1、概述
2011年，我國電工鋼表觀消費量約為783.35萬t，其中，冷軋無取向電工鋼表觀消費量約為601.49萬t。隨著我國工業化的發展和變革，無取向電工鋼板帶的需求量在不斷增長。冷軋無取向電工鋼生產中，需要進行脫脂清洗、退火、涂層固化處理。本文結合國內外無取向電工鋼的發展情況，介紹了無取向電工鋼處理線的新技術。
2、冷軋無取向電工鋼處理線新技術
冷軋無取向電工鋼處理線是無取向電工鋼生產的核心，其集多種生產工藝于一體。
無取向電工鋼處理線技術的發展，主要體現在清洗技術、熱處理技術、涂層技術、帶鋼檢測技術的發展。
2.1、帶鋼脫脂清洗技術
帶鋼表面的清潔質量是產品質量的先決條件，沒有清洗潔凈的帶鋼將會直接影響到成品的電磁性能，還會造成爐輥結瘤。因此，帶鋼清潔技術至關重要。目前冷軋無取向電工鋼處理線采用聯合清洗技術，即對帶鋼先進行堿噴洗（或浸洗）加噴刷，然后進行水刷洗和熱水噴淋。為了達到更好的清洗效果，許多處理線除了采用常規的堿洗設備外，還增加了電解清洗設備，
帶鋼在經過堿液化學清洗后，由于皂化作用和乳化作用有限，許多油污粒子和鐵粉等還附著在帶鋼表面的空隙里面，不易徹底清洗干凈，因此需要進行電解清洗。電解清洗技術發展很快，目前主要采用高密度電解清洗以達到更快更好的清洗效果。高密度電解即在電解過程中增加電流強度，在一定范圍之內，電流強度越大，產生氣泡越多，電解清洗效果越明顯。一般常規電解清洗電流密度最大為15A/dm2，高密度電解清洗電流密度可達50~100A/dm2。
2.2、熱處理技術
熱處理技術是電工鋼生產的核心技術之一。熱處理中燃燒、加熱、冷卻技術一直在不斷地發展和創新。
（1）快速加熱技術
電工鋼退火爐的加熱速率一般約為20℃/s。快速加熱技術，即采用快速加熱裝置（直接通電或感應加熱），以100~550℃/s的加熱速率將帶鋼快速加熱到脫碳溫度，不僅大大提高了電工鋼的磁性，還提高了作業率。目前，日本住友、日本鋼管、新日鐵和美國Armco公司已將該項技術用于生產無取向電工鋼和取向電工鋼。
（2）全輻射管加熱技術
傳統無取向電工鋼退火爐采用無氧化加熱與輻射管加熱結合的方式，這對生產一般品質的無取向電工鋼是可行的，但不宜生產品質較高、要求加熱溫度較高的電工鋼產品。無氧化爐無氧化加熱采用明火與帶鋼接觸，通過控制空燃比來防止帶鋼氧化；而全輻射管加熱則是通過輻射加熱的方式，帶鋼存在于有保護氛圍的爐內，不與火焰接觸，因而氧化幾率非常低。
與無氧化加熱相比，全輻射管加熱前面爐段中爐溫與板溫溫差相對較小，帶鋼升溫速率較低，達到工藝板溫所需要的爐長較長。因此，應提高前面爐段輻射管能力，從而提高爐溫，此外，全輻射管加熱段長度較長，投資也有所增加。
（3）燒嘴燃燒及控制技術
針對電工鋼帶鋼需在盡量短的時間達到一定的高溫，同時為了盡量提高燒嘴的效率，燒嘴燃燒技術是快速加熱的一項重要技術。20世紀90年代末，日本鋼管公司（NKK）和日本工業爐公司（NFK）研制出了新型高效蓄熱式燃燒器，煙氣余熱的回收達到極限（空氣預熱溫度高達1000~1200℃），而排煙溫度則降至100℃左右，同時實現了低NOx物的排放，形成了真正意義上的高溫空氣燃燒技術、即“第2代再生燃燒技術”。這種高效蓄熱式燃燒技術在實際應用中具有顯著的優點：一是可節約能源25%~70%；二是爐體尺寸可縮小15%~30%；三是污染排放可降低25%以上。
除了控制燃燒效率達到節能效果之外，對于燒嘴控制和燒嘴的點火控制也很關鍵。傳統的電工鋼處理機組采用比例控制方式來調節爐區溫度，爐外配置有長明燒嘴進行手動點火。手動點火不僅增加了人員的操作強度，而且由于長明燒嘴始終在燃燒，造成了能源浪費。此外，使用比例控制方式調節燒嘴燃燒，其調節一個區段的空氣和燃氣比例，在調節過程中不僅會帶來爐壓波動大，而且會導致空燃比調節一時難以匹配，燃燒不充分，從而造成能源浪費和廢氣排放不合格。
新型燒嘴采用脈沖控制方式，并帶有自動點火裝置，其優點：一是自動點火方式減輕了人工的操作強度；二是沒有長明燒嘴，減少了不必要的能源浪費；三是每個燒嘴已經調節好了固定的空燃比，只需進行開或關，燃燒效率高，不會造成能源浪費和廢氣排放不合格。
（4）高溫高氫退火技術
不同的鋼種，對退火溫度的要求不同，一般電工鋼牌號越高，要求爐溫越高，其對爐體輻射管、碳套、耐材等的要求也越高。
為了提高帶鋼的產品質量，尤其是為了獲得更加光潔的帶鋼表面質量，需在高溫退火時通入高氫氣氛，氫氣含量可以達到70%以上。但氫氣為易燃氣體，能與空氣形成爆炸性混合物，遇熱或明火即爆炸，在空氣中其爆炸極限含量為4.1%~74.2%。因此，對爐子的氣密性、安全性、爐壓控制等要求更嚴格。
（5）氣墊懸浮帶鋼技術
在退火爐的高溫濕氣氛段，帶鋼表面沉積下來的氧化物（Fe3O4、Fe2O3、FeO、FeSiO、SiO2等）極易被還原，因此在與帶鋼接觸的此段爐輥上會形成結瘤而導致帶鋼劃傷。為了解決該問題，采用帶鋼氣墊懸浮裝置（圖3）來可取代爐輥。其工作原理是利用空氣動力學的基本原理，采用高溫循環風機，使漂浮器噴嘴噴出的強大氣流在鋼帶下面產生一種托力，致使帶鋼懸浮從而代替了爐輥支持帶鋼。
氣墊懸浮裝置廣泛應用于涂層后的帶鋼，由于其表面涂層液沒有完全固化，應盡量避免與其他物體接觸，采用氣墊懸浮裝置，有利于保護涂層。此外，氣墊懸浮裝置本身帶有導流板，可以對帶鋼進行糾偏。
（6）控冷技術
高溫退火后，帶鋼進入到緩冷段，緩冷到600℃左右的過程中對電工鋼帶鋼的磁性和板形至關重要，因此常規配置的緩冷段都有多分割閥，用于調節帶鋼的冷卻速率。對于不同寬度規格的帶鋼，多分割閥的開度不同。新開發的多分割閥配備有自動執行機構，可根據不同的工藝制度及不同的帶鋼寬度對多分割閥開度進行控制，可更加精準地控制帶鋼冷卻速率。
（7）余熱利用回收技術
退火機組的余熱回收能大大提高節能效果。余熱回收主要是將退火爐排放的煙氣回收（圖4），利用到清洗段的介質加熱，使其在正常穩定生產下可以不使用蒸汽進行加熱。余熱回收方式有3種：一是低壓熱交換器余熱回收，二是余熱鍋爐回收，三是高溫水回收。對于電工鋼連續處理機組，采用高溫水回收是性價比最高的一種方式，其投資小，節能效果顯著。其利用煙氣加熱高溫水裝置，高溫水裝置是一個密閉循環的裝置，不僅可以對清洗段堿液加熱，也可以對清洗熱水加熱，還可以對熱風干燥進行加熱。
2.3、涂層技術
電工鋼帶鋼表面需要涂覆一層絕緣層。電工鋼的絕緣性、耐熱性、附著性、沖片性、疊片系數、焊接性能、耐油性能、耐氟利昂性能等都與涂層有著密切的關系。為此，提高涂層的精度、開發新的涂層液，改善帶鋼涂覆和固化條件等是涂層技術發展的方向。
（1）高精度涂層機技術
涂層機是涂覆絕緣層的的關鍵設備，經過多年發展，涂層機由原來的二輥涂層機（上下各1個輥）、四輥涂層機（上下各2個輥），發展到上下各3個輥的六輥涂層機。六輥涂層機輥子分別為涂布輥、粘液輥、計量輥，此外還有預噴涂嘴、機架及升降機。為了對帶鋼上下涂層進行調節，帶鋼上下表面各一套涂層機。目前這類涂層機又分成兩種，一種是先對帶鋼下表面進行涂層，經過轉向后再對上表面進行涂層，上下表面涂層厚度可以分別控制，這種涂層機已在寶鋼應用。另外一種是對帶鋼上下表面同時進行涂層，上下表面涂層均可控制，這種涂層機在日本、歐洲、中國臺灣等國家和地區廣泛應用。
另外，為了達到精確的涂層控制要求，還配備有膜厚儀用于檢測涂層厚度，并利用檢測的厚度值對涂層機進行閉環控制，以達到實時控制涂層厚度的目的。
（2）新型涂層液的開發與選用
無取向電工鋼表面絕緣涂層主要有無機涂層、有機涂層和半無機涂層3大類。
目前，我國冷軋無取向電工鋼表面涂層大多為含鉻的絕緣涂層。在帶鋼表面涂覆絕緣層不僅要求其具有良好的粘著性、耐熱性、耐蝕性、耐油性和耐冷凍性，而且還應具有連續沖制性和良好的焊接性能。總的發展趨勢是有機涂層逐漸被淘汰，無機涂層逐漸代替半無機涂層。
新的涂層液發展方向分為綠色環保化（無鉻、無有機溶劑）、無機-有機納米雜化材料（摻雜材料）、自粘結涂層3個方面。日本、韓國以及我國部分涂層液廠家已經開發了無鉻涂層液，如韓國采用無鉻稀土元素涂層液，日本采用磷酸鹽-有機樹脂絕緣涂層，我國采用含鉬酸鹽環保涂層液。此外，我國正在進行聚有機硅倍半氧烷涂層液的研發。
自粘結涂層電工鋼以自粘接涂層固定鐵芯疊片，而且是在鐵芯整個面上進行固定，固定強度大大提高，特別適合于其他固定方式會導致扭曲或剛性不夠以及不便于鉚接和焊接的情況，電工鋼磁性能損傷少，在達到相同的效果下電機可以做得更小，并且有效地減小了鐵芯中電工鋼片的振動和噪音，適用于高品質音響電機。這種涂層電工鋼在磁懸浮列車上已經得以應用，而且前途和市場非常廣。
（3）后清洗裝置的選用
有的企業在無取向電工鋼退火生產線的退火爐段之后增加了后清洗裝置。后清洗裝置的作用是對經過退火后的帶鋼進行清洗，以減少帶鋼表面殘余雜質（如碳粉），獲得清潔的基板，以及進行板溫調節，達到最適合涂層的帶鋼溫度。
2.4、高精度帶鋼檢測技術
為了確保電工鋼的產品質量，在生產線上配備了一系列在線檢測設備，其中常規配置有糾偏裝置、連續測厚儀、鐵損儀以及各種在線分析儀。
現在許多電工鋼處理線還配備了先進的檢測裝置，如在線膜厚儀、帶鋼缺陷檢測儀等。膜厚儀用于檢測帶鋼表面涂覆絕緣層的厚度和均勻性，目前膜厚儀有兩類，一類是在涂層前后都設置厚度檢測，利用前后差值來計算涂覆絕緣層厚度；另一類是在帶鋼涂覆之后通過X射線熒光攝像，對絕緣層中的某一化學成分進行分析，得出絕緣層厚度。有的處理線利用這膜厚儀測量值反饋給涂層機，涂層機根據反饋值進行實時調整，實現了閉環控制。
帶鋼缺陷檢測是利用影像技術，對連續運行的帶鋼進行跟蹤，把其與系統內所有的缺陷進行對比，從而找出具體的帶鋼缺陷。
目前電工鋼處理線上膜厚儀、缺陷檢測儀雖然都在使用，但檢測精度較低。此外，退火爐為臥式爐，板溫的測量不夠準確。
2.5、其他
另外，電工鋼處理線與其他板帶處理線一樣，在上卷、開卷、穿帶、焊接、卸卷等方面自動化控制技術較先進。
電工鋼新產品的開發已有成果，如的電動汽車用電工鋼、中高頻電機用極薄電工鋼片（0.15mm左右）、中高頻電機用高硅電工鋼片（硅含量達到6.5%）。隨著熱軋電工鋼今年將最終退出市場，以前一直在倡導，并且國外一直大量生產的低碳低硅半工藝電工鋼以低生產成本且節能環保的優勢將取代熱軋電工鋼片。
3、結語
在全球石油資源緊張，電力消耗持續增長的大背景下，電工鋼具備在電子和磁特性上的優勢，在鋼鐵生產中的地位越來越重。隨著工業現代化的發展，電工鋼生產線的技術也日新月異，我國應在電工鋼處理線方面不斷地開發新工藝、新技術，以達到生產出能耗和成本更低、產量和質量更高的冷軋電工鋼產品
(關鍵字：電工鋼 處理 技術)
