本发明涉及取向硅钢的生产技术领域，主要技术特征是利用全无头薄板坯连铸连轧工艺(ESP,Endless strip production)特点代替了经典高温取向硅钢生产工艺中的加热和热轧工序，尤其是省略了经典生产工艺中的高温加热板坯步骤，大幅降低生产成本和减少了钢带的切头切尾，提高生产效率，保证钢带性能均匀性。按照此工艺可生产出性能优异的高磁感取向硅钢。
技术背景
取向硅钢按照磁性能优劣可以分为普通取向硅钢(CGO)和高磁感取向硅钢(Hi-B)。1968年由新日铁以AlN+MnS作为抑制剂，采用高温加热一次大压下率冷轧法首次生产出高磁感取向硅钢(Hi-B)，并成为通用的高磁感取向硅钢制造工艺。上述生产方法的工艺流程包括：将板坯加热至1350℃以上温度保温30分钟以上，使铸坯中MnS等析出相完全固溶，目的是在热轧和常化过程中重新析出细小弥散的析出相；将热轧板进行常化酸洗后一次冷轧到成品厚度；脱碳退火后在钢带表面涂布退火隔离剂进行高温退火。70年代爆发全球能源危机后，钢铁生产企业对降低能源消耗的需求越来越迫切，高磁感取向硅钢生产工艺的研发集中在降低铸坯加热温度上，1996年新日铁提出了全新的低温加热法生产高磁感取向硅钢，该法的工艺特点是低温加热铸坯，热轧板常化后一次冷轧至成品厚度，在脱碳退火后对钢带进行渗氮处理提高钢带中的抑制剂含量。
上述的“高温法”和“低温法”两种经典的工艺是目前生产高磁感取向硅钢的主流方法。经过几十年的发展，已经非常成熟，但是也存在许多难以解决的问题。“高温法”制造取向硅钢，连铸坯需要保温坑中进行缓冷，此过程析出大量的粗大MnS、AlN第二相质点，这些粗大的第二相质点在二次再结晶退火时不能发挥抑制剂的作用，因此必须要在热轧之前将铸坯加热至很高的温度(>1350℃)，目的是让MnS和AlN完全固溶，在后续的生产过程中重新以细小状态弥散析出。AlN的完全固溶温度是1280℃，MnS的完全固溶温度是1320℃，实际生产中往往将加热温度设为1350-1400℃以上，以使粗大的析出相完全固溶。生产中采用的经典操作制度是：燃气加热炉预热至1200-1250℃保温1-3小时，感应炉加热到1350-1400℃保温30分钟以上。“高温法”生产高磁感取向硅钢的缺点是显而易见的，高温加热导致板坯烧损很高，需要经常停炉清渣，生产效率低燃料消耗多，制造成本高。尤其是常规轧制工艺采用单坯轧制，每轧一块板都要有穿带和甩尾的过程，板坯首尾质量难以保证，常出现断带、边裂等问题，轧辊消耗严重，既影响产品质量，又影响生产效率。“低温法”制造取向硅钢利用AlN作为主要的抑制剂，降低了热轧前的板坯加热温度，但是精炼后的钢水中不能含有足量的N，以防止铸坯出现表面起皮等缺陷，因此在热轧和常化过程中不能析出足够多的抑制剂，需要在高温退火之前单独进行渗氮处理，以期在钢带中获得更多的AlN析出相，这就需要额外建设一条渗氮退火线并进行精确控制形成的抑制剂数量，无疑增加了取向硅钢的工艺成本和制造难度。
薄板坯连铸无头轧制技术(ESP Endless strip production)是20世纪90年代末研发成功的一种高效热轧板生产技术，2000年意大利达阿维迪公司投产了世界第一条无头轧制生产线。ESP工艺是目前基于铸-轧概念最为紧凑的冶金工艺，其生产线长度可大幅缩短至192m，生产线一般包括连铸机-大压下轧机-感应加热-高压除鳞-精轧机组-层流冷却-卷曲，ESP工艺的核心是在粗轧和精轧连续不断的进行轧制生产。ESP工艺有无头轧制和半无头轧制两种模式，生产0.8～4mm的热轧板时，是无头轧制，粗轧得到的中间坯经感应加热后直接送入精轧机组。当生产4～6mm热轧板时，ESP产线调整为半无头轧制，用摆式剪或者转鼓剪将中间坯按照生产单个钢卷的尺寸进行切割。切下的中间坯经感应加热送入精轧机组。ESP生产线依靠连续不间断的铸轧组合工艺生产热轧带钢，这种工艺实现了连铸、连轧、在线热处理、在线检查的连续化，极大的提高了热轧板生产效率。ESP生产线可用于生产部分冷轧基板钢种、热轧商品卷、高等级的优质钢种。目前国内已有应用ESP工艺生产低碳钢的报道，但应用ESP工艺生产高磁感取向硅钢的研究尚未见报道。
我们基于ESP工艺的技术特点，并对其生产线进行了一些适应性的改造，提出了一种应用ESP工艺生产高磁感取向硅钢的方法，利用该方法能够生产出磁性能优良的高磁感取向硅钢。
本发明中的生产方法，相比于经典“高温法”，通过提高连铸机拉速，尽可能的减少连铸过程中板坯温降，保证铸坯温度，连铸坯不经显著冷却就直接进行加热，以充分利用自身热量，避免第二相析出，这是简化传统的板坯高温加热工序的先决条件。由于铸坯拉速快、表面温度高，在连铸过程中析出的第二相粒子数量少、板坯未经冷却，避免了冷却过程中第二相粒子的大量析出，因此不需对板坯进行长时间预热和高温状态保温，只需将带温板坯再加热到高温状态，铸坯中析出的少量第二相粒子即可完全溶解。具体来讲，连铸后铸坯经过设置在热轧机组和连铸机之间的感应加热炉，感应加热炉迅速将铸坯加热到1300～1400℃高温状态，进入热轧机组进行无头轧制。实现上述的生产工艺需要大质量流浇铸和大的铸速来支撑，基于这一点，我们采用几何形状复杂的漏斗形结晶器与浸入式水口结合，并采用电磁制动(EMBR)对大铸速连铸的流动条件进行优化，电磁制动的应用能够有效的缓解液面波动，能够实现大拉速连铸。配合强大、灵活的二冷系统，减少板坯温降，减少凝固过程钢中第二相粒子的析出。
与“低温法”相比，由于连铸后的高温加热能使连铸过程析出的少量第二相粒子完全溶解，保证了热轧和常化过程重新析出的第二相粒子的数量足够，可以确保高温退火时抑制初次晶粒的正常长大。因此在高温退火之前不需要进行渗氮处理，从而显著降低了工艺成本和制造难度。
本发明中所描述的生产方法，与传统工艺相比，简化了热轧前的加热工艺和取向硅钢生产的后流程，同时由于采用无头轧制生产热轧板，极大的提高了热轧生产效率，降低了生产成本，提高了产品竞争力。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种采用紧凑型的生产流程，采用无头轧制，提高生产效率，稳定热轧卷质量，最终生产高质量取向硅钢。本发明的主要工艺流程包括冶炼、精炼、薄板坯连铸、热连轧、冷轧、脱碳、高温退火等步骤的基于ESP无头轧制技术生产高磁感取向硅钢的方法。
本发明的技术方案是：一种基于ESP无头轧制技术生产高磁感取向硅钢的方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤1.冶炼：将选取精炼完成后的取向硅钢的钢水，其成分的质量百分比：C：0.03～0.08％，Si：2.8～3.4％，Mn：0.05～0.12％，S：0.015～0.03％，Al：0.02～0.04％，N：0.006～0.010％，其余为铁及不可避免的夹杂物,备用；
步骤2.连铸：将步骤1的取向硅钢的钢水连铸成铸坯，铸坯厚度90mm-110mm；
步骤3.板坯加热及热轧：在连铸机和粗轧机之间设置感应加热炉对铸坯进行加热，加热至一定温度后进入粗轧机组，粗轧后的中间坯厚度在10-20mm，中间坯经感应炉加热至1150-1250℃，除鳞后进入精轧机组轧至1-3mm，层流冷却后进行卷曲，卷曲温度500-600℃；
步骤4.常化及酸洗：对热轧板进行常化处理，然后在80-90℃的2-4％HCl中酸洗1-2min；
步骤5.冷轧：将酸洗后的钢带冷轧至0.18-0.3mm厚度；
步骤6.脱碳退火：冷轧钢带在氢氧化钠溶液中碱洗去油，脱碳退火升温速率20-50℃/s，脱碳温度800～850℃，保温时间5min，气氛为湿的20-40％H2+60-80％N2，露点50-60℃；
步骤7.高温退火：将脱碳板涂布MgO隔离剂，然后将其置于干燥炉中500-700℃保温2h除去水分，随后进行高温退火；
步骤8.涂敷绝缘涂层，进行平整拉伸退火。
进一步，所述步骤1中的钢水成分还包括：Sn：0.06％～0.1％；Cr：0.05％～0.2％；Sb：0.02％～0.05％；Mo：0.01％～0.02％；Cr：0.05％～0.2％；中的一种或者多种。
进一步，所述步骤2中的连铸机采用直弧形，结晶器为漏斗形，并配有电磁制动功能，拉速4-6m/min，铸坯温度控制在1000～1100℃。
进一步，所述的步骤3中的铸坯加热温度为1300-1400℃。所述热轧的终轧温度为950-1060℃。所述的层流冷却的冷却速度为10-100℃/s。
进一步，所述常化处理为两段式常化，第一段为：温度为1050～1150℃，时间为10～40s；第二段为：温度为850～900℃，时间为30-200s。
进一步，所述步骤7的高温退火的具体工艺为：先在占体积比为25-40％N2和体积比60-75％H2的气氛以10-50℃/h的升温速率加热至900℃，再以10℃～30℃/h升温至1100～1200℃，然后改用纯H2气氛中保温10～40小时，断电后换为体积比为75％H2和体积比为25％N2的气氛下冷却至700℃，再换为氮气冷至低于300℃出炉。
进一步，所述步骤7中的退火隔离剂包括MgO和添加剂，添加剂质量百分比为0.5-10％。所述添加剂为TiO2、Sb系化合物、Sn系化合物、硼化物、硫化物、氯化物、碳酸盐、碱金属化合物中的一种或多种。
C是一种奥氏体稳定元素，在本发明中，在钢水中加入一定量的C元素的目的是使热轧和常化时保证钢中含有一定量的奥氏体，在热轧的精轧阶段促进MnS的析出，在常化时也保有一定量的奥氏体相，常化后的快冷阶段可获得大量细小的AlN,如果C含量低于0.03％会导致铸坯加热时明显粗化，成品中易出现沿轧向分布的线状细晶，使磁性降低。如果C含量过高会使脱碳困难，并且使MnS固溶温度提高，需要提高板坯加热温度。因此将C含量规定为0.03％～0.08％。
取向硅钢中的Si使电阻率变大可有效降低铁损。Si含量影响高磁感取向硅钢的二次再结晶过程，有报道Hi-B钢中过高的Si含量会导致不能发生二次再结晶。同时，由于Si阻碍热轧动态再结晶，Si含量升高会导致热轧板组织不均匀。同时过高的Si含量使钢的脆性变大，将本发明中Si元素的含量规定为2.8％～3.4％。
Mn能提高取向硅钢的电阻，同时与S元素形成取向硅钢中重要的抑制剂MnS，Mn元素的含量和S元素含量关系密切，一般[Mn％]×[S％]＝(11～17)×10-4，取向硅钢的而擦再结晶组织完善，磁性能也比较好。同时要保持锰硫比合适，如果太低，取向硅钢在热轧时容易发生热脆，一般设为3左右。本发明中将Mn的范围设定为0.05％～0.12％，S元素设定为0.015％～0.03％。
Al元素与N元素形成取向硅钢中重要的抑制剂AlN,在常化时大量析出。Al和N元素的含量过低则会导致抑制剂的含量过少，二次再结晶不完全。Al含量过高容易导致底层质量变坏，如果钢水中N含量超过0.01％，有可能导致产品出现起皮和“泡疤”等表面缺陷，因此将Al元素的含量范围规定为0.02％～0.04％，N：0.006％～0.010％。
除C、Si、Mn、N、S等元素之外，本发明中的钢水成分中还会含有Sn、Cr、Sb、Mo等元素中的一种或多种，这些元素能在取向硅钢中稳定抑制剂。
本发明中涉及的Hi-B钢的成分中主要含有Si、C、Mn、S、Al、N等元素。在一定范围内C含量越低MnS析出温度越低。为尽可能避免连铸过程的第二相粒子的析出，将成分中碳含量设为0.03-0.08％，同时利用较快的拉速尽可能减少连铸过程温降，保证铸坯表面温度在1000-1100℃。根据平衡相图MnS的析出温度约1270℃(图一)，因此在粗轧机组之前设置感应加热炉，铸坯迅速加热至1300～1400℃，使连铸时析出的少量MnS固溶。Hi-B钢中作为抑制剂的细小MnS是在精轧阶段在α+γ两相区以位错为核心析出的，尤其在奥氏体相含量最多的温度下析出最快，在低于950℃时基本停止析出。利用Thermo-Calc软件Property Diagram模块模拟热轧过程MnS析出过程和奥氏体含量变化(图二、三)，在取向硅钢中奥氏体含量最多的温度区间是1100～1200℃，因此我们设定板坯粗轧后、精轧前通过感应加热至1150-1250℃。保证精轧过程奥氏体含量最多。
精轧时间控制在100-180s之间，将终轧温度制在950～1060℃。即，控制精轧过程的温度区间有利于MnS的析出。精轧过程中形成的大量位错作为MnS析出核心，促进MnS以细小弥散的状态均匀析出。终轧温度控制在950～1060℃以上，目的是尽量减少AlN在热轧过程中的析出。精轧之后进行急冷，目的是避免AlN的析出。冷却至500～600℃进行卷曲。
常化温度应选择γ相含量最多的温度，因为氮在奥氏体中的固溶度是在铁素体中的9倍，在此温度下有利于AlN的固溶。常化后冷却过程，在奥氏体到铁素体的转变过程中10-50nm的AlN大量析出，析出速度最快的温度区间是在950～1100℃之间。从平衡相图可知AlN开始析出温度约1150℃，根据钢种成分的不同，本发明中常化工艺为两段式常化，1050～1150℃(10～40s)+850～900℃(30-200s)。
常化、酸洗后将板坯冷轧至产品厚度，然后在800～850℃、湿的N2+H2气氛中进行脱碳，接着在钢带上涂布以MgO为主要成分的退火隔离剂，然后实施高温退火。高温退火操作制度是，先将其置于干燥炉中700℃保温2h除去水分。在25-40％N2+60-75％H2的气氛以10-50℃/h的升温速率加热至900℃，后以10～30℃/h升温至1100～1200℃然后改用纯H2在此气氛中保温10～40小时，断电后换为75％H2+25％N2冷却至700℃，在换为氮气冷制低于300℃出炉。
本发明中提出的取向硅钢制造方法具有以下有益效果：(1)采用最为紧凑的冶金流程，生产线占地面积小，基础建设投资小；(2)铸坯直接进行热轧，简化了板坯加热工艺，充分利用连铸坯中心位置温度高的特点，热轧时可利用较小的轧制力实现较大的压下量，减少轧辊损耗；(3)热轧过程采用无头轧制，产品性能稳定，轧制效率提高；(4)省略渗氮工艺，简化生产流程。
附图说明
图1为Fe-3.3Si合金相图。
图2为Fe-3.3Si取向硅钢热轧过程MnS的析出与温度的关系。
图3为热轧过程取向硅钢中奥氏体含量与温度的关系。
图4为Fe-3.3Si取向硅钢AlN的析出与温度的关系。
图5为ESP热轧生产线主要设备组成示意图。
图中：
1.连铸机、2.感应加热炉、3.粗轧机组、4.摆式剪、5.钢板离线装置、6.转鼓剪、7.废料移除装置、8.感应加热炉、9.高压除鳞机、10.精轧机组、11.层流冷却、12.高速飞剪、3.压板装置、14.卷取机。
具体实施方式
为便于理解本发明所述的高磁感取向硅钢生产方法，结合附图进一步做出说明。
本发明一种基于ESP无头轧制技术生产高磁感取向硅钢的方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤1.冶炼：将选取精炼完成后的取向硅钢的钢水，其成分的质量百分比：C：0.03～0.08％，Si：2.8～3.4％，Mn：0.05～0.12％，S：0.015～0.03％，Al：0.02～0.04％，N：0.006～0.010％，其余为铁及不可避免的夹杂物,备用；
步骤2.连铸：将步骤1的取向硅钢的钢水连铸成铸坯，铸坯厚度90mm-110mm；
步骤3.板坯加热及热轧：在连铸机和粗轧机之间设置感应加热炉对铸坯进行加热，加热至一定温度后进入粗轧机组，粗轧后的中间坯厚度在10-20mm，中间坯经感应炉加热至1150-1250℃，除鳞后进入精轧机组轧至1-3mm，层流冷却后进行卷曲，卷曲温度500-600℃；
步骤4.常化及酸洗：对热轧板进行常化处理，然后在80-90℃的2-4％HCl中酸洗1-2min；
步骤5.冷轧：将酸洗后的钢带冷轧至0.18-0.3mm厚度；
步骤6.脱碳退火：冷轧钢带在氢氧化钠溶液中碱洗去油，脱碳退火升温速率20-50℃/s，脱碳温度800～850℃，保温时间5min，气氛为湿的20-40％H2+60-80％N2，露点50-60℃；
步骤7.高温退火：将脱碳板涂布MgO隔离剂，然后将其置于干燥炉中500-700℃保温2h除去水分，随后进行高温退火；
步骤8.涂敷绝缘涂层，进行平整拉伸退火或采用激光刻痕进行细化磁畴处理，进一步降低铁损。
进一步，所述步骤1中的钢水成分还包括：Sn：0.06％～0.1％；Cr：0.05％～0.2％；Sb：0.02％～0.05％；Mo：0.01％～0.02％；Cr：0.05％～0.2％；中的一种或者多种。
进一步，所述步骤2中的连铸机采用直弧形，结晶器为漏斗形，并配有电磁制动功能，拉速4-6m/min，铸坯温度控制在1000～1100℃。
进一步，所述的步骤3中的铸坯加热温度为1300-1400℃。所述热轧的终轧温度为950-1060℃。所述的层流冷却的冷却速度为10-100℃/s。
进一步，所述常化处理为两段式常化，第一段为：温度为1050～1150℃，时间为10～40s；第二段为：温度为850～900℃，时间为30-200s。
进一步，所述步骤7的高温退火的具体工艺为：先在占体积比为25-40％N2和体积比60-75％H2的气氛以10-50℃/h的升温速率加热至900℃，再以10℃～30℃/h升温至1100～1200℃，然后改用纯H2气氛中保温10～40小时，断电后换为体积比为75％H2和体积比为25％N2的气氛下冷却至700℃，再换为氮气冷至低于300℃出炉。
进一步，所述步骤7中的退火隔离剂包括MgO和添加剂，添加剂质量百分比为0.5-10％所述添加剂为TiO2、Sb系化合物、Sn系化合物、硼化物、硫化物、氯化物、碳酸盐、碱金属化合物中的一种或多种。
实施例1
取向硅钢成分(以质量百分数计)C：0.06％，Si：3.1％，Mn：0.09％，S：0.015％，Al：0.03％，N：0.006％，其余为铁及不可避免的夹杂物，取向硅钢制造工艺如下：钢水冶炼完成后，利用薄板坯连铸机生产90mm铸坯，经过电磁感应加热炉加热至1380℃，粗轧至20mm中间坯，精轧机组入口处温度1230℃，轧至2mm，终轧温度约1050℃。经过层流冷却段进行冷却，层流冷却速度60℃/s，热轧钢带卷曲温度570℃。热轧板进行常化处理，常化制度为1100℃(20s)+900(180s)，在3％HCl中酸洗60s；冷轧至0.18mm，总变形量91％，板温控制在300℃左右；冷轧板在氢氧化钠溶液中进行碱洗，烘干后进行脱碳处理，脱碳温度850℃，露点50℃，采用脱碳气氛70％H2+30％N2；涂布MgO隔离剂，罩式退火，气氛75％H2+25％N2，首先升温至700保温2小时，缓慢升温至1200℃，保温20小时，涂敷绝缘涂层，采用激光刻痕细化磁畴。
实施例2
取向硅钢成分(以质量百分数计)C：0.055％，Si：3.0％，Mn：0.08％，S：0.015％，Al：0.02％，N：0.015％，其余为铁及不可避免的夹杂物；取向硅钢制造工艺如下：上述成分钢水冶炼完成后，利用薄板坯连铸机生产100mm厚铸坯，经过电磁感应加热炉加热至1350℃，粗轧至20mm中间坯，精轧机组入口处温度1210℃，轧至2.5mm，终轧温度约为1000℃。层流冷却速度70℃/s，热轧钢带卷曲温度550℃。热轧板进行常化处理，常化制度为1050℃(30s)+900(150s)，在3％HCl中酸洗60s；后经7道冷轧至0.23mm，总压下量91％，板温控制在300℃左右；将冷轧板碱洗、烘干，进行脱碳处理，脱碳温度850℃，露点50℃，采用脱碳气氛60％H2+40％N2；涂布MgO隔离剂，罩式退火，气氛75％H2+25％N2，首先升温至700保温2小时，缓慢升温至1200℃，保温25小时，冷却后涂敷绝缘涂层，激光刻痕细化磁畴处理。
实施例3
取向硅钢成分(以质量百分数计)C：0.06％，Si：3.1％，Mn：0.1％，S：0.02％，Al：0.04％，N：0.015％，其余为铁及不可避免的夹杂物，取向硅钢制造工艺如下：钢水冶炼完成后，利用薄板坯连铸机生产100mm铸坯，经过均电磁感应加热炉加热至1320℃，精轧机组入口处温度1180℃，终轧温度960℃，轧至2.5mm，经过层流冷却段进行冷却，层流冷却速度60℃/s，热轧钢带卷曲温度520℃。热轧板进行常化处理，常化制度为1100℃(15s)+900(180s)，在3％HCl中酸洗60s；后经7道冷轧至0.3mm，总变形量88％，板温控制在300℃左右；冷轧板在氢氧化钠溶液中进行碱洗，烘干后进行脱碳处理，脱碳温度830℃，露点50℃，采用脱碳气氛70％H2+30％N2；涂布MgO隔离剂，罩式退火，气氛75％H2+25％N2，首先升温至700保温2小时，缓慢升温至1200℃，保温15小时。涂敷绝缘涂层，激光刻痕细化磁畴处理。
表1实施例工艺参数和电磁性能指标
上述实施例仅为最佳举例，而非是对本发明实施方式的限定。