CN107475504A - 一种用于取向硅钢卷高温退火的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于取向硅钢卷高温退火的装置及方法，包括：中空的圆环结构和中空的圆筒结构；所述中空的圆筒结构的一端设置在所述中空的圆环结构的端面上，并且所述中空的圆筒结构的第一端的内径的位置和所述中空的圆环结构的内径的位置相对应，且两者尺寸相同；所述中空的圆环结构的外径大于所述中空的圆筒结构的外径；所述中空的圆环结构的中空内部和所述中空的圆筒结构的中空内部共同形成喇叭状结构；其中，所述装置的材质为热阻的耐火材料材质。
Description
技术领域
本申请涉及取向硅钢制造技术领域，尤其涉及一种用于取向硅钢卷高温退火的装置及方法。
背景技术
取向硅钢的高温退火工艺是决定取向硅钢成品性能优劣的关键工序，其过程中钢卷的温度均匀性与成品的质量息息相关，在退火升温、保温和降温过程如果钢卷冷热点温差过大就会造成局部磁性、板形、表面等一系列问题。目前，取向硅钢的工业生产退火工艺一般是将钢卷放入钢罩内并加以气氛保护，然后放入炉中退火，钢卷重量往往达到15吨以上，其卷径超过1.5m，在高温退火均匀加热如此大的钢卷难度极高，因此缩小钢卷冷热点温差是高温退火工艺的难点和关键点。
为了防止取向硅钢卷在高温退火过程中产生塌卷、变形，卷芯采用钢制套筒支撑，且卷内圈部分采用较大的卷取张力，钢卷在高温退火升温过程中钢卷内圈上端部分属于二维传热(如图6圈内a、b所示)，在此处产生较大的温度梯度，一方面由于钢卷温度梯度大而自身产生的热应力较大，另一方面套筒受热膨胀对钢卷产生了强大的压应力，因此，此处钢卷层间受到的作用力较大而复杂，阻碍了带钢高温下层间释放气体的流动及逸出，造成带钢局部变形和二次再结晶发展不完善等缺陷，致使退火后成品卷内圈部分带钢磁性能不均和板面形变缺陷参看，钢卷内圈质量差，切损较大。
发明内容
本发明了提供了一种用于取向硅钢卷高温退火的装置及方法，以解决取向硅钢在高温退火过程中钢卷内圈温度梯度大而产生的局部应力过大，进而造成的局部版形及磁性恶化的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于取向硅钢卷高温退火的装置，包括：
中空的圆环结构和中空的圆筒结构；所述中空的圆筒结构的一端设置在所述中空的圆环结构的端面上，并且所述中空的圆筒结构的第一端的内径的位置和所述中空的圆环结构的内径的位置相对应，且两者尺寸相同；
所述中空的圆环结构的外径大于所述中空的圆筒结构的外径；所述中空的圆环结构的中空内部和所述中空的圆筒结构的中空内部共同形成喇叭状结构；
其中，所述装置的材质为热阻的耐火材料材质。
优选的，所述中空的圆环结构和所述中空的圆筒结构一体成型。
优选的，所述中空的圆筒结构的第二端的内径大于所述中空的圆筒结构的第一端的内径。
优选的，所述中空的圆环结构的中空内部和所述中空的圆筒结构的中空内部共同形成喇叭状结构；
其中，所述喇叭状结构的直立部分的尺寸为：h0/8mm～h0/4mm，其中，h0为钢卷高度，mm；
所述喇叭状结构的倾斜部分以垂直线为基准，倾斜角度为θ＝0～30°。
优选的，所述中空的圆筒结构的外径的尺寸为：d0-5mm～d0-20mm；其中，d0为钢卷内套筒内径，mm。
优选的，所述中空的圆筒结构的高度为：1h0/4～h0/2mm，其中，h0为钢卷高度，mm。
优选的，所述中空的圆环结构的高度为：10mm-60mm。
优选的，所述中空的圆环结构的外径和所述中空的圆筒结构的外径之差为：10mm-200mm
所述中空的圆筒结构的第一端的筒壁厚度为：10mm～80mm。
优选的，所述装置的材质包括一种或者几种复合的耐高温材料；
其中，所述装置的材质在0～1250℃稳定且具有一定的热阻和强度，并满足如下条件：
1250℃下稳定，不分解；
1200℃高温状态下热导率≤3W/m·K；
常温20℃强度抗压强度＞2.5MPa；
线性热膨胀率＜2.5％。
本发明还公开了一种用于取向硅钢卷高温退火的方法，包括：
将如上述技术方案所述的用于取向硅钢卷高温退火的装置装配到钢卷内套筒顶端；
对钢卷罩上内罩并入炉进行高温退火，高温退火结束后冷却到200℃以下取下所述装置。
通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：
本发明公开了一种用于取向硅钢卷高温退火的装置及方法，所述中空的圆筒结构的一端设置在所述中空的圆环结构的端面上，并且所述中空的圆筒结构的第一端的内径的位置和所述中空的圆环结构的内径的位置相对应，且两者尺寸相同；所述中空的圆环结构的外径大于所述中空的圆筒结构的外径；所述中空的圆环结构的中空内部和所述中空的圆筒结构的中空内部共同形成喇叭状结构；其中，所述装置的材质为热阻的耐火材料材质。该装置的主要作用是减小取向硅钢在高温退火过程中钢卷内圈温度梯度大而产生的局部应力过大，改善对应钢卷位置磁性能，消除内圈板面形变缺陷。其装置主要包括中空的圆环结构和中空的圆筒结构，装置材质是具有一定热阻的耐高温材料组成。本发明装置的结构特征和材料特性相结合共同作用起到了改善钢卷缺陷和性能效果。而本装置的喇叭口形状起到b与c位置热导率的平缓过渡作用，以免形成套筒轴向局部热力集中。
进一步的，其使用方法是在钢卷高温退火前装配到钢卷内套筒顶端，然后随钢卷进行高温退火，高温退火结束后冷却到200℃以内取下装置，循环利用。本发明装置结构简单、制造成本低，使用操作容易，能够大幅度提高取向硅钢产品质量及成材率。
附图说明
图1为本发明实施例中一种用于取向硅钢卷高温退火的装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中一种用于取向硅钢卷高温退火的装置的剖视图；
图3为本发明实施例中一种用于取向硅钢卷高温退火的装置的俯视图；
图4为本发明实施例中一种用于取向硅钢卷高温退火的装置的仰视图；
图5为本发明实施例中钢卷使用装配用于取向硅钢卷高温退火的装置的示意图；
图6为现有技术中钢卷退火某阶段温度场及传热示意图；
图7为加装本装置后效果说明示意图。
具体实施方式
为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。
为了解决上述问题，本发明从机理加以控制，目标减小钢卷退火过程中内圈局部温度梯度，设计了一种用于取向硅钢高温退火的装置，并对其使用方法进行了说明，该装置制造简单、成本低，可以减小取向硅钢在高温退火过程中钢卷内圈温度梯度大而产生的局部应力过大，改善取向硅钢卷内圈磁性能和消除板面形变缺陷，大幅度降低切损率。
下面进行具体的介绍。
在本发明实施例中，参看图1，公开了一种用于取向硅钢卷高温退火的装置，包括：中空的圆环结构11和中空的圆筒结构12。
其中，所述中空的圆筒结构12的一端设置在所述中空的圆环结构11的端面上。进一步的，中空的圆环结构11和所述中空的圆筒结构12可一体成型，以加强连接。
加装本装置后主要目的是升温过程均匀钢卷角部传热，减小温度梯度造成的热应力，降低升温过程钢卷局部受力，增加钢卷受力的均匀性，从而控制钢卷局部形变，同时抑制了由于钢卷变形引起的磁性能恶化。
关于两者的位置关系，所述中空的圆筒结构12的第一端的内径的位置和所述中空的圆环结构11的内径的位置相对应，且两者尺寸相同；也就是说，中空的圆筒结构12的中间的通孔和中空的圆环结构11的通孔相通，并且两者的尺寸相同。
对于两者的外径来说，所述中空的圆环结构11的外径大于所述中空的圆筒结构12的外径；所述中空的圆环结构11的中空内部和所述中空的圆筒结构12的中空内部共同形成喇叭状结构；
其中，所述装置的材质为热阻的耐火材料材质。
参看图3-图4，是该装置的俯视图和仰视图。
具体来说，本发明装置的结构特征和材料特性相结合共同作用起到了改善钢卷缺陷和性能效果。钢卷在加热罩内受内罩的辐射传热，上端部距离罩壁热源较近。本发明装置是具有一定热阻的耐火材料材质构成，钢卷上端加装该装置后可以减缓图6中a、b位置向钢卷内部的传热速度，使得钢卷在升温过程中角部(图6中圈内T区域)与钢卷内部温度差减小，从而减缓钢卷及套筒的轴向温度梯度，降低T区域的热应力及钢卷间的作用力，并可使得卷间作用力均匀；本发明装置的结构使得图6中a、b位置传热速度降低，同时，下端喇叭口形状起到b与c位置热导率的平缓过渡作用，以免形成套筒轴向局部热力集中。
通过本发明装置作用以后，钢卷在高温升温过程分解出的水汽、氮气等气体可以较顺利逸出，避免了局部聚集造成局部钢卷产生形变，影响二次再结晶过程，从而影响磁性能和板形质量。
作为一种可选的实施例，本发明将中空的圆筒结构12和普通的圆筒结构有区别。本发明的中空的圆筒结构12的第二端的内径大于所述中空的圆筒结构12的第一端的内径。也就是说，中空的圆筒结构12的第二端的孔径要大于第一端的孔径。进一步的，参看图2，是主视图剖面图，中空的圆环结构11的中空内部和所述中空的圆筒结构12的中空内部共同形成喇叭状结构。这样设计的好处是：下端喇叭口形状起到b与c位置热导率的平缓过渡作用，以免形成套筒轴向局部热力集中。
喇叭状结构包括两部分：直立部分和喇叭部分。直立部分是由中空的圆环结构11的通孔和中空的圆筒结构12的第一端且向下延伸的通孔构成的，而喇叭部分则是中空的圆筒结构12的第二端且向上延伸的部分通孔构成。
进一步的，该装置材质可以是一种或者几种复合的耐高温材料，该材料的热导率限制，热导率越低，抑制传热效果越好。
该材料在0～1250℃稳定且具有一定的热阻和强度，材料基本特征要求：(1)1250℃下稳定，不分解；(2)1200℃高温状态下热导率≤3W/m·K；(3)常温20℃强度抗压强度＞2.5MPa；(4)线性热膨胀率＜2.5％。
进一步的，该装置圆环状结构和圆筒状结构材质可以相同，也可以不同。
参看图2，下面对本发明中的装置中的各个部件的尺寸进行说明。
各部分尺寸特征如下：
1：中空的圆筒结构12的外径的尺寸，d0-5mm～d0-20mm；其中，d0为钢卷内套筒内径，mm。参看图5，是钢卷使用装配用于取向硅钢卷高温退火的装置的示意图，d0为图5中的钢卷中的内套筒内径。
2：中空的圆筒结构12的第一端的筒壁厚度，为：10～80mm。
3：中空的圆环结构11的外径和所述中空的圆筒结构12的外径之差，为10～200mm；
4：中空的圆筒结构12的高度，为1h0/4～h0/2mm，其中，h0为图5中的钢卷高度，mm。
5：所述喇叭状结构的直立部分的尺寸，为：h0/8mm～h0/4mm，其中，h0为图5中的钢卷高度，mm；
6：中空的圆环结构11的高度，为：10～60mm；
θ：喇叭状结构的倾斜部分以垂直线为基准形成的倾斜角度，为：0～30°。
基于同一发明构思，本发明还公开了一种用于取向硅钢卷高温退火的方法。
在具体的实施过程中，将上面实施例中所介绍的用于取向硅钢卷高温退火的装置装配到钢卷内套筒顶端；
对钢卷罩上内罩并入炉进行高温退火，高温退火结束后冷却到200℃以下取下所述装置。
具体来说，本发明装置的结构特征和材料特性相结合共同作用起到了改善钢卷缺陷和性能效果。钢卷在加热罩内受内罩的辐射传热，上端部距离罩壁热源较近。本发明装置是具有一定热阻的耐火材料材质构成，钢卷上端加装该装置后可以减缓图6中a、b位置向钢卷内部的传热速度，使得钢卷在升温过程中角部(图6中圈内T区域)与钢卷内部温度差减小，从而减缓钢卷及套筒的轴向温度梯度，降低T区域的热应力及钢卷间的作用力，并可使得卷间作用力均匀；本发明装置的结构使得图6中a、b位置传热速度降低，同时，下端喇叭口形状起到b与c位置热导率的平缓过渡作用，以免形成套筒轴向局部热力集中。
通过本发明装置作用以后，钢卷在高温升温过程分解出的水汽、氮气等气体可以较顺利逸出，避免了局部聚集造成局部钢卷产生形变，影响二次再结晶过程，从而影响磁性能和板形质量。
在具体的实施过程中：
下面采用具体的实施例进行说明。
采用低温工艺生产0.30mm取向硅钢，高温退火卷使用套筒内径508mm。为改善钢卷温度均匀性、减小局部热应力，消除钢卷内圈板面形变缺陷，本发明例装置结构如图1～5所示，各部分尺寸特征如表1。
表1本发明例装置具体尺寸
| 名称 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | θ |
| 尺寸/mm | 490 | 30 | 150 | 400 | 150 | 20 | 20° |
本发明例装置使用的材料统一为轻质耐火材料，材料基本特征：(1)1200℃时热导率为0.57W/m·K，(2)常温20℃强度抗压强度为3MPa；(3)线性热膨胀率为0.9。成分表2：
表2本发明例轻质耐火材料成分
| Al2O3 | SiO2 | Fe2O3 |
| 73.40％ | 25.1％ | 0.50％ |
在钢卷高温退火入炉前按照图5的方式将本发明装置装配到钢卷内套筒顶端，然后给钢卷罩上内罩入炉进行高温退火，高温退火结束后冷却到200℃以下取下，冷却室温后，循环使用。
使用效果：统计使用本发明例100卷取向硅钢高温退火卷，内圈1000m的板面未发现形变缺陷，钢卷尾部平均切损长度减少500m，边部磁性能P1.7/50平均改善0.04W/kg，同时本发明装置重复使用12次后本身基本无异常变形，可重复使用。
注：本发明例只是本专利保护范围内的一个典型案例。
通过本发明的一个或者多个实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：
本发明公开了一种用于取向硅钢卷高温退火的装置及方法，所述中空的圆筒结构的一端设置在所述中空的圆环结构的端面上，并且所述中空的圆筒结构的第一端的内径的位置和所述中空的圆环结构的内径的位置相对应，且两者尺寸相同；所述中空的圆环结构的外径大于所述中空的圆筒结构的外径；所述中空的圆环结构的中空内部和所述中空的圆筒结构的中空内部共同形成喇叭状结构；其中，所述装置的材质为热阻的耐火材料材质。该装置的主要作用是减小取向硅钢在高温退火过程中钢卷内圈温度梯度大而产生的局部应力过大，改善对应钢卷位置磁性能，消除内圈板面形变缺陷。其装置主要包括中空的圆环结构和中空的圆筒结构，装置材质是具有一定热阻的耐高温材料组成。本发明装置的结构特征和材料特性相结合共同作用起到了改善钢卷缺陷和性能效果。而本装置的喇叭口形状起到b与c位置热导率的平缓过渡作用，以免形成套筒轴向局部热力集中。
进一步的，其使用方法是在钢卷高温退火前装配到钢卷内套筒顶端，然后随钢卷进行高温退火，高温退火结束后冷却到200℃以内取下装置，循环利用。本发明装置结构简单、制造成本低，使用操作容易，能够大幅度提高取向硅钢产品质量及成材率。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种用于取向硅钢卷高温退火的装置，其特征在于，包括：
中空的圆环结构和中空的圆筒结构；所述中空的圆筒结构的一端设置在所述中空的圆环结构的端面上，并且所述中空的圆筒结构的第一端的内径的位置和所述中空的圆环结构的内径的位置相对应，且两者尺寸相同；
所述中空的圆环结构的外径大于所述中空的圆筒结构的外径；所述中空的圆环结构的中空内部和所述中空的圆筒结构的中空内部共同形成喇叭状结构；
其中，所述装置的材质为热阻的耐火材料材质。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中空的圆环结构和所述中空的圆筒结构一体成型。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中空的圆筒结构的第二端的内径大于所述中空的圆筒结构的第一端的内径。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述喇叭状结构的直立部分的尺寸为：h0/8mm～h0/4mm，其中，h0为钢卷高度，mm；
所述喇叭状结构的倾斜部分以垂直线为基准，倾斜角度为θ＝0～30°。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中空的圆筒结构的外径的尺寸为：d0-5mm～d0-20mm；其中，d0为钢卷内套筒内径，mm。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中空的圆筒结构的高度为：1h0/4～h0/2mm，其中，h0为钢卷高度，mm。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中空的圆环结构的高度为：10mm-60mm。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中空的圆环结构的外径和所述中空的圆筒结构的外径之差为：10mm-200mm
所述中空的圆筒结构的第一端的筒壁厚度为：10mm～80mm。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置的材质包括一种或者几种复合的耐高温材料；
其中，所述装置的材质在0～1250℃稳定且具有一定的热阻和强度，并满足如下条件：
1250℃下稳定，不分解；
1200℃高温状态下热导率≤3W/m·K；
常温20℃强度抗压强度＞2.5MPa；
线性热膨胀率＜2.5％。
10.一种用于取向硅钢卷高温退火的方法，其特征在于，包括：
将如权利要求1-9任一权项所述的用于取向硅钢卷高温退火的装置装配到钢卷内套筒顶端；
对钢卷罩上内罩并入炉进行高温退火，高温退火结束后冷却到200℃以下取下所述装置。
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| CN112831648A (zh) * | 2021-01-05 | 2021-05-25 | 武汉钢铁有限公司 | 消除取向硅钢单边浪缺陷的方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2004285442A (ja) * | 2003-03-24 | 2004-10-14 | Jfe Steel Kk | 方向性電磁鋼板の仕上焼鈍方法 |
| CN101294241A (zh) * | 2007-04-28 | 2008-10-29 | 宝山钢铁股份有限公司 | 用于罩式退火炉的悬浮式对流堆垛方法 |
| CN201301329Y (zh) * | 2008-11-20 | 2009-09-02 | 武汉钢铁(集团)公司 | 冷轧带钢钢卷退火设备中的加热罩 |
| JP2016044322A (ja) * | 2014-08-21 | 2016-04-04 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 鋼板コイルのバッチ焼鈍方法 |
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2017
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