CN104141092B - 一种立体卷铁芯变压器用无取向电工钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种立体卷铁芯变压器用无取向电工钢，以重量百分数计，其化学成分为C：0.001％～0.0030％，Si：0.6％～1.50％，Al：0.3％～1.0％，Mn:0.2～0.8％，P≤0.10％，S≤0.003％，N≤0.003％，Ti≤0.003％，Nb≤0.003％，V≤0.003％，其余为铁和不可避免的杂质。本发明还提供了一种立体卷铁芯变压器用无取向电工钢的生产方法，包括转炉冶炼、RH精炼、连铸、热轧、常化、酸连轧、连续退火、涂层和高温箱式炉退火等生产步骤。本发明提供的立体卷铁芯变压器用无取向电工钢具有磁感高，铁损低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及炼钢技术领域，特别涉及一种立体卷铁芯变压器用无取向电工钢及其生产方法。
背景技术
随着国家节能减排的需要，降低变压器的损耗，提高供配电***效率，是目前世界各国关注的问题。立体卷铁芯变压器具有重量轻，体积小，空载损耗小，噪音低的特点。电工钢是变压器的主要原材料，目前立体卷铁芯变压器主要采用0.23mm，0.27mm，0.30mm的取向电工钢进行生产，牌号包括090-120，由于取向电工钢价格普遍比无取向电工钢高7000-8000元/吨，因此给变压器生产厂造成了巨大压力，也给立体卷铁芯变压器的推广造成不利影响。立体卷铁芯变压器的制造过程主要包括电工钢片的纵剪、铁芯卷制、铁芯真空退火、线圈绕制、器身绝缘装配、产品总装配等。立体卷铁心对电工钢要求，具有较高的磁感较低的铁损，真空退火后铁损改善率高可使空载损耗降低；加工性能好，形状、尺寸精确；表面涂层耐温性高，真空退火后绝缘性高；沿轧制方向磁感高，磁化过程中各处具有较高磁导率。
采用无取向电工钢替代取向电工钢来制作立体卷铁芯变压器将大大降低其成本，开发一种具有较高磁感，同时真空退火后铁损改善率高的无取向电工钢产品刻不容缓。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有高磁感，低铁损的立体卷铁芯变压器用无取向电工钢及其生产方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种立体卷铁芯变压器用无取向电工钢，以重量百分数计，其化学成分为C：0.001％～0.0030％，Si：0.6％～1.50％，Al：0.3％～1.0％，Mn:0.2～0.8％，P≤0.10％，S≤0.003％，N≤0.003％，Ti≤0.003％，Nb≤0.003％，V≤0.003％，其余为铁和不可避免的杂质。
作为优选，所述立体卷铁芯变压器用无取向电工钢，以重量百分数计，其化学成分为C：0.001％～0.0030％，Si：0.85％，Al：0.75％，Mn：0.55％，P≤0.10％，S≤0.003％，N≤0.003％，Ti≤0.003％，Nb≤0.003％，V≤0.003％，其余为铁和不可避免的杂质。
本发明还提供所述的立体卷铁芯变压器用无取向电工钢的生产方法，其生产步骤依次包括转炉冶炼、RH精炼、连铸、热轧、常化、酸连轧、连续退火、涂层和高温箱式炉退火，
所述生产步骤得到的所述无取向电工钢的化学成分中Si：0.6％～1.50％，Al：0.3％～1.0％，Mn:0.2～0.8％；
所述常化步骤中，热轧卷的常化温度为920-980℃，常化速度为30-55m/min，采用喷水冷却；
所述连续退火步骤中，带钢在连续退火机组经过碱洗、漂洗、烘干后，进行740-780℃退火，所述机组运行速度120-150m/min，炉内采用湿气氛，露点≤18℃，所述气氛为20-30％H2和70-80％N2的混合气。
进一步地，所述转炉冶炼步骤中，采用的铁水钛含量＜0.2％，铁水的温度≥1300℃，脱硫处理后的入炉铁水S≤0.0030％，加入低硫废钢0-5吨，转炉终点成分控制C：0.03-0.05％，S≤0.0050％，P≤0.03％，O活度400-800ppm，出钢温度1640－1680℃。
进一步地，所述RH精炼步骤中，RH精炼使用脱碳模式处理，先使用低碳硅铁调硅，再使用铝粒调铝，最后微碳锰铁调锰，RH精炼结束温度为1560－1590℃，RH精炼周期为40－60min。
进一步地，所述连铸步骤中，采用全保护浇铸，使用无碳硅钢保温剂，使用结晶器液面自动控制，使用硅钢专用保护渣，采用电磁搅拌，目标拉速为1.0-1.30m/min，二冷水采用强冷模式，铸坯厚度200mm，坯长9.6-10.2m。
进一步地，所述热轧步骤中，采用1580热轧线进行热轧，热轧卷目标厚度为2.6mm，板坯加热至1090-1140℃，加热时间≥200min，粗轧采用1+5模式轧制，中间坯厚度设定为42±2mm，要求RT2≥940℃，精轧经过5道次轧至2.6mm，终轧温度控制在840～900℃，卷取温度控制在560～620℃，层冷采用后段冷却模式。
进一步地，所述酸连轧步骤中，常化卷在酸连轧机组经过拉矫后进入酸洗槽酸洗，酸液采用盐酸，浓度控制在100±10g/l，经过5道次轧至0.35mm。
进一步地，所述涂层步骤中，带钢涂覆半有机涂层，涂布量2.0±0.3g/m2，烘烤温度680-720℃。
进一步地，所述高温箱式炉退火步骤中，其方法是先从带钢头尾取方圈样品，测试去应力退火前的P1.5和B50，然后把方圈样品放入高温箱式炉进行750℃×2h退火，再次测试去应力退火后的P1.5和B50。
本发明提供的一种立体卷铁芯变压器用无取向电工钢及其生产方法，具有如下有益效果：
1、本发明生产的立体卷铁芯变压器用无取向电工钢，去应力退火前P1.5≤5.0W/kg，B50≥1.75T，采用高温箱式炉退火后P1.5≤3.0W/kg，B50≥1.74T。
2、本发明提供的立体卷铁芯变压器用无取向电工钢的生产方法，一是通过控制Si，Al和Mn元素的含量和比例来降低铁损；二是通过高温常化使得热轧板纤维组织变为粗大的再结晶组织，晶粒尺寸可达150μm，从而改善再结晶织构提高磁感；三是通过较低温度的退火，使得冷轧纤维组织发生回复和再结晶，但未发生充分长大，控制晶粒尺寸≤20μm，使得在带钢进行裁切、卷绕后进行真空退火时晶粒还能继续长大和均匀化，获得40-50％的铁损改善率，同时磁感还能保持在1.74T以上。
附图说明
图1为本发明实施例提供的立体卷铁芯变压器用无取向电工钢的生产方法流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种立体卷铁芯变压器用无取向电工钢，以重量百分数计，其化学成分为C：0.001％～0.0030％，Si：0.6％～1.50％，Al：0.3％～1.0％，Mn:0.2～0.8％，P≤0.10％，S≤0.003％，N≤0.003％，Ti≤0.003％，Nb≤0.003％，V≤0.003％，其余为铁和不可避免的杂质。
其中作为优选，立体卷铁芯变压器用无取向电工钢的化学成分以重量百分数计为C：0.001％～0.0030％，Si：0.85％，Al：0.75％，Mn：0.55％，P≤0.10％，S≤0.003％，N≤0.003％，Ti≤0.003％，Nb≤0.003％，V≤0.003％，其余为铁和不可避免的杂质。
参见图1，本发明实施例提供的一种立体卷铁芯变压器用无取向电工钢的生产方法，其生产工艺流程为：转炉冶炼→RH精炼→连铸→热轧→常化→酸连轧→连续退火→涂层→高温箱式退火。最终得到的立体卷铁芯变压器用无取向电工钢的化学成分按重量百分数计为C：0.001％～0.0030％，Si：0.6％～1.50％，Al：0.3％～1.0％，Mn：0.2～0.8％，P≤0.10％，S≤0.003％，N≤0.003％，Ti≤0.003％，Nb≤0.003％,V≤0.003％；其余为铁和不可避免的杂质。生产方法的具体步骤如下：
(1)转炉冶炼
采用220吨转炉进行冶炼，要求铁水钛含量＜0.2％，铁水温度≥1300℃，铁水需进行脱硫处理，入炉铁水S≤0.0030％，加入低硫废钢0-5吨，转炉终点控制：C：0.03-0.05％，S≤0.0050％，P≤0.03％，O活度400-800ppm，出钢温度1640－1680℃。
(2)RH精炼
RH精炼的目标成分为设计成分，使用脱碳模式处理，先使用低碳硅铁调硅，再使用铝粒调铝，最后微碳锰铁调锰，RH精炼结束温度1560－1590℃，精炼整个周期为40－60min。
(3)连铸
全保护浇铸，使用无碳硅钢保温剂，使用结晶器液面自动控制，使用硅钢专用保护渣。采用电磁搅拌，目标拉速为1.0-1.30m/min，二冷水采用强冷模式；铸坯厚度200mm，坯长9.6-10.2m。
(4)热轧
在1580热轧线进行热轧，目标厚度2.6mm，板坯加热至1090-1140℃，加热时间≥200min，粗轧采用1+5模式轧制，中间坯厚度设定为42±2mm，要求RT2≥940℃，精轧经过5道次轧至2.6mm，终轧温度控制在840～900℃，卷取温度控制在560～620℃，层冷采用后段冷却模式。
(5)常化
热轧卷常化温度920-980℃，常化速度30-55m/min，喷水冷却。
(6)酸连轧
常化卷在酸连轧机组经过拉矫后进入酸洗槽进行酸洗，酸液采用盐酸，浓度控制在100±10g/l，经过5道次轧至0.35mm。
(7)连续退火
0.35mm带钢在连续退火机组经过碱洗、漂洗、烘干后，进行740-780℃退火，机组运行速度120-150m/min，炉内采用湿气氛，露点≤18℃，气氛包括20-30％H2和70-80％N2。
(8)涂层
带钢涂覆半有机涂层，涂布量2.0±0.3g/m2，烘烤温度680-720℃。
(9)高温箱式炉退火
从带钢头尾取方圈样品，测试去应力退火前的P1.5和B50，然后把方圈样品放入高温箱式炉进行750℃×2h退火，再次测试去应力退火后的P1.5和B50，出厂性能使用去应力退火后值。
下面通过实施例对本发明提供的立体卷铁芯变压器用无取向电工钢的生产方法作具体说明。
实施例1：
采用钛含量为0.15％的铁水，铁水温度为1320℃，进行脱硫处理，铁水S为0.0030％，加入低硫废钢1吨，转炉终点成分中C为0.04％，S为0.0040％，P为0.023％，O活度500ppm，出钢温度1650℃。RH精炼采用脱碳模式处理，先使用低碳硅铁调硅，再使用铝粒调铝，最后微碳锰铁调锰，RH精炼结束温度1580℃，精炼整个周期为45min。连铸采用全保护浇铸，使用无碳硅钢保温剂，使用结晶器液面自动控制，使用硅钢专用保护渣；采用电磁搅拌，目标拉速为1.10m/min，二冷水采用强冷模式；得到铸坯厚度200mm，坯长10m。铸坯经1110℃加热，加热时间为220min，粗轧采用1+5模式轧制，中间坯厚度设定为42mm，RT2为960℃，精轧5道次轧至2.6mm，终轧温度860℃，卷取温度580℃，层冷采用后段冷却模式。热轧卷常化温度950℃，常化速度40m/min，喷水冷却。2.6mm的常化卷在酸连轧机组经过拉矫后进入酸洗槽进行酸洗，酸液采用盐酸，浓度控制在
100g/l，经过5道次轧至0.35mm带钢。0.35mm带钢在连续退火机组经过碱洗、漂洗、烘干后，进行760℃退火，机组运行速度140m/min，炉内采用湿气氛，露点为15℃，气氛为21％H2和79％N2。带钢涂覆半有机M4涂层，涂布量2.0g/m2，烘烤温度700℃。最终得到的无取向电工钢的化学成分按重量百分数计为：C：0.0025％，Si：0.8％，Al：0.72％，Mn：0.55％，P：0.010％，S：0.0015％，N：0.002％，Ti：0.0013％，Nb：0.001％，V：0.0012％，其余为铁和不可避免的杂质。
采用以上成分和工艺生产无取向电工钢，使用爱泼斯坦方圈测试方法测试钢的磁性能，退火前P1.5＝4.78W/kg，B50＝1.762T，退火前磁感高。方圈样品进行750℃×2h去应力退火后P1.5＝2.46W/kg，B50＝1.749T，铁损改善率达到48.5％，铁损改善明显，磁感保持高，可满足卷铁芯变压器设计的需要。
实施例2：
采用钛含量为0.14％的铁水，铁水温度为1340℃，进行脱硫处理，铁水S为0.0024％，加入低硫废钢1.2吨，转炉终点成分中C为0.045％，S为0.0042％，P为0.025％，O活度550ppm，出钢温度1630℃。RH精炼采用用脱碳模式处理，先使用低碳硅铁调硅，再使用铝粒调铝，最后微碳锰铁调锰，RH精炼结束温度1570℃，精炼整个周期为40min。连铸采用全保护浇铸，使用无碳硅钢保温剂，使用结晶器液面自动控制，使用硅钢专用保护渣；采用电磁搅拌，目标拉速为1.0m/min，二冷水采用强冷模式；得到铸坯厚度200mm，坯长10m。铸坯经1100℃加热，加热时间为240min，粗轧采用1+5模式轧制，中间坯厚度设定为42mm，RT2为970℃，经过5道次轧至2.6mm，终轧温度控制在870℃，卷取温度控制在570℃，层冷采用后段冷却模式。热轧卷常化温度960℃，常化速度40m/min，喷水冷却。2.6mm的常化卷在酸连轧机组经过拉矫后进入酸洗槽进行酸洗，酸液采用盐酸，浓度控制在105g/l，经过5道次轧至0.35mm带钢。0.35mm带钢在连续退火机组经过碱洗、漂洗、烘干后，进行780℃退火，机组运行速度150m/min，炉内采用湿气氛，露点为14℃，气氛为20％H2和80％N2。带钢涂覆半有机M4涂层，涂布量1.9g/m2，烘烤温度700℃。最终得到的无取向电工钢的化学成分按重量百分数计为：C：0.0020％，Si：0.83％，Al：0.75％，Mn：0.54％，P：0:011％，S：0.0014％，N：0.0015％，Ti：0.0011％，Nb：0.001％，V：0.0012％，其余为铁和不可避免的杂质。从带钢头尾取方圈样品，测试去应力退火前P1.5＝4.54W/kg，B50＝1.758T，然后把方圈样品放入高温箱式炉进行750℃×2h退火，再次测试去应力退火后P1.5＝2.56W/kg，B50＝1.746T。
采用以上成分和工艺生产无取向电工钢，使用爱泼斯坦方圈测试方法测试磁性能，退火前P1.5＝4.54W/kg，B50＝1.758T，退火前磁感高。方圈样品进行750℃×2h去应力退火后P1.5＝2.56W/kg，B50＝1.746T，铁损改善率达到43.6％，铁损改善明显，磁感保持高，可满足卷铁芯变压器设计的需要。
由于立体卷铁芯变压器一般都需要真空退火，以消除纵剪和卷绕过程中产生的应力，同时使得晶粒尺寸充分长大并均匀，最终改善铁损。退火后铁损改善率高，磁感保持较高水平，对立体卷铁芯降低空载损耗非常有利。采用本发明生产的无取向电工钢生产立体卷铁芯配电变压器，可替代取向电工钢，每吨钢可节省至少7000-8000元，大大降低变压器的成本。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种立体卷铁芯变压器用无取向电工钢的生产方法，生产步骤依次包括转炉冶炼、RH精炼、连铸、热轧、常化、酸连轧、连续退火、涂层和高温箱式炉退火，其特征在于：
所述RH精炼步骤中，RH精炼使用脱碳模式处理，先使用低碳硅铁调硅，再使用铝粒调铝，最后微碳锰铁调锰，RH精炼结束温度为1560－1590℃，RH精炼周期为40－60min；
所述常化步骤中，热轧卷的常化温度为920-980℃，常化速度为30-55m/min，采用喷水冷却；
所述连续退火步骤中，带钢在连续退火机组经过碱洗、漂洗、烘干后，进行740-780℃退火，所述机组运行速度120-150m/min，炉内采用湿气氛，露点≤18℃，所述气氛为20-30％H2和70-80％N2的混合气；
所述高温箱式炉退火步骤中，先从带钢头尾取方圈样品，测试去应力退火前的P1.5和B50，然后把方圈样品放入高温箱式炉进行750℃×2h退火，再次测试去应力退火后的P1.5和B50；
生产得到的无取向电工钢的化学成分以重量百分数计为C：0.001％～0.0030％，Si：0.6％～1.50％，Al：0.3％～1.0％，Mn:0.2～0.8％，P≤0.10％，S≤0.003％，N≤0.003％，Ti≤0.003％，Nb≤0.003％，V≤0.003％，其余为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的立体卷铁芯变压器用无取向电工钢的生产方法，其特征在于：所述转炉冶炼步骤中，采用的铁水钛含量＜0.2％，铁水的温度≥1300℃，脱硫处理后的入炉铁水S≤0.0030％，加入低硫废钢0-5吨，转炉终点成分控制C：0.03-0.05％，S≤0.0050％，P≤0.03％，O活度400-800ppm，出钢温度1640－1680℃。
3.根据权利要求1所述的立体卷铁芯变压器用无取向电工钢的生产方法，其特征在于：所述连铸步骤中，采用全保护浇铸，使用无碳硅钢保温剂，使用结晶器液面自动控制，使用硅钢专用保护渣，采用电磁搅拌，目标拉速为1.0-1.30m/min，二冷水采用强冷模式，铸坯厚度200mm，坯长9.6-10.2m。
4.根据权利要求1所述的立体卷铁芯变压器用无取向电工钢的生产方法，其特征在于：所述热轧步骤中，采用1580热轧线进行热轧，热轧卷目标厚度为2.6mm，板坯加热至1090-1140℃，加热时间≥200min，粗轧采用1+5模式轧制，中间坯厚度设定为42±2mm，要求RT2≥940℃，精轧经过5道次轧至2.6mm，终轧温度控制在840～900℃，卷取温度控制在560～620℃，层冷采用后段冷却模式。
5.根据权利要求1所述的立体卷铁芯变压器用无取向电工钢的生产方法，其特征在于：所述酸连轧步骤中，常化卷在酸连轧机组经过拉矫后进入酸洗槽酸洗，酸液采用盐酸，浓度控制在100±10g/l，经过5道次轧至0.35mm。
6.根据权利要求1所述的立体卷铁芯变压器用无取向电工钢的生产方法，其特征在于：所述涂层步骤中，带钢涂覆半有机涂层，涂布量2.0±0.3g/m2，烘烤温度680-720℃。
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