宝钢取向硅钢10年研发历程及进展_李国保.pdf

宝钢技术20 09年增刊宝钢取向硅钢1 0年研发历程及进展李国保(宝山钢铁股份有限公司硅钢部,上 海2 0 0 94 1)摘要:宝钢取向硅钢的研发经历了硕 果累累的1 0 年,从实验室建设开始,通过研发方 法创新 和技术创新,高效地完成了一般取向硅钢(C G O)和高磁感取向硅钢的产品工 艺技术 开发,有力支撑了取向硅钢生产线建设,为取向硅钢自主研发项目的成功莫定了基础产 线投产后,产品质量达到市场同类产品实 物质 量 水 平,B2 7Ro os!B2 3R 09 0 等产品填补了国内空白宝钢取向硅钢产品越来越受到用户的欢迎,并通过部分标,粉性的 国内大型变压器厂和合资变压器厂的技术认证,制造的变压器最高电压等级达到80 0kV,最高容量达 到4 8万kVA关键词:取向硅钢;高磁感;变压器中图分类号:TG 14 2.7 7文献标志码:B文章编 号:100 8一071 6(200 9)增一00 46一0 4andDe v eloPmentofGrain#or iene tdS l i ic onSe tel inBa o ste elo fr1 0 Ye a r sL lGu oba o(S迸e onSe e tlD ePar tment,Ba o shn aIro n&S e telCo.,Ltd.,Sha ng haiZX()94 1,Ch ina)A bstr a ct:It15u r fiu t fl10yea s rsin e eBa o ste elstar tedtode v elopits脚in一orie ntedsilieo nste el.Fo rmthelaboa rto汀eonstu retion,tho rughas erie sofin no vationinmethodandte ehnolo群,theR&Dte amsu e ees su fllyde v elopeditse om mo n脚in一or ie ntedsilie onste el(CGO)a ndhighmagnetief luxden sity脚in一or ie ntedsilie o nste el(H i一B)inlaboa rto叮,whiehvow e而llys up por ted h tee o nstu retionofthesilie onsteelpo rduetionline.A t fe rthelinewasPutintooPea rtio n,thePo r du etqualitya ehie vedthele v elofh tesimila rpo r duetso nthemarket.Somepo rduets,sueha sB27R 09 5andB23R 090,hav efilledthedomestiegapin邵ain一orie ntedsilie onste el.Thega rin一or ientedsilie onste elpo rdue edbyBa o ste el15wele omedbymoe rn admoe ru s es randha sbeena uthentiea tedbys omedome stiela笔eta rn so fm rermanu a fetue rs randjointv e ntue rs.Thehighe stv oltagea rnkofthea r tnso fm re rmadeofBao ste el.5silie o nste ele ra ehe s80 0kV,a nditshih ge ste apaeitye raehes4 50(XX)kv A.Keyword s:脚in一orientedsilie o nste el:Hi一B;tr anso fm re r0前言取向硅钢是晶粒的易磁化方向平行于轧向!含硅量3%左右的电工钢取向硅钢可分为一般取向硅钢和高磁感取向硅钢两大类,多用于 电能传输领域(如变压器等),是电力!电子和军事工业不可缺少的重要金属功能材料取向硅钢素有钢铁艺术品之称,技术 含量高!工艺复杂,是否掌握取向硅钢生产技术往往李国保教授级高工196 3 年生198 9 年毕业于北京科技大学现从事材料研究专业电话2 664 5 77 1被用来衡量一个钢铁企业的技术实力2 0 0 0年前,国内只有 武钢具备批量生产冷轧取向硅钢产品 的能力,年产能约1 0万t,只能满足 国内市场的30%左右,缺口主要依赖进口,严重制约了下游行业的发展199 5 年宝钢 与 F JE签订了 引进中低牌号无取向硅钢生产一贯制技术和成 套设备合同,工程于2 000年投产经 过几年艰 苦的质量攻关和市场磨砺,宝钢牌 无取向硅钢 成功实现了进口替代及出口,在国内外 市场上获得了良好的声誉,使宝钢以高 质量的产品形象进人冷轧电工 钢供应商行列但是,宝钢不会仅仅满足 于生 产中低牌号无取向硅钢,宝钢清李国保宝钢取向硅钢1 0年研发历程及进展醒地认识到只有具备生产取向硅钢的产线 与技术能力,才能 成为名 副其实的冷轧硅钢 产品供应商,才能与宝钢现代化的钢铁 企业及 其雄 厚的技术实力相匹配因此,在进 行 中低 牌号 无取向硅钢 产线建 设的同时,把发 展取向硅钢提上 了议事日程,着手进行取向硅钢的发展规划以研究院硅钢研究室(所)为主 干,汇集宝钢硅钢方面的研发!生产 及设备技术等方面的专业人才,成立了硅钢前期工作小组,负责取向硅钢的发展战 略策划!产品工 艺 技术研究等工作在系统分析和研究国 内外取 向硅钢市场情况及生产技术发展趋势的基础上,不失时机 地启动了取 向硅钢工艺技术开发系列科研课题从实验室建设开始,以创新的研发方法为手段,以工程需求为导 向,以生产合格取向硅钢产品为目标,走开放式技术开发创 新之路,在 取 向硅钢 的产品及技术研发方面取得了一批重大成果本文将回顾宝钢取向硅钢o r年来的研发历程,简要总结1 0年研发的进展,介绍宝钢取向硅钢产品 的性能特点及其使用情况,提 出宝钢硅钢面临的课题及发展方向1宝钢硅钢近1 0 年研发历程1.1实验室的建设取向硅钢工艺流程长,涉及大量专用装备,如图1所示为了进行取向硅钢工艺技术开发,首先要建成完备的实验室装备图1典型取向硅钢生产工艺流程F主9.1Ty piealpo rdu etio npo c ressof脚in一o r ientedsilieonsre el宝钢从199 7年开始建设 取向硅钢 实验室在系统梳理研究院已有资源 的基础上,以实验室装备能够模拟现场产线!研发手段符合取向硅钢技术发展方向为导向,策划 了增加板坯高温加热炉!热轧板常化炉!可控气氛热处理炉!高温退火炉及其配套设备的实验室建设方案,并进行了大量调研工作出人意料的是,不仅市场上没有现成的试验装备可供选择,有经验制造取向硅钢试验设备的厂家也寥寥无几,且因得不到关联企业的许可,无法向宝钢提供其装备,实验室建没面临技术封锁的难题面对这种情况,公司决策自主研发集成实验室装备,关键设备的 功能需求和基本设计由宝钢自己完成,再寻找有能力 的设备商承建自主建成了具有2 1世纪先进水平的取向硅钢实验室设备,基本实现了取向硅钢全流程产线的模拟,为取向硅钢产品研发奠定了基础1.2研发项目的策划虽然世界上掌握取向硅钢生产工艺技术的钢铁企业屈指可数,但取向硅钢已经过 了7 0多年的发展历程在漫长的发展过程 中,取向硅 钢 的产品质量档次不断提高,2 1世纪初,市场上已有铁损低于0.7 5W/kg的取向硅钢产品,不 到7 0年前的一半面对取向硅钢领域的高技术水平 门槛,宝钢必须利用现代冶金科技成果,自士 开发取向硅钢生产工艺技术,实现跨越式发展为此,研究院根据宝钢取向硅钢发展的整体规划,分阶段系统策划了取向硅钢研发项目第一阶段,取向硅钢工艺技术预研究阶段本阶段研究重点在于摸索取向硅钢 的基本制宝钢技术2009年增刊造方法及工艺要求,并由此提出实验室关键装备的功能需求,为实验室设备设计提供依据在实验室基本贯通了取向硅钢工艺流程,获得了铁损小于1.30W/kg的取向硅钢合格样品,为进一步的产品研发奠定了基础第二阶段,取 向硅钢产品实验室研发阶段本阶段的研发工作以产品研制 为龙头,全面展开了0.2 3一0.3 0mm3个厚度规格的一般取向硅钢和高磁感取向硅钢产品工艺技术研发200 4年上半年,稳定地试制出合格的取向硅钢实验室样品,其中,0.3 0m m规格CGO性能 达 到B 3OG 130牌号的水平,部分性能达到了B 30G 12 0的水平;薄规格的0.27 mm和0.2 3 mmCGO的研制 分别达到B 2 7G 120及B 23Gllo的 水平0.30mm规格高磁感取向硅钢达到B3 0P 10 5的水平;0.2 7m m和0.2 3规格高磁感取向硅钢铁损平均值达到0.9 8W/kg和0.9 2W/kg,完成了研发目标,实验室样品磁性能合格率都在8 5%以上通过课题的研究,明确了生产CG O产品的各工序关键工艺参数及控制要点,具备了大生产工艺转化的必要条件第三阶段,取向硅钢产线设备谈判技术 支撑阶段本阶段的研发工作以工程需求为导向,为取向硅钢产线设备谈判提供技术支撑,回答设备谈判进程中遇到的疑难问题,重点研究产线基本设计参数变更时,对产品质量的可能影响,降低技术风险第四阶段,取向硅钢生产技术开发及大生产验证(投产)阶段本阶段以两个取向硅钢一贯制技术研发项目为主线,以后工序产线投产前基本解决前工序技术问题为目标,重点解决产品生产工艺参数的控制规律性问题!产品工艺转化问题及批量生产的问题通过全工序工艺环节的系统梳理,策划了4 6个科研课题,一贯制课题以生产合格产品为目标,工序实现技术课题以工艺参数的稳定控制及批量生产为目标,两类项目互为依托!相互支撑,构成一个有机的整体1.3取向硅钢产线建设技术支撑2 00 4年下半年,宝钢基本完成了取向硅钢产品及技术的实验室研发工作,并根据实验室成果及宝钢精品碳钢生产经验,提出 了取向硅钢各产线的基本工艺需求及设备功能需求,进行模拟产线设计,进而完成了产线基本设计,具备了硅钢产线 自主集成的必要条件产线设备技术谈判过程中,根据设备能力及设备配置的具体情况,对关键工艺参数进行专项认证试验,确保产线设计满足工艺需求,降低技术风险2 00 5年底,以宝钢 自主 开发技术为特征的常化产线!常化酸洗产线!可逆轧机产线!取向硅钢中间退火和脱碳退火产线!高温退火产线!热拉伸平整产线等主工 艺产线技术附件签字,关键设计参数都经过了实验室模拟研究,保证了产线设计满足产品工艺需求1.4研发方法及管理创新取向硅钢研发项目具有难度高!涉及面广!时间节点紧!直接应用于工程建设等鲜明特点,只能成功,不能失败因此,高效保障研发资源!强化研发质量及进度管理!提 高研发效率非常重要在公司的大力支持下,硅钢团队根据研发各阶段的特点,进行了研发方法和管理创新实验室研发阶段,引人了六西格玛设计方法论(D FSS),将 复杂的产品研制过程划分为(l确认)!D(设计)!O(优化)!V(验证)四个阶段,采用DOE设计工具,有效地缩短了设计!研发周期,实现高效能的产品开发过程同时,应用完善的统计工具,以大量数据证明研究成果的可靠性和可实现性,保证了研发对工程建设技术支撑的 可靠性和有效性另 一方面,从产品研发 的策划阶段开始就关注客户的心声,将客户的要求与工艺要素挂钩,融人整个产品的生产工艺流程中,并进行动态更新,保证研制出 的产品能准确地反映客户 的要求短短3年多时间,取向硅钢3个规格6个牌号产品均稳定获得实验室合格样品,显示了引入DF SS方法论的功效生产技术开发及大生产验证(投产)阶段,公司创新了项目管理制度,硅 钢项目试点大项目经理制,简化流程!强化项目 目标!进度和研发过程的管理与推进,保证研发质量和进度满足硅钢投产的要求在大项 目经理的领导下,各项目团 队充分利用前工序验证和大生产验证平台,细致策划验证方案,整合宝钢集团范围内的可 用资源,尽可能延伸产品验证的工序,取得了丰硕的成果标志性成果有:硅钢产线投产前,完成9 000t现场验证,实验室样品合格率稳定在 8 5%以上;硅钢产线投产后,C G O产品一次投产成功,产品性能达到同类产品实物质量水平;投产3个月后,完成高磁感取向硅钢产品工 艺 调试,并陆续生产出李国保宝钢取向硅钢1 0年研发历程及进展合格的0.2 3一0.2 7mm规格高磁感取向硅钢产品,0.30mm规格高磁感取向硅钢达 到B3 0P 10 5水平,激光刻痕 产品牌号分别达到B2 7R 09 5和B2 3R 090的水平,填补了 国内空白;投产半年后,实现了取向硅钢的稳定批量生产等这些成果充分证明,宝钢取向硅钢一贯制技术和工序实现技术研发取得了巨大的成功2宝钢取向硅钢产品性能特点及用户使用情况20 08年取向硅钢产线投产以来,宝钢先后完成了一般取向硅钢和高磁感取向硅钢产品工艺调试,其中,一般取向硅钢可以批量生产B 27G 12 0-B30G 140各牌号产品,高磁感 取向硅 钢 实现了0.2 7一0.30mm规格产品 的批量生产,最高牌号达到B2 7P 100和B3 0P 10 5的水平,激光刻痕产品达到B2 7RO9 5水平,0.2 3m m规格产品工艺调试取得初步成功,B2 3R 09 0牌号产品已进入市场认证阶段,填补了 国内空白表l为宝钢批量供应的取向硅钢典型磁性能情况,从表中数据可以看出,宝钢取向硅钢产 品达到了市场同类产品的实物质量水平表1取向硅钢典型磁性能Tab le1Typ ie almagn etiepr oper tyof脚in一orie ntedsilie o nste el类类型型牌号号层间电阻/铁损/(w.kg一.)磁感/T T T(n.cmZ)P P P P P P P P P 1 5/50 0 0P 17/50 0 0B 8 8 8B 25 5 5一一般取向硅钢钢B 2 7G 120 0 014 0 0 00.78 8 81.16 6 61.8 5 5 51.92 2 2B B B B B 2 7G 130 0 0 0 00.8 3 3 31.22 2 21.84 4 41.9 1 1 1B B B B B 3 0G120 0 0190 0 00.8 3 3 31.17 7 71.85 5 51.9 3 3 3B B B B B 3 0G130 0 0 0 00.85 5 51.23 3 31.85 5 51.9 3 3 3B B B B B30G140 0 0 0 00.8 9 9 91.31 1 11.84 4 41.92 2 2高高磁感取向硅钢钢B 2 7 P I(洲2 2280 0 00.7 2 2 20.9 7 7 71.9 0 0 01.94 4 4B B B B B3 0P 10 5 5 5 5 50.77 7 71.0 2 2 21.9 0 0 01.94 4 4B B B B B 30P I 10 0 0 0 00.8 0 0 01.0 6 6 61.8 9 9 9l,9 3 3 3B B B B B3 0P120 0 0 0 008 8 8 8l,14 4 41.8 9 9 91.9 3 3 3磁磁畴细化高磁感取向硅钢钢B27R0 9 5 5 52 80 0 00.6 8 8 80.9 0 0 01.8 9 9 91.9 3 3 3宝钢硅钢投产以来,已向市场提供约6万t的高质量取向硅钢产品,用户已使用 宝钢取向硅钢成品制作各种电压和容量等级的变压器,最高电压等级达到80 0kV,最高容量达到 4 8 万kVA宝 钢取向硅钢已通过部分国内大型变压器 厂和合资变压器厂的技术认证,有的行业标志性企业已开始批量使用宝钢高磁感取向硅钢,替代进口产品,宝钢牌取向硅钢正在成长为受用户欢迎的品牌3今后的课题在过去 的 1 0年,我 国工业化进程日新月异!经济快速发展,国内钢铁年产能已由约2亿t发展到5亿t左右,与之同步,取向硅 钢 的生产能力及消费量也达到了前所未有 的水平国内取向硅钢表观消 费量由199 7年的约 3 5万t增 加到了20 08年的约5 5万;t同期,取 向硅钢 的年产能已由10万t增加到约5 0万t,估计200 9年还要增加o r万t,超过了表观消费量按有关消息证实,今后若干年内,取向硅钢的年产能将会进一步增加,有可能超过o ro万t的水平,产能过剩 的局面已然形成,市场竞争将日趋激烈另一方面,由于石油 天然气 等能源资源供应紧张局面 的形成,节能降耗成为世界各国追求的目标,国际上普遍采用发布和实施新 的能效标准的形式来促进提高能效的工作取向硅钢作为电力传输过程中最重要的 功 能材料,势必面临越来越严格的降耗压力,更进一步提高取向硅钢产品的实物质量水平!开发磁感更高铁损更低的取向硅钢产品,将是今后一段时期紧迫而现实的任务市场竞争和市场需求对宝钢硅钢产品提出 了挑战,也指 出了产品质量改进和新产品研发方向宝钢在 近期的取向硅钢研发方面,将重点 发展高磁感取向硅钢产品,通过对高S i含量化!薄规格化(0.2 3m m以下)!磁畴细化等工艺技术的深人研发,提高产品的磁性能水平,满足高能效变压器的使川 要求;中长期来看,将开发 短流程方法 生产取向硅钢 的技术,降低制造过程 中的能源消耗,开发低成本取向硅钢生产技术(收稿日期:20 09一0 7一02)