CN104846170A - 一种电工钢退火还原用氢离子发生装置及其退火还原方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电工钢退火还原用氢离子发生装置及其退火还原方法，具有：设置在炉体内支撑钢带(4)的支撑辊(5)；设置在炉体内、钢带(4)上方的喷管(1)，其中，喷管(1)一端封闭，另一端为可通入氢气的氢气进口(2)；喷管(1)侧面设有可使氢气喷出到钢带(4)表面的氢气出口(3)；设置在炉外的电源，电源的一极与喷管(1)连接，另一极与支撑辊(5)连接，使氢气在高温条件下的等离子化，提高氢气的还原速度和能力，通过氢离子将电工钢氧化物层还原，提高退火电工钢的磁性能和表面质量。

Description

一种电工钢退火还原用氢离子发生装置及其退火还原方法

技术领域

本发明属于电工钢处理设备技术领域，尤其涉及一种电工钢退火还原用氢离子发生装置及其退火还原方法

背景技术

现代冷轧金属薄带材料的生产过程中，热轧钢卷通过酸洗、冷轧获得金属本色的表面和高尺寸精度。冷轧后的钢带强度过高、塑性过低，其它性能也非常差，例如磁性能。

冷轧后的钢带尺寸精度高、表面质量好。如果要获得强度、塑性合适和磁性能好的冷轧带钢，需要通过退火的方式解决。

高效化的冷轧带钢退火是在连续退火炉中进行退火和完成冷轧变形纤维组织的再结晶。钢带从室温升高到要求的退火温度，为了节省能源，连续退火炉的入口段采用废热预热升温，然后明火加热，再保护气氛下加热，之后进入均热段。保护气氛加热和均热均在含有氢气的气氛中完成。氢气的作用是防止氧化和微氧化后的还原。

连续退火炉中保护气氛中氢气的含量是根据退火钢材的种类、加热后钢带的氧化程度确定。一般希望氢气含量在满足钢带表面还原后符合随后工艺的要求和产品性能条件下，保持低的含量。因为氢气的价格高，在条件允许时会发生爆炸。例如：1)普通碳素钢在采用明火加热时为了还原，最高氢气含量在10～25％；2)普通碳素钢全程采用保护气氛加热时为了还原，最高氢气含量在4～10％；3)电工钢钢中硅和铝含量＜2％，保护气氛中氢气含量在25％左右。硅和铝含量＞2％，保护气氛中氢气含量在45～100％。

由于电工钢的化学成分中硅含量高、铝含量也高。硅含量最高可以＞3.2％、硅含量最高可以＞1.0％，硅和铝在高温下是非常容易氧化的元素，氧化物非常难以还原。尤其是高硅和高铝电工钢，在还原不足时铝形成表面层下的大量、微细内氧化物薄层。

电工钢磁性能与冷轧退火过程中再结晶晶粒大小和取向有关系。退火后晶粒大、铁损低，磁性能好；退火后晶粒{100}面织构含量高，铁损低、磁感高，磁性能好。

电工钢冷轧退火加热过程中，由于低温钢带表面总带有含水水膜。虽然水膜非常薄，由于升温过程的气化，保护气氛中的水(氧)含量降低非常困难。连续退火炉存在入口和出口的大气接触，辐射管、炉辊、仪表等的安装部位都会与大气交换，保护气氛中氧含量降低非常困难。

电工钢加热、退火过程中的氧化，主要发生在加热段。然后在均热段依靠氢气还原。钢带在加热的后期，温度已经非常高，虽然在保护气氛中表面仍然被氧化，表面氧化影响再结晶晶粒大小和有利织构含量。

电工钢硅和铝含量＞3.5％，为了获得非常的铁损，冷轧退火全程采用保护气氛的间接加热和保护气氛中氢含量非常高的方法和方式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种使氢气在高温条件下的等离子化，提高氢气的还原速度和能力，通过氢离子将电工钢氧化物层还原，提高退火电工钢的磁性能和表面质量的电工钢退火还原用氢离子发生装置及其退火还原方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种电工钢退火还原用氢离子发生装置，具有：

设置在炉体内支撑钢带的支撑辊；

设置在炉体内、钢带上方的喷管，其中，所述喷管一端封闭，另一端为可通入氢气的氢气进口；所述喷管侧面设有可使氢气喷出到钢带表面的氢气出口；

设置在炉外的电源，所述电源的一极与喷管连接，另一极与支撑辊连接。

所述氢气出口为沿喷管轴向延伸的狭缝，所述狭缝为整体式或间断式。

所述狭缝位于喷管正对钢带的一侧，所述狭缝的长度不小于钢带的宽度。

所述喷管有两个，两个喷管均与电源的一极连接。

所述电源另一极连接的是最靠近喷管的支撑辊。

所述喷管外表面涂有耐热电绝缘涂层。

一种上述的电工钢退火还原用氢离子发生装置的退火还原方法，包括如下步骤：

1)钢带在进入退火炉时，在退火炉的加热段加热到退火温度；

2)钢带运动到等离子发生装置位置时，从氢气入口向喷管内通入氢气，喷管的氢气出口和钢带放电使氢气等离子化，氢等离子体从氢气出口喷出，喷射到钢带上，强还原性氢等离子体对电工钢表面氧化物进行还原；

3)钢带离开等离子发生装置后，在离开均热段时，钢带温度接近炉温。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果，就电工钢连续退火生产线中的表面氧化物的还原，采用在保护气氛加热的后段或均热段的初段设置氢气等离子体发生器。电极的一端连接钢带、另一端连接喷管。喷管有氢气通过、是氢气的喷嘴。氢气喷嘴把氢气喷到钢带表面。氢气离开喷嘴后在电场作用下电离，电离的氢离子依靠电场加速到达钢带表面。通过强还原性氢等离子体对电工钢表面氧化物的还原，使得电工钢再结晶过程避免形成表面细晶粒和内氧化减弱，从而使退火电工钢的磁性能更优良。采用等离子体发生器生产的氢等离子体对电工钢表面氧化物的快速还原，使退火后钢带的蓝色条带大幅度减轻。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的电工钢退火还原用氢离子发生装置的结构示意图；

上述图中的标记均为：1、喷管，2、氢气进口，3、氢气出口，4、钢带，5、支撑辊。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

参见图1，一种电工钢退火还原用氢离子发生装置，具有：

设置在炉体内支撑钢带4的支撑辊5；

设置在炉体内、钢带4上方的喷管1，其中，喷管1一端封闭，另一端为可通入氢气的氢气进口2；喷管1侧面设有可使氢气喷出到钢带4表面的氢气出口3；

设置在炉外的电源，电源的一极与喷管1连接，另一极与支撑辊5连接。氢气出口3的狭缝与退火钢带4的距离保持狭缝前段放电。氢气依靠这里与钢板之间的电场电离和加速。

氢气出口3为沿喷管1轴向延伸的狭缝，狭缝为整体式或间断式。

狭缝位于喷管1正对钢带4的一侧，狭缝的长度不小于钢带4的宽度，对钢带4进行全面还原。

喷管1有两个，两个喷管1均与电源的一极连接。

电源另一极连接的是最靠近喷管1的支撑辊5。

喷管1外表面涂有耐热电绝缘涂层。喷管1除氢气出口3的狭缝外，外表面涂耐热和电绝缘涂层，防止在喷管1表面放电。

这一装置从氢气入口通入氢气，喷管1与电源的一极连接，氢气出口3的狭缝作为一个电极。氢气出口3的狭缝即是氢气的导流通道、又起到电极放电作用。喷管1的外部涂耐热、电绝缘涂层，防止在喷管1外部放电电离。强制放电在狭缝和钢板表面的两个电极区域完成。

电源的另一极连接在退火炉设置的离喷管1最近的支撑辊5，依靠支撑辊5→退火钢板→电离的氢→氢气出口3狭缝→电源形成电回路。

氢气从狭缝高速喷出，在电场的作用下电离和加速，高速氢离子到达退火加热的钢带4表面与已经氧化的表面氧化物反应，成为金属，在均热段良好还原环境下，氧化非常缓慢。均热段保护气氛中，氢气主要作用是防止氧化，而不是还原在加热段已经氧化的氧化物。这样，在达到同样表面性质条件下，均热段保护气体中氢气含量要求降低。

实施例二

一种上述的电工钢退火还原用氢离子发生装置的退火还原方法，包括如下步骤：

1)钢带4在进入退火炉时，在退火炉的加热段加热到退火温度；

2)钢带4运动到等离子发生装置位置时，从氢气入口向喷管1内通入氢气，喷管1的氢气出口3和钢带4放电使氢气等离子化，氢等离子体从氢气出口3喷出，喷射到钢带4上，强还原性氢等离子体对电工钢表面氧化物进行还原；

3)钢带4离开等离子发生装置后，在离开均热段时，钢带4温度接近炉温。

采用上述的方案后，就电工钢连续退火生产线中的表面氧化物的还原，采用在保护气氛加热的后段或均热段的初段设置氢气等离子体发生器。电极的一端连接钢带4、另一端连接喷管1。喷管1有氢气通过、是氢气的喷嘴。氢气喷嘴把氢气喷到钢带4表面。氢气离开喷嘴后在电场作用下电离，电离的氢离子依靠电场加速到达钢带4表面。通过强还原性氢等离子体对电工钢表面氧化物的还原，使得电工钢再结晶过程避免形成表面细晶粒和内氧化减弱，从而使退火电工钢的磁性能更优良。采用等离子体发生器生产的氢等离子体对电工钢表面氧化物的快速还原，使退火后钢带4的蓝色条带大幅度减轻。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电工钢退火还原用氢离子发生装置，其特征在于，具有：

设置在炉体内支撑钢带(4)的支撑辊(5)；

设置在炉体内、钢带(4)上方的喷管(1)，其中，所述喷管(1)一端封闭，另一端为可通入氢气的氢气进口(2)；所述喷管(1)侧面设有可使氢气喷出到钢带(4)表面的氢气出口(3)；

设置在炉外的电源，所述电源的一极与喷管(1)连接，另一极与支撑辊(5)连接。

2.如权利要求1所述的电工钢退火还原用氢离子发生装置，其特征在于，所述氢气出口(3)为沿喷管(1)轴向延伸的狭缝，所述狭缝为整体式或间断式。

3.如权利要求2所述的电工钢退火还原用氢离子发生装置，其特征在于，所述狭缝位于喷管(1)正对钢带(4)的一侧，所述狭缝的长度不小于钢带(4)的宽度。

4.如权利要求1所述的电工钢退火还原用氢离子发生装置，其特征在于，所述喷管(1)有两个，两个喷管(1)均与电源的一极连接。

5.如权利要求1所述的电工钢退火还原用氢离子发生装置，其特征在于，所述电源另一极连接的是最靠近喷管(1)的支撑辊(5)。

6.如权利要求1所述的电工钢退火还原用氢离子发生装置，其特征在于，所述喷管(1)外表面涂有耐热电绝缘涂层。

7.一种如权利要求1-6任一所述的电工钢退火还原用氢离子发生装置的退火还原方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)钢带(4)在进入退火炉时，在退火炉的加热段加热到退火温度；

2)钢带(4)运动到等离子发生装置位置时，从氢气入口向喷管(1)内通入氢气，喷管(1)的氢气出口(3)和钢带(4)放电使氢气等离子化，氢等离子体从氢气出口(3)喷出，喷射到钢带(4)上，强还原性氢等离子体对电工钢表面氧化物进行还原；

3)钢带(4)离开等离子发生装置后，在离开均热段时，钢带(4)温度接近炉温。