无取向硅钢.doc

无取向硅钢连续脱碳退火及涂层机组工艺特点及工艺设计目录1. 硅钢简介.41.1 基本概念.41.2 硅钢的用途.41.3 硅钢的主要性能要求.72. 清洗工艺（脱脂工艺）.102.1 硅钢清洗理论.162.1.1 带钢表面油污种类和性质.172.1.2 化学脱脂工艺机理及影响因素.172.2 机组清洗段工艺概况.252.3 清洗段工艺数据控制原理.273. 退火工艺：脱碳、晶粒长大及消除晶界氧化.283.1 碳对硅钢性能的影响.283.2 脱碳的机理.293.3 影响脱碳的因素.303.4 电工钢退火工艺因素.333.4.1 退火时升温速度的影响.333.4.2 退火时炉内张力的影响.343.4.3 连退炉后冷却速度的影响.353.4.4 带钢成份的影响.363.4.5 退火温度和时间的影响.383.4.6 退火气氛的影响和防止带钢划伤的办法.394. 涂层工艺：涂层的种类、涂层炉的工艺曲线.434.1 绝缘涂层的种类.434.2 绝缘涂层的主要性能.504.2.1 绝缘性能.504.2.2 耐热性能.574.2.3 附着性能.644.2.4 冲片性能.664.2.5 焊接性能.674.2.6 防锈性能.694.2.7 耐氟里昂性能.734.2.8 耐油性能.744.2.9 叠片系数.754.3 连续退火及涂层机组涂层工艺及设备特点.775. 机组简要工艺控制思想.795.1 速度控制：.795.2 张力控制：.806. 机组工艺流程：.821. 硅钢简介1.1 基本概念(1)电工钢：电工钢是指含碳量很低含Si 量0.5%的电工钢和含Si 量为0.56.5%的硅钢两类。(2)无取向硅钢：指含Si 量为0.54.5%，产品磁性显各向同性的硅钢，命名100H 厚度W100铁损，比如50W1000，其厚度为0.50mm，铁损为10 W/kg。(3)取向硅钢: 指含Si 量为2.93.3%，产品磁性显各向异性的硅钢。(4)铁损：单位质量的铁心在磁场中反复磁化所消耗的能量。(单位：W/kg)(5)磁感：铁心在磁场下被磁化时,其单位面积上的磁通量。(单位：T)1.2 硅钢的用途冷轧硅钢主要用作制造电机、变压器和其他电磁元件，要求电气设备效率高、能耗少、体积小和重量轻。类别 品种 Si 含量 厚度(mm) 用途中低牌号 0.52.4% 0.35 0.50 电动机 调压器无取向硅钢 高牌号 2.53.5% 0.65 整流器 电磁开关普通牌号 2.93.3% 0.23 0.27 变压器 调压器取向硅钢高磁感 2.93.3% 0.30 0.35 互感器无取向硅钢片 取向硅钢片50W25035W23050W27035W25050W29035W27035W30050W31050W35035W36050W40035W40050W47035W44050W54050W60050W70050W80050W100050W130027QG95 27QG13030QG10030QG13035QG12535QG13527QG12027QG14030QG12030QG18035QG35QG1851.3 硅钢的主要性能要求硅钢通常是以铁损和磁感作为产品磁性保证值的。对于硅钢性能的要求如下：（1）铁损低铁损是指单位质量的铁心在 50HZ磁场中反复磁化所消耗的能量（单位为W/kg）。铁损（PT）是由磁滞损耗（Ph）、涡流损耗（Pe）和反常损耗（Pa）三部分组成。铁损低可以节省大量电力、延长设备的工作时间和简化冷却装置。各国生产硅钢板总是千方百计设法降低铁损，并以铁损值作为考核产品性能的重要指标，按产品的铁损值作为划分牌号的依据。（2）磁感高磁感应强度是铁芯在磁场作用下被磁化时单位面积上的磁通量（单位为T）。磁感应强度高，铁芯激磁电流（空载电流）降低，铜损和铁损都降低，可节省电能。设备的容量不变时，磁感高可缩小铁芯体积和减轻重量，节约电工材料，降低制造成本，还有利于制造、安装和运输。（3）对磁各向异性的要求电机在运转状态下工作，要求硅钢为磁各向同性，用无取向硅钢制造。变压器在静止状态下工作，要求为磁各向异性，用冷轧取向硅钢制造。（4）好的冲片性用户使用硅钢板时冲片量很大，一台小型电机铁芯就需要上千个0.50mm 厚的冲片叠成。所以，冲片性能好可以提高冲模和剪刃的寿命，保证证冲片精度和减少毛刺。（5）表面光滑平整，厚度均匀这项主要是为了提高叠装系数，保证冲片尺寸精度和便于装配铁芯。硅钢板的叠装系数降低1相当于铁损增加2和磁感降低1，因此硅钢板的厚度精度和板形质量直接影响到其使用性能。（6）好的绝缘涂层冷轧硅钢产品表面涂有无机或半有机绝缘涂层，以防止铁芯叠片间发生短路而增高涡流损失。对绝缘涂层的要求：1）耐热性好；2）涂层均匀；3）层间电阻高；4）附着性好；5）冲片性好；6）耐蚀性和防锈性好。高磁感取向硅钢通常采用应力涂层，使钢板中产生拉应力，通过细化磁畴使铁损和磁致伸缩明显降低。（7）磁时效小磁时效是指铁心磁性随使用时间而变化的现象，主要是由于过饱和碳和氮析出细小碳化物和氮化物而引起的。铁芯在长期运行时，特别是在温度升高到5080时，多余的碳和氮原子就以细小弥散的碳化物和氮化物析出，从而使铁损增高。所以要求硅钢产品中碳和氮分别小于0.0035和0.005的水平。2. 冷轧硅钢生产工艺2.1 中低牌号无取向硅钢(50W47050W1300)酸洗 冷轧 退火 剪切(1)酸洗机型: 连续式或推拉式功能: 去除带钢表面氧化铁皮，剪切边部及头尾。(2)冷轧机型: 四辊连轧或多辊可逆式功能: 将原料2.02.5mm 的钢板通过45 道次轧至成品厚度，总压下率为7090%。要点: a)确定适当的冷轧道次压下率。为充分发挥轧机的能力，在允许的条件下，应尽量采用大的道次压下率。b)控制轧制张力。控制好轧制张力是保证轧制过程的稳定，获得良好板形和厚度公差的有效措施。一般单位张力应控制在带钢ss 的3560。c)控制轧制速度。在允许的轧制速度范围内，应尽可能采用高速轧制，以提高生产率。(3)退火机型: 卧式功能: 退火的目的是要得到所需要的磁性，力学性能，良好的板形及表面。要点: a)碱洗:将带钢表面残余的轧制油洗净，以免影响表面质量。.将残留的金属铁屑洗净，以免造成炉辊结瘤，划伤带钢。b)退火:消除内应力，提高冲片性。.脱碳至30ppm 以下，减少磁时效。.再结晶晶粒适当长大，降低铁损。c)涂层:绝缘性好。.耐热性好。.附着性好。.冲片性好。.焊接性好。(4)剪切机型: 纵横剪功能: 切边、分卷(或切板)。2.2 高牌号无取向硅钢(50W23050W400)常化酸洗 一次冷轧 中间退火 二次冷轧 成品退火剪切(1)常化酸洗机型: 连续式功能: 在机组上进行常化、酸洗、剪切边部及头尾。要点: 热轧卷在热轧时由于采用快速冷却工艺，头尾温差较大，带钢表面和中间层的晶粒组织不均匀(尤其是对于Si、AI 高的高牌号硅钢)，热轧后带钢中析出一部分对磁性有害的弥散的AIN 和MnS，通过常化处理可使整个再结晶更加完善，晶粒尺寸均匀和粗化，防止瓦楞状缺陷，并可减少以后退火对晶粒长大的抑作用,使成品的磁感提高，铁损降低。(2)冷轧(一次和二次冷轧)机型: 多辊可逆式功能: 将原料厚度轧至中间厚度，经中间退火后，再轧到成品厚度。要点: W14(50W400)以上高牌号无取向硅钢采用二次冷轧法生产，其方法有两种。a)第一次经大压下率轧至一定厚度,经中间退火后，再以515的压下率轧至成品厚度，这种方法称为临界轧制法和调质轧制法。它是利用金属应变原理，以获得低铁损的高牌号产品。用这种方法生产的产品晶粒大，铁损低，但磁感也低，是这种方法的主要缺点。b)经二次中等压下率(4070%)轧至半成品和成品厚度，两次之间经中间退火，这种方法称中等压下率法，这种方法生产出来的产品铁损低，且磁感高，所以目前W14 以上牌号的硅钢都是采用此法。(3)中间退火机型: 卧式功能: a)将碳脱至一定程度，并使晶粒适当长大。b)消除加工硬化。(4)成品退火机型: 卧式功能: a)将碳脱至设定值以下。b)控制磁性。要点: 在制订工艺制度时要考虑在保证脱碳的前提条件下使晶粒适当长大，以降低铁损。(5)剪切机型: 纵横剪功能: 切边、分卷(或切板)。2.3 5.3 普通取向硅钢(27Q12035Q165)酸洗 一次冷轧 中间退火 二次冷轧 二次退火高温退火 热平整及涂绝缘层 剪切(1)酸洗机型: 连续式或推拉式功能: 抛丸酸洗、剪切边部及头尾。(2)冷轧(一次和二次冷轧)机型: 多辊可逆式功能: 将原料钢卷轧至一定厚度，经过中间退火，再轧至成品厚度。要点: 普通取向硅钢一般采用两次轧制工艺，第一次冷轧采用6070的以下率，在两次冷轧之间进行一次中间退火，重点控制第二次冷轧压下率，其压下率控制在5060时，可使磁性提高。(3)中间退火机型: 卧式功能: a)消除加工硬化。b)进行再结晶。c)使MnS 析出量增加。d)将碳控制在一定范围内。(4)二次退火机型: 卧式功能: 用于脱碳退火及涂MgO 层。要点: a)退火:完成初次再结晶，使基体中获得足够数量的(110)001位向晶粒。.将钢中的碳脱至40ppm 以下，以保证高温退火。.在表面形成均匀致密的SiO2 薄膜。b)涂层:为防止钢卷在高温退火时粘结，需涂MgO 涂层。.高温时MgO 和SiO2 形成Mg2SiO4 底层。.MgO 促进脱S。(5)高温退火机型: 罩式炉或环形炉功能: a)完成二次再结晶，提高取向度。b)形成良好的Mg2SiO4 底层，以便于涂层。c)净化钢质,去除S、N 等有害元素。(6)热平整及涂绝缘层机型: 卧式功能: a)用稀硫酸将MgO 洗净。b)涂绝缘层(无机涂层: T2 涂层)。c)在炉内给予适当的张力(36N/mm2)进行涂层烧结和拉伸平整。(7)剪切机型: 纵横剪功能: 切边、分卷或切板。5.4 高磁感取向硅钢常化酸洗 冷轧 中间退火 二次退火 高温退火 热平整及涂绝缘层 剪切(1) 常化酸洗机型: 连续式功能: 在机组上进行常化酸洗、切边及剪切头尾等工艺处理。要点: HiB 钢热轧卷必须进行常化，这是因为在热轧过程中，AIN析出温度范围正处在精轧区，这时板坯温降非常大，AIN 的析出量少,抑制能力小，不稳定。所以在常化处理中能够大量地固溶那些在热轧时低温析出的细小不稳定的AIN，使其取向度提高。(2)冷轧机型: 多辊可逆式功能: 将原料钢卷一次冷轧至成品厚度。要点: a)采用一次冷轧总压下率在8090，这是获得高磁感的必要条件。b)采用高温时效轧制工艺。(3)中间退火(同普通取向硅钢)(4)二次退火(同普通取向硅钢)(5)热平整及涂绝缘层(同普通取向硅钢)(6)剪切(同普通取向硅钢)3. 清洗工艺（脱脂工艺）3.1 硅钢清洗理论带钢在退火涂层前，表面状态和清洁程度是确保连退涂层的先决条件。带钢在轧制过程中，表面难免会留下各种杂物，如轧制油、防锈油、运输机油、粉尘及氧化膜层等。因此退火前都必须经过清洁，以彻底除去带钢表面油污，否则表面残留的各种油类在退火过程中将形成碳质污斑，污染炉内气氛，影响脱碳效率，甚至引起增碳现象。此外，油污也会使钢带表面质量变坏和引起炉底辊结瘤，造成带钢划伤等缺陷。清洗段正是为了退火前清洁带钢而设的。包括碱喷洗、碱涮洗、（电解清洗）、高压水喷洗、水刷洗和水喷洗、烘干等程序。其目的就是为了充分去除带钢表面油污，因此又称脱脂工艺。3.1.1 带钢表面油污种类和性质冷轧后带钢表面一般有油膜层、污垢层、氧化膜层，其中污垢最为难洗。图2.1 是冷轧钢板表面油污分类示意图：图2.1 冷轧后钢板表面状态示意图3.1.2 化学脱脂工艺机理及影响因素脱脂工艺一般包括碱预清洗、碱刷洗、电解脱脂、水刷洗和热水漂洗。前三个工序是去除带钢表面油膜的主要手段，下面着重讲一下它们各自的原理。a.碱预清洗碱预清洗实际是化学脱脂过程，是借助碱的皂化和乳化作用完成脱脂。所谓皂化是油脂与脱脂剂中的碱起化学反应生成易溶于水的肥皂和甘油的过程，具体反应如下：(C17H35COO)3C3H5 + 3NaOH = 3C17H35COONa + C3H5(OH)3但皂化反应仅适于那些易皂化的油，例动植物油、非稳定或半稳定轧制油。对非皂化性油例矿物油和人工合成油，与碱不发生皂化反应，但在一定条件下该类油在碱溶液中可进行乳化。所谓乳化就是在碱溶液的作用下，带钢表面的油膜可以变成很多很小的油珠，并分散在碱溶液中形成一种混合物，称为乳浊液。油在碱溶液中能发生乳化是因为碱溶液中的离子和极性水分子对油分子的作用力比空气中气体分子对油的作用力强，使油与溶液间的界面张力下降，接触面加大，造成油膜破裂而形成细小的油珠。在除油过程中，乳化作用随皂化反应的进行而加强，这是因为皂化反应生成的肥皂是一种较好的乳化剂，同时皂化反应使油膜破裂，部分带钢与溶液直接接触，其界面张力小于带钢与油膜的界面张力，而使油膜脱离带钢。b. 碱刷洗碱刷洗是一个物理清洗过程，通过机械刷洗将经预清洗处理后浮在带钢表面的油和污物去除。同时刷洗可进一步破碎油膜，使油膜在碱溶液的作用下离开带钢，只有将它与碱预清洗配合使用，才能有效发挥带钢预清洗的作用。c. 电解脱脂带钢经过碱预清洗和碱刷洗后，还不能完全清洁带钢表面，原因是经轧制后的带钢表面，有一定的粗糙度，许多油污粒子和脏物粒子附在带钢表面的凹坑里，非常不易彻底清除。而采用电解的方法可以清除这部分污物，另外经碱预清洗和刷洗后浮在带钢表面的油由电解清洗进一步清除。电解脱脂是采用电化学的方法进行除油。一般在带钢两侧装上电极，并通以直流电，当电极带极性时，带钢会因感应而带上与电极相反的极性。电极呈负极性时，带钢呈正极性。反之，电极呈正极性时，带钢呈负极性。但不论带钢呈正极性还是负极性，都会析出大量气体。电解的过程实际是电解水的过程，在溶液中发生水的分解，即4H2O = 4H+ 4OH-在阴极发生如下反应，析出氢气：4H+ + 4e = 2H2 在阳极发生如下反应，析出氧气：4OH- - 4e = O2 + 2H2O随着带钢表面气体的大量产生，迫使带钢表面的污物离开带钢。这样就起到了脱脂的作用。（2）影响化学脱脂的因素化学脱脂效果的好坏与脱脂液的成分、工作温度、溶液的循环等有着密切的关系。1) 脱脂液的化学成分影响：不同碱液脱脂效果不一样，其中所加各种添加剂等所起作用也不一样，以下是几种常用碱性成分的各种清洗性能比较：表2.1 各种碱的清洗性能比较清洗性浸透性分散性乳化性漂洗性耐硬水性导电性氢氧化钠(NaOH) O O X X ?偏硅酸钠(Na2SiO25H20)? O ? O O O正硅酸钠(2Na20Si025H20)? O ? O O O磷酸三钠(Na3PO12tt20)O O O O O O焦磷酸钠(Na4P207)O O O O X O 三聚磷酸钠(NaP30,o)O O O O O OXO：好 ? ：一般 X：差 ：极差脱脂剂的主要化学成分为氢氧化钠、原硅酸钠和适量的乳化剂。氢氧化钠，亦称苛性钠，是除油工艺中最重要的成分，是发生皂化的必要因素。同时在所有碱中，氢氧化钠具有最高的导电性。原硅酸钠是极好的缓冲剂，当它与表面活性剂配合时，是所有碱中最佳的湿润剂、乳化剂和抗絮凝剂。原硅酸钠具有较高的PH 值和高导电率。同时它是钢板清洗剂化合物极好的缓冲剂。乳化剂，亦称表面活化剂，具有易溶于水或极性溶剂的亲水（疏油）基和易溶于非极性有机溶剂的憎水（亲油）基。在除油过程中，乳化剂和憎水基吸附于溶液的界面，而亲水基与水分子相结合，在乳化分子定向排列的作用下，使油-溶液界面的表面张力大大降低，在溶液的对流和搅拌等作用下，油污就能脱离带钢表面，并以微小的油珠状态分散在溶液中，这时，表面活性剂的分子包围在小油珠表面，防止小油珠重新粘附在钢板上。另外，脱脂剂中还加入了一定的消泡剂。消泡剂对电解脱脂来说尤为重要，原因是电解脱脂过程中产生的氢气、氧气易使脱脂剂形成泡沫，不利于氢气、氧气的排出，易发生氢爆现象。2) 碱液浓度的影响：碱液浓度在一定范围内(一般在1.0-4.0之间)时，才能保证最佳的清洗效果。浓度和脱脂性关系如图2.5 所示。当浓度达到一定值后，再增加碱量的浓度，脱脂性几乎不再变化，不能满足更高的脱脂要求。而且，对溶液中的添加剂来说，界面添加剂在一定浓度以下时，少量的添加也会引起脱脂性的很大提高，但到了一定浓度后，影响就小了。因此活性界面剂的浓度一般在0.2-0.3之间。图2.5 碱液浓度与脱脂性的关系3) 碱液工作温度的影响：清洗温度提高，带钢表面附着油粘度降低，加速皂化反应，同时形成的肥皂在热碱中也易溶解，且还能促进乳化作用。图2.6 是温度和脱脂性的关系示意图。温度在60以上时，每上升10就可以减少50的清洗时间。由图中可见，温度上升10，脱脂性上升了约30。对热水清洗来说，温度越高越好，但不能超过水的沸点引起雾状环境。而且温度过高，消耗能量大，碱液蒸发还会恶化工作环境。本机组选用80左右温度作为工作温度。图2.6 碱液温度与脱脂性的关系4) 碱液变差的影响：在除去钢板表面的轧制油和铁粉的过程中，碱液会慢慢变脏，清洗性变差。新液配制后数日，脱脂效果下降。因此，碱液一般经过20 30天就得定期排除，并对碱液槽进行清洗，之后重新装入新的碱液。对于废液的排除以有效化来作为标准进行操作。有效化()就是有效碱液浓度除以全部碱液浓度的比例。装入新液时为100，以后逐渐降低。碱液变脏的标准就是有效比为(80 85)，当不满80时，就排除废液，重新装入新液。5) 溶液循环的影响：循环起到搅拌作用，清洗液的循环大大促进了除油过程。同时，机组在刷洗槽还使用了刷子，一方面利用机械力来提高除脂效果，另一方面加速了液体循环能力和搅拌作用。6) 溶液的喷射压力目前比较常用的碱预清洗、碱刷洗、水刷洗、漂洗都设有喷淋装置，合适的喷射角度和喷射压力，有利于将带钢表面的油污冲走。一般来说，喷射压力越高，越易将带钢清洗干净。7) 电流密度电流密度是保证电解脱脂过程顺利进行的必要条件。电流密度的选择应能保证析出足够的气泡。它既能使油珠机械撕离，又能搅拌溶液。一般来说，当带钢表面油污一定时，电流密度大，除油速度就快。但除油速度与电流密度并不完全呈正比关系，当电流密度大到一定值时，除油速度的增加就不那么明显了，反而使电能消耗增大。8) 电极极性当带钢为阴极时，称为阴极除油。阴极除油的特点是：在带钢表面析出的气体为氢气，气泡小，数量多，面积大，所以它的乳化能力大。另外由于H的放电，阴极表面液层的PH 值升高，因而除油效果好，不腐蚀带钢。但阴极除油容易发生氢气渗到钢基内，能引起钢体氢脆，或者渗氢的带钢在随后涂镀层过程中易起小泡。当带钢为阳极时，称为阳极除油。阳极除油效率不如阴极。原因是：一，阳极附近碱浓度较低，减弱了皂化反应；二，阳极析出的气泡少，对溶液的搅拌作用小；三，由于氧气气泡大，滞留在表面的能力小，因此带出油滴的能力弱。另外，在阳极除油过程中，当碱浓度低、温度低和电流密度高时，特别当碱中含有氯粒子时，带钢上会产生斑点。但阳极除油有一定的优点，一是基本不发生氢脆，二是能去除带钢表面的侵蚀残渣。9) 清洗溶液中溶渣的影响：当清洗液中由于乳化、分散、螯合等而存在许多悬浮渣时，对其清洗功能也有一定影响。由于溶渣中含铁皂，其成分含量越多，除污垢性能将越差；但由于生成的皂有表面活性剂的作用，因此就整体来说，对除油性影响不是很大。10) 人为操作因素的影响：用原碱配取机组清洗用碱液时，人为操作的影响因素也很重要。特别是碱液的浓度校正处理。碱液循环使用一段时间后，往往由于各种原因发生浓度偏离的现象，此时操作工往往需要根据手动分析碱液浓度并进行浓度计算校正。校正操作时间的延误、浓度校正的差异都将对清洗产生影响。总之，碱洗脱脂方式多种多样，有浸洗法、喷洗法等。本机组前清洗段主要利用热浸洗和刷洗来完成化学脱脂过程，如何控制好这些工艺因素与操作因素是清洗效果好坏的关键。3.2 机组清洗段工艺概况碱喷洗阶段，利用浓度15NaOH 溶液，在80左右时进行化学脱脂过程，去除带钢油污；碱刷洗槽中带钢经过刷洗，进一步增强化学脱脂作用。此处，刷洗液仍是15，温度80左右的NaOH 溶液，由喷射头将碱液射至钢带表面，并由尼龙刷完成刷洗动作。在SACL 机组刷洗槽中，刷辊和支撑辊是交叉布置的，即一个刷辊和一个支撑辊相对应(2.7)，这样由于支撑辊的存在，就可在支撑辊处形成一个段差。相对于刷辊和刷辊相对应布置(2.8)来说，明显可以加大刷洗能力，从而加强清洗能力。图2.7 刷辊和刷辊相对应布置刷洗 图2.8 刷辊和支撑辊交叉布置刷洗水刷洗槽和水喷淋槽是为了清除由前面过程中粘附于带钢表面的残留碱液而设置的。采用的都是80左右的热水，由喷头喷到带钢表面，并在次刷洗处由尼龙刷清洗。整个清洗过程工艺数据可归类如表2.-2 所示：表2.2 清洗段介质分配表碱喷洗 碱刷洗 高压水喷洗 水刷洗 热水喷洗清洗介质 NaOH 碱液 NaOH 碱液 热水 热水 热水介质工艺条件：(浓度和温度)浓度1580浓度158080 80 85作用化学脱脂作用化学脱脂作用冲洗碱液冲刷残碱液进一步去除碱液在清洗完带钢后，钢带通过挤干辊就进入到一个气刀装置继续去除表面大的水珠，然后经热空气干燥器干燥带钢表水分，为下道工序作准备。3.3 清洗段工艺数据控制原理清洗段的主要清洗介质有两种：NaOH 碱液和水。它们所储存的槽中工艺据包括温度、液位、浓度等几部分。(1)碱液和水的温度控制在储碱槽和储水槽中，碱或水的温度是由温度计进行测量和控制的。在测得槽中温度后反馈给蒸汽控制阀调节控制加入蒸汽的多少来维持温度的恒定。(2)碱液或水的液位的控制储碱槽液位监视自动进行时，低液位即报警。烧碱的稀释和加水也是自动进的，当液位低时进料，液位高时停止进料并报警；刷洗槽和纯水槽水位的控制也由一个液位监视器来进行自动地给水，当液位高时报警并停止加水；(3)碱液浓度的控制：人工控制4. 退火工艺：脱碳、晶粒长大及消除晶界氧化4.1 碳对硅钢性能的影响对硅钢来说，碳是有害元素，有关资料表明，硅钢中碳含量增加，P15 增大，且碳高还会引起磁时效，因此要求成品中C0.0027。在碳含量不是很严格，硅钢生产牌号较低情况下，首先考虑其冲片性，此时尽量不实行脱碳退火，因为： 不脱碳退火可以提高退火钢带运行速度。 不脱碳可减轻内氧化层和内氮化层，降低铁损，并减轻退火时炉底辊粘上氧化铁皮造成带钢划伤的现象。对于中牌号，还必须进行时效处理。并使Fe C 相图中Y 相减少或无相变，以形成单一a 相，此时高温退火在无相变情况下进行，促使晶粒长大；同时，A1N 固溶度降低，钢中A1N 不易固溶，可防止析出细小A1N，更进一步减少晶粒长大的阻力，使晶粒长大，从而提高磁性，因此仍需进行脱碳过程。4.2 脱碳的机理脱碳退火就是利用炉中水蒸气与带钢中碳结合来完成脱碳过程的。其基本反应式如下：H2O+C=H2?+CO?这是一个可逆反应，反应达到平衡时，PCO，PH2/PH2O=K，K 为脱碳反应平衡常数，PCO、PH2 和PH20 分别为C0、H2 和H2O 的分压。PH2OPH2 比是由气氛中氢气量和露点决定的，代表保护气氛的氧化性。整个脱碳的实质就是通过钢板内的碳往表面扩散和表面化学反应两个过程来进行的。随着温度的升高，扩散系数增大。但温度过高，对于硅钢脱碳有负面影响，即氧化。所以，脱碳的关键就是看碳的扩散和表面化学反应两个过程是否都向正方向进行看，如此，就能保旺脱碳的顺利进行。4.3 影响脱碳的因素（1） 气氛的影响带钢脱碳气氛为25H2+N2+H2O 的弱氧化性气氛，通入60的温水以保证露点在+60左右。这种弱氧化性气氛中有利于利用水蒸气快速脱碳。在炉内PHNPH2 控制在一定范围内，而炉内气体流向逆向钢带运行方向，使反应中的C0 气体不断排出，使脱碳反应不断向右方进行。但弱氧化性气氛也使钢带氧化，表面形成氧化膜有阻碍脱碳的作用，因此必须控制好退火温度、时间和气氛(PH2/PH2 和露点)这三个因素，使脱碳先于氧化反应进行。气氛中水蒸气过多(PH20/PH2 高，即露点高)，氧化反应先于脱碳进行或两个反应同时进行都会影响脱碳效果。气氛中含一定量氢气就是为了减轻钢带表面氧化：（2） 温度和时间的影响脱碳的有效温度段为750 870之间，图3.17 脱碳温度和脱碳率的关系（3） 相变的影响碳在bbc（体心立方）的Fe 中扩散速度比在fcc（面心立方）的? Fe中大256 倍，因为a Fe 中原子排列密度小，在a Fe 相中脱碳更为有利。鞍钢SACL 处理的中低牌号硅钢碳含量皆小于0.005%，因此高温退火时只形成单一a 相，所以有利于脱碳。（4） 原始碳含量的影响。原始钢带中C 含量愈高，脱碳速度越快。如图3.18 所示。图3.18 碳量与脱碳率关系（5） 钢带厚度的影响。钢带愈薄，碳往表面扩散快，脱碳速度加快。（6） 硅和铝含量的影响。（Si+Al）量高，加速钢中碳的扩散，促进脱碳。因为Si 和Al 不形成碳化物，有排斥碳原子的作用。在脱碳反应的后期，钢中硅与水蒸气起下列反应：Si+H2O? SiO2+H2?表面形成以SiO2 为主的致密氧化薄膜，对中牌号硅钢厚度约1 m。钢材表面生成的氧化膜使磁性、冲片性变差，易造成压痕。4.4 电工钢退火工艺因素电工钢退火也同样经历了回复、再结晶和晶粒长大三个过程。其目的除了改善电工钢带的机械性能(如降低硬度、强度、提高韧性等)，消除残余应力外，另外一个重要作用。就是通过改善晶粒(金属再结晶和晶粒长大)和脱碳(脱碳退火)来改善磁性。4.4.1 退火时升温速度的影响退火时，升温速度快对再结晶晶粒长大和磁性有利。图3.7 显示了相同退火时间下，加热速度越快，则最终硅钢的磁性越高(炉内张力等其它因素固定条件下)。同时，钢带伸长率R 与钢带温度T 有密切关系。退火加热温度越高，R 愈大，P15(铁损值)也愈低，见图3.7(b)。因此，连退炉中，前段都采用明火焰加热，一般用煤气，一方面防止带钢进入炉中氧化，并促进脱碳；另一方面改善带钢磁性。图3.7（a） 升温速度与磁性关系图3.7（b） 退火温度、钢带伸长率与P15 关系4.4.2 退火时炉内张力的影响炉内张力在一定范围内可以保证钢的各向异性小，如果张力过大，钢带沿轧向变形，残余有内应力。由图3.8 所示，只有张力控制在一定范围内才能保证良好的磁性，P15 也最小，同时对板形的修正也有一定的作用。为了预防带钢残留内应力，应以低应力高温短时退火来完成再结晶过程，以保证带钢磁性。图3.8 张力与磁性关系4.4.3 连退炉后冷却速度的影响冷却速度过快，Pn 和P15 增高，产生较大内应力。例如对含3.1%Si，0.4%A;，0.011%C，0.35mm 厚的硅钢9000 时退火，如果m10，其中Mn 量为0.2一0.35。并且，锰降低相变温度，使退火温度降低。由于Si+A1量增高，冲击易产生粘结现象，冲击性变坏，而锰却可以减轻这种现象，它能提高钢的强度和硬度，改善冲击性。但当Si+Al 量高时，Mn的存在却影响冷轧性。(3)碳的影响碳的含量最好要尽量低，一般CO.01，最好CO.005。机组生产的硅钢的含碳量都低于0.005时，任何温度下加热都是单一a 相而不发生相变。生产的无取向硅钢C 量低，此时A1N 的固溶度降低，钢中形成的A1N 不易固溶，从而防止析出细小AlN，并且使最终退火温度提高，促进晶粒长大，改善磁性。特别是对于制造取向硅钢和3Si 的高牌号硅钢时，这种作用尤其重要。(4)硫的影响硫量降低，铁损明显降低。因此，在炼钢时，我们就要采取必要措施进行脱硫，这对生产无取向硅钢来说是不可缺少的。一般规定，1 5Si 钢的S23 牌号(即本机组中的50W600)中SO.015，S20(即50W540)中SO.005，S18 中(50W470)中S45H2，并且d.p=0时，在900X l5min 退火时也不形成内氮化层，且P15低。即d.pl0形成内氧化层，d.p-20时不形成氧化膜和内氧化层。H245时不能形成致密氧化膜。如图3.14(a)(b)(c)所示，为炉中气氛与表面氧化膜、内氧化层以及P15 关系，因此在退火时如何控制合适的气氛成份(如露点d.p、H2等)是保证带钢退火后质量的一个重要方面。退火时带钢划伤是常见现象。主要原因就是炉辊结瘤造成的。即辊表面氧化物(Fe3O4、Fe2O3：FeO、Fe2Si04、SiO2、A12O3 等)堆积在炉表面形成硬质瘤状物，从而划伤带钢。特别是气氛中d.p.高(氧化性)，且带温较大的情况下，更容易造成结瘤现象。为防止结瘤划伤带，一般高温高露点易结瘤处可采用石墨辊(钢辊外覆碳套)。在其它炉内各段易结瘤的高温部位(600)尽量用碳套辊。即使有带表面氧化物堆积形成结瘤，也因石墨较软而嵌进碳套中防止和减对带钢的划伤。此外，整条机组高温段H2较高，增加了还原性，低氧化性，也可有效减少结瘤现象。涂层工艺：涂层的种类、涂层炉的工艺曲线.1 绝缘涂层的种类无取向硅钢表面绝缘涂层，主要包括无机涂层、有机涂层、半有涂层三大类，总的发展趋势是有机涂层已被淘汰，无机涂层将逐渐汰半有机涂层，但是受到各个方面条件的限制和无机涂层本身的属，目前应用较多的还是半有机涂层。世界上一些硅钢片生产厂家无取向硅绝涂层的种类见表4.1 至表4.4。表4.1 武钢无取向硅钢绝缘涂层种类名称 化学组成T3 磷酸盐 铬酸盐无机涂层T4 铬酸盐 有机乳液、有光泽半有机涂层T5 铬酸盐 有机乳液、有光泽半有机厚涂层表4.2 川崎制铁无取向硅钢绝缘涂层种类名称 化学组成D 磷酸盐为主无机涂层P 铬酸盐为主无机涂层C 铬酸盐涂层+有机涂层（二次涂层）A1 铬酸盐 有机乳液、有光泽半有机涂层A3 铬酸盐 有机树脂、无光泽半有机涂层E 有机涂层表4.3 新日铁无取向硅钢绝缘涂层种类名称 化学组成R 磷酸盐 铬酸盐无机涂层HK 铬酸盐无机涂层L 铬酸盐 有机乳液、有光泽半有机涂层