CN108441760B - 一种高硅钢及生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高硅钢，包括以下组分及重量百分比含量：C 0.01％～0.10％，Si6.0％～6.9％，Mn 0.02％～0.20％，Al 0.010％～0.050％，P≤0.015％，S≤0.0030％，N≤0.0029％，O≤0.0030％，其余为Fe及不可避免的杂质。优点是：高硅钢及生产方法通过合适的生产路线、有利的成分体系及工艺参数，实现了批量生产高硅钢。对减少夹杂、控制缺陷处产生应力集中导致的铸坯裂纹有利。

Description

一种高硅钢及生产方法
技术领域
本发明属于硅钢连铸技术领域，尤其涉及一种高硅钢及其大生产冶炼及连铸方法。
背景技术
高硅钢一般是指含4.5％～6.7％Si的合金，通用的高硅钢为Fe-6.5％Si。随硅含量提高，电阻率上升，涡流损耗下降，当Si含量达到6.5wt％时，磁性能最佳，主要体现为高电阻率、高磁导率、低的磁晶各向异性和接近零的磁致伸缩系数。尤其在高频下，高硅钢铁芯损耗和噪音污染大幅降低，优势十分突出。是制作高频高速电机、高频和音频变压器、扼流线圈和高频磁屏蔽器的理想软磁材料。
高硅钢因固溶强化导致加工性下降十分显著，室温下有序相的存在进一步加剧了其冷加工脆性，而有序相会导致变形时位错移动困难，所以很难采用普通硅钢的生产方法制造高硅钢。研究人员开发出多种方法来制造高硅钢，主要包括3种：一是CVD化学沉积法，该方法以传统工艺制造的Fe-2～3wt％Si合金带材为原材料，钢带通过以N2或惰性气体保护的连续CVD炉，炉内通入含硅气体(SiCl4)，在一定温度下含硅气体与硅钢反应形成一层Fe3Si，最后将炉温提高到1000℃以上，使硅元素向钢板内部扩散，从而制成 Fe-6.5wt％Si钢，该方法制作成本高，生产效率低，制备的产品远不能满足市场的潜在需求。二是粉末冶金法，该方法将一定成分的金属粉末混合均匀后进行成形和烧结，可成功避免Fe-6.5wt％Si合金的加工脆性问题，但其厚度范围相对狭窄，粉末轧制速度有限，而且最终产品磁性能明显低于通过CVD法获得的高硅钢。三是轧制法，该方法是低成本高效率制造高硅钢的理想方法，制造出的高硅钢磁性能和表面质量都明显优于CVD法和粉末冶金法。通过热轧+温轧+热处理+冷轧技术解决了高硅钢冷轧脆性问题后，对于轧制法而言，还需要形成前工序的冶炼及铸造技术。
现有技术中，在实验室采用小型真空冶炼炉及模铸方法进行高硅钢的冶炼及铸造，形成的铸锭最大宽度不超过150mm。高硅钢导热性能较差，宽度越大，铸坯表面温差越难控制，越容易形成边裂、角裂及内部裂纹。目前，还没有采用大生产设备进行高硅钢实验和生产的报道。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高硅钢及生产方法，提高利用轧制法生产的高硅钢产品的质量。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种高硅钢，包括以下组分及重量百分比含量：C 0.01％～0.10％，Si 6.0％～6.9％，Mn 0.02％～0.20％，Al 0.010％～0.050％，P≤0.015％，S≤0.0030％，N≤0.0029％，O≤0.0030％，其余为Fe及不可避免的杂质。
一种高硅钢的生产方法，包括以下步骤：
1)铁水处理：铁水温度≥1280℃；铁水中S的重量百分比含量控制在：S≤0.030％；对铁水进行深脱硫处理后，进行彻底扒渣，控制入转炉铁水S重量百分比含量≤0.0015％；
2)转炉冶炼：吹炼时间：14～20min；吹炼终点：碱度3.0～4.0；
控制转炉出钢成分按重量百分比含量：C≤0.030％，P≤0.010％，S≤0.0030％；控制转炉出钢温度：1660～1680℃；
3)出钢前在钢包底部加入50％～60％的硅铁，出钢过程加入15％～25％的硅铁，所述的硅铁为C含量≤0.015％的硅铁；
4)RH精炼：控制RH到站温度≥1540℃，RH到站钢包接底吹氩管，破壳后吹氩搅拌4～6min；启动真空处理后，分批加入剩余的硅铁，真空处理9～15min；加铝脱氧，控制氧含量≤30ppm；真空处理2～5min；控制RH搬出温度为1450～1550℃；
5)连铸：大包使用无碳长水口，中包采用无碳塞棒和无碳覆盖剂，控制结晶器液位波动在±3mm范围内；
铸坯宽度大于宽度方向两侧二冷喷嘴之间的最大距离，确保二冷水不直接喷射铸坯两侧角部；铸坯厚度控制在100～150mm；
拉坯速度控制：起步拉速0.2～0.3m/min，拉速每升高0.01～0.10m/min，保持5～15s后再升高0.01～0.10m/min，最终控制在1.0～2.0m/min；
6)热送热装：入加热炉时铸坯两侧边温度≥700℃，控制高硅钢边部裂纹或角部裂纹。
步骤4)中若RH到站S的重量百分比含量在S＞0.0030％，采用60％CaO+40％CaF2脱硫剂进行脱硫处理，吨钢脱硫剂加入量为7～8kg。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
高硅钢及生产方法通过合适的生产路线、有利的成分体系及工艺参数，实现了批量生产高硅钢。对减少夹杂、控制缺陷处产生应力集中导致的铸坯裂纹有利。
具体实施方式
下面对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
一种高硅钢，包括以下组分及重量百分比含量：C 0.01％～0.10％，Si 6.0％～6.9％，Mn 0.02％～0.20％，Al 0.010％～0.050％，P≤0.015％，S≤0.0030％，N≤0.0029％，O≤0.0030％，其余为Fe及不可避免的杂质。
一种高硅钢的生产方法，包括以下步骤：
1)铁水处理：铁水温度≥1280℃；铁水中S的重量百分比含量控制在：S≤0.030％；对铁水进行深脱硫处理后，进行彻底扒渣，控制入转炉铁水S重量百分比含量≤0.0015％；
2)转炉冶炼：对转炉进行涮炉处理，涮炉用铁水S的重量百分比含量≤0.0020％；在转炉中加入低硫废钢，低硫废钢S重量百分比含量≤0.0060％；吹炼时间：14～20min；吹炼终点：碱度3.0～4.0；
控制转炉出钢成分按重量百分比含量：C≤0.030％，P≤0.010％，S≤0.0030％；控制转炉出钢温度：1660～1680℃；
3)出钢前在钢包底部加入50％～60％的硅铁，出钢过程加入5％～25％的硅铁，硅铁为 C含量≤0.015％的硅铁；
4)RH精炼：控制RH到站温度≥1540℃，RH到站钢包接底吹氩管，破壳后吹氩搅拌4～6min；启动真空处理后，分批加入剩余的硅铁，真空处理9～15min；加铝脱氧，控制氧含量≤30ppm；真空处理2～5min；控制RH搬出温度为1450～1550℃；
若RH到站S的重量百分比含量在S＞0.0030％，采用60％CaO+40％CaF2脱硫剂进行脱硫处理，吨钢脱硫剂加入量为7～8kg；
5)连铸：大包使用无碳长水口，中包采用无碳塞棒和无碳覆盖剂，控制结晶器液位波动在±3mm范围内；
铸坯宽度大于宽度方向两侧二冷喷嘴之间的最大距离，确保二冷水不直接喷射铸坯两侧角部；铸坯厚度控制在100～150mm；
拉坯速度控制：起步拉速0.2～0.3m/min，拉速每升高0.01～0.10m/min，保持5～15s后再升高0.01～0.10m/min，最终控制在1.0～2.0m/min；
其中铸机二冷水流量按表1控制。
表1铸机二冷水流量(L/min)
6)热送热装：入加热炉时铸坯两侧边温度≥700℃，控制高硅钢边部裂纹或角部裂纹。
实施例：
表2为高硅钢主要成分，主要合金元素为Si、C、Mn和Als元素，严格控制P、S、N、 O含量。
表2高硅钢主要成分(wt％)
实施例1、2、5、6的高硅钢的生产方法，包括以下步骤：
1)铁水处理：铁水温度控制在1320℃；铁水成分：S＝0.020％；对铁水进行深脱硫处理；再对脱硫铁水彻底扒渣。
2)转炉冶炼：对转炉进行涮炉处理，涮炉用铁水S的重量百分比含量≤0.0020％；在转炉中加入低硫废钢，低硫废钢S重量百分比含量≤0.0060％；吹炼时间：15min；吹炼终点：碱度3.5；
控制转炉出钢成分按重量百分比含量：C≤0.030％，P≤0.010％，S≤0.0030％；控制转炉出钢温度：1670℃；
钢包合金化：出钢前在钢包底部加入55％硅铁，出钢过程加入20％硅铁，硅铁为C含量≤0.015％的硅铁。
3)RH精炼：RH到站温度＝1610℃；RH到站钢包接底吹氩管，破壳后吹氩搅拌5min；启动真空处理后，分批加入25％硅铁，真空处理10min；加铝脱氧，氧含量＝28ppm；加入合金按要求控制成分范围，最后一批合金加入后，真空处理3min；RH搬出温度为1490℃；
4)连铸：大包使用无碳长水口；中包采用无碳塞棒和无碳覆盖剂；控制结晶器液位波动在±3mm范围内；铸坯宽度＝1100mm，铸坯厚度135mm；拉坯速度控制：起步拉速0.3m/min，拉速每升高0.05m/min，保持10s后再升高0.05m/min，最终控制为1.50m/min；
5)铸机二冷水流量按表3进行了试验。
表3铸机二冷水流量(L/min)
6)生产结果
在生产线进行转炉炼钢、RH精炼及连铸，可获得高硅钢需要的成分范围，其中S、N、O含量均低于30ppm，对减少夹杂、控制缺陷处产生应力集中导致的铸坯裂纹有利。
在生产线进行连铸，可获得无边部裂纹且状态良好的连铸坯。高硅钢在连铸坯状态测得的铸坯侧边温度为816℃。
采用上述方法生产的铸坯等轴晶组织约占25％，柱状晶比例约占75％。柱状晶长度约 50mm，宽度为2～3mm，比粉末冶金法形成的高硅钢晶粒尺寸的1/4还小，该铸坯由于晶粒尺寸小、晶界多，具有更高的强度和塑性，对减少铸坯裂纹有利。
实施例3、4、7-9的高硅钢的生产方法，包括以下步骤：
1)铁水处理：铁水温度1330℃；铁水中S的重量百分比含量为0.0220％；对铁水进行深脱硫处理后，进行彻底扒渣，入转炉铁水S重量百分比含量0.0012％；
2)转炉冶炼：对转炉进行涮炉处理，涮炉用铁水S的重量百分比含量0.0016％；在转炉中加入低硫废钢，低硫废钢S重量百分比含量0.005％；吹炼时间：16min；吹炼终点：碱度3.4；
控制转炉出钢温度：1680℃；
3)出钢前在钢包底部加入55％硅铁，出钢过程加入15％硅铁，硅铁为C含量≤0.015％的硅铁；
4)RH精炼：控制RH到站温度1620℃，RH到站钢包接底吹氩管，破壳后吹氩搅拌6min；启动真空处理后，分批加入30％硅铁，真空处理12min；加铝脱氧，控制氧含量≤30ppm；真空处理4min；控制RH搬出温度为1520℃；
若RH到站S的重量百分比含量在S＞0.0030％，采用60％CaO+40％CaF2脱硫剂进行脱硫处理，吨钢脱硫剂加入量为7.5kg。
5)连铸：大包使用无碳长水口，中包采用无碳塞棒和无碳覆盖剂，控制结晶器液位波动在±3mm范围内；
铸坯宽度大于宽度方向两侧二冷喷嘴之间的最大距离，确保二冷水不直接喷射铸坯两侧角部；铸坯厚度控制在140mm；
拉坯速度控制：起步拉速0.3m/min，拉速每升高0.08m/min，保持12s后再升高0.08m/min，最终控制在1.8m/min；
6)热送热装：入加热炉时铸坯两侧边温度810℃，控制高硅钢边部裂纹或角部裂纹。

Claims (2)

1.一种高硅钢的生产方法，所述的高硅钢包括以下组分及重量百分比含量：C0.01％～0.10％，Si6.0％～6.9％，Mn0.02％～0.20％，Al0.010％～0.050％，P≤0.015％，S≤0.0030％，N≤0.0029％，O≤0.0030％，其余为Fe及不可避免的杂质；其特征在于，所述高硅钢的生产方法包括以下步骤：
1)铁水处理：铁水温度≥1280℃；铁水中S的重量百分比含量控制在：S≤0.030％；对铁水进行深脱硫处理后，进行彻底扒渣，控制入转炉铁水S重量百分比含量≤0.0015％；
2)转炉冶炼：吹炼时间：14～20min；吹炼终点：碱度3.0～4.0；
控制转炉出钢成分按重量百分比含量：C≤0.030％，P≤0.010％，S≤0.0030％；控制转炉出钢温度：1660～1680℃；
3)出钢前在钢包底部加入50％～60％的硅铁，出钢过程加入15％～25％的硅铁，所述的硅铁为C含量≤0.015％的硅铁；
4)RH精炼：控制RH到站温度≥1540℃，RH到站钢包接底吹氩管，破壳后吹氩搅拌4～6min；启动真空处理后，分批加入剩余的硅铁，真空处理9～15min；加铝脱氧，控制氧含量≤30ppm；真空处理2～5min；控制RH搬出温度为1450～1550℃；
5)连铸：大包使用无碳长水口，中包采用无碳塞棒和无碳覆盖剂，控制结晶器液位波动在±3mm范围内；
铸坯宽度大于宽度方向两侧二冷喷嘴之间的最大距离，确保二冷水不直接喷射铸坯两侧角部；铸坯厚度控制在100～150mm；
拉坯速度控制：起步拉速0.2～0.3m/min，拉速每升高0.01～0.10m/min，保持5～15s后再升高0.01～0.10m/min，最终控制在1.0～2.0m/min；
6)热送热装：入加热炉时铸坯两侧边温度≥700℃，控制高硅钢边部裂纹或角部裂纹。
2.根据权利要求1所述的一种高硅钢的生产方法，其特征在于，步骤4)中若RH到站S的重量百分比含量在S＞0.0030％，采用60％CaO+40％CaF2脱硫剂进行脱硫处理，吨钢脱硫剂加入量为7～8kg。
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GR01 Patent grant
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