1 引言
电工钢又称硅钢片，是一种含碳极低的硅铁软磁合金，一般含硅量在 0.5%～4.5%之间。冷轧电工钢可分为取向电工钢和无取向电工钢，其中取向电工钢分为一般取向电工钢（CGO）和高磁感取向电工钢（HiB）；无取向电工钢分为中低牌号无取向电工钢和高牌号（高效、高磁感）无取向电工钢。
在“碳达峰”“碳中和”大背景下，对于节能减排的要求日益提高，国家对变压器、电机、家用电器的能效升级提出了严格的要求，另外随着新能源汽车行业的发展，新能源汽车用电工钢的需求也在增大。对于能效标准的提升也将增加高牌号无取向硅钢的需求量，而低端产品市场将逐步被压缩。
和普通碳钢一样，热轧电工钢也需要先进行酸洗再进行轧制，但电工钢的酸洗和普通碳钢又有所区别。
2 电工钢酸洗工艺简介
不同种类的电工钢生产工艺是不同的，比如中低牌号的无取向电工钢和常规碳钢酸洗工艺一致，可以共线生产；高牌号的无取向电工钢在轧制前要进行常化处理，通常利用常化+抛丸+酸洗机组（APL）来生产；而由于目前炼钢和热轧技术的提高，普通取向硅钢则不需要常化处理，直接抛丸酸洗即可；高磁感取向硅钢则又需要常化处理，但与高牌号无取向电工钢的常化曲线也有所不同，所以最好是专线专用，避免过度投资。
图 1 电工钢冷轧工艺流程图
硅钢中通过添加 Si 来降低铁损，但 Si 元素的添加，对热轧板表面氧化皮的成分结构及形成速度等带来很大影响，使得硅钢比普碳钢难以酸洗，给硅钢酸洗机组的设计和生产带来了很大难度。常规碳钢氧化铁皮分三层：FeO、Fe3O4、Fe2O3，FeO 在最内层，呈蓝色，是最容易酸洗的；Fe3O4 在中间层，呈黑色，较为致密，较难酸洗；Fe2O3 在最外层，含氧最多，呈红色，是最难溶解的，耗酸量大。由于硅钢含 Si 的质量分数比较高，在 FeO 与基体铁的界面上形成 2FeO·SiO2（铁橄榄石），增强了氧化铁皮的附着力，又由于内层含有 SiO2 难溶于酸，在酸洗过程中很难洗掉，增加了酸洗的难度。所以通常含硅量比较高的电工钢在酸洗前需要进行抛丸处理，先通过机械除鳞方式去掉大部分氧化铁皮，然后再通过酸洗去除残余的氧化铁皮，酸洗的时间也比普通碳钢要长 2~3 倍。
3 电工钢常化酸洗机组设备组成及特点
对于中低牌号的电工钢来说，因不需要常化抛丸处理，直接可以利用常规碳钢酸轧机组进行生产，在酸循环系统设计时需考虑硅泥的处理，在此不再赘述。本文主要针对高牌无取向电工钢和高磁钢取向硅钢的常化抛丸酸洗机组做详细的介绍。
由于常化退火工艺的限制，目前已投产的常化酸洗机组工艺段的最高速度为 60m/min，机组产能在45 万～50 万吨/年。具体工艺流程如下：
图 2 常化抛丸酸洗机组工艺流程简图
3.1 开卷机
入口采用双开卷，节省入口停机时间，减少入口活套的套量。开卷机带压辊、外支撑及边部加热装置，对于含硅量较高的电工钢，在温度较低的环境下开卷很容易造成断裂，不利于开卷操作，所以在开卷前要对带钢边部进行加热，通过火焰直接加热钢卷边部，减少脆裂的几率，使开卷顺利进行。同时，为了节省天然气的消耗，边部加热装置可随钢卷卷径大小变化进行跟随摆动，也可以根据不同带钢宽度调整距离带钢边部的距离。
3.2 五辊矫直机
五辊矫直机是用来矫直带钢头尾，便于穿带，有利于焊机的焊接。上辊组液压缸开闭，通过电机带动螺旋升降机进行辊缝的调节，上下矫直辊组可以通过操作侧的换辊小车进行便捷更换。
3.3 焊机
硅钢属于低碳钢，硅钢中的 Si 元素对铁素体（α-Fe）具有强烈的固溶强化作用，使硅钢的硬度和强度增加，塑性、韧性下降。基于硅钢的成分特性，采用传统的氩弧焊接方法，焊区的晶粒较母材的粗大，韧性差，易开裂，焊接困难，而且焊区和热影响区的性能也远不如母材。相对而言激光焊接时，由于激光焊接速度快，热输入小，热影响区窄，因此不容易变形，焊缝和母材的晶粒不容易长大，情况较好。所以推荐在常化酸洗机组中采用激光填丝焊的方式，焊后对焊缝进行退火处理，避免在入口活套内断带，等焊缝进入常化炉退火后，焊缝质量明显改善。
3.4 张力辊
全线的张力辊是为了控制各个区域的张力，采用的是 S 型张力辊，带钢在张力辊上的包角比较大，同样是由于电工钢的特性，张力辊的直径要大一些，最小 1200mm，避免在张力辊处发生弯折断裂。
3.5 入口水平活套
入口水平活套主要是为了入口停机焊接时，保证工艺段的匀速运行。由于热轧硅钢原料的厚度在 1.8～2.6mm，比较薄，在活套内的张力较低，所以水平活套可以选择小张力、低速运行的托辊小车式，这种结构的活套设备重量轻；在投资允许的情况下，也可以选择固定摆门式，重量略大，但是运行稳定。对于活套量的计算，除了要考虑入口停机时间，也要适度考虑重焊的几率，在空间允许的条件下，活套量尽量大一些，避免由于焊机的原因影响常化炉的运行。带钢在活套内反复转向，如果车间环境温度比较低，需要在活套内合适的地方设置边部加热装置，来避免带钢发生脆断。
3.6 常化炉
对于高牌号无取向电工钢和高磁钢取向电工钢都要经过常化处理，但它们的常化工艺又有所不同。高牌号无取向电工钢常化主要是为了降低铁损、提高磁感，得到晶粒均匀、晶粒变大的组织，防止瓦楞状缺陷产生，常化温度以不超过 1000℃为宜。常化退火炉由入口密封室、预热/无氧化加热炉、均热炉、出口密封室、水套冷却、水喷雾冷却段、水喷淋冷却段等组成。
而高磁感取向硅钢的常化处理多采用两段式加热，然后缓冷，以促进细小的 AlN 抑制剂的析出，常化温度控制在 1100~1120℃。常化退火炉主要由入口密封室、预热无氧化加热段、炉喉、辐射管加热段、1 号管冷段、均热段、2 号管冷段、出口密封室、气雾冷却段、1 号水喷淋冷却段、水套冷却段、2 号水喷淋冷却段组成。从常化工艺和常化炉的设备组成上就可以看出，如两种电工钢共线生产，为了满足高磁感取向硅钢的生产需要很长的常化炉，该线生产高牌号无取向电工钢就会造成浪费，特别是取向硅钢量很少的情况。
比较经济的方案是按照高牌号无取向电工钢配置常化炉，在生产少量高磁钢取向硅钢时适当降速来满足退火工艺，当然专线专用是最经济合理的配置。
3.7 抛丸机
由于电工钢的氧化铁皮比较难酸洗，含硅高的电工钢又比较脆，所以在常化酸洗机组中用抛丸机对带钢上、下表面的氧化皮进行击打，去除大部分氧化铁皮，并让内层致密的氧化铁皮产生裂纹。在抛丸室内钢带在抛头之间通过支撑辊支撑。钢带入口用橡胶帘密封防止丸料泄漏。第一个抛丸室后安装有中间吹扫室，第二个和第三个抛室后装有终吹扫室。在吹扫室中，喷嘴使用压缩空气吹扫钢带表面，清除钢带表面的粉尘和堆积的丸料。
抛丸工艺使用横向抛丸原理，适用于平直带钢的除鳞。利用变频电机驱动抛头，抛头转速可以无级调整，进而无级调整丸料抛射速度。抛丸方式可以通过调整定向套角度以适应不同宽度的钢带。因此，最佳的丸料强度分布和丸料利用率可以得到保证。通常一台抛丸机对应机组速度为 15～20m/min，所以通过机组工艺段的速度就可以匹配抛丸机的数量。
3.8 酸槽
电工钢酸洗过程中会产生大量的硅泥，硅泥会堵塞管道以及石墨加热器、喷嘴，时间久不清除会形成比较坚硬的硅泥。为了避免管道、石墨加热器以及喷嘴等的堵塞，提高机组作业率，采用内加热式酸槽，取消酸循环系统。虽设置酸罐，但只在排空清理酸槽内硅泥时或长期停机时，酸液才回流到酸罐内存储。酸槽内侧壁两侧设置特氟龙盘管通过蒸汽对酸液进行加热，酸槽内的酸液采用串级逆流的方式，新酸加入 3 号酸槽，废酸从 1 号酸槽流出。此种结构的酸槽对于高牌号电工钢的酸洗非常有利，取消循环系统，一是避免堵塞，二是减少了管道流动过程中的热量散失，只需要定期对酸槽内沉积的硅泥进行清除即可。由于酸槽内的液位较浅槽强紊流酸洗槽要深一些，且没有侧喷，只能通过带钢的运行在槽内产生紊流，紊流度与浅槽强紊流酸槽稍差一些。
但是国内大多数电工钢酸洗都是采用带循环系统的浅槽紊流酸洗，为了减少硅泥堵塞，采用孔洞较大的石墨加热器对酸液进行加热；为了避免喷嘴堵塞，将喷嘴从标准喷嘴改成可拆卸的狭缝式喷嘴，便于拆卸和清洗。
图 3 标准喷嘴
图 4 可拆卸喷嘴
酸循环系统中还需配置脱硅系统以及碱液清洗系统，脱硅系统是为了去除酸液中的硅泥，碱液清洗系统
主要是为了停机时，通过热碱液清洗管道和石墨加热器。虽然针对硅泥采取了很多措施，但实际生产中也遇到了很多生产问题。
3.9 切边圆盘剪
高牌号电工钢非常脆，很容易裂边，通过切边圆盘剪切掉边部受损的部分，同时获得需要的带钢宽度。
无论碳钢酸轧机组还是电工钢常化酸洗机组，通常将切边圆盘剪放置在机组出口。近年来常化酸洗机组也有将圆盘剪放置在入口的布置，两种布置方式各有利弊。放在入口可以提前切掉边部破损带钢，减少了断带率。
另外，切边时边部会产生局部的加工硬化，通过常化炉进行退火后，在后续的轧制过程中会减少裂边的几率。
但是放在入口增加了入口停机时间，对入口活套量的需求增加。
因为切边圆盘剪通常是酸洗机组的瓶颈点之一，特别是电工钢切边，所以有些厂家为了避免常化酸洗机组中频繁出现切边故障，在进入常化酸洗机组前，单独设置切边机组。虽增加一个工序，但是可以大大提高常化酸洗机组的作业率。
3.10 卷取机
由于电工钢含硅量比较高，带钢比较脆，而且厚度也相对较薄，通常采用助卷器辅助卷取，和钳口卷取相比，也节省一些出口停机时间。电工钢的强度也比较高，所以卷取张力也比常规酸洗机组相同规格的带钢需要的更大，单位张力在 20~30N/mm2 范围内。
4 结论
常化酸洗机组是高牌号无取向电工钢和高磁感取向硅钢的必要生产工序，也是一个工序比较复杂的机组，关键设备的合理选型，对机组顺利生产起到至关重要的作用。
（1）高牌号无取向电工钢和高磁感取向电工钢退火工艺不同，新建生产线时要考虑现有产品结构和未来发展方向，选择合适的退火炉设备。
（2）电工钢氧化铁皮酸洗困难，机械除鳞要做到位，抛丸机的数量尽量按照工艺段速度 15m/min 一台考虑，避免由于酸洗不净造成机组降速。
（3）电工钢酸洗过程中会产生大量硅泥，增加了酸循环系统设备的维护量和消耗量。采用内加热式的酸洗槽，去掉了循环系统，可以减少酸泵、喷嘴、石墨加热器等的消耗和维护。
（4）结合电工钢热轧产品的质量，选择是离线设置切边机组，还是在线配置切边圆盘剪。
来源：第十四届中国钢铁年会
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