東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室（RAL）一直把雙輥薄帶連鑄技術作為一個前瞻性、儲備性和戰略性課題進行研究。針對雙輥薄帶連鑄過程中存在的關鍵問題，重點研究了如何發揮薄帶連鑄亞快速凝固特性和近終形成形過程特點，生產一些常規流程無法生產或者生產難度較大的產品，并賦予產品以常規流程無法得到的特殊性能，從而為實現高性能鋼鐵材料的減量化生產提供了重要支撐。

       與傳統厚板坯熱軋流程相比，薄帶連鑄技術除了流程緊湊、工序縮短、節能降耗等短流程優勢外，其亞快速冷卻過程在微觀組織和織構控制上也具有獨特優越性，將薄帶連鑄技術應用于硅鋼生產具有無可比擬的優勢：

      1）雙輥薄帶連鑄凝固組織和織構的可控性。在研究體心立方結構的金屬材料（鐵素體不銹鋼和硅鋼均為此種結構）時發現，通過控制凝固的工藝條件，可以獲得不同的結晶組織，凝固組織具有極強的控制柔性。利用這一特點，可以依據NGO和GO的織構控制要求，控制澆鑄工藝，得到想要的初始凝固組織和織構，有利于提高材料的磁性能。

      2）雙輥薄帶連鑄直接由鋼水凝固制備帶坯，采用固有抑制劑法生產取向硅鋼時無需高溫加熱，避免了常規流程高溫加熱的瓶頸問題，更不需要后期滲氮處理。

      3）薄帶連鑄為亞快速凝固過程，冷卻速度高達103℃/s以上，通過鑄后冷卻過程與后續的常化工藝配合，可以靈活控制材料的晶粒尺寸和析出物尺寸，對于增強硅鋼有利織構、提高材料的磁性能具有重要意義。

      4）取消了傳統流程大壓縮比熱軋過程，抑制了NGO硅鋼有害的析出物和不利的γ-織構的產生，避免了GO硅鋼中AlN的過早析出粗化現象，可以在單道次熱軋甚至無熱軋條件下生成位向準確和數量足夠的高斯晶核。

      5）薄帶連鑄提供了獲得薄規格鑄坯的可能性。通過減薄鑄帶厚度和優化組織織構控制，可以提高NGO硅鋼中有利織構的比例，保證成品GO硅鋼中抑制劑及高斯晶核數量、密度和均勻性，有望開發（超）薄規格硅鋼，極大地降低鐵損，進一步提高磁性能。

      綜上所述，可以看出采用薄帶連鑄技術生產硅鋼極具發展潛力。在認真分析目前國際上最先進硅鋼生產技術的成分設計、組織與織構控制原理以及存在的工藝技術難題的基礎上，結合薄帶連鑄亞快速凝固、短流程的特征優勢，RAL從2008年開始，以國家自然科學基金鋼鐵研究聯合基金重點項目為依托，開展了基于雙輥薄帶連鑄的硅鋼制造理論研究，并形成了系統的工藝和裝備技術，旨在突破目前國際上現有硅鋼生產流程的限制，徹底解決其存在的問題，開發出易控制、高效率、低成本、低消耗的綠色化短流程生產技術，提供高性能、綠色化的硅鋼產品，為硅鋼生產開辟一條由中國領跑的特色化、綠色化創新發展道路。

      目前，RAL正與我國鋼鐵企業密切合作開展薄帶連鑄GO、NGO、高硅鋼產業化技術研究。通過在實驗室條件下，系統開展薄帶連鑄硅鋼“化學成分—工藝—組織性能”演變及控制技術研究，開發出薄帶連鑄關鍵單體設備和核心控制系統，形成了具有我國自主知識產權的薄帶連鑄高品質硅鋼成套工藝與裝備技術，為在國際上率先實現薄帶連鑄硅鋼的工業化生產提供了重要支撐。薄帶鑄軋技術最本質的問題是，利用鑄坯成型過程不同的凝固冷卻速率，產生凝固組織的差異，并對其進行有效控制，其特點為亞快速凝固。

  1）解決了制約薄帶連鑄產業化發展的一些瓶頸問題，如研發出新型低成本—長壽命—高換熱效率鑄輥、低成本—長壽命側封板材料等。完成了關鍵裝備的研制和控制系統的開發，實現了自主集成創新，具備了提供薄帶連鑄工業化產線成套裝備設計及系統技術的能力。

      2）形成了薄帶連鑄高性能無取向硅鋼的全流程系統工藝技術，成功制備出高磁感、高牌號無取向硅鋼原型產品，磁感指標B50優于國內外現有產品0.03T以上。提供了一條無需加熱、無需常化處理、無需兩步冷軋和中間退火的短流程、低難度、低成本制造高效無取向硅鋼的全新工藝流程，為無取向硅鋼薄帶連鑄產業化生產提供了技術原型。

      3）形成了薄帶連鑄高性能取向硅鋼的全流程系統工藝技術，成功制備出0.27mm厚的普通取向硅鋼，磁感指標B8達到1.85T，與國內外現有普通取向硅鋼（CGO）產品相當；成功制備出0.23mm厚的高磁感取向硅鋼，B8達到1.94T，優于國內外現有HiB產品。提供了一條無需高溫加熱、無需滲氮處理的短流程、低難度、低成本制造取向硅鋼的全新工藝流程，為取向硅鋼薄帶連鑄產業化生產提供了技術原型。

      4）形成了基于超低碳成分設計制造取向硅鋼的全流程系統工藝，成功制備出0.18-0.27mm厚的高磁感取向硅鋼，B8達到1.94T，優于國內外現有HiB產品。提供了一條無需高溫加熱、無需脫碳、無需滲氮處理的短流程、低難度、低成本制造取向硅鋼的全新工藝流程，為取向硅鋼薄帶連鑄產業化生產提供了技術原型。

      5）形成了基于超低碳成分設計制造高硅取向硅鋼的全流程系統工藝技術，成功制備出0.18-0.23mm厚的4.5%Si、6.5%Si取向硅鋼，B8分別達到1.78T和1.74T，顯著優于國外產品。提供了一條利用溫軋、冷軋技術，無需高溫加熱、無需脫碳、無需滲氮處理的短流程、低難度、低成本制造4.5%Si、6.5%Si取向硅鋼的全新工藝流程，為高硅取向硅鋼薄帶連鑄產業化生產提供了技術原型。

      東大通過多年的研究發現，該工藝具有靈活的控制手段以生產不同品種的硅鋼，從而可得到不同品種所需的組織、織構、抑制劑等，可為硅鋼生產提供優質熱軋卷。他們還特別強調該工藝用來生產硅鋼熱軋卷，具有得天獨厚、不可取代的優勢。而且該工藝又是節能、減排、低成本的短流程工藝，大大節約了固定資產投入和廠房面積，被視為對傳統硅鋼生產技術的重大挑戰。

      其提供的無取向鋼薄帶連軋技術原型為：形成了基于薄帶連鑄的全流程系統工藝技術，成功制備出高磁感、高牌號無取向硅鋼，磁感指標B50優于國內外現有產品0.03-0.04T以上。提供了一條原料更薄、無需常化處理、無需兩步冷軋和中間退火的短流程、低難度、低成本制造高效無取向硅鋼的全新工藝流程，為無取向硅鋼薄帶連鑄產業化生產提供了技術原型。

     利用鋼水不同過熱度控制鑄帶的金相組織與織構。在不同凝固條件下，采用不同抑制劑，對初次再結晶晶粒大小的影響與控制，以獲得促進二次再結晶形成更大的驅動力。

4.1 取向硅鋼的開發

      E2Strip為制備取向硅鋼提供了一條無需高溫加熱、無需滲氮處理的短流程、低成本制造取向硅鋼的全新生產工藝，為產業化生產提供了技術原型。

目前，我國東北大學已在實驗室成功制備出0.27mm厚度的普通取向硅鋼，磁感指標B800達到1.85T，與國內外現有CGO產品性能相當；成功制備出0.23mm厚度的高磁感取向硅鋼，B800達到1.94T，優于國內外現有HiB產品。

4.2 超低碳取向硅鋼的開發

      形成了基于超低碳成分設計的全流程系統工藝技術——E2Strip（如圖2），該工藝流程如實現，意義將十分重大，在后工序大大簡化了工藝，出現了一個后工序短流程的全新工藝，此工藝與前工序薄帶鑄軋工藝組合，真正實現了取向硅鋼生產工藝流程上的第四次革命。

      取向硅鋼生產為達到高質、高效、節能、減排，在流程革命中面臨著兩大難題：一是在前工序利用薄帶鑄軋直接生產熱軋帶；二是后工序利用連續退火完成再結晶與鋼質凈化。

5.1 節能降耗

      分析取向硅鋼生產工藝流程的變化，影響生產效率與成本的兩大環節，一個是前工序由鋼水→熱軋卷，二是由后工序冷軋后，經脫碳退火涂MgO隔離層后，進入高溫退火爐，如罩式爐，裝爐量24t，則需時間85h以上；若環形爐視裝入爐中的鋼卷數而定，目前，有的廠爐子直徑60m，裝120個卷，卷重在16t左右，則需要150h以上，簡單的概念就是整個退火周期需要一個星期。前工序采用薄帶鑄軋，不僅縮短流程，而且大幅度節能，后工序真正影響時間與能耗的關鍵工序，就是鋼卷在爐中處理的時間，從不同工藝生產的坯料，在全流程主要工序排放的溫室氣體，可推算出對應的能耗（見表3）。

5.2 退火工藝

      要想提高效率，最好的辦法是開發用連續退火的方法，取代罩式爐退火或環形爐退火，這方面國外已進行多年的探索，國內還沒有開展研究。關鍵難點在于，一是二次再結晶從發生到完成所需的時間與溫度，二是抑制劑分解完成自身任務后，遺留下來的N、S等元素如何消除，即凈化需要高溫與較長的時間。因此，研究的方向是，采用何種抑制劑或利用其他能量來作為二次再結晶的驅動力。國內亦有人對現有工藝的產品進行縮短二次再結晶的試驗，但是他們所采用的試驗工藝線路模仿現場，所需時間均超過1h，或板溫超過1100℃，這就導致無法實現連續退火。

      新日鐵公司曾以AlN作抑制劑，進行過高溫連續爐試驗，不涂MgO，表面無底層，二次再結晶基本完成，但仍殘留更多的初次晶粒孤島，加上時間短，不易凈化除去N，因而磁性低，再說板溫高于1000℃，成本高，如鋼帶運行速度為50m/min，時間15min則爐長750m，顯然工業化生產是不可能的。JFE公司采用不涂覆退火隔離劑生產取向鋼的新方法，要點是板坯加熱到1250℃熱軋，熱軋板坯經800-1100℃退火處理，再經二次冷軋工藝，在二次冷軋之間加中間脫碳（或不脫碳）退火，目的是首次再結晶處理，首次再結晶處理后，在700-1000℃進行二次再結晶退火處理，但退火時間必須在5h以上，隨后不采用退火隔離劑進行連續最終退火，處理溫度在1100℃以上，退火時間在10min以內獲得優良磁性，退火氣氛可用H2、Ar等，最終得到產品厚度0.20mm，其鐵損P17/50在0.584-0.648W/kg。

       采用不加抑制劑生產取向鋼對采用連續高溫退火更有利，因為不需要高溫凈化退火，最終退火溫度可降低到1050-1100℃。采用二次冷軋法，最終產品磁感B8=1.80-1.82T，鐵損P17/50=1.25W/kg（0.23mm），1.35-1.40W/kg（0.30mm），適合制造小變壓器和磁屏蔽。

      意大利Terni公司提出，以AlN+滲氮方案，即：脫碳退火和900-1000℃滲氮后→在連續爐PH2O/PH2<0.01干的N2+H2氣氛下0.30mm，1100℃保溫15min，0.23mm保溫1min40s，進行二次再結晶退火+涂MgO→進罩式爐1200℃凈化約10h，最終產品0.23mm，B8=1.91T，P17/50=0.9W/kg，其所以能在連續爐完成二次再結晶主要理由是：由于高溫滲氮處理直接形成AlN，加強抑制力，阻礙初次晶粒長大，所以不影響織構形成。

6.1 難點

      以東大提供的薄帶連軋技術為原型，開始無取向硅鋼全過程連續化工業生產的探索。

      難點：1）要求熱軋帶有良好的板型；2）不影響冷軋產品的表面質量；3）進入冷軋機前，熱軋卷無邊裂；4）冷軋機與熱軋帶生產間的能力平衡（涉及軋機配置架數）；5）冷軋機出口速度與連續退火間的能力平衡；6）萬一某工序出現故障，會影響全線，特別對煉鋼和澆注影響更大。

6.2 目前常規無取向熱軋卷已實現的可連續化生產工序及品種

      1）熱軋帶（2.0-2.5mm）→酸洗→冷連軋→卷取；

      2）中低牌號50W470以下正常生產效率很高；

      3）寶鋼2015年已成功用酸洗冷連機生產50W270高牌號無取向硅鋼。

      就冷軋硅鋼制造業來說，今后創新的方向肯定是要進一步縮短工藝流程，因而東北大學E2Strip顛覆性的硅鋼生產技術符合“十三五”規劃要求，理應成為首選，為此建議如下。

7.1 促進東大技術產業化的試驗工作

      1）通過產業化、大批量試驗，進一步確認磁性與鋼帶外觀質量（如厚度差、表面、板型、邊裂等）；

      2）進一步明確為適應鑄軋薄帶后工序相對應采取的工藝與設備，必須建設更有針對性的冷軋廠；

      3）通過工業化試驗確認薄帶鑄軋工藝設備的可靠性和穩定性（特別是三大件如：側封板、布流板、結晶輥的使用壽命和更換周期）。

7.2 寶武集團青山基地最有條件采用本技術生產硅鋼

      就目前各冷軋硅鋼生產企業來說，最有條件建產業化生產線的企業是中國最老的冷軋硅鋼生產企業——原武鋼，原因是原武鋼有4個冷軋硅鋼廠，2016年公司停止了一硅鋼廠生產。由于武鋼在2016年硅鋼總產量大幅下調，因此，二煉鋼廠部分煉鋼爐將停產。如在二煉鋼廠現有車間，拆除一條厚板坯連鑄生產線，新建東北大學的薄帶連續鑄軋產線（帶兩臺卷取機），可形成年產40萬噸1.5-2.0mm×1250mm×L的、全新技術的硅鋼前工序生產線。二煉鋼廠與一硅鋼廠結合，將成為世界上首條大型薄帶鑄軋硅鋼生產線，若取得成功，原武鋼的硅鋼生產將徹底改變面貌，或將成為世界上首座高品質、高效率、低能耗、低成本、低排放的硅鋼生產企業。

7.3 以開發極薄帶優勢進一步優化磁性，有可能與非晶帶競爭

      東大開發的極薄帶（0.08mm）取得令人十分欣喜的結果，其指標有可能與非晶帶競爭。利用薄帶鑄軋的優勢，后續專門建設了一座極薄帶生產廠（厚度范圍在0.02-0.10mm）含分條、酸洗、軋制、熱處理與涂層等主要工序。

7.4 支持具有創新精神的民營企業進入

      2016年5月，東北大學與河北敬業集團正式簽訂E2strip薄帶鑄軋生產硅鋼技術轉讓合同，合同內容包括：硅鋼品種、產能、成套設備及工藝技術。合同分兩期，第一期主要實現生產硅鋼不同品種的熱軋卷，工期限定在2017年底完成。該工藝如達到預定目標，將是中國硅鋼生產工藝流程的一場革命。

返回列表