CN117418164A - 一种电工硅钢及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电工硅钢及制备方法，以质量百分比计：该硅钢的成分为C<0.01％；Si：4％～5％；Al：0.05％～0.1％；Mn：0.3％～0.5％；N≤0.003％；Ti：0.8％～1.0％；Ba：0.003％～0.007％，余量为Fe。包括如下步骤：(1)将废钢通过冶炼装置获得低氮钢液；(2)低氮钢液依次经过LF炉精炼工序、VD炉精炼工序和连铸工序得到超低氮的电工硅钢。本发明其能够改善硅钢中氮元素的危害，并获得球形大颗粒夹杂物，改善硅钢的磁导率，具有良好的磁感应性能，更加有利于满足现代使用需求，且生产要求又符合现在绿色低碳排放的生产要求。

Description

一种电工硅钢及制备方法
技术领域
本发明涉及硅钢的制造技术领域，尤其涉及一种电工硅钢及制备方法。
背景技术
已知硅钢，一般指硅含量在1.0-4.5％，含碳量小于0.10％的硅合金钢，它具有导磁率高、矫顽力低、电阻系数大等特性，主要用作电机、变压器中的磁性材料。其性能指标指磁导率μ，定义如下：在外磁场作用下，物体能被磁化的程度，在数值上等于单位面积S上通过的磁力线的数目其另外一个指标为：铁损，铁损P分为磁滞损失和涡流损失。
氮对硅钢的危害包括：磁时效，即铁磁材料的磁性随使用时间而变化的现象，磁时效现象主要是材料中的N等杂质元素引起，电工钢在高温下N的固溶度高，从高温较快冷却时多余的N来不及析出而形成过饱和固溶体，铁芯在长期运转时，特别是在温度升高到50～80℃时，多余的N原子就以小弥散的碳化物和Fe16N4质点析出，使矫顽力和铁芯损耗增加，导致发生磁时效现象，从而使铁损增高。此外，硅钢磁导率还要求夹杂物大而圆，这是因为细小弥散的夹杂物引起晶格扭曲以及钉扎晶界，无法获得大尺寸晶粒和晶粒内部原子的顺序排列，不利于磁畴转向，无法满足现代使用需求。
发明内容
(一)需要解决的技术问题
针对现有技术中的不足，本发明提供了一种电工硅钢，其能够改善硅钢中氮元素的危害，并获得球形大颗粒夹杂物，改善硅钢的磁导率，具有良好的磁感应性能，更加有利于满足现代使用需求。
本发明提供的一种电工硅钢制备方法，其不仅可获得具有良好磁感应性能的电工硅钢，具有超低氮，而且生产要求又符合现在绿色低碳排放的生产要求。
(二)需要采取的技术方案
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
一种电工硅钢，以质量百分比计：该硅钢的成分为C<0.01％；Si：4％～5％；Al：0.05％～0.1％；Mn：0.3％～0.5％；N≤0.003％；Ti：0.8％～1.0％；Ba：0.003％～0.007％，余量为Fe。
本发明还提供了一种电工硅钢的制备方法，包括如下步骤：
(1)将废钢通过冶炼装置获得低氮钢液；
(2)低氮钢液依次经过LF炉精炼工序、VD炉精炼工序和连铸工序得到超低氮的电工硅钢。
优选地，所述废钢通过冶炼装置获得低氮钢液，具体生产步骤包括：
a，向电弧炉内装入废钢，进行加热熔化变为钢液，如100吨电弧炉熔炼：将废钢电弧炉中进行熔化，进行脱磷，保持钢液内温度在1560℃～1590℃，钢液成分为碳含量0.1％～0.2％，其余为铁液后出钢；
b，电弧炉内的钢液通过出钢口倒入到喷碳中包内，且喷碳中包通过喷碳管将生物质碳喷吹到钢液中；
c，然后将喷碳中包内被喷吹有生物质碳钢液通过真空脱氮炉机构传输到钢包中。
优选地，所述喷碳中包是指盛装钢液的容器。
优选地，所述真空脱氮炉机构包括真空脱氮炉，所述真空脱氮炉内部具有真空脱氮室，所述真空脱氮炉上设置真空泵、进口管、出口管和喷管，所述真空泵、进口管、出口管和喷管均连通有所述真空脱氮室，所述真空泵可对真空脱氮炉中的真空脱氮室进行抽真空，所述进口管一端位于所述喷碳中包内，所述进口管另一端位于所述真空脱氮室内，所述出口管一端位于所述真空脱氮室内，所述出口管另一端位于所述钢包中，所述真空脱氮炉的进口管上设置有吹气管。
优选地，所述出口管上采用橡胶封闭。
优选地，所述真空脱氮炉的进口管设置有所述喷管。
优选地，所述低氮钢液经过LF炉精炼工序进行精炼，其中需要加入硅铁脱氧剂和合金，其中合金以质量百分比计，该合金的成分为C<0.01％；S i：4％～5％；Al：0.05％～0.1％；Mn：0.3％～0.5％；N≤0.003％；T i：0.8％～1.0％；Ba：0.003％～0.007％，余量为Fe。
优选地，所述经过VD炉精炼工序后，接下来通过进行含钡包芯线处理，最终将钢包运送至连铸工序进行处理。
优选地，所述含钡包芯线公称尺寸为φ14-φ16mm、芯线重量为160-200g/m。以质量百分比计，所述含钡包芯线的芯粉成分为，钡：40％～50％，硅：50％～60％。
优选地，所述含钡包芯线包括如下步骤：
(1)按照选定的配比取各原料组分进行混料，得到芯粉，备用；
(2)钢带上料架，开启重卷机，调节轧制速度开机成型；
(3)在钢带轧制成形后进行加入芯粉；
(4)将加入芯粉后的钢带进行包覆成形处理，即得。
优选地，所述芯粉的粒度分布为：3-5mm颗粒含量为40％；1-3mm颗粒含量为40％；其余为0.1-1mm颗粒。
(三)需要达到的技术效果
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
其一，本发明以质量百分比计：该硅钢的成分为C<0.01％；Si：4％～5％；Al：0.05％～0.1％；Mn：0.3％～0.5％；N≤0.003％；Ti：0.8％～1.0％；Ba：0.003％～0.007％，余量为Fe，本发明的电工硅钢能够改善硅钢中氮元素的危害，并获得球形大颗粒夹杂物，改善硅钢的磁导率，具有良好的磁感应性能，更加有利于满足现代使用需求。
其二，本发明包括如下步骤：(1)将废钢通过冶炼装置获得低氮钢液；(2)低氮钢液依次经过LF炉精炼工序、VD炉精炼工序和连铸工序得到超低氮的电工硅钢，通过此种步骤制得的电工硅钢，达到脱氮目的，有利于其具有良好的磁感应性能，制备了超低氮高品质硅钢，实现了钢铁企业中优质硅钢，而且满足绿色低碳排放的前提下，符合碳达峰碳中和产线的要求，更加有利于满足现代追求生产绿色环保的理念。
附图说明
图1为本发明冶炼装置结构示意图。
图中：1，电弧炉；2，出钢口；3，喷碳管；4，喷碳中包；5，喷管；6，真空泵；7，真空脱氮室；8，进口管；9，真空脱氮炉；10，出口管；11，吹气管；12，钢包。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例一：参阅图1，一种电工硅钢，以质量百分比计：该硅钢的成分为C<0.01％；Si：4％～5％；A l：0.05％～0.1％；Mn：0.3％～0.5％；N≤0.003％；T i：0.8％～1.0％；Ba：0.003％～0.007％，余量为Fe。
本发明形成电工硅钢能够改善硅钢中氮元素的危害，并获得球形大颗粒夹杂物，改善硅钢的磁导率，具有良好的磁感应性能，更加有利于满足现代使用需求。
实施例二：本发明还提供了一种电工硅钢的制备方法，包括如下步骤：包括以下步骤：
(1)预备合金，以质量百分比计，该合金的成分为C<0.01％；S i：4％～5％；A l：0.05％～0.1％；Mn：0.3％～0.5％；N≤0.003％；T i：0.8％～1.0％；Ba：0.003％～0.007％，余量为Fe；
(2)将废钢通过冶炼装置获得低氮钢液；
(3)低氮钢液依次经过LF炉精炼工序、VD炉精炼工序和连铸工序得到超低氮的电工硅钢。
想说明的是，废钢通过冶炼装置获得低氮钢液，具体生产步骤包括：
a，向电弧炉1内装入废钢，进行加热熔化变为钢液，如100吨电弧炉熔炼：将废钢电弧炉中进行熔化，进行脱磷，保持钢液内温度在1560℃～1590℃，钢液成分为碳含量0.1％～0.2％，其余为铁液后出钢；
b，电弧炉1内的钢液通过出钢口2倒入到喷碳中包4内，且喷碳中包4通过喷碳管3将生物质碳(生物质碳指的是生物废料)喷吹到钢液中；
其中，喷碳中包4是指可以盛装钢液的容器。
c，然后将喷碳中包4内被喷吹有生物质碳钢液通过真空脱氮炉机构传输到钢包12中。
其中真空脱氮炉机构包括真空脱氮炉9，真空脱氮炉9内部具有真空脱氮室7，真空脱氮炉9上设置真空泵6、进口管8、出口管10和喷管5，真空泵6、进口管8、出口管10和喷管5均连通有真空脱氮室7，真空泵6可对真空脱氮炉9中的真空脱氮室7进行抽真空，进口管8一端位于喷碳中包4内，进口管8另一端位于真空脱氮室7内，出口管10一端位于真空脱氮室7内，出口管10另一端位于钢包12中，其中喷管5可喷吹有二氧化碳(CO2)，真空脱氮炉9的进口管8上设置有吹气管11，用于提供钢液的上升。想说明的是，在出口管10上采用橡胶封闭，将进口管8插入到喷碳中包4的钢液内，开始抽真空，钢液通过真空脱氮炉9虹吸到出口管10，出口管10的橡胶在高温钢液下熔化，最后钢液浇注到钢包12中，如钢液浇注到100吨的钢包12内。真空脱氮炉9的进口管8设置有喷管5，将二氧化碳(CO2)通过喷管5喷吹到真空脱氮室7的钢液内，不仅可以提供运送钢液的动力，还可以与钢液中碳反应，在真空脱氮室7内生成大量一氧化碳(CO)将钢液中的氮带出去，达到脱氮目的。
通过在喷碳中包4中添加生物质碳，然后经过真空脱氮炉9内二氧化碳(CO2)和钢液中的碳反应生成大量的一氧化碳(CO)，从而将钢液中的氮元素脱除，此时钢中氮元素降低到20ppm以内，获得低氮钢液。
想说明的是，在钢包12中低氮钢液经过LF炉精炼工序进行精炼，其中需要加入硅铁脱氧剂和合金，其中合金以质量百分比计，该合金的成分为C<0.01％；Si：4％～5％；Al：0.05％～0.1％；Mn：0.3％～0.5％；N≤0.003％；T i：0.8％～1.0％；Ba：0.003％～0.007％，余量为Fe，然后再经过VD炉精炼工序用于去气，提高钢液洁净度，其中通过在加入钛(T i)，尤其是加入高钛，这样在钢液下形成大尺寸氮化钛(T iN)夹杂物，将钢液中的大部分氮(N)变为氮化钛(Ti N)夹杂物从钢液内去除到渣中，剩余的少部分氮(N)元素变为氮化钛(Ti N)大尺寸夹杂物，从而降低氮(N)元素对硅钢的危害。此外，钛(Ti)作为铁素体稳定元素，能够进一步扩大和稳定硅钢的单一铁素体组织，有利于硅钢的磁导率，加入钡(Ba)元素，能够改性钢中氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(S iO2)等夹杂物，使其呈球形的钡酸盐夹杂物，有利于硅钢的磁导率，降低硅钢的铁损，更加有利于满足现代使用需求。经过VD炉精炼工序后，接下来通过进行含钡包芯线处理(采用钡包芯线对钢液喂线)，最终将钢包运送至连铸工序进行处理，连铸工序通过连铸和浇铸为硅钢连铸坯，再经过热轧、冷轧后变为硅钢冷轧卷。
其中，含钡包芯线公称尺寸为φ14-φ16mm、芯线重量为160-200g/m。以质量百分比计，含钡包芯线的芯粉成分为，钡：40％～50％，硅：50％～60％。含钡包芯线包括如下步骤：
(1)按照选定的配比取各原料组分进行混料，得到芯粉(芯粉的粒度分布为：3-5mm颗粒含量为40％；1-3mm颗粒含量为40％；其余为0.1-1mm颗粒)，备用；
(2)钢带上料架，开启重卷机，调节轧制速度开机成型；
(3)在钢带轧制成形后进行加入芯粉；
(4)将加入芯粉后的钢带进行包覆成形处理，即得。
通过对本发明的硅钢产品进行氮含量分析，质量分数为0.002％；对硅钢产品进行磁感应强度测试，为2.5特斯拉，表明其具有良好的磁感应性能。本发明在满足绿色低碳排放的前提下，制备了超低氮高品质硅钢，实现了钢铁企业中优质硅钢的碳达峰碳中和产线。
对比实施例一
本对比例的炼钢方法同本发明实施例，其区别仅在于，的电弧炉出钢后直接进入钢包，通过LF炉和VD炉精炼，没有经过喷碳中包和真空脱氮炉。对硅钢产品进行氮含量分析，质量分数为0.009％，对硅钢产品进行磁感应强度测试，为1.3特斯拉，表明其具有极差的磁感应性能。
对比实施例二
本对比例的炼钢方法同本发明实施例，其区别仅在于，的硅钢成分中去掉钛元素，将钛控制在0.01以下。对硅钢产品进行氮含量分析，质量分数为0.003％，对硅钢产品进行磁感应强度测试，为2.2特斯拉(低于本发明为2.5特斯拉)，表明其具有较好的磁感应性能，但低于本发明。
对比实施例三
本对比例的炼钢方法同本发明实施例，其区别仅在于，的钢液在VD炉精炼破真空后，没有进行含钡包芯线处理。对硅钢产品进行氮含量分析，质量分数为0.003％；对硅钢产品进行磁感应强度测试，为2.3特斯拉(低于本发明为2.5特斯拉)，表明其具有较好的磁感应性能，但低于低于本发明。
相比现有技术采用电弧炉炼钢-LF炉精炼-VD炉精炼-连铸的方式，其无法降低钢中氮含量，给硅钢带来灾难性的危害，而采用高炉-转炉-LF炉精炼-VD炉真空脱气-连铸生产，其中转炉内铁水吹氧脱碳时产生的大量一氧化碳气体在钢液内部形成氮分压为零的气泡，钢液内一氧化碳气泡能够将钢液中的氮元素吸入气泡中，充分将钢液中氮元素带出去，达到脱氮的目的，采用高炉-转炉炼钢虽然能够生产超低氮硅钢，但是碳排放量巨大，随着碳达峰碳中和战略的提出，钢铁行业的降碳是重中之重，采用电弧炉-LF炉精炼-VD炉真空脱气-连铸的低碳产线冶炼硅钢是未来的必然趋势，然而电弧炉的钢液中由于缺乏一氧化碳气泡，使得降氮极其困难，这就导致采用电弧炉产线无法冶炼超低氮的硅钢。而采用本发明此种不仅获得超低氮的电工硅钢，能够改善硅钢中氮元素的危害，并获得球形大颗粒夹杂物，改善硅钢的磁导率，具有良好的磁感应性能，更加有利于满足现代使用需求，而且在生产制造过程中绿色低碳排放，满足我国碳达峰碳中和背景下的高品质特殊钢生产要求。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。本发明涉及的具体部件以及部件的具体连接方法为现有常规方法，比如电弧炉、钢包等，具体电弧炉的过程也是常规技术；本发明的位置关系为实际生产时的位置关系。现有技术在电弧炉出钢至钢包后，通过LF炉和VD炉精炼并不能够去氮，这对于硅钢来讲是致命的，本发明解决了现有电弧炉炼钢技术一直无法脱氮的问题，创造性的提出了出钢增碳、在真空脱氮炉内喷吹二氧化碳、产生大量的一氧化碳进而脱氮；并在LF炉和VD炉过程中加钛合金，将氮在钢液中固定为氮化钛(T iN)，降低氮在硅钢中的危害，可制备超低氮新型含钛硅钢。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明专利的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电工硅钢，其特征在于：以质量百分比计：该硅钢的成分为C<0.01％；Si：4％～5％；Al：0.05％～0.1％；Mn：0.3％～0.5％；N≤0.003％；Ti：0.8％～1.0％；Ba：0.003％～0.007％，余量为Fe。
2.一种电工硅钢的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将废钢通过冶炼装置获得低氮钢液；
(2)低氮钢液依次经过LF炉精炼工序、VD炉精炼工序和连铸工序得到超低氮的电工硅钢。
3.如权利要求2所述的电工硅钢的制备方法，其特征在于：所述废钢通过冶炼装置获得低氮钢液，具体生产步骤包括：
a，向电弧炉内装入废钢，进行加热熔化变为钢液，如100吨电弧炉熔炼：将废钢电弧炉中进行熔化，进行脱磷，保持钢液内温度在1560℃～1590℃，钢液成分为碳含量0.1％～0.2％，其余为铁液后出钢；
b，电弧炉内的钢液通过出钢口倒入到喷碳中包内，且喷碳中包通过喷碳管将生物质碳喷吹到钢液中；
c，然后将喷碳中包内被喷吹有生物质碳钢液通过真空脱氮炉机构传输到钢包中。
4.如权利要求3所述的电工硅钢的制备方法，其特征在于：所述喷碳中包是指盛装钢液的容器。
5.如权利要求3或4所述的电工硅钢的制备方法，其特征在于：所述真空脱氮炉机构包括真空脱氮炉，所述真空脱氮炉内部具有真空脱氮室，所述真空脱氮炉上设置真空泵、进口管、出口管和喷管，所述真空泵、进口管、出口管和喷管均连通有所述真空脱氮室，所述真空泵可对真空脱氮炉中的真空脱氮室进行抽真空，所述进口管一端位于所述喷碳中包内，所述进口管另一端位于所述真空脱氮室内，所述出口管一端位于所述真空脱氮室内，所述出口管另一端位于所述钢包中，所述真空脱氮炉的进口管上设置有吹气管。
6.如权利要求2或3或4或所述的电工硅钢的制备方法，其特征在于：所述低氮钢液经过LF炉精炼工序进行精炼，其中需要加入硅铁脱氧剂和合金，其中合金以质量百分比计，该合金的成分为C<0.01％；Si：4％～5％；Al：0.05％～0.1％；Mn：0.3％～0.5％；N≤0.003％；Ti：0.8％～1.0％；Ba：0.003％～0.007％，余量为Fe。
7.如权利要求2或3或4或所述的电工硅钢的制备方法，其特征在于：所述经过VD炉精炼工序后，接下来通过进行含钡包芯线处理，最终将钢包运送至连铸工序进行处理。
8.如权利要求7所述的电工硅钢的制备方法，其特征在于：所述含钡包芯线公称尺寸为φ14-φ16mm、芯线重量为160-200g/m。
9.如权利要求7所述的电工硅钢的制备方法，其特征在于：所述含钡包芯线包括如下步骤：
(1)按照选定的配比取各原料组分进行混料，得到芯粉，备用；
(2)钢带上料架，开启重卷机，调节轧制速度开机成型；
(3)在钢带轧制成形后进行加入芯粉；
(4)将加入芯粉后的钢带进行包覆成形处理，即得。
10.如权利要求9所述的电工硅钢的制备方法，其特征在于：所述芯粉的粒度分布为：3-5mm颗粒含量为40％；1-3mm颗粒含量为40％；其余为0.1-1mm颗粒。
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