CN104962703B - 一种电工钢氢离子还原方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电工钢氢离子还原方法，包括炉体(7)，炉体(7)内具有：对钢带(1)进行退火的加热段(2)和均热段(3)；在炉体(7)内支撑钢带(1)的支撑辊(6)；设置在加热段(2)和均热段(3)、对钢带(1)进行还原的等离子发生装置；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

一种电工钢氢离子还原方法

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氢离子还原方法。

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氢离子还原方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种电工钢氢离子还原方法，包括炉体，所述炉体内具有：

对钢带进行退火的加热段和均热段；

在炉体内支撑钢带的支撑辊；

设置在加热段和均热段、对钢带进行还原的等离子发生装置；

还原过程包括如下步骤：

1)钢带在退火炉中的加热段与均热段时加热到退火温度并且保温；

2)在钢带退火过程中，在钢带运行到等离子发生装置时，等离子发生装置喷出氢等离子体对钢带表面氧化物进行还原；

3)之后钢带进入炉体的冷却段，冷却到室温。

2.如权利要求1所述的电工钢氢离子还原方法，其特征在于，所述加热段和均热端通过设置隔墙隔开。

所述等离子发生装置具有：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；一个喷管位于加热段，另一个喷管位于均热段；加热段喷管长度大于均热段喷管长度。

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。

所述等离子发生装置在钢带两侧均有设置。

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。

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氢离子还原装置的结构示意图；

图2为图1的等离子发生装置的结构示意图；

上述图中的标记均为：1、钢带，2、加热段，3、均热段，4、喷管，5、电源，6、支撑辊，7、炉体，8、隔墙。

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。

参见图1，一种电工钢氢离子还原方法，包括炉体7，炉体7内具有：

对钢带1进行退火的加热段2和均热段3；

在炉体7内支撑钢带1的支撑辊6；

设置在加热段2和均热段3、对钢带1进行还原的等离子发生装置；

还原过程包括如下步骤：

1)钢带1在退火炉中的加热段2与均热段3时加热到退火温度并且保温；

2)在钢带1退火过程中，在钢带1运行到等离子发生装置时，等离子发生装置喷出氢等离子体对钢带1表面氧化物进行还原；

3)之后钢带1进入炉体7的冷却段，冷却到室温。

加热段2和均热端通过设置隔墙8隔开。

如图2所示，等离子发生装置具有：设置在炉体7内支撑钢带1的支撑辊6；退火钢带1在连续炉中退火为了加热均匀，连续生产，在退火中设置支撑辊6，支撑辊6的转速使得线速度与钢带1运行速度一致。由于连续退火炉为了实现脱碳和防止氧化，和氧化物的还原，炉内充满保护气体。保护气体有氢气、氮气和水蒸气组成。因此，支撑辊6的外表面是石墨(碳素材料)、陶瓷、石英等组成。

设置在炉体7内、钢带1上方的喷管4，其中，喷管4一端封闭，另一端为可通入氢气的氢气进口；喷管4侧面设有可使氢气喷出到钢带1表面的氢气出口；

设置在炉外的电源5，电源5的一极与喷管4连接，另一极与支撑辊6连接。

氢气出口为沿喷管4轴向延伸的狭缝，狭缝为整体式或间断式。

狭缝位于喷管4正对钢带1的一侧，狭缝的长度不小于钢带1的宽度。

喷管4有两个，两个喷管4均与电源5的一极连接；一个喷管4位于加热段2，另一个喷管4位于均热段3；加热段2喷管4长度大于均热段3喷管4长度。

电源5另一极连接的是最靠近喷管4的支撑辊6。

喷管4外表面涂有耐热电绝缘涂层。喷管4除氢气出口的狭缝外，外表面涂耐热和电绝缘涂层，防止在喷管4表面放电。

等离子发生装置在钢带1两侧均有设置。

钢带1运动到等离子发生装置位置时，从氢气入口向喷管4内通入氢气，喷管4的氢气出口和钢带1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1上，强还原性氢等离子体对电工钢表面氧化物进行还原。

这一装置从氢气入口通入氢气，喷管4与电源5的一极连接，氢气出口的狭缝作为一个电极。氢气出口的狭缝即是氢气的导流通道、又起到电极放电作用。喷管4的外部涂耐热、电绝缘涂层，防止在喷管4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5的另一极连接在退火炉设置的离喷管4最近的支撑辊6，依靠支撑辊6→退火钢板→电离的氢→氢气出口狭缝→电源5形成电回路。氢电离后的还原性非常强、还原速度非常快。

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1表面与已经氧化的表面氧化物反应，成为金属，在均热段3良好还原环境下，氧化非常缓慢。均热段3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2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3保护气体中氢气含量要求降低。

图中退火电工钢钢带1在退火炉中运行退火，钢带1通过清洗后进入退火炉预热升温后运行到加热段2，在保护气氛下升温，升温到规定温度后到均热段3保温退火。由于连续退火炉的连续化，加热段2和均热段3无法与外界完全隔离。尤其是加热段2与预热段到钢带1在炉子的入口与大气连通，大气中含有氧化性强的氧气和水。同时钢带1表面也粘附有含水物，各种部件也与外部贯通(例如辊子的轴)，在加热段2氧化是不可避免的。设置一组喷管4作为电极，外部电源5供电，依靠电极和支撑辊6用钢带1形成电回路，虽然钢带1与电极间是断开，电极中通入氢气喷向钢带1。氢气在电场作用下电离，是电回路形成内阻小的回路。氢气在电场作用下电离为氢离子，在电场作用下加速、飞向钢带1表面。高速的氢离子在钢带1表面与钢带1上的氧化物在高温下快速还原，保证钢带1在加热时和刚进入均热段3时表面非常轻氧化层。如上的防止退火加热过程是在电工钢退火炉中完成，用隔墙8把退火炉的加热段2与均热段3隔开，尽量保证均热段3处在还原气氛中。

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3的初段设置氢气等离子体发生器。电极的一端连接钢带1、另一端连接喷管4。喷管4有氢气通过、是氢气的喷嘴。氢气喷嘴把氢气喷到钢带1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1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1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 (6)

1.一种电工钢氢离子还原方法，包括炉体(7)，其特征在于，所述炉体(7)内具有：

对钢带(1)进行退火的加热段(2)和均热段(3)；

在炉体(7)内支撑钢带(1)的支撑辊(6)；

设置在加热段(2)和均热段(3)、对钢带(1)进行还原的等离子发生装置；

还原过程包括如下步骤：

1)钢带(1)在退火炉中的加热段(2)与均热段(3)时加热到退火温度并且保温；

2)在钢带(1)退火过程中，在钢带(1)运行到等离子发生装置时，等离子发生装置喷出氢等离子体对钢带(1)表面氧化物进行还原；

3)之后钢带(1)进入炉体(7)的冷却段，冷却到室温；

所述加热段(2)和均热端通过设置隔墙(8)隔开；

所述等离子发生装置具有：设置在炉体(7)内支撑钢带(1)的支撑辊(6)；

设置在炉体(7)内、钢带(1)上方的喷管(4)，其中，所述喷管(4)一端封闭，另一端为可通入氢气的氢气进口；所述喷管(4)侧面设有可使氢气喷出到钢带(1)表面的氢气出口；

设置在炉外的电源(5)，所述电源(5)的一极与喷管(4)连接，另一极与支撑辊(6)连接；

所述氢气出口为沿喷管(4)轴向延伸的狭缝，所述狭缝为整体式或间断式；

所述喷管(4)有两个，两个喷管(4)均与电源(5)的一极连接；一个喷管(4)位于加热段(2)，另一个喷管(4)位于均热段(3)；加热段(2)喷管(4)长度大于均热段(3)喷管(4)长度。

2.如权利要求1所述的电工钢氢离子还原方法，其特征在于，所述狭缝位于喷管(4)正对钢带(1)的一侧，所述狭缝的长度不小于钢带(1)的宽度。

3.如权利要求2所述的电工钢氢离子还原方法，其特征在于，所述电源(5)另一极连接的是最靠近喷管(4)的支撑辊(6)。

4.如权利要求3所述的电工钢氢离子还原方法，其特征在于，所述喷管(4)外表面涂有耐热电绝缘涂层。

5.如权利要求4所述的电工钢氢离子还原方法，其特征在于，所述等离子发生装置在钢带(1)两侧均有设置。

6.如权利要求5所述的电工钢氢离子还原方法，其特征在于，钢带(1)运动到等离子发生装置位置时，从氢气入口向喷管(4)内通入氢气，喷管(4)的氢气出口和钢带(1)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(1)上，强还原性氢等离子体对电工钢表面氧化物进行还原。