1、取向硅钢生产现状
世界范围内冷轧取向硅钢的主要生产商目前共有14家公司,除中国的武钢以外的13家公司主要分布在日本、韩国、俄罗斯、德国、美国等国家。
(1)日本在冷轧取向硅钢的产能、产品质量、工艺和品种开发等方面,处于世界领先地位。日本冷轧取向硅钢2007年的产能约为39.5万t,其中新日铁约为25.3万t,川崎约为14.2万t。在产品方面,新日铁不断改进取向硅钢的生产技术,采用机械刻痕、激光刻痕、快速加热等先进技术,已使Hi-B钢产品的最低铁损P17/50降到0.6 W/kg,最高磁感达到1.94 T以上。川崎已经能够稳定地生产B8≥1.88 T的高磁感取向硅钢,其中JGS型号产品(以MnSe和AlN为主抑制剂)的B8达到1.93~1.95T;利用磁畴细化技术来降低铁损,23JGSD牌号的产品P17/50减到0.78 W/kg;主要生产应用最广泛的0.23 mm厚度的薄规格产品(如23JGH,23JGS等)。
(2)德国蒂森克虏伯电工钢公司(TKES)重组后,不断提高取向硅钢的产量。该公司设立在意大利的特尔尼(Terni)的取向硅钢厂(AST)曾利用CSP工艺流程试制取向和无取向硅钢,该生产线于2005年10月停止生产电工钢。该公司另外两家厂(德国Gelsenkirchen厂和法国的Isbergues厂)的取向硅钢生产效率得到更好地发挥,通过增加Gelsenkirchen厂热处理设备,以及启动Isbergues的设备来不断增加产能,目前这两家厂的产能为21万t/a。在产品的品种方面,TKES公司计划将Hi-B钢的比例提高到50%。
(3)韩国浦项钢厂2007年取向硅钢产量约为14万t,占全球取向硅钢产量的9%。该公司在取向硅钢生产上发展迅速,不断扩建硅钢厂的设备,提高生产规模,预计到2008年,浦项钢厂的取向硅钢产量将达到20万t。在产品的品种方面,Hi-B钢产能被不断提高。
(4)美国AK钢公司2007年的产量约为19万t,占全球取向硅钢产量的12%。该公司不断加大投资力度,用于改造Butler和Zanesville地区工厂的取向硅钢生产线,将取向硅钢产量提高12%,达到21万t/a。
(5)巴西不锈钢和特殊钢厂家Acesita(安赛乐分公司)正在研究将取向硅钢产能提高1倍,从目前的5万t/a提到10万t/a,以满足巴西国内的需求。
经过几十年的发展,中国冷轧取向硅钢生产取得了较大的成绩。武钢公司冷轧取向硅钢产量已连续数年突破10万t设计能力,2007年武钢公司取向硅钢的产能达到27万t(其中Hi-B钢产量为2万t)。目前武钢公司的取向硅钢产品包括:
- ①0.30mm和0.27mm两种厚度规格、十个牌号的Hi-B钢产品,即30Q100~30Q130五个牌号和27Q095~27Q130五个牌号的产品。大部分牌号产品的B8达到1.89 T,27QG095牌号的P17/50最低,达到0.95W/kg。目前在试制0.23mm薄规格的Hi-B钢;
- ②0.27mm和0.23mm两种厚度规格、七个牌号的CGO钢产品,即27Q120~27Q140三个牌号和23Q110~23Q125四个牌号的产品。CGO钢仍是目前武钢的主要产品;
- ③0.20mm和0.15mm两种厚度规格、十个牌号的宽幅取向硅钢薄带产品,即15Q1900(DG3)~15Q1650(DG6)四个牌号和20Q1200(DG1)~20Q760(DG6)六个牌号的产品。
2、取向硅钢流程生产技术的现状及发展趋势
取向硅钢的技术发展以降低铁损、提高磁感应强度为主要目标,紧紧围绕着工艺流程的改进展开研究,主要流程包括传统板坯流程、板坯低温加热流程、薄板坯连铸连轧流程、薄带流程等。
(1)传统高温板坯流程生产取向硅钢
板坯高温加热是传统板坯流程工艺中的关键点。为了使抑制剂起到有效抑制初次晶粒长大、促进二次再结晶发展的关键作用,并使成品获得稳定的磁性能,在板坯加热过程中,需要保证MnS和A1N抑制剂的固溶。经高温加热后,在热轧过程中以细小的MnS弥散析出,而细小的A1N是在热轧板的高温常化过程中弥散析出。析出后的MnS和A1N可有效地抑制初次晶粒的长大。脱碳退火后,CGO钢中合适的初次晶粒尺寸为15~25μm,Hi-B钢中合适的初次晶粒尺寸为10~15μm。初次晶粒的长大得到有效抑制,可保证二次再结晶完全,并使成品获得高的磁性能。
高温加热给取向硅钢产量、磁性、能耗、成材率以及设备故障等方面带来巨大压力。其弊端表现如下:①在产品质量方面,成品磁性不稳定,表面缺陷较多;②在设备使用方面,需设专用加热炉,作业率低;③在制造成本方面,燃料成本较高,设备使用费用较高,成材率较低,引起成本增加。
(2)板坯低温加热流程生产取向硅钢
为了解决传统取向硅钢生产过程中高温加热所带来的诸多问题,板坯低温加热流程生产取向硅钢成为生产流程的一个主要发展趋势。国外在逐步地改进板坯加热工艺,德国蒂森、日本新日铁和川崎公司采用了普通步进式加热炉加热+高频感应炉高温短时间加热工艺,取代了传统的高温加热炉加热工艺。1996年新日铁公司八幡厂已在1150~1250℃板坯低温加热工艺条件下生产Hi-B钢。前苏联一直采用1250~1280℃加热工艺生产CGO钢。武汉钢铁公司也于2005年研制开发出利用板坯低温加热流程生产的CGO钢产品。
为实现铸坯低温工艺,必须要改变抑制剂的组成。AlN将取代MnS作主抑制剂,因MnS的固溶温度高于AlN的固溶温度;向钢中添加微量单元素溶质抑制剂,如:Sn、Bi、B、Sb、Cu等来改变抑制剂类型;同时生产工艺也要做相应地调整,为了实现低温加热,对钢板进行渗氮处理,来弥补铸坯低温加热所带来的抑制剂数量上的不足。
(3)薄板坯连铸连轧流程生产取向硅钢
继德国蒂森1999年首次利用CSP流程生产无取向硅钢之后,意大利AST钢铁公司在特尔尼(Terni)建成的CSP流程不仅生产过无取向硅钢,而且还生产过普通取向硅钢和高磁感取向硅钢。
由于薄板坯连铸连轧工艺具有高铸坯凝固速度、低铸坯加热温度等主要特点,在缩短流程的同时,最终能得到较高性能的产品,充分显示了薄板坯连铸连轧工艺生产取向硅钢的多重优势。实现薄板坯连铸连轧生产取向硅钢的根本技术问题在于能否稳定地实现铸坯的低温加热工艺,即降低铸坯均热温度至1200℃以下,并保证抑制剂在低温条件下能够固溶,在高温退火时,达到抑制初次晶粒正常长大的目的,并最终获得性能优良的取向硅钢。
在中国申请并获准的相关电工钢专利共有84项,其中取向硅钢专利54项,无取向硅钢专利31项(一项专利含扩取向和无取向硅钢两方面内容)。与薄板坯连铸连轧生产取向硅钢相关的专利2项。申请人均为阿奇亚斯佩丝阿里特尔尼公司,专利名称为“由薄板坯生产晶粒取向电工钢带的方法”(专利公开号:1231703)和“用薄板坯生产具有高的磁性能的晶粒取向电工钢带的工艺”(专利公开号:1228817)。
中国“十一五”国家科技支撑计划也开展了薄板坯连铸连轧生产取向电工钢新技术课题研究,从取向电工钢成分设计中探索新的抑制剂,以期形成具有自主知识产权的、适应于薄板坯连铸连轧流程的取向电工钢成分、抑制剂方案及低温加热的工艺。
(4)双辊薄带连铸流程生产取向电工钢
双辊薄带连铸是连铸领域最具潜力的一项重要新技术,是一种短流程、低能耗、投资省、成本低和绿色环保的新工艺。双辊薄带连铸技术过程是以两个相反方向旋转的浇铸辊为结晶器,钢液在两辊间快速凝固,同时承受一定的塑性变形,直接生产出厚度小于5 mm的薄带钢。双辊薄带连铸相对厚板坯连铸有两个突出特点:①凝固速度块,其冷却速度比厚板坯高2~3个数量级;②连铸过程后期,在完全凝固点与铸轧机出口之间可以实现一定程度的热轧过程。这种快速凝固和塑性变形的双重作用,有利于取向电工钢的生产。十几年前,新日铁、于齐诺尔和蒂森联合进行的MYOSOTIS项目中最早开始应用薄带连铸技术生产CGO钢。特尔尼薄带连铸试验线布置如图1所示。最近,美国AK钢铁公司也应用薄带连铸工艺生产CGO钢。
图1:特尔尼薄带连铸试验线布置图
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