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      薄帶連鑄電工鋼成套工藝、裝備與產品開發

      放大字體  縮小字體 發布日期:2017-05-09  來源:電工鋼領航網  作者:edit1  瀏覽次數:16
      核心提示:1前言近終形薄帶連鑄技術作為一種短流程、低能耗、投資省、成本低的綠色環保新工藝技術,其獨有的亞快速凝固過程在獲得鋼材某些
      1前言
       
      近終形薄帶連鑄技術作為一種短流程、低能耗、投資省、成本低的綠色環保新工藝技術,其獨有的亞快速凝固過程在獲得鋼材某些特殊性能方面具有獨特優勢,是實現高性能鋼材短流程生產的重要途徑。項目組在認真分析目前國際上最先進硅鋼生產技術的成分設計、組織與織構控制原理以及存在的工藝技術難題的基礎上,結合薄帶連鑄亞快速凝固、短流程的特征優勢,完成了基于雙輥薄帶連鑄的硅鋼制造理論研究并形成了系統的工藝和裝備技術,圍繞薄帶連鑄高品質硅鋼成套制造工藝與裝備技術的各類關鍵問題,開發出薄帶連鑄關鍵單體設備和核心控制系統,形成了具有我國自主知識產權的薄帶連鑄高品質硅鋼成套工藝與裝備技術,為在國際上率先實現薄帶連鑄硅鋼的工業化生產提供重要支撐。目前已取得的主要研究進展如下。
       
      2薄帶連鑄硅鋼品種及工藝研發
       
      2.1薄帶連鑄無取向硅鋼工藝研發
       
      研究結果表明,在亞快速凝固條件下,通過改變熔池內鋼水的過熱度也可以制備出具有不同組織和織構特征的鑄帶坯。通過過熱度控制滿足了無取向硅鋼、取向硅鋼、6.5%Si鋼對初始凝固組織和織構類型的個性化需求,為制備較之傳統產品更高性能的硅鋼產品提供了有利條件(圖1)。在薄帶連鑄條件下,通過對晶內剪切帶和形變帶這些亞結構的合理設計可以實現對再結晶行為的調控,在無需采取附加工序的條件下,即可獲得近乎完美的織構組態:{001}織構全面占優,{111}織構基本消失(圖2)。這種優越的織構特征在傳統流程條件下是無法獲得的。磁感指標B50優于國內外現有產品0.04T以上。由此,采用最簡單的工藝措施,突破了傳統生產流程的局限,提供了一條無需加熱、無需常化處理、無需兩步冷軋和中間退火的短流程、低難度、低成本制造高效無取向硅鋼的全新工藝流程,為高品質無取向硅鋼薄帶連鑄產業化生產提供了原型技術。
       
      2.2薄帶連鑄取向硅鋼工藝研發進展
       
      通過對化學成分進行合理設計并對亞快速凝固過程進行調控可以獲得非常細小的凝固組織,在這種細小的初始組織中即存在大量的Goss取向的晶粒,經小變形量的熱軋后也可以保證存在一定數量的Goss“種子”,能夠完全滿足后期二次再結晶的需要。另外,當鑄帶坯初始凝固組織過于粗大時可采用兩步冷軋法,在第一次冷軋后進行中間退火也可以確保一定數量的Goss“種子”,同樣也能夠滿足后期二次再結晶的需要,從而全面解決了薄帶連鑄條件下熱軋壓縮比太小、剪切變形不夠所引起的Goss“種子”不足的難題,掃清了制備取向硅鋼的障礙(圖3)。
       
      在抑制劑控制方面項目組創造性地提出:在二次冷卻階段采用快速冷卻以減少抑制劑的析出,對抑制劑的調控則主要集中在熱軋板的常化處理階段進行。通過改變常化處理參數可以實現對抑制劑的數量、大小及分布狀態的精確調控,最終使抑制劑較傳統流程更加細小(25-50nm)且尺寸分布更加集中(圖4)。該技術不但取消了傳統生產流程的高溫加熱和滲氮工序,而且使抑制劑調控難度顯著降低,調控精度顯著提高,找到了一條取代傳統高難度、高技術、高成本生產流程的短流程、易控制、低成本的取向硅鋼制造新流程。實驗室條件下成功制備出0.27mm厚的普通取向硅鋼,磁感指標B8達到1.85T,與國內外現有CGO產品相當(圖5);成功制備出0.23mm厚的高磁感取向硅鋼,B8達到1.94T,優于國內外現有Hi-B產品(圖6)。該技術提供了一條無需高溫加熱、無需滲氮處理的短流程、低難度、低成本制造取向硅鋼的全新工藝流程,為取向硅鋼薄帶連鑄產業化生產提供了技術原型。
       
      在薄帶連鑄條件下發現即使碳含量低于0.003%,通過冷卻及常化處理控制抑制劑的形核和長大,在全鐵素體組織中也可以獲得足夠數量的細小、彌散的抑制劑質點,完全能夠滿足二次再結晶的需要。從而提供了一條可省去脫碳退火的更短流程、更低成本的取向硅鋼制造新流程。在對抑制劑調控的基礎上,解決了初次再結晶組織不均、微織構分布不均的難題,制備出細小、均勻的初次再結晶組織,為二次再結晶的發生掃清了障礙。通過上述工作,研究人員最終在實驗室條件下成功制備處出0.23-0.27mm厚的超低碳高磁感取向硅鋼的原型鋼,磁感B8可達到1.94T,顯著優于國外產品,這為電工鋼生產提出了一條無需高溫加熱、無需熱軋、無脫碳退火、無需滲氮處理的短流程、低難度、低成本制造取向硅鋼的全新工藝流程,徹底改變了傳統電工鋼的生產工藝及成分設計。
       
      2.3薄帶連鑄無取向 6.5%Si 鋼的研發
       
      6.5%Si高硅鋼具有高電阻、高磁導率和接近于零的磁致伸縮的優點,是一種性能優良的軟磁材料。然而,隨著Si含量的增加,室溫脆性大幅度上升,室溫加工性能急劇下降。因此嚴重制約了高硅鋼的工業化應用。研究人員創造性地提出利用薄帶連鑄+形變誘導無序的工藝方法來制備6.5%Si高硅鋼。采用薄帶連鑄-熱軋-溫軋-冷軋的工藝方法,克服了高硅鋼的室溫脆性問題,成功制備出板形良好、磁性能優良的0.1-0.2mm厚高硅鋼冷軋板,其磁感指標B8遠高于日本CVD法制備的同規格產品。針對薄帶連鑄+形變誘導無序的加工路線設計并建成了6.5%Si高硅鋼專用中試機組,制備出大尺寸0.1-0.2mm厚的超薄帶(圖8、圖9)。為我國6.5%Si高硅鋼的薄帶連鑄工業化生產奠定了堅實基礎。
       
      2.4高磁感取向硅鋼極薄帶與取向高硅鋼的研發
       
      在薄帶連鑄6.5%Si與3.0%Si極薄取向硅鋼研究方面,研究人員提出了薄帶連鑄過程中的晶界工程控制理論,完成了新型抑制劑的設計,提出了抑制劑固溶-析出行為的控制方法。在實驗室條件下制備出0.18mm厚的6.5%Si取向硅鋼,磁感B8大于1.74T。并制備出0.08mm厚的3.0%Si高磁感取向硅鋼,磁感B8大于1.94T,顯著高于日本同規格產品1.84T的水平(圖10),這為我國關鍵高端軟磁材料的產業化生產和應用奠定了堅實基礎。該研究成果標志著東北大學在薄帶連鑄電工鋼研究領域具有國際領先地位,極大地推動了薄帶連鑄技術及高性能電工鋼制造技術的發展,將為電工鋼生產帶來革命性變革。
       
      3薄帶連鑄硅鋼工業化產線實施
       
      利用薄帶連鑄硅鋼中試研究平臺,完成了結晶輥結構的優化設計、澆注水口結構的優化設計、澆注保護系統的優化設計等,實現了關鍵單體裝備與技術的系統集成。另外,研發出熔池液面檢測與控制系統、凝固終點位置檢測與控制系統、鑄軋力檢測與控制系統、鑄帶坯厚度/板形檢測與控制系統、熱軋板厚度/板形檢測與控制系統、表面質量檢測與控制系統等關鍵控制系統,為生產厚度均勻、板形良好、表面質量優異的硅鋼帶坯奠定了堅實的基礎。
       
      2016年5月26日,在前期聯合驗證的基礎上,東北大學與河北敬業集團正式簽訂了高品質鋼薄帶連鑄產業化單嘴精煉工藝、中間包電磁感應加熱、高剛度和高精度軋制技術等方面采用了多項國內領先系列關鍵技術轉讓合同,共同合作和開發實施“薄帶鑄軋短流程生產線關鍵技術研發及應用”項目,標志著東北大學具有我國完全自主知識產權的E2Strip正式步入工業化實施階段。針對鑄軋高品質鋼工藝、質量的特殊性要求,在鐵水“三脫“預處理工藝、RH先技術和獨特的設計理念,在技術應用和功能實現上具有一定的先進性和挑戰性,此產線將建設成為國內首臺/套集前沿鑄軋技術與先進軋制技術為一體的具有獨特功能的創新示范產業線。整個鑄軋產線擬采用單流單機架四輥熱軋機布置類型,設計產能為40萬噸/年。尺寸規格為:熱帶卷1.5-3.5mm×1350mm。硅鋼薄帶鑄軋示范線生產的產品品種為:高磁感無取向硅鋼、高牌號無取向硅鋼、高碳普通取向硅鋼、高磁感取向硅鋼熱軋帶、低碳的普通取向硅鋼和高磁感取向硅鋼。主要工藝流程:鐵水預處理→轉爐→RH(單嘴精煉爐)→連鑄。薄帶鑄軋項目的產線設備主要包括:澆注設備、鑄軋機設備、鑄軋機出口夾送設備、熱軋機、冷卻設備、飛剪、卷取設備、鋼卷運輸線。上述示范線的建成將為高性能、節約型、低成本E2Strip工業化進程發揮重要的示范作用,為硅鋼生產開辟一條由中國領跑的特色化、綠色化創新發展道路,在世界范圍內拉開了硅鋼新一代先進制造技術革命的序幕。
       
       
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