CN116162844A - 无取向硅钢及其高洁净生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种无取向硅钢及其高洁净生产方法。所述方法包括以下步骤，1)铁水脱硫；2)转炉冶炼：冶炼终点温度1640～1680℃、O含量0.05～0.085％；3)真空精炼：真空脱碳结束后，先加入硅铁合金进行脱氧，再加入金属锰进行合金化，循环3～5min后，加入金属铝进行最终脱氧，同时向钢包渣面加入碳化硅对炉渣进行脱氧；4)连铸：浇注全程过热度控制在30±5℃，结晶器液面波动控制在±2mm；5)轧制：加热炉温度为1090～1130℃；终轧温度在860～900℃，卷取温度在650～660℃，热轧卷板厚度为2.1～2.5mm；冷轧而得到厚度为0.35～0.5mm的冷轧带钢。
Description
技术领域
本发明属于钢铁材料制备技术领域，涉及一种无取向硅钢及其高洁净生产方法。
背景技术
无取向硅钢的磁性能，主要取决于铁素体晶粒尺寸、晶体织构和钢中的夹杂物分布。钢中的夹杂物主要包括以下几类：CaO、Al2O3、SiO2等氧基夹杂物；CaS、MnS、CuxS等硫基化合物；TiN、Ti(CN)、AlN、V(CN)、Zr(CN)等碳氮基化合物。在工业化生产条件下，对磁性能影响较大的夹杂物主要为硫基化合物、碳氮基化合物。这些夹杂物形成于钢液浇铸、凝固、板坯加热和轧制过程中，尺寸细小，分布弥散。
这些夹杂物影响无取向硅钢磁性能的原因主要有：(1)夹杂物尺寸较小，并接近磁畴壁尺寸，阻碍最终退火过程中晶粒长大，导致材料铁损升高；(2)夹杂物导致晶体点阵发生畸变，夹杂物周围位错密度增高，引起比额外的内应力场，导致静磁能和磁弹性能增加，磁畴结构发生变化，磁化困难。
发明内容
针对现有技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种无取向硅钢及其高洁净生产方法，提升硅钢磁性能，并保证性能稳定性。
为实现上述发明目的，本发明一实施方式提供了一种无取向硅钢的高洁净生产方法，其包括以下步骤，
1)铁水脱硫：采用以质量百分比计Si 0.25～0.65％、S≤0.04％、Nb≤0.0015％、V≤0.035％、Ti≤0.050％、Mo≤0.0010％、As≤0.0010％、Zr≤0.0010％、Cu≤0.0035％的铁水，进行KR脱硫，脱硫后扒渣率≥97％、S≤0.0015％；
2)转炉冶炼：将步骤1的脱硫铁水在转炉中进行冶炼，冶炼终点温度1640～1680℃、O含量0.05～0.085％，出钢过程采用挡渣塞与滑板挡渣来控制下渣；
3)真空精炼：真空脱碳结束后，先加入硅铁合金进行脱氧，再加入金属锰进行合金化，循环3～5min后，加入金属铝进行最终脱氧，同时向钢包渣面加入碳化硅对炉渣进行脱氧，造低碱度硅铝酸钙渣系，化学成分全部达标后净循环处理时间≥10min，然后破空、出钢；
4)连铸：浇注全程过热度控制在30±5℃，结晶器液面波动控制在±2mm，结晶器电磁搅拌频率为5-10Hz、电流为400-600A；
5)轧制：首先将步骤4所得连铸坯在加热炉中加热，加热炉温度为1090～1130℃；然后进行热轧、卷取而得到热轧卷板，终轧温度在860～900℃，卷取温度在650～660℃，热轧卷板厚度为2.1～2.5mm；之后进行冷轧而得到厚度为0.35～0.5mm的冷轧带钢。
优选地，所述生产方法还包括如下步骤，
6)退火：将步骤5所得冷轧带钢在退火炉中进行成品退火，退火温度升温速率为25～35℃/s，均热温度为930～960℃，保温时间为60～80s。
优选地，步骤2中，转炉出钢后期留钢量为1.5～3.5t。
优选地，步骤1中铁水以硅钢切废料、电工钢废钢为原料，废钢中S≤0.0035％、Nb≤0.003％、V≤0.003％、Ti≤0.003％、Mo≤0.0050％、As≤0.0050％、Cu≤0.008％。
优选地，步骤3的硅铁合金中S≤0.005％、C≤0.005％、Ti≤0.0035％，其余为Si、Fe。
优选地，步骤3的金属锰中S≤0.015％、C≤0.010％、Ti≤0.008％，其余为Mn、Fe。
优选地，步骤3中所用真空炉和钢包，以及步骤4中连铸用耐火材料，均采用无锆耐材。
优选地，步骤3中所用的钢包渣线使用镁铬超低碳砖，步骤4中连铸用的塞棒渣线、侵入式水口渣线均使用镁铝尖晶石材质，ZrO2含量≤0.5％。
为实现上述发明目的，本发明一实施方式提供了一种无取向硅钢，采用所述生产方法制备而成。
优选地，所述无取向硅钢的冷轧硅钢片中尺寸0.1μm以上夹杂物面密度≤150个/mm2。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：一方面，将不易氧化的杂质元素在铁水阶段即控制在较低的水平，同时，在转炉冶炼中，高氧化性可以将易氧化物元素去除，通过出钢下渣控制，减少氧化钛等进入钢包，避免后续合金化时还原进入钢水，从铁水脱硫、转炉冶炼、真空精炼和连铸等全过程中将杂质元素控制在极低水平；再一方面，连铸中的过热度控制，轧钢过程中的各种温度控制，从而减少细小的硫化物、氧化物等夹杂物的析出，另外还可以进一步通过控制退火温度、升温速度等，促进析出物的消融，进而，提高最终成品的洁净度，大幅减少成品中氧化物、硫化物、碳氮化物等夹杂物的数量、尺寸，提高无取向硅钢的性能和品质。
具体实施方式
本发明一实施方式提供了一种无取向硅钢的生产方法，以及采用所述生产方法制备而成的无取向硅钢。
本发明的所述无取向硅钢的化学成分中，部分有害元素以质量百分比计，C≤0.0020％、S≤0.0015％、T.O≤0.0015％、N≤0.0020％、Nb≤0.003％、V≤0.005％、Ti≤0.002％、Zr≤0.003％。
所述生产方法包括依序进行的铁水脱硫、转炉冶炼、真空精炼、铸坯、轧制、成品退火等各个工序。下面对所述生产方法按照以下各步骤进行详细介绍。
(1)铁水脱硫
采用以质量百分比计Si 0.25～0.65％、S≤0.04％、Nb≤0.0015％、V≤0.035％、Ti≤0.050％、Mo≤0.0010％、As≤0.0010％、Zr≤0.0010％、Cu≤0.0035％的铁水，进行KR脱硫，脱硫后扒渣率≥97％、S≤0.0015％；
优选地，该步骤中铁水以硅钢切废料、电工钢废钢为原料，废钢中S≤0.0035％、Nb≤0.003％、V≤0.003％、Ti≤0.003％、Mo≤0.0050％、As≤0.0050％、Cu≤0.008％。
(2)转炉冶炼
将步骤1的脱硫铁水在转炉中进行冶炼，冶炼终点温度1640～1680℃、O含量0.05～0.085％，出钢过程采用挡渣塞与滑板挡渣来控制下渣；
优选地，转炉出钢后期留钢量为1.5～3.5t，以免下渣。
(3)真空精炼
真空脱碳结束后，先加入硅铁合金进行脱氧，再加入金属锰进行合金化，循环3～5min后，加入金属铝进行最终脱氧，同时向钢包渣面加入碳化硅对炉渣进行脱氧，造低碱度硅铝酸钙渣系，化学成分全部达标后净循环处理时间≥10min，然后破空、出钢；
其中，硅铁合金中S≤0.005％、C≤0.005％、Ti≤0.0035％，其余为Si、Fe；金属锰中S≤0.015％、C≤0.010％、Ti≤0.008％，其余为Mn、Fe；
优选地，该步骤中所用真空炉和钢包，均采用无锆耐材；再者，所用的钢包渣线使用镁铬超低碳砖。
(4)连铸
浇注全程过热度控制在30±5℃，结晶器液面波动控制在±2mm，结晶器电磁搅拌频率为5-10Hz、电流为400-600A；
优选地，该步骤中连铸用耐火材料，均采用无锆耐材；再者，塞棒渣线、侵入式水口渣线均使用镁铝尖晶石材质，ZrO2含量≤0.5％。
(5)轧制
首先将步骤4所得连铸坯在加热炉中加热，加热炉温度为1090～1130℃；然后进行热轧、卷取而得到热轧卷板，终轧温度在860～900℃，卷取温度在650～660℃，热轧卷板厚度为2.1～2.5mm；之后进行冷轧而得到厚度为0.35～0.5mm的冷轧带钢；
(6)成品退火
将步骤5所得冷轧带钢在退火炉中进行成品退火，退火温度升温速率为25～35℃/s，均热温度为930～960℃，保温时间为60～80s。
与现有技术相比，本发明所述生产方法所制备的无取向硅钢，其冷轧硅钢片中尺寸0.1μm以上夹杂物面密度≤150个/mm2，磁性能相较于同等Si、Mn、Al、Sn、Sb含量的无取向硅钢而言，铁损降低0.2～0.6W/kg。
本发明的有益效果在于：一方面，将不易氧化的杂质元素在铁水阶段即控制在较低的水平，同时，在转炉冶炼中，高氧化性可以将易氧化物元素去除，通过出钢下渣控制，减少氧化钛等进入钢包，避免后续合金化时还原进入钢水，从铁水脱硫、转炉冶炼、真空精炼和连铸等全过程中将杂质元素控制在极低水平；再一方面，连铸中的过热度控制，轧钢过程中的各种温度控制，从而减少细小的硫化物、氧化物等夹杂物的析出，另外还可以进一步通过控制退火温度、升温速度等，促进析出物的消融，进而，提高最终成品的洁净度，大幅减少成品中氧化物、硫化物、碳氮化物等夹杂物的数量、尺寸，提高无取向硅钢的性能和品质。
上文所列出的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
下面通过3个实施例来进一步说明本发明的有益效果，当然，这3个实施例仅为本发明所含众多变化实施例中的一部分，而非全部。
实施例1
提供一种无取向硅钢，其采用如下过程制备而成。
(1)铁水脱硫
以硅钢切废料、电工钢废钢为原料炼制铁水，废钢中以质量百分比计S＝0.0015％、Nb＝0.001％、V＝0.0015％、Ti＝0.002％、Mo＝0.0018％、As＝0.002％、Cu＝0.0068％；
将所得铁水进行KR脱硫，脱硫之前铁水中以质量百分比计Si＝0.25％、S＝0.023％、Nb＝0.0010％、V＝0.026％、Ti＝0.033％、Mo＝0.0008％、As＝0.0005％、Zr＝0.0007％、Cu＝0.0027％；
脱硫后扒渣率99％、S＝0.0005％；
(2)转炉冶炼
将步骤1的脱硫铁水在转炉中进行冶炼，冶炼终点温度1640℃、O含量0.05％，出钢过程采用挡渣塞与滑板挡渣来控制下渣；
转炉出钢后期留钢量为3.5t，以免下渣；
(3)真空精炼
真空脱碳结束后，先加入超纯净硅铁合金进行脱氧，再加入金属锰进行合金化，循环3min后，加入金属铝进行最终脱氧，同时向钢包渣面加入碳化硅对炉渣进行脱氧，造低碱度硅铝酸钙渣系，化学成分全部达标后净循环处理时间15min，然后破空、出钢；
其中，硅铁合金中S＝0.0035％、C＝0.0028％、Ti＝0.0026％，其余为Si、Fe；金属锰中S＝0.011％、C＝0.0085％、Ti＝0.0052％，其余为Mn、Fe；
该步骤中所用真空炉和钢包，均采用无锆耐材；再者，所用的钢包渣线使用镁铬超低碳砖；
(4)连铸
浇注全程过热度控制在30±5℃，结晶器液面波动控制在±2mm，结晶器电磁搅拌频率为5Hz、电流为600A；
该步骤中连铸用耐火材料，均采用无锆耐材；再者，塞棒渣线、侵入式水口渣线均使用镁铝尖晶石材质，ZrO2含量＝0.26％；
(5)轧制
首先将步骤4所得连铸坯在加热炉中加热，加热炉温度为1090℃；然后进行热轧、卷取而得到热轧卷板，终轧温度在860℃，卷取温度在650℃，热轧卷板厚度为2.1mm；之后进行冷轧而得到厚度为0.35mm的冷轧带钢；
(6)成品退火
将步骤5所得冷轧带钢在退火炉中进行成品退火，退火温度升温速率为25℃/s，均热温度为930℃，保温时间为60s。
得到硅钢产品成品厚度为0.35mm，化学成分中关键有害元素的质量百分比为：C＝0.0013％、S＝0.0012％、T.O＝0.0011％、N＝0.0016％、Nb＝0.0008％、V＝0.0013％、Ti＝0.0009％、Mo＝0.0027％、As＝0.0025％、Zr＝0.0029％、Cu＝0.0037％。冷轧硅钢片中尺寸0.1μm以上夹杂物面密度139个/mm2。
实施例2
提供一种无取向硅钢，其采用如下过程制备而成。
(1)铁水脱硫
以硅钢切废料、电工钢废钢为原料炼制铁水，废钢中以质量百分比计S＝0.0035％、Nb＝0.003％、V＝0.003％、Ti＝0.003％、Mo＝0.005％、As＝0.005％、Cu＝0.008％；
将所得铁水进行KR脱硫，脱硫之前铁水中以质量百分比计Si＝0.25％、S＝0.04％、Nb＝0.0015％、V＝0.035％、Ti＝0.050％、Mo＝0.0010％、As＝0.0010％、Zr＝0.0010％、Cu＝0.0035％；
脱硫后扒渣率97％、S＝0.0015％；
(2)转炉冶炼
将步骤1的脱硫铁水在转炉中进行冶炼，冶炼终点温度1680℃、O含量0.085％，出钢过程采用挡渣塞与滑板挡渣来控制下渣；
转炉出钢后期留钢量为1.5t，以免下渣；
(3)真空精炼
真空脱碳结束后，先加入超纯净硅铁合金进行脱氧，再加入金属锰进行合金化，循环5min后，加入金属铝进行最终脱氧，同时向钢包渣面加入碳化硅对炉渣进行脱氧，造低碱度硅铝酸钙渣系，化学成分全部达标后净循环处理时间10min，然后破空、出钢；
其中，硅铁合金中S＝0.005％、C＝0.005％、Ti＝0.0035％，其余为Si、Fe；金属锰中S＝0.015％、C＝0.0010％、Ti＝0.008％，其余为Mn、Fe；
该步骤中所用真空炉和钢包，均采用无锆耐材；再者，所用的钢包渣线使用镁铬超低碳砖；
(4)连铸
浇注全程过热度控制在30±5℃，结晶器液面波动控制在±2mm，结晶器电磁搅拌频率为10Hz、电流为400A；
该步骤中连铸用耐火材料，均采用无锆耐材；再者，塞棒渣线、侵入式水口渣线均使用镁铝尖晶石材质，ZrO2含量＝0.5％；
(5)轧制
首先将步骤4所得连铸坯在加热炉中加热，加热炉温度为1130℃；然后进行热轧、卷取而得到热轧卷板，终轧温度在900℃，卷取温度在660℃，热轧卷板厚度为2.5mm；之后进行冷轧而得到厚度为0.5mm的冷轧带钢；
(6)成品退火
将步骤5所得冷轧带钢在退火炉中进行成品退火，退火温度升温速率为35℃/s，均热温度为960℃，保温时间为60s。
得到硅钢产品成品厚度为0.50mm，化学成分中关键有害元素的质量百分比为：C＝0.0020％、S＝0.0015％、T.O＝0.0015％、N＝0.0020％、Nb＝0.002％、V＝0.002％、Ti＝0.002％、Mo＝0.0040％、As＝0.0040％、Zr＝0.005％、Cu＝0.005％。冷轧硅钢片中尺寸0.1μm以上夹杂物面密度150个/mm2。
实施例3
提供一种无取向硅钢，其采用如下过程制备而成。
(1)铁水脱硫
以硅钢切废料、电工钢废钢为原料炼制铁水，废钢中以质量百分比计S＝0.0028％、Nb＝0.0022％、V＝0.0026％、Ti＝0.0019％、Mo＝0.0038％、As＝0.0041％、Cu＝0.007％；
将所得铁水进行KR脱硫，脱硫之前铁水中以质量百分比计Si＝0.51％、S＝0.033％、Nb＝0.0012％、V＝0.028％、Ti＝0.032％、Mo＝0.0007％、As＝0.0007％、Zr＝0.0005％、Cu＝0.0029％；
脱硫后扒渣率98％、S＝0.0007％；
(2)转炉冶炼
将步骤1的脱硫铁水在转炉中进行冶炼，冶炼终点温度1665℃、O含量0.065％，出钢过程采用挡渣塞与滑板挡渣来控制下渣；
转炉出钢后期留钢量为2.6t，以免下渣；
(3)真空精炼
真空脱碳结束后，先加入超纯净硅铁合金进行脱氧，再加入金属锰进行合金化，循环4min后，加入金属铝进行最终脱氧，同时向钢包渣面加入碳化硅对炉渣进行脱氧，造低碱度硅铝酸钙渣系，化学成分全部达标后净循环处理时间11min，然后破空、出钢；
其中，硅铁合金中S＝0.0042％、C＝0.0039％、Ti＝0.0026％，其余为Si、Fe；金属锰中S＝0.0102％、C＝0.0075％、Ti＝0.0046％，其余为Mn、Fe；
该步骤中所用真空炉和钢包，均采用无锆耐材；再者，所用的钢包渣线使用镁铬超低碳砖；
(4)连铸
浇注全程过热度控制在30±5℃，结晶器液面波动控制在±2mm，结晶器电磁搅拌频率为8Hz、电流为500A；
该步骤中连铸用耐火材料，均采用无锆耐材；再者，塞棒渣线、侵入式水口渣线均使用镁铝尖晶石材质，ZrO2含量＝0.35％；
(5)轧制
首先将步骤4所得连铸坯在加热炉中加热，加热炉温度为1100℃；然后进行热轧、卷取而得到热轧卷板，终轧温度在885℃，卷取温度在655℃，热轧卷板厚度为2.4mm；之后进行冷轧而得到厚度为0.45mm的冷轧带钢；
(6)成品退火
将步骤5所得冷轧带钢在退火炉中进行成品退火，退火温度升温速率为30℃/s，均热温度为940℃，保温时间为70s。
得到硅钢产品成品厚度为0.45mm，化学成分中关键有害元素的质量百分比为：C＝0.0016％、S＝0.0008％、T.O＝0.0010％、N＝0.0013％、Nb＝0.0011％、V＝0.0015％、Ti＝0.0009％、Mo＝0.0022％、As＝0.0025％、Zr＝0.0036％、Cu＝0.0029％。冷轧硅钢片中尺寸0.1μm以上夹杂物面密度129个/mm2。
经与同等Si、Mn、Al、Sn、Sb含量的无取向硅钢相比较，实施例1至3的无取向硅钢的磁性能更加优异和稳定，铁损降低0.2～0.6W/kg。
Claims (10)
1.一种无取向硅钢的高洁净生产方法，其特征在于，包括以下步骤，
1)铁水脱硫：采用以质量百分比计Si 0.25～0.65％、S≤0.04％、Nb≤0.0015％、V≤0.035％、Ti≤0.050％、Mo≤0.0010％、As≤0.0010％、Zr≤0.0010％、Cu≤0.0035％的铁水，进行KR脱硫，脱硫后扒渣率≥97％、S≤0.0015％；
2)转炉冶炼：将步骤1的脱硫铁水在转炉中进行冶炼，冶炼终点温度1640～1680℃、O含量0.05～0.085％，出钢过程采用挡渣塞与滑板挡渣来控制下渣；
3)真空精炼：真空脱碳结束后，先加入硅铁合金进行脱氧，再加入金属锰进行合金化，循环3～5min后，加入金属铝进行最终脱氧，同时向钢包渣面加入碳化硅对炉渣进行脱氧，造低碱度硅铝酸钙渣系，化学成分全部达标后净循环处理时间≥10min，然后破空、出钢；
4)连铸：浇注全程过热度控制在30±5℃，结晶器液面波动控制在±2mm，结晶器电磁搅拌频率为5-10Hz、电流为400-600A；
5)轧制：首先将步骤4所得连铸坯在加热炉中加热，加热炉温度为1090～1130℃；然后进行热轧、卷取而得到热轧卷板，终轧温度在860～900℃，卷取温度在650～660℃，热轧卷板厚度为2.1～2.5mm；之后进行冷轧而得到厚度为0.35～0.5mm的冷轧带钢。
2.根据权利要求1所述的无取向硅钢的高洁净生产方法，其特征在于，还包括如下步骤，
6)退火：将步骤5所得冷轧带钢在退火炉中进行成品退火，退火温度升温速率为25～35℃/s，均热温度为930～960℃，保温时间为60～80s。
3.根据权利要求1所述的无取向硅钢的高洁净生产方法，其特征在于，步骤2中，转炉出钢后期留钢量为1.5～3.5t。
4.根据权利要求1所述的无取向硅钢的高洁净生产方法，其特征在于，步骤1中铁水以硅钢切废料、电工钢废钢为原料，废钢中S≤0.0035％、Nb≤0.003％、V≤0.003％、Ti≤0.003％、Mo≤0.0050％、As≤0.0050％、Cu≤0.008％。
5.根据权利要求1所述的无取向硅钢的高洁净生产方法，其特征在于，步骤3的硅铁合金中S≤0.005％、C≤0.005％、Ti≤0.0035％，其余为Si、Fe。
6.根据权利要求1所述的无取向硅钢的高洁净生产方法，其特征在于，步骤3的金属锰中S≤0.015％、C≤0.010％、Ti≤0.008％，其余为Mn、Fe。
7.根据权利要求1所述的无取向硅钢的高洁净生产方法，其特征在于，步骤3中所用真空炉和钢包，以及步骤4中连铸用耐火材料，均采用无锆耐材。
8.根据权利要求1所述的无取向硅钢的高洁净生产方法，其特征在于，步骤3中所用的钢包渣线使用镁铬超低碳砖，步骤4中连铸用的塞棒渣线、侵入式水口渣线均使用镁铝尖晶石材质，ZrO2含量≤0.5％。
9.一种无取向硅钢，其特征在于，采用权利要求1～8任一项所述的生产方法制备而成。
10.根据权利要求9所述的无取向硅钢，其特征在于，所述无取向硅钢的冷轧硅钢片中尺寸0.1μm以上夹杂物面密度≤150个/mm2。
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