短流程工艺生产硅钢的发展现状、专利情况及研发方向

作者：王媛

硅钢是电力和电信工业用以制造发电机、电动机、互感器及其他电器仪表的重要软磁材料，同时也是一种高投入、高技术、高消耗、高成本的钢铁产品。从20世纪初期出现取向硅钢以来，美国、日本的研究者对其进行了大量的研究，生产工艺不断改进，性能水平不断提高。传统的生产基本是以厚板坯流程为主，但是传统的生产存在流程冗长、工艺复杂、技术严苛等问题。短流程生产线可以大幅度减少资源和能源的消耗，减少有害气体排放，降低生产成本。在全球排放问题日益紧迫、钢铁厂经济效益多数不佳的大背景下，短流程工艺生产钢铁能够有效缓解这种压力。

薄板坯连铸连轧技术、薄带铸轧技术均体现了缩短工艺流程的思想。传统的板坯连铸机+常规热轧机组要求厂房覆盖的工艺路线长度约为800m。薄板坯连铸工艺包括一台连铸机、常化炉和几个热轧机架，其所需的工艺路线长度约为一半，即300m~400m。而采用Castrip技术的薄带铸轧工艺的路线长度仅需60m，最新建成的这种工艺路线的长度已缩短至不足50m。各工艺路线对比情况见图1。

图1 各工艺路线对比

薄板坯连铸连轧技术因众多单位参与研究开发，形成了各具特色的生产工艺，最具代表性的薄板坯连铸连轧技术有西马克公司的CSP技术、德马克公司的ISP技术、达涅利公司的FTSR技术、奥地利VAI的CONROLL技术、鞍钢的ASP技术、新日铁住金的QSP技术等。其中，CSP技术应用最为普及，约占全球50%以上的市场份额。国内钢铁企业，如涟钢、唐钢、武钢（现属宝武集团）等都能批量生产中高碳钢和硅钢。利用薄板坯连铸连轧流程钢水凝固速率高的特点，马钢在国内率先采用CSP工艺试制成功冷轧中低牌号无取向硅钢，主要技术指标优于传统流程的同类型产品。武钢CSP作业线产量中无取向硅钢占比达40%。

国内外企业在薄带铸轧工艺生产钢铁方面开展了大量的研究及实践，目前发展最为火热的是纽柯的Castrip、浦项的Postrip、宝钢的Baostrip以及东北大学的E2Strip。东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（RAL）在实验室条件下开发出不同硅含量性能优异的无取向硅钢、取向硅钢和高硅钢。河北敬业集团与其合作实施启动了我国首套完全自主知识产权短流程薄带铸轧高品钢项目，该项目基于我国在薄带铸轧特殊钢产品工艺、装备技术等领域的理论研发成果，将E2Strip薄带铸轧技术成果产业化。

本文确定的检索范围截至2017年4月，全球共获得447件（合并为139项同族专利）短流程工艺生产硅钢专利。

检索到的447件专利共涉及50位专利权人，这些专利权人包含了钢铁公司、科研院校及装备供应商。

图2 国内外短流程工艺生产硅钢专利年度申请量分布图

从图2可以看出，短流程工艺生产硅钢技术自1977年开始有专利申请，至今发展近40年，大致经历3个阶段：

1977年~1999年的起步期。这一阶段专利申请量很少，占总申请量的13.7%。这一阶段跨度为23年，专利总申请量仅为19项，平均每年申请专利不足1项。这一阶段短流程工艺发展处于探索期，在生产硅钢方面的研究更是少之又少。

2000年~2008年的平稳期。这一阶段专利申请量占总申请量的17.3%。这一阶段跨度为9年，专利总申请量为24项，平均每年申请专利近3项。这一阶段短流程工艺尤其是薄板坯连铸连轧工艺经历消化吸收，完成了推广应用。

2009年以后的快速发展期。这一阶段专利申请量占总申请量的69.1%。这一阶段跨度为8年，专利总申请量为96项，平均每年申请专利达到10余项。这一阶段，薄带连铸技术得到了蓬勃发展。国内东北大学在此方面研究颇深，而在2016年，华南理工大学在薄板坯连铸连轧生产硅钢方面申请了6项专利。

表1为国内外主要申请人短流程工艺生产硅钢的专利分布情况。从表1中可以看出，短流程工艺生产硅钢专利申请居于前3位的申请人分别是蒂森克虏伯（118件）、纽柯（47件）、东北大学（38件）；前15位申请人中有6位中国申请人，其余9位申请人分别来自于德国、美国、韩国和日本等发达国家。

表1 国内外主要公司短流程工艺生产硅钢的专利分布情况

下面对主要申请人在短流程工艺生产硅钢方面的专利情况进行介绍。

蒂森克虏伯。蒂森克虏伯在短流程工艺生产硅钢领域共申请专利118件，是该领域专利申请量最多的国外申请人，申请时间跨度为1991年~2014年。蒂森克虏伯短流程工艺生产硅钢专利主要采用的是薄板坯连铸连轧方法，在此方面申请了93件专利。其中，有效专利67件，有效率为72%。此外，该公司在薄带铸轧生产硅钢方面申请了25件专利，其中有效专利2件。由此可见，蒂森克虏伯在薄板坯连铸连轧生产硅钢方面有明显的研发优势。

纽柯。纽柯在短流程工艺生产硅钢领域共申请专利47件，申请时间跨度为2001年~2014年。纽柯短流程工艺生产硅钢专利采用的是薄带铸轧方法；在申请的47件专利中，有效专利为41件，有效率为87%。

东北大学。东北大学在短流程工艺生产硅钢领域共申请专利38件，是该领域专利申请量最多的国内申请人，申请时间跨度为2005年~2016年。东北大学短流程工艺生产硅钢专利主要采用的是薄带铸轧方法，在此方面申请了36件专利。其中，有效专利35件，有效率为97%。东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室采用薄带铸轧技术（E2Strip）提供热轧带坯，经后续冷轧、热处理，开发出不同硅含量性能优异的无取向硅钢、取向硅钢和高硅钢。

AK STEEL。AK STEEL在短流程工艺生产硅钢领域共申请专利33件，申请时间跨度为1989年~2004年。AK STEEL短流程工艺生产硅钢专利在薄带铸轧方面申请了18件专利，全部有效；在薄板坯连铸连轧方法方面申请了15件专利，8件有效。

其他主要申请人。除了以上的主要申请人外，马钢、JFE、浦项、新日铁住金、宝武、BHP、北科大、华南理工、鞍钢、IHI等单位也申请了很多专利。

马钢和华南理工大学的短流程工艺生产硅钢专利，全部是采用薄板坯连铸连轧方法。马钢的专利是关于生产无瓦楞状缺陷的无取向硅钢、半工艺无取向硅钢、高效无取向硅钢、发蓝涂层无取向电工钢。华南理工大学的专利是关于生产半工艺无取向硅钢、发蓝涂层无取向电工钢。宝武集团的短流程工艺生产硅钢专利中，有11件是采用薄板坯连铸连轧方法，4件采用薄带铸轧方法，主要是生产无瓦楞状缺陷的无取向硅钢、半工艺无取向硅钢、无取向高硅钢。鞍钢有3件专利是采用薄板坯连铸连轧方法，1件专利是采用薄带铸轧方法。北京科技大学的专利涉及采用旋转水纺线法、快速凝固甩带法、定向凝固+中温包套轧制等实验室常用方法。

JFE的短流程工艺生产硅钢专利是采用薄板坯连铸连轧方法，目前已基本处于失效状态，表明JFE已经基本放弃短流程工艺生产硅钢的研发。浦项的短流程工艺生产硅钢专利是采用薄带铸轧方法生产无取向高硅钢，专利有效率为92%。新日铁住金的短流程工艺生产硅钢专利有7件是采用薄板坯连铸连轧方法，3件是采用薄带铸轧方法，专利有效率为60%。BHP的短流程工艺生产硅钢专利是采用薄带铸轧方法，IHI的6件专利均是与BHP共同申请的，BHP和IHI的专利有效率分别为75%和67%。

国内外短流程工艺生产硅钢技术的447件专利，以薄板坯连铸连轧和薄带铸轧生产硅钢为主。当前，国内外短流程工艺生产硅钢技术的专利，主要体现在利用薄板坯连铸连轧生产无瓦楞状缺陷的无取向硅钢、生产半工艺无取向硅钢、生产无取向高硅钢、高效无取向硅钢和取向硅钢方面，以及利用薄带铸轧工艺生产无取向高硅钢、取向高硅钢、超低碳取向硅钢和极薄取向硅钢方面。各工艺生产硅钢的主要研发方向及特点见表2。

表2 各工艺生产硅钢的主要研发方向及特点

来源：中国冶金报社

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