日本高磁感取向硅钢连铸坯生产技术

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日本高磁感取向硅钢连铸坯生产技术

芦风善

(武汉钢铁集团公司武汉430080)

摘要：摘要：为了生产高磁感取向硅铜板用板坯，钢中添加Bi：0．000 5％～0．05％，加入时，在中间包的外侧的铜水池中形成上围堰，并且用被覆了铁的圆桶，桶内装入Bi或Bi的合金加入到钢水中，钢水流量除以喷嘴内面积求出浸渍喷嘴内的铜水流量密度Q(≥0．9 t／(m2·s－1))，为了使结晶内液面形成旋流，采用电磁搅拌，其推力F要满足关系式(3．000≤F≤10．000 Pa·m－1)。

关键词：高磁感取向硅钢板坯 Bi

0 前言

钢中加Bi提高磁感是日本新日铁、JFE(川崎)的主要研究结果。据统计，到目前为止，新日铁、JFE加Bi生产高磁感的发明分别为78和52项，不加Bi而加人Sn、Sb、Cr、Ni、Cu来提高磁感的专利(包括韩国)仅占10％左右。加Bi后，磁感达到1．90 T以上，最高时达到1．99 T，可以采用低温板坯加热后工序氮化，也可以采用高温板坯加热。Bi炼钢时难以加人，对后工序也带来一系列变化，应当引起高度重视。

1 成分范围

钢中加人Bi：0．000 5％～0．05％，对提高磁感起积极作用。

其他成分按质量计，C：0．03％～0．15％、Si：2．5％～4．0％、Mn：0．02％～0．3％、Se：0．005％～0．04％、A1：0．01％～0．065％、N：0．003％～0．015％，其余为Fe及不可避免的轧制所组成。Bi是由被覆了Bi的钢丝供给到钢水中，这时，浸渍钢水流量除以喷嘴内面积，得到钢水在喷嘴内的流量密度Q，Q要满足(1)式，在结晶器内液面附近所形成的旋流要满足电磁搅拌力F，F要满足关系(2)式：3．000≤F≤10．000(Pa／m)。

板坯内Bi的平均A要满足式(3)，Bi浓度的均匀度σ／A要满足式(4)[1]。

Q≥0．9(t／(m2·s－1)) (1)

3．000≤F≤10．000(Pa／m) (2)

0．000 5≤A≤0．05(％) (3)

σ／A≤0．2 (4)

要求铸坯内Bi的粒径控制在10μm以下，所占比率在50％以上，以附着在(Fe ，Mn)S的边缘形式存在。

为什么Bi需满足式(3)，因为Bi是低沸点且高蒸汽压的元素，很难有效加入到钢水中，收得率恶化，难以得到高磁感的要求。Bi在1450～1550℃的钢水温度范围呈现1 mmHg高蒸汽压。Bi的沸点是1561℃、融点是27l℃。Bi加入到钢中时不熔解，密度也大，为9．7 g／cm3，而普通钢水为7．0g／cm3，由于存在密度差，Bi沉积、偏聚，为了Bi在钢中稳定添加，钢水温度相对低，添加时接近于凝固点的温度。

文献(JP2001047202)公开了连铸后期对钢水进行电磁搅拌的技术发明，目的是伴随钢水的凝固抑制Bi的凝集。但这种方法在钢水阶段均匀弥散的钢水凝固时Bi存在偏聚，难以得到充分稳定的磁性，加上，赋予电磁搅拌的位置，防止了钢水的液面变动，而对已经凝固板坯l／20以上的位置效果就不充分，所以还没有技术使添加了Bi的板坯均匀。

文献(JP2001047194)公开了保持钢水过热度10～30℃，但加了Bi后，板坯内的组织并不细小弥散。

2 Bi的添加装置及方法

图1所示Bi的添加设备及工艺流程，通过设备改进和流程更新，使添加了Bi的钢质均匀弥散。原因是：1)通过浸渍喷嘴内的搅拌使添加了Bi的钢组织均匀弥散；2)多股胶合线内Bi均匀弥散，多股胶合线水平断面呈矩形，并且从液面到最终凝固的位置距离长，必须适当控制钢水在多股胶合线内的流动；3)喷嘴喷出口的位置位于电磁搅拌线圈的下方，避免喷嘴喷出流与电磁搅拌的搅拌流相互干预，使形成稳定化水平断面内的旋流，不仅使铸模上部空间混和均匀化，还在弯月面周围形成均匀的旋流；4)铸造时用Ar气体保护，但是Ar气体流量过大，浸渍喷嘴内的生成大气泡，漂浮在铸模的上方，铸造性恶化。

添加Bi的方法是，用0．4 mm厚度的低碳钢板将纯Bi材料包裹，加入到钢中，钢中Bi的量为40ppm，要根据包裹圆桶的形状，调整添加速度。

铸造条件是，板坯宽度1～1．5 m、铸造速度为0．4～1rn／min、浸渍喷嘴内径范围为80～150 mm，Ar气流量在3～8 N1／min变化，连续浇注的情况，喷嘴内钢水的流量密度为1．0 t／(m2·s－1)，吹人的Ar气流量为3 Nl／min，这时，电磁搅拌线圈的芯厚为200 rnm、浸渍喷嘴喷出口距也面距离为300 mm。对电磁搅拌施加的推力控制在5000Pa／m。图2所

示Bi钢丝添加位置与有无上浇口情况Bi的收得率关系。

3 板坯内Bi浓度分布调查

在板坯宽度1／4、l／2、3／4位置的上下策10、20、60、110 rnm钻孔采取粉样，进行Bi的IPC—MASS分析。求出板坯内的平均Bi浓度A、标准偏差σ，Bi的浓度弥散指标用σ／A表示，结果表明，σ／A很小，说明Bi的浓度均匀度高。图3所示浸渍喷嘴内钢水流量密度及电磁搅拌有无与Bi浓度均匀度的关系，图4所示电磁搅拌有无、进行吹Ar浸渍喷嘴内钢水流量密度与Bi浓度均匀度的关系。从图4表明，Ar吹人量在5 Nl／min情况，Bi浓度均匀，Ar吹人量在20 Nl／min以上情况，液面控制水平恶化。因此，浸渍喷嘴内钢水流量密度Q必须控制在(1)式，浸渍喷嘴内Ar吹人时，Ar吹人流量G要满足式(5)，连铸模内电磁搅拌的腿力需满足式(2)。

添加的Bi浓度不足0．000 5％时，没有磁性改善效果，超过0．5％，钢板边部容易开裂。

Bi的存在形态，用SEM—FDX观察，图中白色的部分是Bi、黑色的部分是(Fe，Mn)S。

图5表示板坯加热后(Fe，Mn)S固溶，冷却下来的板坯所含Bi的存在形态，据测量，Bi的粒径在10μm以下。铸坯阶段Bi在(Fe，Mn)S边缘存在的越多越好。因为细小，个数比率在50％以上更好。

Bi的存在有力地促进了Bi在(Fe，Mn)S周围的细小弥散，最终改善磁性。硅钢的制造方法及磁性评价方法如下：捕拿坯在1350℃加热后热轧袄2．3 mm，1100℃退火一次冷轧到0．22 mm，在850℃脱碳退火，按常规处理成成品，水洗后，施加张力涂层，用于测定磁性，B8在1．94T以上。只要把Bi．控制在0．005％以下，在(Fe，Mn)S边缘存在的个数比例在70％以上。

4 板坯内添加Bi后，后工序处理工艺

参考文献[2－3]发明了高磁感取向硅钢生产技术。按重量％计，含有盎Si：3．3w％、Mn：0．07％、C：0．07％、Se：0．025％、Alsol：0．028％、N：0．008％、Sb：0．1％W为羁基本成分，(A：加Bi：0．01％)、(B：不加Bi)，进行冶炼，连铸后，在1350℃加热，踌躇后，热轧到2．3mm，直接水冷到室温。

热轧板l100℃，2 min退火后酸洗，最终冷轧到0．27 mm，途中250℃时效处理5次的冷轧，冷轧板在氮与氢的混合气中氧化度(A：本发明法)0．06及(B：以往法)0．44，于850℃，120 s一次再结晶。

这样的钢板涂布MgO为主要成分的水浆，静电涂布三氧化铝(C：静电涂布)，其他维持原状态叠层(D：以往法)叠层、在厚度方向施加20 kg／mm2的压力，进行最终高温退火，再涂布胶状二氧化硅与磷酸盐为主要成分的涂液，850℃2 min烧结，之后对钢板表面垂直方向以5 mm间隔进行激光照射，产品的磁性列于表l。

图6表示以往橡胶辊涂布法，各Bi含量的最终高温退火通人的气体流量与磁感B8及一次薄膜剥离面积的关系。图7表示静电涂布法(氧化镁水浆退火隔离剂涂布后)，各Bi含量的最终高温退火通人的气体流量与磁感B8及一次薄膜剥离面积的关系。

超高磁感取向硅钢的生产方法[4]包括：含有Bi：0．0005％～0．05％，板坯在1400℃加热，热轧到2．5 mm，热轧板在1000℃退火，第一次冷轧到1．7 mm，1000～1200℃中间退火，第二次冷轧到0．22 mm，完成后工序，得到B81．94～1．98T的良好磁性。生产中要求最终冷轧前的退火最高到达温度对应Bi含量要满足(6)式：

一10×1n(A) l100≤B≤10×ln(A) l220 (6)

式中：A表示Bi含量，ppm，B表示最终冷轧前的退火最高到达温度，℃。

还要求脱碳退火前700℃以上的温度范围采用100℃／s以上的加热速度进行加热。

参考文献

[1] 原田宽，长蝙政树．含Bi取向硅钢的生产技术[J]新日铁，JP2007144438．2007．06．14：18．

[2] 中西匡，千田邦浩．热轧取向硅钢[J]．川崎，JP2002302742．2002．10．18：10．

[3] 藤井宣宪，本间穗高，阿部宪人．高磁感取向硅钢生产方法[J]．新日铁，JP9279247，1997．10．28：l0．

[4] 难波英一，黑崎洋介．超高磁感取向硅钢生产方法[J]．新日铁，JP2003089821．2003．03．28：9

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