[发明专利]热扩散连续制备高硅钢片的方法及其高硅钢片连轧装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅钢制备工艺及装备，特别是一种高硅钢制备工艺及装备，应用于连续制备6.5wt.%Si高硅钢片生产领域。

背景技术

硅钢是电力和电讯工业用以制造发电机、电动机、变压器、互感器、继电器以及其它电器仪表的重要磁性材料，含硅量为6.5wt.%Si的高硅钢磁致伸缩系数趋于零、磁导率最大、电阻率大，涡流损耗小，是制作低噪音、低铁损的理想铁芯材料。然而由于硅含量的提高，硅钢片的脆性增大，传统的轧制方法难以加工，因此目前大批量生产的硅钢片的硅含量大都在4wt%以内。在能源日益紧张的今天，尤其在高频信息领域，高硅钢片被重新考虑为普通硅钢片的替代材料，开发6.5wt.%Si高硅钢片的制备工艺对于节能减排具有十分深远的意义。

目前，对Fe-6.5wt.%Si的硅钢薄带的制备方法进行了很多研究，制备高硅钢片的方法主要有传统轧制法、快速凝固法和CVD法。自60年代以来，人们尝试改进传统轧制法制备高硅钢片，但传统轧制过程复杂、能量消耗大且成材率低，很难应用于工业成产。而且随Si含量的增加，屈服强度和抗拉强度会明显提高而延伸率则会降低，机械加工性能变差。由于高硅铁硅合金自身无法避免的脆性，常规轧制方法无法将其直接轧制加工成能够实际应用的薄带或板材。快速凝固法是指利用急冷工艺生产出高硅钢薄带，但这种工艺生产出来的薄带厚度和宽度有限，不易形成大规模生产。CVD法以普通硅钢片为基底，在钢板表面与硅化物发生高温化学反应使Si富集在硅钢片上，再通过热处理使Si扩散到整个硅钢板中从而制得高硅钢，目前这是唯一能够实现工业规模化生产高硅钢的制备方法。但CVD法存在沉积温度高、能耗大、硅钢表面质量差、需温轧平整、铁流失严重等缺点，同时SiCl₄具有较强腐蚀性，遇水蒸气即产生盐酸酸雾，反应产物FeCl₂废气污染环境而无法进行大规模生产，因此，该技术受到很大的制约，这也是生产高硅钢需要研究和亟待解决的关键问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的缺陷，提供一种热扩散连续制备高硅钢片的方法及其高硅钢片连轧装置，解决了传统轧制法制备高硅钢过程的硅钢脆性大的问题，能近终成型连续制备高硅钢薄带，轧制过程工艺简单，能量消耗较低，成材率高，属于绿色无污染的洁净制备技术，易于应用于工业生产。

为达到上述发明创造目的，本发明的构思如下：

考虑到含硅量不低于6.5wt.%Si的高硅钢的严重脆性，本发明设想在延展性较好的纯铁板上或者低硅钢板上均匀铺上一层厚度适中的纳米级或者微米级的微细硅粉，再盖上一层纯铁板或者低硅钢板，形成三明治的结构，由于上下铁板或低硅钢板具有良好的延展性，因此可以采用多道次轧制的方法，必要时进行一定的中间退火工序，形成厚度很薄的铁板-硅粉层-铁板的三明治机械复合的结构，且将整体结构的厚度控制在200-300微米，然后将轧制好的三明治复合板置于带还原气氛保护的扩散炉中，进行1200-1300℃的高温热扩散，将中间的硅粉层中的硅全部扩散至上下纯铁板或者低硅钢板中，则可以获得最终成分为含硅量不低于6.5wt.%Si的高硅钢近终型薄带。

根据以上发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种热扩散连续制备高硅钢片的方法，包括如下步骤：

a. 空心低硅钢板带的制备过程：采用两卷宽度相同的洁净的低硅钢板卷，对向开卷，并平行临近形成均匀等距离的夹层空隙，然后将夹层空隙两侧的低硅钢板卷边缘连接缝合，形成具有夹层空隙的空心低硅钢板带；用于制备空心低硅钢板带的板材优选为不含Si的纯铁板卷或者Si含量为0.1～4wt.%的低硅钢板卷，其厚度为0.1～200mm，宽度为50～2000mm；用于制备空心低硅钢板带的低硅钢板卷边缘连接缝合优选采用氩弧焊缝合或预先将低硅钢板卷边缘轧制成凸凹嵌合的形式进行封闭，形成空心低硅钢板带的两片低硅钢板之间的夹层空隙尺寸范围为1～100mm；采用的高硅粉末优选为纯度为100%的纯硅粉、含硅量为7～99wt.%的铁硅合金粉或平均硅含量为7～99wt.%的铁粉和纯硅粉的混合粉，粉末的粒径为10纳米～100微米；

b. 布料过程：将高硅粉末加入到在步骤a中制备的空心低硅钢板带的夹层空隙内，使高硅粉末均匀注入两片低硅钢板之间，形成低硅钢板带的芯部高硅粉末层；高硅粉末的加料方式优选为扁嘴式的自然重力加料、多喷头式气体载体加料或者震动筛式加料方式；