取向矽鋼脫碳退火試驗系統及試驗方法與流程

2023-05-27 17:01:06 3

本發明屬於取向矽鋼熱處理技術領域，具體地說，本發明涉及一種取向矽鋼脫碳退火試驗系統及試驗方法。

背景技術：

取向矽鋼大量用於製造變壓器等製造領域，由於工藝複雜，被譽為鋼鐵製造中的「藝術品」。

由於生產工藝複雜，取向矽鋼製造技術掌握在較少國家，目前主要包括日本、美國、德國、俄羅斯、韓國、中國等，產品生產技術難度大，產品附加值高，需求旺盛，供給有限，價格波動較小。國內具備批量生產取向矽鋼的企業主要包括寶鋼、武鋼、首鋼等企業，少量民企能夠生產普通取向矽鋼。

取向矽鋼生產工藝主要包括：鐵水預處理—轉爐冶煉—RH真空處理—連鑄—加熱—熱軋—常化—冷軋—脫碳退火—MgO隔離塗層—高溫退火—最終塗層。

其中脫碳退火的目的是：完成初次再結晶，使基體中有足夠有利織構的初次晶粒(二次晶核)有利於它們長大的初次在結晶織構和組織；將鋼中碳脫到0.003％以下，保證以後高溫退火時處於單一的α相，發展完善的二次再結晶組織和去除鋼中硫和氮，並消除產品的磁時效；鋼帶部分形成緻密均勻的SiO2薄膜。

脫碳退火工藝對取向矽鋼產品開發至關重要，實驗室試驗裝置能夠有效開展工藝開發，提高開發效率。目前國內相關試驗裝置均為中試線，投資大，運行成本高。

技術實現要素：

本發明提供一種取向矽鋼脫碳退火試驗系統及試驗方法，目的是滿足取向矽鋼脫碳退火工藝篩選需要。

為了實現上述目的，本發明採取的技術方案為：取向矽鋼脫碳退火試驗系統，包括退火爐、與退火爐連接的氣體採樣裝置、用於對氣體採樣裝置收集的混合氣體進行預處理的氣體預處理裝置和用於對預處理後的混合氣體進行分析的檢測裝置。

所述退火爐為高溫管式爐。

所述退火爐內的工作溫度大於800℃。

所述退火爐內的工作溫度為1000℃。

所述氣體採樣裝置與所述退火爐的排氣口連接，氣體採樣裝置收集的混合氣體進入所述氣體預處理裝置，並由氣體預處理裝置去除混合氣體中的雜質和進行水、氣分離。

所述檢測裝置包括用於測定一氧化碳和氧氣含量的紅外氣體分析儀、用於測定氫氣含量的熱導氣體分析儀、用於測定氮氣含量的氮氣分析儀以及用於測定水分含量的水分儀。

本發明還提供了一種取向矽鋼脫碳退火試驗方法，採用上述試驗系統，通過氣體採樣裝置收集退火爐中產生的混合氣體，氣體預處理裝置對混合氣體預處理後，由檢測裝置對預處理後的混合氣體進行分析。

退火爐工作時，靠爐內氣氛中的水蒸氣與置於退火爐內的取向矽鋼中的碳反應產生氫氣和一氧化碳。

通過向退火爐中通入保護氣體和水蒸氣，通入的保護氣體和水蒸氣與退火爐中的氫氣、一氧化碳混合形成混合氣體。

通入退火爐中的保護氣體包含有氮氣和氫氣。

本發明的取向矽鋼脫碳退火試驗系統，能夠實現退火溫度、脫碳氣氛特別是各類氣體動態監測、分析，實現數據動態記錄，滿足取向矽鋼脫碳退火工藝篩選需要，且設備投資少，運行成本低。

具體實施方式

下面通過對實施例的描述，對本發明的具體實施方式作進一步詳細的說明，目的是幫助本領域的技術人員對本發明的發明構思、技術方案有更完整、準確和深入的理解，並有助於其實施。

本發明提供了一種取向矽鋼脫碳退火試驗系統，其主要包括退火爐、與退火爐連接的氣體採樣裝置、用於對氣體採樣裝置收集的混合氣體進行預處理的氣體預處理裝置和用於對預處理後的混合氣體進行分析的檢測裝置。通過抽取採樣方式，測定混合氣體中各組分的濃度。基本原理為：退火爐進行退火溫度工藝設定，通過保護氣體、水蒸氣的加入，調節脫碳退火的氣氛，通過退火爐排氣口的進行混合氣體的採集，採集到的混合氣體經過預處理後進行動態分析，可實現混合氣體中CO、N2、H2、O2、H2O各組分含量的測定。

作為優選的，退火爐為高溫管式爐，其結構如同本領域技術人員所公知的那樣，在此不再贅述。退火爐內進行脫碳的原理是：靠爐內氣氛中的水蒸氣與置於退火爐中的取向矽鋼中的碳反應產生氫氣和一氧化碳，可逆反應式為：

退火爐內的工作溫度大於800℃，優選為1000℃，滿足脫碳退火800～900℃的要求。

高溫管式爐還具有通入保護氣體和加溼的功能，通過向退火爐中通入保護氣體，通入的保護氣體與退火爐中產生的氫氣、一氧化碳和水蒸氣混合形成混 合氣體，通入退火爐中的保護氣體為包含有氮氣和氫氣的氮氫混合氣。根據試驗需要，不同組分氣體預先混合後通入高溫管式爐中。通過配備加溼器，加溼器將水加熱，產生的水蒸氣和保護氣體一同通入高溫管式爐中。

氣體採樣裝置與退火爐的上部排氣口連接，氣體採樣裝置收集的混合氣體先進入氣體預處理裝置，並由氣體預處理裝置去除混合氣體中含有的雜質和進行水、氣分離，有利於提高後續分析結果的準確性。

氣體預處理裝置包括壓縮機冷凝除水器、排水蠕動泵、防腐取樣泵、精密過濾器等部件，主要起去除雜質和水、氣分離。爐內氣體通過壓縮機冷凝除水器進行水、氣分離，利用排水蠕動泵獲得爐內氣體中被冷凝的主要水分並計量，採用蠕動泵是避免冷凝水被汙染；然後通過防腐取樣泵獲得脫去大部分水汽的煙氣，並通過精密過濾器，濾去其中固體雜質，獲得預處理混合氣體。

經預處理後的混合氣體，由檢測裝置對混合氣體進行分析，並測定混合氣體中各組分的含量。混合氣體中的組分包括一氧化碳、氮氣、氫氣、氧氣、和水蒸氣，其中一氧化碳採用NDIR(非分散紅外)法測定，分析儀器為紅外氣體分析儀，附帶電化學氧氣傳感器測定氧氣含量；氫氣採用熱導法測定含量，檢測儀器為熱導氣體分析儀；採用電化學法測定氮氣的含量，儀器為氮氣分析儀；採用阻容法測定水分的含量，檢測儀器為水分儀。因此，檢測裝置包括用於測定一氧化碳含量的紅外氣體分析儀、用於測定氫氣含量的熱導氣體分析儀、用於測定氮氣含量的氮氣分析儀和用於測定水分含量的水分儀，紅外氣體分析儀通過配備的電化學氧氣傳感器測定混合氣體中氧氣的含量。

本發明還提供了一種取向矽鋼脫碳退火試驗方法，採用上述結構的試驗系統，通過氣體採樣裝置收集退火爐中產生的混合氣體，氣體預處理裝置對混合氣體預處理後，由檢測裝置對預處理後的混合氣體進行分析。

試驗過程中，退火爐工作時，靠爐內氣氛中的水蒸氣與置於退火爐內的取向矽鋼中的碳反應產生氫氣和一氧化碳。通過向退火爐中通入保護氣體和水蒸氣，保護氣體為包含有氮氣和氫氣的氮氫混合氣或僅包含氮氣。通入的保護氣體與退火爐中的氫氣、一氧化碳混合形成混合氣體。

檢測裝置的紅外氣體分析儀、熱導氣體分析儀、氮氣分析儀和水分儀均通過接口與計算機連接，試驗過程中，各個檢測儀器將檢測的動態數據傳輸至計算機，由計算機實現動態顯示和記錄。

本發明的取向矽鋼脫碳退火試驗系統及試驗方法具有以下優點：

1)可通過預先混合各類氣體，及各類氣體所佔組分，實現脫碳退火氣氛控制；

2)能夠實現脫碳氣氛特別是各類氣體動態監測、分析，並實現數據動態記錄。滿足取向矽鋼脫碳退火工藝篩選需要，且設備投資少，運行成本低。

實施例1

脫碳退火試驗實例：高溫管式爐快速升溫至840℃後，同時開啟氣體採集裝置、氣體預處理裝置和檢測裝置各設備，開始氣氛動態檢測。

高溫管式爐內的工作溫度達到840℃後，向高溫管式爐內通入乾燥氮氣，並吹掃10分鐘，將碳含量為0.30％的取向矽鋼試驗樣板放置於試樣架上，並放置高溫管式爐的爐口備用。

用加溼器將水溫加熱到60～65℃，通過調整將0.2MPa氫氣和0.2MPa氮氣混合，氫氣、氮氣比例約為1:1，將氮氣、氫氣混合氣體和加溼產生的水蒸氣一同加入高溫管式爐的爐膛，待穩定後，將備用的裝有碳含量為0.30％的試驗樣板的試樣架迅速拖至高溫管式爐的工藝段(工作段)，保持2～3分鐘後，迅速將試樣架拉到高溫管式爐的冷卻段，高溫管式爐內停止通入氫氣和水蒸氣，僅通入 氮氣；待試驗樣板溫度冷卻至200℃後，將試樣架拉至爐口，待試驗樣板溫度低於50℃後取出。

試驗樣板通過碳硫儀測定碳含量為0.0025～0.0030％，整個過程，試驗氣體組分依據輸入壓力進行預設定，同時通過氣體收集裝置、檢測裝置動態檢測進行監控，實現脫碳退火氣氛的實時顯示，便於了解實際試驗過程的氣氛變化。

以上對本發明進行了示例性描述。顯然，本發明具體實現並不受上述方式的限制。只要是採用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進；或未經改進，將本發明的上述構思和技術方案直接應用於其它場合的，均在本發明的保護範圍之內。