CN113174469B - 取向硅钢罩式炉高温退火低保温阶段节能工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及取向硅钢罩式炉高温退火低保温阶段节能工艺，包括：1)将涂镁取向硅钢卷装入密闭的罩式炉中，并向罩式炉内通入氮气将炉内氧气充分排出，使炉内氧含量浓度≤300PPm；2)通电升温并将氮气转换为10m3/h氮气与氨分解气的混合气体，升温2h将温度升温至500‑600℃后，恒温13h；3)将温度氮气与氨分解气的混合气体转换为12m3/h氨分解气，并升温2h将温度升至650℃恒温15h，使内部气体露点小于‑10℃；本发明提供退火工艺，钢卷在高温下不被水蒸汽氧化，消除钢带表面露金、发红、发黑、水印、色泽不均、导通缺陷，降低钢带铁损、提高磁感、降低生产成本。此外，本发明进一步减少退火过程中氨分解气的用量，具有极高的工业应用价值。

Description

取向硅钢罩式炉高温退火低保温阶段节能工艺
技术领域
本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种取向硅钢罩式炉高温退火低保温阶段节能工艺。
背景技术
普通冷轧取向硅钢(CGO)罩式炉高温退火热处理工艺分为快速升温、低保温、升高温、高保温和降温五个阶段。低保温阶段的目的是将钢带表面涂有氧化镁涂液中3％左右的游离水和化合水(氧化镁涂液含水率)快速除去，保证炉内露点(反映炉内含水量指标，负值越大，表明含水量越低)-10℃及以下。
普通冷轧取向硅钢罩式炉高温退火热处理低保温阶段通用的工艺是将钢卷从常温快速升温至650℃，然后在650℃进行30小时左右的恒温(即低保温)，达到去除氧化镁涂液中游离水和化合水的目的。
通用工艺要求氧化镁涂液中的游离水和化合水小于等于3％且越低越好、含水率波动越小越好，但涂有氧化镁的钢卷在实际烘烤过程中受天然气介质流量和气压波动、生产速度变化、钢卷含水率波动大，有时含水率会超标。650℃进行低保温，不能很好地解决钢卷表面氧化镁含水率超标、波动大，钢卷在高温下被水蒸汽氧化问题，使钢卷表面出现露金、发红、发黑、水印、色泽不均、导通缺陷，导致钢卷铁损升高、磁感降低、生产成本升高等一系列问题。
另，普通冷轧取向硅钢罩式炉高温退火热处理低保温阶段通用的工艺是将钢卷从常温快速升温至650℃，使用100％氨分解气(液氨裂解生成25％氮气+75％氢气的混合气)在650℃进行30h左右的恒温(即低保温)，达到去除氧化镁涂液中游离水和化合水的目的。低保温阶段全部使用氨分解气生产成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供取向硅钢罩式炉高温退火低保温阶段节能工艺。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种取向硅钢罩式炉高温退火低保温阶段节能工艺，包括：
1)将涂镁取向硅钢卷装入密闭的罩式炉中，并向罩式炉内通入氮气将炉内氧气充分排出，使炉内氧含量浓度≤300PPm；
2)通电升温并将氮气转换为10m3/h氮气与氨分解气的混合气体，升温2h将温度升温至500-600℃后，恒温13h；
3)将温度氮气与氨分解气的混合气体转换为12m3/h氨分解气，并升温2h将温度升至650℃恒温15h，使内部气体露点小于-10℃。
所述取向硅钢的各组分及含量为：C：0.04～0.06％，Als：0.020～0.035％，Si：2.5～3.0％，N：0.006～0.008％，Mn：0.05～0.25％，S：0.005～0.01％，P：0.01～0.03％，Cu：0.05～0.2％，Cr与Ni≤0.025％余量为Fe及不可避免的夹杂物；取向硅钢的成品厚度不超过0.4mm。
进一步的，在进行排氧前关闭放散阀对罩式炉的气密性进行检测，气密性检测完好后开启放气阀。
进一步的，步骤2)氮气与氨分解气的混合气体中氮气与氨分解气的体积比为1：1～4。
进一步的，所述氨分解气为25％氮气+75％氢气的混合气。
本发明为了防止普通冷轧取向硅钢罩式炉高温退火热处理低保温阶段，钢卷在高温下不被水蒸汽氧化，低保温采用二段式保温，即先在500-600℃下对硅钢卷退火处理13h除去硅钢卷上的水分，在500-600℃下进行恒温能够减弱水蒸气对钢卷表面的氧化，待13h后升温至650℃进行退火，使露点在-10℃以下。此时，由于经过前期500-600℃的恒温处理，已除去硅钢卷中的大量水汽，故水蒸气对钢卷氧化效果减弱，此时进一步升温除去钢卷中剩余的极少量的水蒸汽，能够有效保证钢卷的品质。本申请低保温采用二段式保温，彻底解决了涂镁钢卷在低保温阶段被被氧化问题，钢卷铁损降低、磁感升高(牌号升高)、提升了钢卷表面质量、降低了生产成本、提升了顾客对产品的满意度。
与现有技术相比较，本发明的有益效果如下：
本发明提供的取向硅钢罩式炉高温退火低保温阶段节能工艺能够解决普通冷轧取向硅钢罩式炉高温退火热处理低保温阶段，钢卷在高温下不被水蒸汽氧化，消除钢带表面露金、发红、发黑、水印、色泽不均、导通缺陷，降低钢带铁损、提高磁感、降低生产成本、提升顾客对产品的满意度。此外，本发明进一步减少退火过程中氨分解气的用量，具有极高的工业应用价值，适宜进一步推广应用。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
取向硅钢罩式炉高温退火低保温阶段节能工艺，包括：
1)将涂镁取向硅钢卷装入密闭的罩式炉中，关闭放散阀，检查罩式炉气密性，气密性检测完好后开启放气阀，并向罩式炉内通入氮气将炉内氧气充分排出，使炉内氧含量浓度≤300PPm。其中罩式炉的容积约为15m3。
2)通电升温并将氮气转换为10m3/h氮气与氨分解气(液氨分解生成25％氮气+75％氢气的混合气)的混合气体，其中氮气与氨分解气的混合气体中氮气与氨分解气的体积比为1：4；点燃放散阀，升温2h将温度升至550℃，恒温13h；
3)将温度氮气与氨分解气的混合气体转换为12m3/h氨分解气，并升温2h将温度升至650℃恒温15h，恒温15h后测得露点为-15℃。
上述取向硅钢的各组分及含量为：C：0.04～0.06％，Als：0.020～0.035％，Si：2.5～3.0％，N：0.006～0.008％，Mn：0.05～0.25％，S：0.005～0.01％，P：0.01～0.03％，Cu：0.05～0.2％，Cr与Ni≤0.025％余量为Fe及不可避免的夹杂物；取向硅钢的成品厚度不超过0.4mm。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，不同之处仅在于，步骤2)中升温2h将温度升至500℃，恒温13h。
步骤3)恒温15h后测得露点为-12℃。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，不同之处仅在于，步骤2)中升温2h将温度升至600℃，恒温13h。
步骤3)恒温15h后测得露点为-16℃。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，不同之处仅在于，氮气与氨分解气的混合气体中氮气与氨分解气的体积比为1：3。
步骤3)恒温15h后测得露点为-14℃。
实施例5
本实施例与实施例1基本相同，不同之处仅在于，氮气与氨分解气的混合气体中氮气与氨分解气的体积比为1：2。
步骤3)恒温15h后测得露点为-13℃。
实施例6
本实施例与实施例1基本相同，不同之处仅在于，氮气与氨分解气的混合气体中氮气与氨分解气的体积比为1：1。
步骤3)恒温15h后测得露点为-13℃。
实施例7
本实施例与实施例1基本相同，不同之处仅在于，氮气与氨分解气的混合气体中氮气与氨分解气的体积比为2：1。
步骤3)恒温15h后测得露点为-14℃。
实施例8
本实施例与实施例1基本相同，不同之处仅在于，氮气与氨分解气的混合气体中氮气与氨分解气的体积比为3：1。
步骤3)恒温15h后测得露点为-12℃。
实施例9
取向硅钢罩式炉高温退火低保温阶段节能工艺，包括：
1)将涂镁取向硅钢卷装入密闭的罩式炉中，关闭放散阀，检查罩式炉气密性，气密性检测完好后开启放气阀，并向罩式炉内通入氮气将炉内氧气充分排出，使炉内氧含量浓度≤300PPm。其中罩式炉的容积约为15m3。
2)通电升温并将氮气转换为10m3/h氨分解气(液氨分解生成25％氮气+75％氢气的混合气)；点燃放散阀，升温2h将温度升至550℃，恒温13h；
3)将温度氮气与氨分解气的混合气体转换为12m3/h氨分解气，并升温2h将温度升至650℃恒温15h，恒温15h后测得露点为-15℃。
上述取向硅钢的各组分及含量为：C：0.04～0.06％，Als：0.020～0.035％，Si：2.5～3.0％，N：0.006～0.008％，Mn：0.05～0.25％，S：0.005～0.01％，P：0.01～0.03％，Cu：0.05～0.2％，Cr与Ni≤0.025％余量为Fe及不可避免的夹杂物；取向硅钢的成品厚度不超过0.4mm。
实施例10
本实施例与实施例9基本相同，不同之处仅在于，步骤2)中点燃放散阀，升温2h将温度升至500℃。
步骤3)恒温15h后测得露点为-13℃。
实施例11
本实施例与实施例9基本相同，不同之处仅在于，步骤2)中点燃放散阀，升温2h将温度升至600℃。
步骤3)恒温15h后测得露点为-13℃。
对比例1
现有传统650℃退火工艺，如下：
将涂镁取向硅钢卷装入密闭的罩式炉中，关闭放散阀，检查罩式炉气密性，气密性检测完好后开启放气阀，并向罩式炉内通入氮气将炉内氧气充分排出，使炉内氧含量浓度≤300PPm。其中罩式炉的容积约为15m3。
通电升温并将氮气转换为10m3/h氨分解气(液氨分解生成25％氮气+75％氢气的混合气)，接着点燃放散阀，升温2h将温度升至650℃，恒温30h；测得露点为-17℃。
上述取向硅钢的各组分及含量为：C：0.04～0.06％，Als：0.020～0.035％，Si：2.5～3.0％，N：0.006～0.008％，Mn：0.05～0.25％，S：0.005～0.01％，P：0.01～0.03％，Cu：0.05～0.2％，Cr与Ni≤0.025％余量为Fe及不可避免的夹杂物；取向硅钢的成品厚度不超过0.4mm。
性能检测：
将退火处理的实施例1-8及对比例1的钢卷，接着再升温30h，将温度升至1170℃，接着将氨分解气转换为8m3/h氢气，恒温30h；恒温30h后，将氢气转换为10m3/h的氮气，并进行降温，制得成品取向硅钢卷。
分别对成品取向硅钢卷的表面正品率、平均铁损及平均磁感进行检测，检测结果如下：
磁性能指标 平均铁损W/Kg 平均磁感T 正品率
实施例1 1.1304 1.8721 80.21％
实施例2 1.1513 1.8611 78.32％
实施例3 1.1458 1.8652 78.63％
实施例4 1.1306 1.8719 80.19％
实施例5 1.1308 1.8717 80.17％
实施例6 1.1311 1.8717 80.15％
实施例7 1.1482 1.8602 75.26％
实施例8 1.1683 1.8573 62.13％
实施例9 1.1301 1.8723 80.28％
实施例10 1.1518 1.8613 78.36％
实施例11 1.1452 1.8654 78.73％
对比例1 1.1715 1.8567 50.32％
涂镁卷中的游离水在100℃变成水蒸汽，水蒸汽具有强氧化性。炉内氮气快速将水蒸气从放散阀带走。化合水在350℃开始分解、450℃分解完毕(Mg(OH)2＝MgO+H2O(g))。故在进行退火时为了能够使化合水充分除去，故温度应高于450℃，为了确保钢卷中温度高于450℃，故退火阶段温度不低于500℃。
将实施例1-3与实施例9-11对比可知，步骤2)中通入10m3/h纯氨分解气与通入10m3/h氮气与氨分解气体积比为1：4的混合气，在500℃、550℃及600℃退火所产取向硅钢卷的正品率、平均铁损及平均磁感均相近无明显区别，故，为了降低相应生产成本故会选择降低氨分解气的使用体积。
分别对比实施例1、2、3，步骤2)中550℃退火所产取向硅钢卷的正品率、平均铁损及平均磁感均高于500℃及600℃的退火工艺；且对比实施例9、10、11也可得到相同结论。其原因是由于，当温度较高的600℃时，水蒸汽的氧化性相对较强(水蒸汽的氧化性随温度升高而升高)，故600℃工艺下的正品率、硅钢平均铁损及平均磁感均低于550℃；当温度为500℃时，由于其与氧化镁涂液中的化合水的分解温度较为接近，所以脱水过程较长，也相应增长了硅钢与水的反应时间，因此，500℃工艺下的硅钢正品率、平均铁损及平均磁感均也低于550℃。故在实际工业生产过程中，优选采用550℃进行退火。
实施例1、4、5、6、7、8中步骤2)中均选用550℃进行退火，其区别仅为氮气与氨分解气的体积比的不同。通过对比实施例1及4-8可以看出，当氮气与氨分解气体积比为1：1-4时，退火所产取向硅钢卷的正品率、平均铁损及平均磁感均相近无明显区别，当混合气体中氨分解气体积低于氮气体积时(氮气与氨分解气体积比为2-3：1)，退火所产取向硅钢卷的正品率、平均铁损及平均磁感显著降低，故为了进一步降低生产成本故优选采用氮气与氨分解气按体积比1：1进行通入。
对比实施例6及对比例1，采用实施例1退火工艺对硅钢进行退火可有效消除低保温阶段钢卷表面被氧化露金、发红、发黑、水印、色泽不均、导通缺陷。钢卷表面正品率从50.34％提升至80.17％，提升29.83％.
对比实施例3与对比例1，采用实施例3退火工艺对硅钢进行退火可有效消除低保温阶段钢卷表面被氧化露金、发红、发黑、水印、色泽不均、导通缺陷。钢卷表面正品率从50.34％提升至80.28％，提升29.83％。钢卷铁损提高近半个牌号、提升率30.57％以上；磁感明显提高。顾客对表面质量、磁性能满意度从70.68％提升至98.18％，提升27.50％。同时也降低了生产成本:
表面正品率提升吨钢降成本：29.83％/100％*1吨*(11000元/吨-10500元/吨)＝144元
牌号提升吨钢降成本：30.57％/100％*1吨*(11000元/吨-10700元/吨)＝92元。
降低液氨用量、费用：
1)低保温节约氨分解气 10方/小时*30小时-5方*30方/小时＝150方
低保温节约液氨 150方/2.64方/kg＝56.82kg
节约液氨费 56.82Kg/1000Kg*4500元/吨＝255.86元。
2)增加制氮电费 0.4元/方*5方/小时*30小时＝60元
吨钢降低生产成本：255.86元-60元＝195.86元。
合计吨钢降低生产成本 144+92+195.86＝431.86元。
故，采用本发明提供的退火方法具有极大的工业应用价值，适宜进一步推广应用。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种取向硅钢罩式炉高温退火低保温阶段节能工艺，其特征在于，包括：
1)将涂镁取向硅钢卷装入密闭的罩式炉中，并向罩式炉内通入氮气将炉内氧气充分排出，使炉内氧含量浓度≤300PPm；
2)通电升温并将氮气转换为10m3/h氮气与氨分解气的混合气体，升温2h将温度升温至500-600℃后，恒温13h；
3)将温度氮气与氨分解气的混合气体转换为12m3/h氨分解气，并升温2h将温度升至650℃恒温15h，使内部气体露点小于-10℃；
步骤2)氮气与氨分解气的混合气体中氮气与氨分解气的体积比为1：1～4。
2.根据权利要求1所述的取向硅钢罩式炉高温退火低保温阶段节能工艺，其特征在于，所述取向硅钢的各组分及含量为：C：0.04～0.06％，Als：0.020～0.035％，Si：2.5～3.0％，N：0.006～0.008％，Mn：0.05～0.25％，S：0.005～0.01％，P：0.01～0.03％，Cu：0.05～0.2％，Cr与Ni≤0.025％余量为Fe及不可避免的夹杂物。
3.根据权利要求1所述的取向硅钢罩式炉高温退火低保温阶段节能工艺，其特征在于，取向硅钢的成品厚度不超过0.4mm。
4.根据权利要求1所述的取向硅钢罩式炉高温退火低保温阶段节能工艺，其特征在于，在进行排氧前关闭放散阀对罩式炉的气密性进行检测，气密性检测完好后开启放气阀。
5.根据权利要求1所述的取向硅钢罩式炉高温退火低保温阶段节能工艺，其特征在于，所述氨分解气为25％氮气+75％氢气的混合气。
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