寶鋼無取向電工鋼發(fā)展歷程及生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步的分析論文
1 引言
電工鋼是利用Si元素的某些特性，添加Mn、Al、P、B、Sn、Sb、Ca、Mg、RE 等有益元素，去除 C、S、O、N、V、Nb、Ti、Zr 等有害元素，并采用匹配熱軋、冷軋、熱處理工藝生產(chǎn)的具有優(yōu)良電磁性能的特殊鋼。電工鋼市場前景廣闊，利潤空間大，但生產(chǎn)工藝復(fù)雜，工藝控制嚴(yán)格。因此，相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)均采取了嚴(yán)格的專利壟斷和技術(shù)封鎖形式加以保護(hù)。具有批量、穩(wěn)定、合理成本的電工鋼生產(chǎn)能力，被業(yè)界認(rèn)為是掌握尖端技術(shù)的“名片”。
統(tǒng)計表明，全球范圍內(nèi)的電工鋼產(chǎn)品，無取向電工鋼占90%以上，主要用于制作發(fā)電機以及各類電機、EI鐵芯等用電設(shè)備，這些用電設(shè)備每年會消耗當(dāng)年發(fā)電量的60%～70%。因此，在大力提倡高效、節(jié)能、環(huán)保的背景下，有效提升無取向電工鋼的磁性能以提高其用電效率，具有很重要的現(xiàn)實意義。寶山鋼鐵股份有限公司(以下簡稱寶鋼)是生產(chǎn)無取向電工鋼的后起之秀，最早通過引進(jìn)專利、消化吸收，后期通過技術(shù)創(chuàng)新、自主研發(fā)，逐漸掌握了電工鋼核心制造技術(shù)，并躋身于全球電工鋼標(biāo)桿行列，其電工鋼產(chǎn)量、實物質(zhì)量均達(dá)到了世界先進(jìn)水平。本文簡要介紹了近年來寶鋼無取向電工鋼的發(fā)展歷程及生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步。
2 發(fā)展歷程
1996 年，寶鋼從川鐵(今 JFE)引進(jìn)中低牌號無取向電工鋼的專利技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備。2000年，兩條連續(xù)退火、涂層線投產(chǎn)，設(shè)計產(chǎn)能37.9萬噸。投產(chǎn)之初，限于一貫制生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備能力，只能生產(chǎn)從B50A1300至B50A470的14個中低牌號電工鋼產(chǎn)品。
2005 年，寶鋼自主集成建設(shè)的第三條退火、涂層線投產(chǎn)，設(shè)計產(chǎn)能23.8萬噸。期間，為了開發(fā)高牌號電工鋼，優(yōu)化、新增了配套的煉鋼電磁攪拌設(shè)備、熱軋帶鋼常化機組等。經(jīng)過技術(shù)人員不懈努力，寶鋼電工鋼產(chǎn)品綜合質(zhì)量已達(dá)到國外先進(jìn)企業(yè)同牌號水平，產(chǎn)品大綱也擴展到了34個牌號，涵蓋中低、高效、高牌號三大系列，但仍不能滿足用戶市場品種、規(guī)格、訂貨量需求。
2008 年，寶鋼自主集成建設(shè)的第四條退火、涂層線投產(chǎn)，設(shè)計產(chǎn)能22萬噸，其配套設(shè)備為五冷軋�；嵯礄C組、可逆軋機。該生產(chǎn)線設(shè)計產(chǎn)品為高效、高牌號電工鋼20萬噸，其余為部分中低牌號無取向電工鋼。產(chǎn)品規(guī)格主要為0.35 mm、0.50 mm，并能夠生產(chǎn)最薄0.15 mm、最厚0.65 mm的電工鋼產(chǎn)品。
2013 年，寶鋼自主集成建設(shè)的第五條退火、涂層線投產(chǎn)，設(shè)計產(chǎn)能 21萬噸，主要定位于生產(chǎn)高、精、尖無取向電工鋼產(chǎn)品。至此，寶鋼無取向電工鋼具備了140萬噸的生產(chǎn)規(guī)模。
2.1 產(chǎn)品大綱
2006 年起，隨著相關(guān)設(shè)備、機組陸續(xù)投入運行，寶鋼開始具備高牌號電工鋼生產(chǎn)能力;2007年，在系統(tǒng)解決有害元素、低倍缺陷、低溫加熱、酸連軋等技術(shù)問題之后，寶鋼開始批量生產(chǎn)B50A350產(chǎn)品;
2009 年，開始批量生產(chǎn) B50A270 產(chǎn)品;2010 年，開始具備生產(chǎn)B50A250產(chǎn)品能力，并實現(xiàn)向三峽大型水電機組供料。為了盡可能滿足用戶需求以及提高市場綜合競爭力，寶鋼在提高電工鋼產(chǎn)量的同時，其產(chǎn)品大綱也在不斷優(yōu)化。與2005年相比，2010年的產(chǎn)品大綱更加豐富。低牌號產(chǎn)品減少了13.7%，取而代之的是附加值更高的高效、高牌號產(chǎn)品,分別增加了23.1%和 12.4%。這些高效、高牌號產(chǎn)品被供往國內(nèi)外上千家用戶，其中不乏知名企業(yè)，例如日立、美芝、三菱、松下、海爾、長虹等。
2.2 電磁性能
低牌號電工鋼要求具有低鐵損、高磁感，以降低鐵芯的鐵耗、銅耗。以低牌號產(chǎn)品B50A1300為例，為了獲得優(yōu)良的電磁性能，技術(shù)人員進(jìn)行了大量的技術(shù)優(yōu)化，使該產(chǎn)品的電磁性能得以逐年提升。根據(jù)市場需求和寶鋼產(chǎn)品市場定位，以及三大系列產(chǎn)品實物質(zhì)量要求不同，有針對性地優(yōu)化了部分產(chǎn)品的鐵損、磁感應(yīng)強度。
2.3 新產(chǎn)品開發(fā)
2.3.1 高效產(chǎn)品
寶鋼高效電工鋼分為AR、AH兩大系列。AR系列具有良好的沖片性能，消除應(yīng)力退火后鐵損大幅度降低，同時磁感應(yīng)強度較高，主要用于對沖片性要求高、同時對轉(zhuǎn)子和定子進(jìn)行消除應(yīng)力退火處理的電機鐵芯，如空調(diào)壓縮機、冰箱壓縮機、EI鐵芯等。AH系列出廠狀態(tài)具有低鐵損、高磁感應(yīng)強度的優(yōu)異磁性，力學(xué)性能滿足沖片要求，主要用于制造高效率電機和EI鐵芯，消除應(yīng)力退火后使用效果更佳。
2.3.2 高牌號產(chǎn)品
2005 年起，寶鋼依靠自身技術(shù)力量，開始了高牌號無取向電工鋼技術(shù)開發(fā)，先后進(jìn)行了大量的實驗室實驗和工業(yè)試制，掌握了冷軋電工鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)，為產(chǎn)品質(zhì)量的提高和品種的擴充奠定了堅實的基礎(chǔ)。在短時間內(nèi)，高牌號無取向電工鋼產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)均實現(xiàn)了大的'飛躍，自主開發(fā)經(jīng)歷了從無到有、從小批量到大批量試制生產(chǎn)、從國際牌號到“用戶個性化”產(chǎn)品生產(chǎn)的過程。自此，寶鋼高牌號無取向電工鋼進(jìn)入了一個全新的發(fā)展階段。高牌號無取向電工鋼優(yōu)異性能的獲得主要依靠如下生產(chǎn)工藝控制：
(1)進(jìn)一步提高Si、Al添加量，增加鋼的電阻率以降低鐵損;
(2)進(jìn)一步提高鋼的純凈度，降低鋼中C、S、N、O 等有害元素的含量，對夾雜物類型和尺寸進(jìn)行控制，降低最終退火時晶粒長大的阻力，使鐵損降低;
(3)基于主要合金元素對電阻率和飽和磁感的影響，采取多元合金的優(yōu)化設(shè)計，緩解電磁性能與可制造性的矛盾，降低軋鋼的斷帶風(fēng)險;
(4)熱軋和常化工藝的優(yōu)化設(shè)計，獲得粗大的熱軋板組織，進(jìn)而獲得有利織構(gòu)(0vw)的最終組織，使磁感提高、鐵損降低;
(5)通過熱軋加熱和軋制溫度控制，避免硫化物和氮化物的固溶和析出，降低對鐵損的影響。寶鋼在高牌號無取向電工鋼的研發(fā)初期就對行業(yè)進(jìn)行了細(xì)分，主要產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域為水輪發(fā)電機、汽輪發(fā)電機、風(fēng)力發(fā)電機、交直流大電機。
2.3.3 車用電機用鋼產(chǎn)品
“十五”期間，國家從維護(hù)我國能源安全、改善大氣環(huán)境、提高汽車工業(yè)競爭力、實現(xiàn)我國汽車工業(yè)的跨越式發(fā)展的戰(zhàn)略高度，設(shè)立了“電動汽車重大科技專項”，并通過組織企業(yè)、高等院校和科研機構(gòu)，集中國家、地方、企業(yè)、高校、科研院所等方面的力量聯(lián)合攻關(guān)。車用電機對電工鋼的性能要求嚴(yán)格，電機需要具有高轉(zhuǎn)矩、高效率并保持在高速下穩(wěn)定運行[1]，如圖3所示。
近年來，寶鋼還開發(fā)了超高磁感系列、超低鐵損高磁感系列、鐵氧體直流變頻壓縮機用低成本0.35 mm 系列、低成本 AR 系列、高強度型 AR 系列、低成本高牌號系列產(chǎn)品以及0.15 mm、0.20 mm薄帶系列、高頻薄帶系列、超高強度系列產(chǎn)品。這些產(chǎn)品在滿足用戶使用要求的同時，其品種、規(guī)格、性能、競爭力等逐漸與國際標(biāo)桿企業(yè)NSC、JFE等接軌，部分產(chǎn)品填補了國內(nèi)空白，并出口海外。
3 生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步
3.1 夾雜物控制技術(shù)
無取向電工鋼的磁性能主要取決于鐵素體的晶粒尺寸、晶體織構(gòu)和鋼中的夾雜物[2]。尤其是鋼中的夾雜物，它們的存在不僅抑制晶粒長大、促使晶格畸變，還會阻礙磁疇轉(zhuǎn)動和疇壁移動，劣化成品帶鋼的磁性能[3]。生產(chǎn)過程中，需要盡可能將其去除或使其無害化。
3.2 連軋機生產(chǎn)高牌號
受工藝特點限制，連軋機組一般軋制中、低牌號無取向電工鋼，而高牌號無取向電工鋼通常采用可逆軋機軋制，生產(chǎn)效率很低、制造成本較高。2007 年起，寶鋼開始在連軋機上試驗軋制高牌號無取向電工鋼，并先后解決了軋制高牌號無取向電工鋼時易斷帶、易邊裂、穿帶難、通板難及易產(chǎn)生表面質(zhì)量缺陷等問題，摸索出了包括來料控制、工藝設(shè)定、操作技術(shù)及生產(chǎn)組織等在內(nèi)的56項特殊控制方法和技術(shù)，并于2008年取得連軋機生產(chǎn)高牌號無取向電工鋼產(chǎn)品的技術(shù)突破，具備軋制Si含量超過3.1%的無取向電工鋼的能力。目前，寶鋼1550軋機平均每日可軋制超過3000噸Si含量為3.1%的高牌號無取向電工鋼，標(biāo)志著該機組具備批量穩(wěn)定軋制該規(guī)格產(chǎn)品的能力。至此，寶鋼成為目前國內(nèi)唯一具備在酸連軋機組上生產(chǎn)此類無取向硅鋼的企業(yè)[7]。與可逆軋機生產(chǎn)的高牌號無取向電工鋼相比，連軋機軋制的電工鋼產(chǎn)品具有能耗低、成材率高、板形及表面質(zhì)量好等優(yōu)勢，有效降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
4 結(jié)束語
本文簡要介紹了寶鋼無取向電工鋼的發(fā)展歷程及主要技術(shù)進(jìn)步。目前，寶鋼無取向電工鋼已具備年產(chǎn)140萬噸的生產(chǎn)規(guī)模，產(chǎn)品具有優(yōu)良的鋼質(zhì)純凈度、同板差、電磁性能和環(huán)保涂層，可以覆蓋低、中、高三大系列鋼種，能夠?qū)崿F(xiàn)向高端用戶批量、穩(wěn)定、連續(xù)供貨。
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