硅钢思路方案

无取向硅钢
硅钢号称钢铁产品的“工艺品”，该钢种是目前国内仅存的为数不多的还没有广泛生产、开发的产品之一，并且该钢种是去年盈利水平最高的钢种之一，国内仅武钢、宝钢、太钢、鞍钢等大型企业生产，生产难度较大，鞍钢的ASP1700和济钢的热连轧生产线工艺装备条件非常接近，因此，通过考察其无取向硅钢、双相钢等的生产情况，对济钢开发此类钢种具有借鉴作用。

1.鞍钢二炼钢的生产工艺、产品概况
鞍钢硅钢产品主要在其二炼钢生产，二炼钢主要有100吨转炉3座，年产量360万吨，坯料主要供ASP1700线，供中板40－50万吨，部分供180吨转炉3座，年产量460万吨，主要供传统热连轧1780mm生产线。

1.1 ASP1700 生产线
鞍钢ASP1700生产线是鞍钢最早的热轧钢带生产线，其主要工艺流程为：铁水预处理－RH精炼－LF精炼－中薄板坯连铸机连铸－加热炉加热－二辊粗轧机－四辊粗轧机－保温罩－热卷箱－六机架精轧机－层流冷却－卷取－喷号、称重－入库。

其主要设备有100吨转炉3座，LF炉2座，1台双工位RH，2台135mm的中薄板坯连铸机，可在线调宽，调宽范围可达到300mm，两座步进式加热炉，带大立辊的二辊粗轧机，可调宽80mm，带立辊的四辊粗轧机，保温罩，热卷箱，六机架精轧机，两台卷取机等。

ASP 1700线2010年产量252万吨，冷轧基料约占70—80％，无取向硅钢22万吨，其余为部分花纹板、普碳等，其中≤3mm的80万吨，约占31.8％，最薄可以生产到2.0mm，2.3mm的可实现批量生产。

1.2 1780生产线
1780传统热连轧生产线2010年产量450万吨，其产品主要有4大类，分别是汽车用钢100万吨以上、硅钢80万吨，主要是无取向硅钢，管线主要是X70以下50万吨，集装箱60万吨，其余主要是冷轧基料、汽车大梁、机车车辆钢、高强钢等，其中机车车辆钢Q450NQR1约20－30万吨。

为了生产硅钢其1780mm生产线上了专门的硅钢加热炉和边部加热器等，以及后道工序的专门的硅钢生产线。

1.3冷轧情况
其共有5条冷轧生产线，一冷180万吨，二冷150万吨，都是酸轧联合机组+罩退工艺，三冷200万吨，四冷120万吨，是酸轧联合机组+连退工艺，五冷是硅钢生产线，是酸轧联合机组+连退工艺。

主要产品定位汽车板、家电板、硅钢。

鞍钢冷轧硅钢线是经国家批准的鞍钢“十五”规划的重点技改项目，该工程于2003年6月开工，2005年全线投产。

主要装备包括有1条酸洗轧机组联合机组（六辊），4条电工钢连续退火涂层机组，4条切边重卷机组，2条包装机组等，设计年生产量为100万吨，其中80万吨为中、底牌号无取向硅钢，20万吨冷硬卷。

酸轧联合机组可生产0.18-2mm厚、700-1380mm 宽的电工钢板和冷轧板，连续退火涂层机组可生产0.35-0.65mm厚、700-1280mm规格板。

2.硅钢生产情况
2.1 2010年硅钢生产概况
2010年鞍钢硅钢产量约100万吨，以无取向硅钢为主，取向硅钢在10年10月份才形成批量，但合格率较低，低于40％，合格率低主要在冷
轧工序，热轧工序以前，其综合合格率可达到95％，100万吨中在ASP1700生产线生产22万吨，其余在1780mm线上，ASP线以50AW800、50AW1000、50AW1300为主，其中50AW800、50AW1000约占硅钢产量的75％，其热轧产品规格主要是2.5×1060（1250），冷轧厚度主要是0.5mm，1780线以50AW800、50AW600、50/35AW470、50/35AW350、50/35AW300等无取向硅钢和少量取向硅钢（热轧目前每月约5000吨）为主，470以下的中高牌号无取向、部分取向硅钢和以上的中低牌号分别占约50％。

其无取向硅钢的热轧主要规格是2.5/2.3×1000－1250mm，冷轧主要规格是0.5、0.35mm；
取向硅钢的主要规格是0.2－0.35mm。

2.2 鞍钢硅钢开发生产的历史过程
鞍钢2002年即成立专门的研究团队，研制开发硅钢生产工艺技术，其首先于2003年在1780mm生产线上生产了低牌号无取向硅钢，并且在2004年7月成立酸轧联合冷轧硅钢厂，2005年开始尝试在ASP1700 线生产低牌号无取向硅钢，2006年开始形成批量，2006年7月，鞍钢开始组建取向硅钢产品研究室。

2007年5月，首批取向硅钢进行了试制，GO140产品在实验室获得成功。

2007年年末，用户用鞍钢取向硅钢实验室产品制造出了SK10型变压器。

到2009年年末，经过上千次的试验，在实验室研制成功Hi-B取向硅钢产品，标志着鞍钢拥有了高磁感取向硅钢的制备技术。

2008年年初，鞍钢有取向硅钢项目开始筹划，该项目设计规模为年产26万吨，总投资57亿元，分两期进行，一期10万吨/年，2008年6月投产；二期16万吨/年，2010年7月竣工投产。

从2009年6月开始，各机组陆续开始取向硅钢产品大生产的热负荷调试。

经过一个机组一个机组的攻坚，经历了几十个生产工艺方案、工艺制度和上百个工艺参数的调整，2010年上半年，鞍钢取向硅钢生产线热负荷调试取得了重大突破，第一批性能合格的取向硅钢产品成功下线；再经过进一步努力，到目前终于实现了大批量生产取向硅钢产品的目标。

在取向硅钢产品研制、由热负荷试车向大生产转化的过程中，该厂申报21项专利和10项专有技术，形成了具有独立知识产权的低温取向硅钢制备技术。

鞍钢硅钢的研制生产历程为：中低牌号无取向硅钢热轧基料生产－中低牌号冷轧无取向硅钢生产－中高牌号无取向硅钢生产－取向硅钢生产。

鞍钢的硅钢开发经历时间长，在理论研究和实际生产方面有大量的经验和知识积累。

2.3 ASP 1700线生产无取向硅钢的关键工艺
该产线以800以上的中低牌号为主，曾经试制过50AW470，但没有形成批量。

（1）炼钢工序
由于低牌号无取向硅钢对C、N、O、S等元素有较严格的要求，一般是：C≤30PPm，N≤25PPm，O≤30 PPm，S≤50PPm，另外硅含量较高，一般在0.3以上，AW600达到1.3左右，Al含量大于0.2以上，是目前常见钢种的10倍以上，并且对铸坯的等轴晶的比例有一定的要求，因此与常规钢种比，要开发特定的炼钢、连铸工艺技术，二冷冷却工艺采用专用的
硅钢冷却工艺和配水制度，中低牌号的无取向硅钢的拉速与其他钢种控制差别不大，一般在2.0－2.2m/min之间，不能低于1.85，加入的硅铁要用微碳的特种硅铁，一般在RH工序加入，AlS一般在RH加一部分，在LF 加一部分，氩气系统要密封良好，采用无碳长水口，和无碳浸入式水口，中包覆盖剂采用无碳预溶型，拉钢过程中保证钢水全覆盖，如果铸坯下线，为防止出现裂纹，必须堆垛缓冷。

一般必须热送。

其LF/RH工序各主要元素含量有较严格的要求，中包温度波动不能超过10度，对精炼工序的进出站温度都有严格的要求。

鞍钢为了生产硅钢，在ASP铸机上了电磁搅拌，是ABB提供的，但一直没有投入使用。

应该说济钢炼钢工序的目前的工艺装备条件具备生产800以下牌号无取向硅钢的能力。

（2）热轧工序
热轧生产无取向硅钢，一般采取三低一高的工艺制度，即低的加热温度、较低的精轧入口温度、较低的终轧温度，高的卷取温度，由于热轧工序精轧区域很容易在两相区轧制，因此，轧制硅钢时可能由于轧制不稳定导致卡钢、扣翘头等，无论是操作人员还是数模人员都要有一个适应生产硅钢的过程。

另外，硅钢的主要缺陷是边裂，由于边部温度低，硅钢低温时本身较脆，易导致出现边裂、裂口缺陷，因此需要对目前的精轧导板进行改造，加上立辊导轮，减少边裂的缺陷，另外注意调整好冷却工艺，由
于硅钢的厚度规格是2.5mm，因此需要有足够的过渡材和适当的辊期，由于硅钢生产要求必须热送，因此，对生产组织、计划有严格的要求，一般不要超过8炉，即使铸坯下线，铸坯温度也不要低于500℃，以免产生铸坯裂纹，铸坯断裂在加热炉里，如果铸坯低温入炉，必须要控制好预热段的加热速度，以免产生较大的内应力，铸坯裂断。

目前，鞍钢无取向硅钢的加热时间一般在60分钟左右，一个辊期能生产30块左右，无取向硅钢对热轧的板形、厚差、凸度、楔形均有较严格的要求。

（3）冷轧工序
国内主要冷轧厂技术上都比较保守，特别是各家的冷轧硅钢生产线都列为重要保密单位，一般人员现场参观都非常难。

鞍钢硅钢线也不例外，从业人员从领导到职工都签保密协议，技术交流非常困难。

根据掌握的资料，冷轧工序对硅钢性能产生非常大的影响，硅钢生产对冷轧工艺装备配臵有着特殊要求，正常的无取向冷轧硅钢生产工艺流程见下图所示：
从图中可以看出，济钢冷轧工序缺少连退涂层设备。

因此从冷轧工序讲，济钢工艺设备配臵不全，严格讲不具备硅钢生产条件。

但中低牌号硅钢相对生产难度要小一些，对设备的配臵相对较松一些，因此依据济钢冷
轧现有工艺设备条件，可以开发中低牌号无取向硅钢，但只限于半成品，因为我们没有涂层工艺，用户不能直接使用，必须进行后续加工后才能使用。

济钢冷轧生产硅钢的制约因素和技术难点在于：
1）酸洗线和酸再生系统没有脱硅工艺，正常硅钢生产线需要配臵脱硅设备；
2）硅钢酸洗生产线一般配臵激光焊机，济钢冷轧是闪光焊机，带钢的焊接是个问题
3）因为硅含量高，酸洗表面质量下降
4）轧机乳化液易受污染，目前的过滤器主要过滤铁，硅难以过滤，轧制量增加，乳化液污染变脏速度加快
5）硅钢脆，轧制过程中容易断带，如何控制轧制断带是一个难点
6）退火工艺：济钢没有连续退火生产线，采用罩式退火，目前主要生产0.5mm以上规格，硅钢以0.35mm、0.5mm薄规格为主，如何控制粘结也是一个难点。

3、建议
（1）济钢目前的设备工艺条件适于生产50W800、50W1000、50W1300等半工艺无取向硅钢。

（2）生产硅钢要建立的专门的一贯制生产工艺，对各工序的工艺参数都有非常严格的要求。

（3）炼钢工序侧重碳、氮、氧、硫等的严格控制，另需要开发硅钢专用保护渣和连铸配水、二冷工艺等，要求Si、Mn、Al等元素成分含量控制严格，一般波动不超过0.05，以免造成轧钢生产的不稳定。

（4）热轧采用三低一高的工艺制度，严格控制关键工序温度，一般偏差不能超过20℃，严格控制板形、厚差、凸度、楔形等，尽快实施导板加立辊导轮的改造。

（5）建议实施铸坯在线调宽改造，增加铸坯连浇炉次，实现多规格、小批量生产。

（6）建议尽快优化现有精炼工艺、合金配加方案等，降低成本，如鞍钢很少用金属锰，一般以高碳/中碳或低磷锰铁代替金属锰，即使在生产一些低碳钢种时，鞍钢1780线在生产X60以下管线时，不走LF，在生产X70时，仅走LF，不走RH，均能保证其夹杂物要求和其他性能要求。

（7）如果要实现大批量半工艺硅钢生产，酸洗必须要上脱硅设备，轧机乳化液过滤系统也需要改造。

如果要生产中高牌号硅钢，还必须上连续退火线。

2009年全国各钢厂电工钢产量，万吨
中高牌号冷轧无取向硅钢：
1、常化；
2、一次冷轧（二次冷轧）； 半工艺冷轧无取向硅钢：1、罩式退火；2、不涂层。

[Si]对无取向电工钢磁性能的影响
硅能够显著提高电阻率，减少涡流损耗。

可促进晶粒粗化，降低磁滞损耗，降低铁损；
但硅使铁损降低的同时也使磁感应强度降低；
硅是缩小γ 区的元素，Si 含量>1.7%（超低碳）的硅钢为单相组织，在加热及冷却时不发生相变；
硅的加工硬化指数大，硅含量超过3.3%时，无法进行冷轧加工。

[C]对无取向电工钢磁性能的影响
钢中[C]的作用：
1、成品[C]含量增加，碳化物也随之增加，磁感降低，铁损增加；
2、无取向电工钢要求：[C]<30ppm。

[S]对无取向电工钢磁性能的影响
钢中[S]含量增加，铁损增加，存在铁损急剧增加的[S]含量，由此，电工钢中[S]控制成分为<50ppm。

[N]对无取向电工钢磁性能的影响
[N]含量在25ppm以上时，铁损急剧增加，由此，钢中[N]含量控制应< 25ppm。

[Mn]对无取向电工钢磁性能的影响
钢中[Mn]的作用：
1、形成MnS，防止FeS引起的热脆；
2、扩大γ相区；
3、Mn/S≥10，保证良好热加工性能和MnS粗化；
4、改善组织和织构。

[Al]对无取向电工钢磁性能的影响
钢中Als的作用：
1、Als≥0.15%,其作用与Si的作用相同，提高ρ值，缩小γ相区，促进晶粒长大，粗化AlN，改善织构，减轻时效；
2、Als在50～140ppm，P15显著增加；
3、Als≤30ppm， P15显著降低；
夹杂物对磁性能的影响
夹杂物本身对磁化过程有阻碍作用。

使磁化困难，磁滞损耗增加；
在冷轧板退火过程中，夹杂物特别是细小弥散的夹杂物明显阻碍晶粒长大，使成品晶粒尺寸达不到最佳晶粒尺寸，相应铁损耗增加；
夹杂物通过影响热轧板的晶粒大小而间接影响退火后成品的织构，进一步增加对磁性能不利的织构；
控制夹杂物的大小和分布对无取向电工钢性能有着重要的影响，如果夹杂物的绝对量一样，粗化夹杂物，则对晶粒长大和畴壁移动的不良影响会降低。

但太大时，由于轧制时沿轧向伸长（塑性夹杂）或破碎成细小的夹杂，也会恶化磁性。

关键工序对有害元素的控制
铁水[N]含量：30～40ppm
根据RH真空脱碳原理，要求处理前初始钢水的[C]和[O]应达到一定的范围，以求最佳脱碳效果。

对于生产成品[C]≤30ppm的电工钢来说，RH真空脱碳的最佳含量：
[C]：0.03％～0.04％；
[O]：600ppm～700ppm。

转炉顶低复合吹炼
形成CO、O2气泡、惰性气体Ar气泡为氮的去除创造良好条件；
转炉终点氮含量可达：10～15ppm
效果：RH真空脱碳可在15～20分钟之内，将钢水中的碳降低到(10～15)×10-6 。

最佳脱碳效果可达10ppm。

对于低碳、低氮钢液，ＲＨ工艺很难进行有效的脱氮！
获得超低氮钢的方法：
炼钢过程最大程度地脱[N]；
炼钢后最大程度地控[N]。

钢液的脱氮方式：
熔渣脱氮；
气泡脱氮；
真空脱氮。

真空处理是减少和控制钢中氮主要手段，为增加氮在钢中传质系数、加大钢渣反映界面积，应该采用真空吹氩同时进行。

ＲＨ钢水增碳的控制
1）控制脱碳过程中从真空室结瘤残钢的增碳；
2）控制冷却废钢的增碳；
3）控制合金的增碳；
通过上述措施增碳可控制在：1～2ppm
连铸过程的增碳
1）钢包衬砖对增碳的影响
AL-Mg-C砖罐和低碳砖罐钢水增碳情况，钢包采用无碳砖是十分重要的措施，可控制增碳<1ppm；
2）中包覆盖剂对增碳的影响
中包覆盖剂的碳含量高低直接影响钢水增碳。

因此必须选用无碳中包渣，使增碳<1ppm。

3）浸入式水口增碳的控制
选用低碳无硅复合水口可控制增碳<1.5ppm。

通过上述各项措施，使真空脱碳结束至连铸坯的总的增碳可控制在6~10ppm。

连铸过程控制二次吸氮的措施
大包到中间包使用长水口，连接处采用氩气密封；
中间包到结晶器使用浸入式水口和保护渣。

铸坯凝固组织
薄板坯[ 1%(Si+Al)]厚度65mm，其等轴晶（急冷层）率约为20％，柱状晶细小均匀。

一次枝晶直径约为40μm～100μm 。