动，操作的容易程度明显减低，还可以实现同样的排气效果；通过涂覆量和卷曲张力的变化减小钢卷3内外圈的层间间隙，减少了进入层间氧化性气氛的量；通过增设盖板2使气体从钢卷3内圈通入后按照固定方向螺旋排出，氧化气氛一旦从钢卷3层间溢出就会马上被流动气体带走，气体在盖板2和钢卷3内圈区域形成正压在一定程度上阻止了氧化气氛回流进钢卷3上方和边部区域，从根本上解决了钢卷3外圈和上端面被氧化气氛影响，表面质量和磁性下降的问题。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。