第七章 电工钢

六、硅钢的冶炼方法
（一）氧气顶吹转炉冶炼工艺 1 冶炼条件 冶炼硅钢时，炉子条件要好，一般要在炉役 10炉以后进行冶炼。 对铁水的要求，主要是S、P含量要低，一般 S≤0.05%，P≤0.25。冶炼高硅钢时，S ≤0.07%。 氧气纯度要高，水分要低，氧气纯度>98.5%， 水分<5g/m3。
六、硅钢的冶炼方法
五、化学成分对硅钢片性能的影响
3 钢中气体的影响 氧： 钢中的氧大多以夹杂物状态存在，极少部分溶于 α铁中。这两种形式的氧对电磁性能的危害都很大，使铁 损增加，导磁率和磁感应强度下降。溶于α铁中的氧是产 生磁时效现象的原因之一。 氮： 氮和氧的作用相似，也是有害元素。固溶体中的氮 会提高矫顽力，降低磁导率。当形成细针状氮化物时，对 磁性的影响比以球状存在的碳化物要大。氮也是引起磁时 效的原因之一。如果将氮由0.005%降至0.002%，就能使铁 损降低15%。 冷轧取向变压器硅钢中，也可利用适量的AlN等细小夹 杂，来获得完善的取向织构，得到优良的磁性。 氢： 氢会提高硅钢片的铁损，并会使硅钢片发生氢脆现象。
六、硅钢的冶炼方法
5 底吹供气制度 吹炼初期和中期适度的小气量底搅拌，不仅 加快初期熔池中碳的氧化速度，有利于提温和成 渣，而且使金属和炉渣受到良好搅拌作用，使脱 碳反应在吹炼过程中能平稳地进行，减少由于炉 渣发泡过甚而造成溢渣和由于炉渣—金属搅拌太 差而产生爆发性喷溅的可能性。 冶炼硅钢的技术关键是在于消除熔池低碳区 由于碳浓度的降低，CO气体发生量剧减及钢渣 反应衰减而造成的严重不平衡现象。
（2）涡流损失 铁芯在交流电作用下磁化时，由于磁场是交变 的，铁芯中会产生涡电流，这种电流使电能以热的形 式损失掉，由此引起的能量损失称为涡流损失。 减少涡流损失的措施： 1）增加电阻率，在钢中加入硅就是为了增大电阻 率，减少涡流损失； 2）减小铁芯的硅钢片厚度，并在薄硅钢片之间采 用绝缘漆涂层。
五、化学成分对硅钢片性能的影响
2 其它元素的影响 （5）锰 锰是扩大γ区元素，Mn含量高时使钢出现α+ γ双相组织，退火时造成相变应力和奥氏体，对磁 性不利。高硅钢中锰含量在0.15~0.25%时，对磁性 的影响不显著。如果锰含量继续增加，将使钢的磁 导率减小。 硅钢中的锰主要保证硫起有利作用，生成的 MnS夹杂沿晶界析出可以阻碍初次晶粒长大，以利 于发展二次再结晶，获得晶粒取向。一般钢中 Mn/S为8~10时，这种效果更为显著。
六、硅钢的冶炼方法
（二）复吹转炉冶炼工艺（以武钢50t转炉冶炼无 取向硅钢为例） 1 冶炼条件 公称容量50t，装入量75t，炉衬用镁碳砖。顶 吹氧枪喷头结构为三喉式。底吹N2-Ar的供气元件 为6块镁碳质多孔定向供气砖和夹缝式供气砖。 顶吹氧气纯度99.58%，底吹氩气和氮气的纯度 分别为99.99和99.999%。
五、化学成分对硅钢片性能的影响
2 其它元素的影响 （3）磷 磷和硅一样也使γ区缩小，促使晶粒长大，并 使钢的电阻率升高，从而降低铁损，提高硅钢的电 磁性能。但是，磷会提高钢的冷脆性，使冷加工困 难。故对于冷轧取向硅钢，磷应作为有害元素而去 除。一般要求钢中磷<0.015%。
五、化学成分对硅钢片性能的影响
2 造渣和供氧操作 冶炼硅钢时，要尽早形成高碱度，有适当FeO 和流动性良好的炉渣，并做到全程化渣，以便最 大限度地脱磷。一般终渣碱度控制在3~4。 氧枪基本采用“恒压变枪位”操作。吹炼枪位 比普碳钢高，吹炼硅钢的后期，由于熔池中碳已 降得很低，降碳速度较慢，应适当提前降枪，以 防止防止钢水过氧化，并缩短吹炼时间。
六、硅钢的冶炼方法
3 温度和终点控制 温度控制是控制硅钢冶金质量的重要环节。 冶炼硅钢时过程温度不宜太高。出钢温度不能过 高，否则使终点P增加，钢中气体增加，还会加剧 钢液对炉衬的侵蚀，使钢中外来夹杂物增加。 由于硅钢冶炼终点碳低，过程剩余热量较 多，需要加入冷却剂来调整过程温度，操作中应 尽量准确控制前、中期温度不过高，防止后期加 入过多冷却剂调温。
2．铁损 铁损指硅钢片使用时的能量损耗。包括磁滞损失 和涡流损失。 （1）磁滞损失 磁滞回线可以表示出铁磁材料的磁感应强度B与 外磁场强度H的关系。磁滞回线所围的面积可以代表 硅钢片往复磁化一次时所消耗的能量，称为磁滞损失。 为了降低磁滞损失，要求剩磁和矫顽力小，因此 希望硅钢片晶粒度大，杂质少，有利于磁畴转向。
第七章 电工钢质量要求及冶炼技术
一、电工硅钢概述
1 电工硅钢的发展及现状 电工硅钢时一种软磁材料，在磁性材料中占有最重要的 地位，约占磁性材料总量的90~95%。 冷轧硅钢片是三十年代发展的，是硅钢片生产领域中的 最重要的进步。冷轧硅钢片的铁损比热轧硅钢片低 30~40%，强磁场下的磁感应强度提高25~26%，用它来制 作电机或变压器，重量和体积可减少30~40%，还可节约大 量电能。 晶粒取向电工钢其磁性显著优越于无取向硅钢片。该 硅钢片具有（110）[100]的晶体织构。取向硅钢1997年世界 年产量就已超过140万 t，日本产品质量居首位。
3．其它要求 除了上述电磁性能外，由于硅钢片在制造中 要剪切、冲压成各种形状，因此不能过脆，要 经过弯曲试验检查其脆性。 对硅钢片的表面也有严格要求，表面不能 有锈斑、麻点和夹杂物，厚度要均匀。 表面质量主要与轧制工艺有关。
三、硅钢的分类
按用途：电机硅钢和变压器硅钢 按化学成分：低硅（0.8~1.8%Si） 中硅（1.8~2.8%Si） 高硅（>2.8%Si） 按轧制工艺：热轧硅钢和冷轧硅钢 冷轧硅钢片按晶粒取向可分为无取向和 有取向冷轧硅钢。有取向冷轧硅钢可分为单 取向和双取向冷轧硅钢。含硅量一般为 2.8~3.5%。
四、影响硅钢片性能的物理因素
4．应力 应力分为内应力和外应力，内应力是硅钢 片中存在的间隙固液体形成元素和非金属夹杂 物等引起的晶格扭曲、畸变造成的。在轧制、 剪切或热处理后快冷的过程中，会产生残余应 力（外应力）。 应力的存在使硅钢的铁损和矫顽力增加， 磁导率降低，恶化硅钢片的电磁性能，应设法 减少或消除。
六、硅钢的冶炼方法
4 脱氧和合金化 日本某厂冶炼取向硅钢时合金化在钢包中进行。 先加铝预脱氧，加入量1.5~2.4kg/t，终点碳含量较 高则加入钢芯铝量取下限，否则取上限，以便控制 钢中酸溶铝≤0.003%。然后用硅，金属硅（98%） 从出钢开始加入，至出70%钢水时加完。金属硅应 在600℃下烘烤6h。 由于脱氧和合金化时加入大量铁合金，应注意 防止回磷。
六、硅钢的冶炼方法
4 顶吹供氧制度 从改善吹炼过程和促进熔池反应考虑，在吹 炼的大部分时间里，较高的顶吹氧枪位与适当的 底搅拌一样是必要的。它不仅能提高初期成渣速 度，有利于脱磷反应的进行，而且可以避免中期 炉渣返干和喷溅。而吹炼后期的压枪操作，则可 加快熔池低碳时的脱碳提温和钢、渣之间反应的 速度。 采用恒压变枪操作，氧气压力位1.05MPa， 流量为12000m3/h。
六、硅钢的冶炼方法
2 装入制度 冶炼无取向硅钢时，铁水装入转炉之前先经 KR脱硫。加入顺序为先加活性石灰，再加废钢 （不大于10%），最后兑铁水。 这样既减轻加废钢时对炉衬的冲击破坏，又 可使石灰预热，提高初期渣的碱度，有利于前期 脱磷和减缓对炉衬的侵蚀。
六、硅钢的冶炼方法
3 造渣制度 采用复吹工艺后，由于提高了成渣效果，炉 渣的精炼作用得到充分利用，因此可减少造渣材 料的加入量。 为了适应转炉煤气回收的要求，将主要渣料 （石灰和轻烧白云石）改为开吹时一批加入，吹 炼中期分批加入少量铁皮和萤石调渣，碱度控制 在3~4。 实践证明，这种操作避免了原两批渣料加入 后的炉渣返干和喷溅，提高了成渣速度。
四、影响硅钢片性能的物理因素
3．非金属夹杂物 实践证明，细小分散的夹杂物比粗大聚集 的夹杂物对磁性危害大，长条的针状夹杂物比 球状的危害大，呈棱角的含铝夹杂物对磁性危 害最大，球状硅酸盐夹杂物对磁性危害则小些。 需要指出的是，某些夹杂物也有有利作 用，有些对提高晶粒取向度有利。目前，广泛 采用MnS或AlN作为有利夹杂。MnS有利夹杂 呈球状，适宜大小为2× 10-6mm左右。
四、影响硅钢片性能的物理因素
2．晶粒大小 硅钢片的晶粒大小指高温退火后的铁素体 晶粒大小。 一般说来，晶粒越大，磁滞损失越小。在 满足塑性要求的条件下，希望得到比较大而均 匀的晶粒。但晶粒过大会导致塑性降低，脆性 增大。 对0.35mm厚的冷轧取向变压器硅钢片，比 较合适的晶粒大小约为5~10mm。
五、化学成分对硅钢片性能的影响
2 其它元素的影响 （2）硫 硫是硅钢中的有害元素之一，不但增加钢的热脆 性，同时也对电磁性能危害较大。在钢液凝固时，硫 几乎全部以夹杂物的形式析出，造成组织不均匀，退 火时阻碍铁素体晶粒长大，显著增加硅钢片的磁滞损 失。因此，成品硅钢片中的硫含量应控制在0.003%以 下。 但，适量的MnS夹杂对获得单取向冷轧硅钢片是 有利的，有助于再结晶时得到粗大的晶粒，通过冷轧 后的热处理便可获得有利的晶粒取向。 因此，生产冷轧取向硅钢片时，有时将硫含量控 制在0.01~0.02%.
2 其它元素的影响 （4）铝 铝的作用与硅类似可以提高钢的电阻系数，减小铁 损，促使硅钢片晶粒长大，促使碳石墨化和脱氧等，有 利于改善电磁性能。 铝还可以固定钢中的氮而减小磁时效现象。所以无 取向硅钢中铝含量很高。 在一定条件下，铝的加入也有助于形成对磁性有利 的织构。当钢中形成细小而弥散的AlN后不仅能够抑制 一次再结晶晶粒长大和促使二次再结晶的发展，而且还 有调整二次再结晶织构的作用，即弥散的AlN有促使特 定取向的晶粒择优长大的能力，从而严格控制二次再结 晶晶粒的取向，获得高的磁感应强度。
四、影响硅钢片性能的物理因素
影响硅钢片物理性能的因素有晶粒取向、 晶粒大小、非金属夹杂物、应力和厚度等。 1．晶粒取向 硅钢片是由体心立方的α铁素体晶粒所组 成。晶胞在各个方向上的磁性是不同的，称作 磁各向异性。[100]方向最易磁化，[110]方向 次之，而[111]方向最难磁化。 目前生产的硅钢片主要有两种织构： （1）单取向织构冷轧硅钢片 （2）双取向织构冷轧硅钢片