寶鋼無取向電工鋼發展歷程及生產技術進步的分析論文
寶鋼無取向電工鋼發展歷程及生產技術進步的分析論文
1 引言
電工鋼是利用Si元素的某些特性，新增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，並採用匹配熱軋、冷軋、熱處理工藝生產的具有優良電磁效能的特殊鋼。電工鋼市場前景廣闊，利潤空間大，但生產工藝複雜，工藝控制嚴格。因此，相關生產企業均採取了嚴格的專利壟斷和技術封鎖形式加以保護。具有批次、穩定、合理成本的電工鋼生產能力，被業界認為是掌握尖端技術的“名片”。
統計表明，全球範圍內的電工鋼產品，無取向電工鋼佔90%以上，主要用於製作發電機以及各類電機、EI鐵芯等用電裝置，這些用電裝置每年會消耗當年發電量的60%～70%。因此，在大力提倡高效、節能、環保的背景下，有效提升無取向電工鋼的磁效能以提高其用電效率，具有很重要的現實意義。寶山鋼鐵股份有限公司(以下簡稱寶鋼)是生產無取向電工鋼的後起之秀，最早透過引進專利、消化吸收，後期透過技術創新、自主研發，逐漸掌握了電工鋼核心製造技術，並躋身於全球電工鋼標杆行列，其電工鋼產量、實物質量均達到了世界先進水平。本文簡要介紹了近年來寶鋼無取向電工鋼的發展歷程及生產技術進步。
2 發展歷程
1996 年，寶鋼從川鐵(今 JFE)引進中低牌號無取向電工鋼的專利技術和生產裝置。2000年，兩條連續退火、塗層線投產，設計產能37.9萬噸。投產之初，限於一貫制生產技術和生產裝置能力，只能生產從B50A1300至B50A470的14箇中低牌號電工鋼產品。
2005 年，寶鋼自主整合建設的第三條退火、塗層線投產，設計產能23.8萬噸。期間，為了開發高牌號電工鋼，最佳化、新增了配套的鍊鋼電磁攪拌裝置、熱軋帶鋼常化機組等。經過技術人員不懈努力，寶鋼電工鋼產品綜合質量已達到國外先進企業同牌號水平，產品大綱也擴充套件到了34個牌號，涵蓋中低、高效、高牌號三大系列，但仍不能滿足使用者市場品種、規格、訂貨量需求。
2008 年，寶鋼自主整合建設的第四條退火、塗層線投產，設計產能22萬噸，其配套裝置為五冷軋常化酸洗機組、可逆軋機。該生產線設計產品為高效、高牌號電工鋼20萬噸，其餘為部分中低牌號無取向電工鋼。產品規格主要為0.35 mm、0.50 mm，並能夠生產最薄0.15 mm、最厚0.65 mm的電工鋼產品。
2013 年，寶鋼自主整合建設的第五條退火、塗層線投產，設計產能 21萬噸，主要定位於生產高、精、尖無取向電工鋼產品。至此，寶鋼無取向電工鋼具備了140萬噸的生產規模。
2.1 產品大綱
2006 年起，隨著相關裝置、機組陸續投入執行，寶鋼開始具備高牌號電工鋼生產能力;2007年，在系統解決有害元素、低倍缺陷、低溫加熱、酸連軋等技術問題之後，寶鋼開始批次生產B50A350產品;
2009 年，開始批次生產 B50A270 產品;2010 年，開始具備生產B50A250產品能力，並實現向三峽大型水電機組供料。為了儘可能滿足使用者需求以及提高市場綜合競爭力，寶鋼在提高電工鋼產量的同時，其產品大綱也在不斷最佳化。與2005年相比，2010年的產品大綱更加豐富。低牌號產品減少了13.7%，取而代之的是附加值更高的高效、高牌號產品,分別增加了23.1%和 12.4%。這些高效、高牌號產品被供往國內外上千家使用者，其中不乏知名企業，例如日立、美芝、三菱、松下、海爾、長虹等。
2.2 電磁效能
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。以低牌號產品B50A1300為例，為了獲得優良的電磁效能，技術人員進行了大量的技術最佳化，使該產品的電磁效能得以逐年提升。根據市場需求和寶鋼產品市場定位，以及三大系列產品實物質量要求不同，有針對性地優化了部分產品的鐵損、磁感應強度。
2.3 新產品開發
2.3.1 高效產品
寶鋼高效電工鋼分為AR、AH兩大系列。AR系列具有良好的衝片效能，消除應力退火後鐵損大幅度降低，同時磁感應強度較高，主要用於對沖片性要求高、同時對轉子和定子進行消除應力退火處理的電機鐵芯，如空調壓縮機、冰箱壓縮機、EI鐵芯等。AH系列出廠狀態具有低鐵損、高磁感應強度的優異磁性，力學效能滿足衝片要求，主要用於製造高效率電機和EI鐵芯，消除應力退火後使用效果更佳。
2.3.2 高牌號產品
2005 年起，寶鋼依靠自身技術力量，開始了高牌號無取向電工鋼技術開發，先後進行了大量的實驗室實驗和工業試製，掌握了冷軋電工鋼生產工藝技術，為產品質量的提高和品種的擴充奠定了堅實的基礎。在短時間內，高牌號無取向電工鋼產品開發和生產均實現了大的'飛躍，自主開發經歷了從無到有、從小批次到大批次試製生產、從國際牌號到“使用者個性化”產品生產的過程。自此，寶鋼高牌號無取向電工鋼進入了一個全新的發展階段。高牌號無取向電工鋼優異效能的獲得主要依靠如下生產工藝控制：
(1)進一步提高Si、Al新增量，增加鋼的電阻率以降低鐵損;
(2)進一步提高鋼的純淨度，降低鋼中C、S、N、O 等有害元素的含量，對夾雜物型別和尺寸進行控制，降低最終退火時晶粒長大的阻力，使鐵損降低;
(3)基於主要合金元素對電阻率和飽和磁感的影響，採取多元合金的最佳化設計，緩解電磁效能與可製造性的矛盾，降低軋鋼的斷帶風險;
(4)熱軋和常化工藝的最佳化設計，獲得粗大的熱軋板組織，進而獲得有利織構(0vw)的最終組織，使磁感提高、鐵損降低;
(5)透過熱軋加熱和軋製溫度控制，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初期就對行業進行了細分，主要產品應用領域為水輪發電機、汽輪發電機、風力發電機、交直流大電機。
2.3.3 車用電機用鋼產品
“十五”期間，國家從維護我國能源安全、改善大氣環境、提高汽車工業競爭力、實現我國汽車工業的跨越式發展的戰略高度，設立了“電動汽車重大科技專項”，並透過組織企業、高等院校和科研機構，集中國家、地方、企業、高校、科研院所等方面的力量聯合攻關。車用電機對電工鋼的效能要求嚴格，電機需要具有高轉矩、高效率並保持在高速下穩定執行[1]，如圖3所示。
近年來，寶鋼還開發了超高磁感系列、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、超高強度系列產品。這些產品在滿足使用者使用要求的同時，其品種、規格、效能、競爭力等逐漸與國際標杆企業NSC、JFE等接軌，部分產品填補了國內空白，並出口海外。
3 生產技術進步
3.1 夾雜物控制技術
無取向電工鋼的磁效能主要取決於鐵素體的晶粒尺寸、晶體織構和鋼中的夾雜物[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，還會阻礙磁疇轉動和疇壁移動，劣化成品帶鋼的磁效能[3]。生產過程中，需要儘可能將其去除或使其無害化。
3.2 連軋機生產高牌號
受工藝特點限制，連軋機組一般軋製中、低牌號無取向電工鋼，而高牌號無取向電工鋼通常採用可逆軋機軋製，生產效率很低、製造成本較高。2007 年起，寶鋼開始在連軋機上試驗軋製高牌號無取向電工鋼，並先後解決了軋製高牌號無取向電工鋼時易斷帶、易邊裂、穿帶難、通板難及易產生表面質量缺陷等問題，摸索出了包括來料控制、工藝設定、操作技術及生產組織等在內的56項特殊控制方法和技術，並於2008年取得連軋機生產高牌號無取向電工鋼產品的技術突破，具備軋製Si含量超過3.1%的無取向電工鋼的能力。目前，寶鋼1550軋機平均每日可軋製超過3000噸Si含量為3.1%的高牌號無取向電工鋼，標誌著該機組具備批次穩定軋製該規格產品的能力。至此，寶鋼成為目前國內唯一具備在酸連軋機組上生產此類無取向矽鋼的企業[7]。與可逆軋機生產的高牌號無取向電工鋼相比，連軋機軋製的電工鋼產品具有能耗低、成材率高、板形及表面質量好等優勢，有效降低了產品的生產成本。
4 結束語
本文簡要介紹了寶鋼無取向電工鋼的發展歷程及主要技術進步。目前，寶鋼無取向電工鋼已具備年產140萬噸的生產規模，產品具有優良的鋼質純淨度、同板差、電磁效能和環保塗層，可以覆蓋低、中、高三大系列鋼種，能夠實現向高階使用者批次、穩定、連續供貨。