CN102962418A

CN102962418A - 高硅钢薄带的铸轧复合生产方法及其装置

Info

Publication number: CN102962418A
Application number: CN2012105352898A
Authority: CN
Inventors: 张凤泉; 骆忠汉; 傅连春; 张文辉; 周桂峰
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2032-12-11
Also published as: CN102962418B

Abstract

本发明公开了一种高硅钢薄带的铸轧复合生产方法及其装置，该方法是在惰性气体保护下将低温的待复合母材自上而下穿过由一对铸带辊和两块分别设置在该对铸带辊两端的侧封板围成的熔池，然后，向所述熔池中注入硅含量为3～7%的高温钢液，同时使铸带辊辊面温度维持在较低的温度状态，并将待复合母材以一定速率向下运动，从而使熔池中的钢液经待复合母材和铸带辊的双向冷却，在待复合母材的表面形成一层高硅钢复合铸带；并经平整、轧制后即得高硅钢薄带钢材。该装置主要利用铸带辊和待复合母材实现对铸带辊和侧封板围成的熔池中的钢液的双向冷却。本发明装置简单，成本低廉，生产方法具有环境友好性，生产的硅钢晶粒细小，有效改善了硅钢的脆性。

Description

高硅钢薄带的铸轧复合生产方法及其装置

技术领域

本发明属于钢铁材料加工与制造领域，具体涉及一种高硅钢薄带的铸轧复合生产方法及其装置。

背景技术

众所周知，对于Fe-Si硅钢合金，随着Si含量的增加，尤其当Si含量超过5%以后，合金就会变得既硬又脆，使加工性能急剧恶化。但是，高硅钢材料优异的磁学性能和广泛的应用前景，又吸引着人们进行大量的研究和开发工作。

1）传统轧制工艺

自从T．Ishizaka等于1966年利用热轧——冷轧法首次制备出0.3mm厚的Fe-6.5%Si硅钢薄带以来，人们一直在努力探索，使制备高硅钢薄板的传统工艺尽量简单、经济、操作性强，并取得了一些成果：如对Super Sendust合金（即Fe-Si-Al-Ni系高导磁合金）经过热轧可以得到0.05~0.30mm的薄板，或经过热轧、温轧及最后的冷轧工艺可以得到0.20mm厚的薄板；俄罗斯研制了另一种三轧法工艺，即热轧、温轧和冷轧，且在硅原子有序排列的温度区间以大于总轧制量75%的中间温轧来破坏硅原子的有序排列和改善塑性，但用这种方法获得Fe-6.5%Si高硅钢所实施的附加处理工艺相当复杂。另外，这些轧制工艺基本上没有详细的报道。

2）快速凝固工艺

近年来，快速凝固技术在金属材料加工制备中获得了突飞猛进的发展。利用快速凝固技术对高硅钢薄带的制备已取得了一些成果，并且显示出了希望所在。

（1）急冷制带法

1978年，N．Tsuya和K．T．Arai利用急冷工艺生产出0.03~0.1mm的6.5%Si高硅钢薄带，其极其细小的晶粒组织引起了人们极大的关注。对运用该工艺制备Fe-6.5%Si高硅钢、Sendust合金以及Fe₃Si等各种Fe₃Si基合金的方法和技术，后来者进行了大量的研究。

国内某科研单位应用快速凝固方法成功地研制出了磁致伸缩接近零和电阻率高达82μΩ·cm的Fe-6.5%Si铸态极薄带(厚40~60μm，宽10~25mm)。但这些研究仅仅限于应用基础研究，要进行规模化生产还很困难，其原因就是用这种工艺生产出来的薄带，厚度和宽度有限，而且形状也不尽如人意。

（2）喷射成形法

喷射成形工艺是涉及粉末冶金、液态金属雾化、快速冷却和非平衡凝固等多领域的新型材料制备技术。其特点就是将经气体雾化的液态金属熔滴沉积到一定形状的接收器上，直接制成一定形状的产品。由于该技术是具有通用性和产品多样性的柔性制造系统，厚度不受限制，产品形状也容易控制，所以用此方法来制备Fe-6.5%Si高硅钢是可行的．也是很有希望的。遗憾的是，目前很少有这方面的报道。

3）CVD工艺

CVD工艺是利用传统的取向或无取向硅钢片的表面和硅化物之间的高温化学反应使Si富集在硅钢片上，这是迄今为止制备Fe₃Si基合金最为突出和成功的工艺。这种方法像逆流铸造法一样，既能制取高硅钢也能制取“梯度”钢，并且能够获得晶粒度可以控制的各向异性和各向同性的材料。1988年日本钢管公司(NKK)成功利用轧制加渗硅技术，生产出厚0.1~0.5mm、宽400mm的Fe-6.5%Si无取向高硅钢片。通过不断的实践和研究，于1993年7月正式建成月产100吨的CVD连续渗硅生产线，生产0.1~0.3mm厚、600mm宽的Fe-6.5%Si高硅钢片。由于半导体的迅速发展，推动电器设备在更高频率下工作，并要求具有更低的铁损，为此，NKK于1995年又开发生产了0.05mm×600mm的产品。通过优化生产条件，明显改善了产品的加工性能，取名为Super E Core的高硅钢板主要用于电力机械和磁性器件方面。尽管CVD工艺已取得成功，但仍存在如下问题：

（1）沉积温度高，能耗大，设备腐蚀严重，寿命缩短；

（2）CVD工艺靠的是SiCl₄通过腐蚀铁表面形成Fe₃Si而沉积，因而会在表面产生腐蚀坑洼与不平，需要温轧平整，这给生产带来不便；

（3）按CVD工艺产生的FeC1₂，废气既严重污染环境，又造成铁的流失。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种高硅钢薄带的铸轧复合生产方法，所述高硅钢的硅含量为3~7%。

本发明的另一个目的在于提供一种铸轧复合生产装置。

为实现上述第一个目的，本发明采用如下的技术方案：一种高硅钢薄带的铸轧复合生产方法，包括如下步骤：

1）在惰性气体保护下，将待复合母材自上而下穿过由一对铸带辊和两块分别设置在该对铸带辊两端的侧封板围成的熔池，所述待复合母材为冷轧薄带钢，温度为20~50℃，厚度为0.5~3.0mm；

2）然后，向所述熔池中注入硅含量为3~7%的钢液，所述钢液的温度控制在1350~1550℃；同时，

21）待复合母材以10~100m/min的速率向下运动；并且，

22）启动铸带辊，所述铸带辊辊面温度为100~600℃，转动速度为20~120m/min，铸带辊的辊间距为薄带钢的1~1.1倍；

使熔池中的钢液经待复合母材和铸带辊的双向冷却，分别在待复合母材的两面各形成一层高硅钢复合铸带；

3）再后，两面各形成一层高硅钢复合铸带的母材经平整辊处理、冷轧机轧制后即得高硅钢薄带钢材。

进一步地，所述步骤1）中，待复合母材为硅含量不大于3.5%的冷轧钢板，所述步骤2）中，钢液的硅含量为6~7%。

再进一步地，所述步骤2）中，熔池中钢液的液面高度为5~200mm。

更进一步地，所述步骤3）中，控制平整辊内部水冷装置的水温为常温、水压为0.1~0.4Mpa。

为实现上述第二个目的，本发明采用如下的技术方案：一种铸轧复合生产装置，它包括左右两个钢包，依次成对设置在钢包下方的铸带辊、平整辊、导向夹送辊，所述铸带辊和平整辊内部都带有水冷装置，且所述铸带辊两端各设置有一块侧封板，所述铸带辊与侧封板围成一个熔池，所述导向夹送辊后方设有冷轧机，所述冷轧机后方设有卷取机；它还包括一个设有进气口和出气口的保护罩，所述保护罩至少覆盖所述铸带辊与侧封板所围成的熔池。

作为优选方案，所述保护罩还向下覆盖至平整辊的上半部。

进一步地，所述保护罩设置有1~30个直径为5~50mm的进气孔和1~20个直径为5~30mm的出气孔。

再进一步地，所述铸带辊的直径为100~1000mm。

更进一步地，所述铸带辊和平整辊之间的距离为300~1500mm。

本发明中，由于待复合母材的温度远低于硅含量为3~7%的钢液，将待复合母材以一定速度自上而下穿过钢液时，待复合母材使其表面附近的钢液降温，发生凝固，在待复合母材表面形成一层高硅钢凝固层；同时，带水冷装置的铸带辊使与其表面接触的钢液降温凝固，形成又一层高硅钢凝固层；到吻合点时，铸带辊将其表面的高硅钢凝固层以一定的压力，压到待复合母材表面的高硅钢凝固层上，形成一个新凝固的高硅钢复合层；待复合母材从吻合口出来时，新的高硅钢复合层和待复合母材牢固地结合在一起，形成高硅钢复合铸带；再经平整辊的冷却、平整及冷轧机的进一步轧制，即可得到表面平整、厚度均匀的高硅钢薄带。因此，本发明具有如下的优点：

1）由于本发明是采用双向冷却技术，通过一对铸带辊把两个自然冷却的结晶层（也称为履层）挤压成一个履层，出液面时由于表面是加工状态，因此，表面质量好、履层组织细密、结合力强；且由于双向冷却速度快、晶粒细小，从而有效改善了硅钢的脆性。

2）本发明的装置简单，成本低廉，生产方法具有环境友好性，适用范围广。

3）本发明制备的高硅钢薄带，具有较好的冷加工性，可以进行温轧、冷轧、卷取、冲片等，产品规格范围宽，拓宽了应用领域。

4）本发明的装置不仅可以进行双金属的铸轧复合，如铜-钢-铜、铜-铝-铜、硅钢-钢-硅钢等，还可进行多金属的复合，如不锈钢-钢-铝等。

附图说明

图1为本发明的铸轧复合生产装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明的铸轧复合生产装置，包括左右两个钢包1，依次成对设置在钢包1下方的铸带辊2、平整辊3和导向夹送辊4，铸带辊2和平整辊3的内部都带有水冷装置，且铸带辊2的两端各设置有一块侧封板5，铸带辊2与侧封板5围成一个熔池，导向夹送辊4的后方设有冷轧机6，冷轧机6后方设有卷取机7。上述铸带辊的直径为100~1000mm，铸带辊和平整辊之间的距离为300~1500mm。

该装置还包括一个保护罩8，保护罩8上设有20个直径为40mm的进气口和15个直径为20mm的出气口，保护罩8覆盖钢包1、熔池及平整辊3的上半部。

使用该装置进行铸轧复合生产高硅钢薄带时，按如下步骤进行操作：

1）将待复合母材9通过保护罩8并自上而下穿过铸带机2、平整辊3、导向夹送辊4、冷轧机6后进入卷取机7，所述待复合母材9为Si≤3.5%的冷轧硅钢薄带，温度为30℃，厚度为1.0mm；

2）分别调整铸带辊2和平整辊3的辊间距为1.05mm；

3）左右钢包1分别向由一对铸带辊2、两块侧封板5和待复合母材9围成的左右熔池中注入Si含量为6.5%的钢液至100mm，所述钢液的温度控制在1450℃；为保证铸轧复合生产连续进行，可将钢液不断注入熔池，并控制熔池的液面高度波动不超过±3mm，熔池中钢水的温度波动不超过±10℃；

4）启动生产线设备，使待复合母材9的输送速率为30m/min，铸带辊2内部水冷装置的水压为0.25MPa，铸带辊2的辊面温度为300℃，充入常温惰性气体，使保护罩内的压强为1.1个大气压；平整辊3内部水冷装置的水温为常温、水压为0.1~0.4Mpa；

5）待复合母材9经铸带辊2和侧封板5围成的熔池、平整辊3、导向夹送辊4和冷轧机6后，即得高硅钢薄带钢材。

Claims

1.一种高硅钢薄带的铸轧复合生产方法，其特征在于：它包括如下步骤：

21）待复合母材以10~100m/min的速率向下运动；并且，

2.根据权利要求1所述的高硅钢薄带的铸轧复合生产方法，其特征在于：所述步骤1）中，待复合母材为硅含量不大于3.5%的冷轧钢板，所述步骤2）中，钢液的硅含量为6~7%。

3.根据权利要求1或2所述的高硅钢薄带的铸轧复合生产方法，其特征在于：所述步骤2）中，熔池中钢液的液面高度为5~200mm。

4.根据权利要求1或2所述的高硅钢薄带的铸轧复合生产方法，其特征在于：所述步骤3）中，控制平整辊内部水冷装置的水温为常温、水压为0.1~0.4Mpa。

5.根据权利要求3所述的高硅钢薄带的铸轧复合生产方法，其特征在于：所述步骤3）中，控制平整辊内部水冷装置的水温为常温、水压为0.1~0.4Mpa。

6.一种铸轧复合生产装置，其特征在于：它包括左右两个钢包，依次成对设置在钢包下方的铸带辊、平整辊、导向夹送辊，所述铸带辊和平整辊内部都带有水冷装置，且所述铸带辊两端各设置有一块侧封板，所述铸带辊与侧封板围成一个熔池，所述导向夹送辊后方设有冷轧机，所述冷轧机后方设有卷取机；它还包括一个设有进气口和出气口的保护罩，所述保护罩至少覆盖所述铸带辊与侧封板所围成的熔池。

7.根据权利要求6所述的铸轧复合生产装置，其特征在于：所述保护罩还向下覆盖至平整辊的上半部。

8.根据权利要求6或7所述的铸轧复合生产装置，其特征在于：所述保护罩设置有1~30个直径为5~50mm的进气孔和1~20个直径为5~30mm的出气孔。

9.根据权利要求6或7所述的铸轧复合生产装置，其特征在于：所述铸带辊的直径为100~1000mm。

10.根据权利要求6或7所述的铸轧复合生产装置，其特征在于：所述铸带辊和平整辊之间的距离为300~1500mm。