冷轧电工钢带车间设计(design of cold strip mill for electrical steel)

以热轧电工钢带卷为原料，经酸洗、冷轧、退火和精整，生产各种冷轧电工钢带的车间设计。电工钢是一种软磁合金。电工钢带按晶粒易磁化方向的排列分为取向电工钢带和无取向电工钢带，按含硅量分为含硅1％～4％的电工钢带(硅钢片)和含硅低于1％的低碳电工钢一带。按交货状态，无取向电工钢带又分为全工艺型和半工艺型两种。电工钢带主要用于制造变压器和电动机的铁芯以及其他导磁元器件等。在工业发达国家，电工钢带产量约占热轧钢材总产量的1．0％～1．2％。车间设计的原则和方法见轧钢厂设计。

简史1900年英国哈德菲尔德(R．A．Hadfield)等首先发现含硅4％的硅铁合金具有良好的磁性。1903年德国和美国相继用叠轧薄板轧机生产含硅1．0％～4．5％的热轧无取向电工钢板。1934年美国戈斯(N．P．Goss)采用MnS作为有利夹杂，用二次冷轧法制成晶粒择优取向的含硅3％的冷轧取向电工钢板，同年在美国阿姆柯(Armco)公司投入生产。1968年日本新日本制铁株式会社口悟等人以MnS和AIN为综合抑制剂，使用一次大压下量冷轧法，制成高磁感取向电工钢带(又称HiB)。此后日本川崎制铁株式会社和美国阿姆柯(Armco)公司也制造了高磁感取向电工钢带。

1953年和1955年，中国相继生产出含硅1％～2％的热轧电机电工钢板和含硅3％～4．5％的热轧变压器电工钢板。1958年以后建成的叠轧薄板车间，大多数具有生产热轧电工钢板的工艺和设备，产品主要为低牌号无取向电工钢板。1962年开始生产冷轧取向电工钢板，同年设计建成了太原钢铁公司试验工厂。60年代末太原钢铁公司、鞍山钢铁公司分别安装了生产冷轧电工钢板的设备，1978年建成投产了武汉钢铁公司硅钢片厂。

设计规模和产品方案冷轧电工钢带车间的设计规模，根据市场需求和建厂条件而定，一般为年产几万吨到50万t。冷轧电工钢带的坯料为热轧钢带，其厚度一般为1．8～2．5mm，最大卷重为20t：。冷轧电工钢带的主要品种为高磁感取向电工钢带(HiB)、普通取向电工钢带(CGO)、无取向电工钢带(CRN0)和低碳低硅电工钢带。产品规格范围为：0．20～0．70mm×600～1250mm(厚度×宽度)。取向电工钢带约占电工钢带产量的25％～30％，无取向电工钢带中，低碳低硅电工钢带的比重增大。电工钢带用户中约90％使用卷材，少量使用板材，成品卷重一般为2．5～3．0t。一般冷轧全工艺型电工钢带的表面均需涂以绝缘涂层，

采用卷绕方法制造变压器铁芯的冷轧取向电工钢带也可以涂以带粘结性的绝缘涂层。

工艺流程电工钢带的主要生产工艺流程见图。高磁感取向电工钢带和无取向电工钢带经一次冷轧而成。普通取向电工钢带一般经二次冷轧而成。半工艺型无取向电工钢带经退火(部分)、酸洗、冷轧、低温退火或平整(部分)后直接供电机厂使用。

工艺设备选型主要包括酸洗机组、冷轧机和热处理设备的选型。

酸洗机组有连续酸洗机组和推拉式酸洗机组两种。设有热轧钢带卷热处理炉和抛丸机的均采用连续酸洗机组。对于高牌号电工钢带，其酸洗机组需配备如下设备：(1)为了防止高硅钢带边裂，在部分设备前配备带钢边部加热器，并采取防止带钢脆断的相应措施。(2)配备适于焊接取向电工钢带和高牌号无取向电工钢带的焊机，如氩弧焊机、激光焊机等。采用氩弧焊时，还应设置焊后焊缝退火装置。对于低碳电工钢带可采用闪光焊机。(3)生产高牌号电工钢带须设热轧钢带卷热处理炉，并在酸洗前增设抛丸机等机械破鳞装置。

冷轧机电工钢带车间一般采用四辊、六辊(HC)、偏八辊、十二辊和二十辊等多种型式轧机。高牌号取向电工钢带和高牌号无取向电工钢带多采用单机架可逆式多辊轧机轧制。无取向电工钢带和取向电工钢带的第一轧程，可采用六辊或四辊冷连轧机轧制。取向电工钢带的第二轧程，仍采用单机架可逆式多辊轧机轧制。为了生产薄规格的高牌号电工钢带，提高轧制精度和电磁性能，可在轧机上采用高温轧制、高精度厚度自动控制以及板型自动检测和控制等新技术。

热处理设备主要有：用于无取向电工钢带生产的成品脱碳和再结晶退火炉，绝缘涂层的烘干和烧结炉；用于取向电工钢带生产的脱碳和中间退火炉、最终脱碳和再结晶退火炉，氧化镁隔离涂层的干燥炉、二次再结晶高温退火炉，绝缘涂层干燥和拉伸热平整炉。还有高磁感取向电工钢带和高牌号无取向电工钢带轧前的热处理炉等。除取向电工钢带二次再结晶高温通氢退火炉外，其余热处理设备常采用卧式或立式连续退火炉。生产高牌号电工钢带一般采用卧式连续退火炉；生产低牌号、高产量的无取向电工钢带可选用立式连续退火炉。为了节省机组的入口和出口段设备，涂层、烘干和烧结炉通常设置在机组后部。对于高产或多功能的连续退火机组，涂层机组不宜设在退火机组中，而应单独设置。

用于取向电工钢带的二次再结晶高温通氢退火炉有罩式炉、直通隧道式退火炉和炉床回转式环形退火炉三种。罩式炉用电或煤气加热，设备比较简单，生产灵活性大，但能耗高，占地面积大，一般用于产量比较低(小于3万t／a)的车间。直通隧道式退火炉用电加热、炉床回转式环形退火炉用煤气加热。这两种炉子，钢卷是在可移动的台车上按一定周期在炉内移动，进行预热、加热、均热和冷却，因而生产连续性强、产量高、能耗低、占地少，便于采用计算机集中控制和管理，但设备比较复杂、投资大，一般用于产量比较高的车间。

车间组成和平面布置冷轧电工钢带车间由酸洗、冷轧、热处理和精整等工段以及保护气体发生站、煤气精脱硫站、废水处理装置、贮酸间，涂液配制中心，检验室、试验车间、集中供碱系统和防腐间等辅助设施组成。

根据产量和品种规格的不同，冷轧电工钢带车间一般采取平行跨间和垂直跨间两种布置方式。

冷轧电工钢带生产工艺复杂，设备多，生产周期长，因此在进行车间平面布置时，特别要考虑生产工艺流程的顺畅，并能充分提高占地使用率。

特殊要求主要有：(1)生产电工钢带的前工序，如炼铁、炼钢、连铸和热轧，是影响电工钢带电磁性能的关键，必须满足电工钢带的生产要求；(2)为了保证电工钢带的质量，能源介质应有严格的要求，如连续退火炉用煤气，要求含硫量小于15mg／m³，氢气的纯度要求为99．99％，氮气的纯度要求为99．999％；(3)为确保安全生产，在通有氢气的情况下进行电工钢带高温退火时，必须考虑设置事故情况下使用的电源、供水和供氮气等设施。

消耗指标每吨电工钢带的主要消耗指标为：热轧带钢，生产取向电工钢带为1．10～1．29t，生产无取向电工钢带为1．05—1．12t；燃料3．03～4．28GJ；电力62．8～6。10kW•h。

发展趋势对于电工钢带为：取向电工钢带向低铁损、高磁感方向发展。无取向电工钢带向低铁损、高磁感以及高牌号、电磁性能好、价格低廉的低碳低硅电工钢带方向发展。

对于取向电工钢与无取向电工钢的生产技术为：研制硅钢新成分，净化钢质，发展薄规格的高磁性产品并采用预退火工艺、一次冷轧法、高温串列式退火等。生产无取向产品采用连轧法和水淬冷却技术等。生产取向产品，采用激光刻痕、机械刻痕、细化磁畴和环形高温退火炉等技术。