CN102989647B - 一种复合式烘干取向硅钢板绝缘涂层的方法 - Google Patents

Abstract

一种复合式烘干取向硅钢板绝缘涂层的方法：对经高温退火后的取向硅钢板涂布绝缘涂层；在感应炉内干燥；在电阻式加热炉内进行烧结及冷却；自然冷却至室温。本发明通过采用电磁感应加热和电阻式加热相结合的方法对取向硅钢板的绝缘涂层进行干燥烧结固化，涂层烘干效果良好，钢板表面电阻至少在4000Ω·mm²/片，整个烘干时间由现有技术的至少要用30S缩短为不超过20S，使烘干工序用时大为缩短，生产效率提高，且带钢受热均匀，涂层烘干由内而外使均匀性好，带钢表面质量显著提高；烘干工艺易于转换和控制，满足不同涂层工艺对涂层烘干的条件要求。

Description

一种复合式烘干取向硅钢板绝缘涂层的方法

技术领域

本发明涉及取向硅钢板绝缘涂层的涂布方法，具体地属于一种复合式烘干取向硅钢板绝缘涂层的方法。

背景技术

电工钢广泛应用于各种电机、压缩机、变压器等电器产品中。在使用过程中，电工钢带通常需要冲片后叠装，加工成叠片铁心。为了保证叠片间的绝缘，电工钢产品表面需要涂布绝缘涂层。

无取向电工钢表面涂敷含铬的绝缘涂层在N₂中450℃ × 30S烘干烧结。取向电工钢表面涂敷组成为100 mL的30%胶状SiO₂ + 75 mL的5%磷酸铝 + 9 g无水铬酸的绝缘涂层，在450℃ × 30S烘干和90% N₂ + 10% H₂中800℃～900℃ × 60S烧结固化。电工钢绝缘涂层一般都是水溶性的，其中的水质量百分含量较大，能达到60%-70%。其干燥过程中会有大量的水汽挥发，为避免水气挥发产生气孔，对涂层的干燥速度有一定要求。

目前电工钢绝缘涂层的干燥烧结过程主要有两种，一种是采用明火烧嘴加热，另一种是采用电阻丝加热。这两种方法的优点是炉体设备设计安装简便，发热元件易于维修更换，但是其缺点也非常明显。

采用明火烧嘴加热，热量的传导在炉内分布不均匀。烧嘴一般会分布在炉内两侧，涂布有绝缘涂层的钢带在炉内穿过，升温速度快；升温速度慢，这会导致升温过程中钢带表面温度不均匀，沿钢板宽度方向边部温度与中心温度差异较大。绝缘涂层固化过程中因为温度不均匀，离烧嘴近的部位温度过高，表面容易产生微裂纹，影响绝缘性能导致层间电阻偏低；离烧嘴远的部位温度偏低，涂层固化温度不够，影响绝缘涂层的固化效果导致附着性变差。

采用电阻丝加热，热交换速率慢，使绝缘涂层的干燥固化需要比较长的时间完成。在其完全干燥的过程中，外层的绝缘涂层最先干燥，由于热交换慢，内层的绝缘涂层还未干燥，其产生的水汽会对已经干燥的外层产生影响，导致外层涂层结构松散，破坏涂层的均匀性。

为完善电工钢绝缘涂层干燥方式，近年来，人们对电工钢绝缘涂层的干燥方法进行了一些研究，申请了一些专利。经检索，刊登于1992（2）-40-41的《新技术新工艺》上的《感应加热在金属涂层干燥上的应用》文献中，介绍了一种涂层感应加热干燥方法，其虽然具有质量好、节能、效率高的特点，但其存在的不足是：取向硅钢钢带厚度一般都在0.3mm以下，针对这类薄板，单独使用感应加热温度最高只能达到700℃，在这个温度下取向电工钢绝缘涂层未能固化而导致涂层强度不够，附着力不牢，容易从钢板基体上脱落，因此，其是不适合取向硅钢绝缘涂层的干燥固化。

中国专利申请号CN201120125760.7的专利文献，其公开了一种采用组合式炉温控制系统的涂层干燥和烧结炉，其组合式炉温控制系统主要包括炉体、循环喷箱、大功率明火烧嘴供热系统；其中，炉体主要由结构壳体、内衬耐火及隔热材料组成；炉体内套设循环喷箱，循环喷箱与炉体之间间隔一定距离，循环喷箱上设置有多个喷射孔；设置在炉体上的大功率明火烧嘴能力是常用小功率烧嘴的燃烧能力的8～10倍。干燥段和烧结炉段采用循环喷箱喷射对带钢进行干燥和烧结，冷却段由循环喷箱进行冷却。其存在的不足是：干燥段和烧结段结合起来对炉温进行控制，这是一种将明火烧嘴加热进行改进的方式，把干燥段和烧结段分开控制，提高炉温控制的均匀性，但是这种方法仍然没有摆脱明火烧嘴加热本质上的缺点。大功率的明火烧嘴产生的热量通过循环喷箱上喷射孔对带钢加热，喷射孔不可能完全覆盖整个炉内，喷射孔直接喷射的地方加热能力强，升温速度快，未直接喷射的地方加热能力相对较差，升温速度慢，造成带钢表面温度有差别，带钢表面的绝缘涂层在固化过程中会因为温度不均匀而导致裂纹产生和附着性变差。

日本专利申请号JP011902301的专利文献，其公开了一种采用高频感应加热进行电工钢涂层烘烤的方法，该方法是将涂有绝缘涂层组合物的电工钢板通过高频感应加热炉以一定的加热速率加热到130℃，使其形成一个稳定的高品质的绝缘涂层膜。但由于其采用单一加热方式，其加热温度较低，不能满足取向电工钢绝缘涂层的烧结温度要求。

上述各发明，由于都存在不能有效的使钢板均匀加热到800℃以上较高的温度，因此容易导致取向硅钢绝缘涂层未能完全固化而使涂层强度不够，附着力不牢，容易从钢板基体上脱落，不适用于取向硅钢绝缘涂层的干燥固化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的取向硅钢绝缘涂层烘干技术中，单独采用电阻炉或辐射管加热存在的加热速度慢，板温不均匀而导致涂层不均匀，并在烧结后的涂层表面容易出现裂纹，使绝缘性能、防锈性能、涂层附着性造成较大影响的不足，提供一种通过电磁感应加热和电阻炉加热相结合的方法，在能提高取向硅钢的表面绝缘涂层均匀、防锈性和附着性能优良的前提下，表面电阻至少在4000Ω·mm²/片，并能缩短整个烘干时间50%以上。

实现上述目的的措施：

一种复合式烘干取向硅钢板绝缘涂层的方法，其步骤：

1）对经高温退火后的取向硅钢板涂布绝缘涂层，并控制涂层量在3.5～10g/m²，涂层厚度控制在1.4～5μm；

2）对涂布后的取向硅钢板在感应炉内进行干燥，干燥温度控制在600～700℃，干燥气氛为N₂，干燥时间控制在1～10S, 取向硅钢板在感应炉内的运行速度控制在3～20m/min；

3）将干燥后的取向硅钢板送入电阻式加热炉的加热段进行烧结，控制烧结温度在800～900℃，取向硅钢板在电阻式加热段内的运行速度控制在5～15m/min；加热时间控制在3～10S,并采用体积百分比含量为：90%的N₂+10%的H₂的混合气作为保护气体；

4）在电阻式加热炉的冷却段进行冷却，采用N₂冷却至温度不超过100℃；

5）出炉后自然冷却至室温。

本发明工艺的特点在于：

感应加热是通过电器设备在感应线圈中加载一定频率的大电流，产生一沿线圈轴向的交变电磁场。在此交变电磁场的作用下，钢带自身产生交变感应电流，从而自身发热达到快速加热的目的。该感应电流平行于钢带的横向。由于是通过电磁场控制，所以不同品种规格的钢带进行感应加热工艺转换非常快捷简单。电磁感应的自动化控制程度高，便于满足不同工艺、不同涂层的干燥要求。

申请人对上述工艺的深入研究发现，采用电磁感应加热进行绝缘涂层干燥时，由于其干燥温度控制在600～700℃的较高温度，使绝缘涂层在钢板温度的作用下由内而外进行干燥，使得绝缘涂层内层与钢带基体间的结合更加紧密。同时绝缘涂层干燥过程中的水汽由内而外排出，使得内层干燥的水汽不再影响外层的干燥；再由于在很短即1～10S的时间内快速的将温度升到600～700℃，从而避免了常规的由外向内干燥过程中内层水汽对外层已干燥层的破坏，避免了气孔以及涂层裂纹的产生，提高了涂层表面质量；电磁感应加热过程中，由于钢带自身加热更加均匀，使得干燥后的绝缘涂层质量在纵向和横向上都很均匀，而且还能避免涂层干燥过程对取向硅钢磁性能的影响。

取向硅钢绝缘涂层的烧结固化温度控制为800～900℃，电阻式加热炉能将加热温度提高，根据此特点，经大量试验，将取向硅钢温度提高到800℃～900℃，能使取向电工钢绝缘涂层固化更加牢靠，稳固，使钢带与绝缘涂料层结合的更加紧密。若烧结固化温度<800℃，涂层固化不完全，导致表面电阻偏低；若烧结固化温度>900℃，超过涂层的耐受温度，表面产生大量裂纹，降低表面电阻的同时，影响涂层与钢带的结合，降低涂层附着性，容易与钢带脱落。

本发明与现有技术相比，通过采用电磁感应加热和电阻式加热相结合的方法对取向硅钢板的绝缘涂层进行干燥烧结固化，使不同规格钢带表面的涂层都能得到良好的涂层烘干效果，烘干后涂层表面质量优良，磁性能更优，表面电阻至少在4000Ω·mm²/片，而现有技术的不超过3850Ω·mm²/片；而且整个烘干时间由现有技术的至少要用30S缩短为不超过20S，使烘干工序用时大为缩短，生产效率提高，且带钢受热均匀，涂层烘干由内而外使均匀性好，带钢表面质量显著提高；同时电磁感应加热干燥设备占地少，能耗低，烘干工艺易于转换和控制，满足不同涂层工艺对涂层烘干的条件要求。

附图说明

图1为本发明试验钢的表面绝缘涂层状况；

图2为本发明试验钢的表面绝缘涂层状况；

图3为仅采用电阻式加热炉烘烤后取向硅钢表面绝缘涂层状况；

上述所述附图均是在X1000倍显微镜下观测大的取向硅钢表面绝缘涂层状况。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

实施例1

一种复合式烘干取向硅钢板绝缘涂层的方法，其步骤：

1）对经高温退火后的取向硅钢板涂布绝缘涂层，涂层量在4g/m²，涂层厚度在1.4μm；

2）对涂布后的取向硅钢板在感应炉内进行干燥，干燥温度为600～610℃，干燥气氛为N₂，干燥时间在1.5S, 取向硅钢板在感应炉内的运行速度为20m/min；

3）将干燥后的取向硅钢板送入电阻式加热炉的加热段进行烧结，烧结温度在805～815℃，取向硅钢板在电阻式加热段内的运行速度为15m/min；加热时间为3.5S,并采用体积百分比含量为：90%的N₂+10%的H₂的混合气作为保护气体；

4）在电阻式加热炉的冷却段进行冷却，采用N₂冷却至温度为95℃；

5）出炉后自然冷却至室温。

在X1000倍显微镜下观测，取向硅钢的表面绝缘涂层均匀，表面光滑，无裂纹；经检测，表面电阻为4793.5Ω·mm²/片，P_1.7/50=0. 903W/KG，B₈=1.917T。

实施例2

一种复合式烘干取向硅钢板绝缘涂层的方法，其步骤：

1）对经高温退火后的取向硅钢板涂布绝缘涂层，涂层量在5g/m²，涂层厚度在2μm；

2）对涂布后的取向硅钢板在感应炉内进行干燥，干燥温度为645～655℃，干燥气氛为N₂，干燥时间在3S, 取向硅钢板在感应炉内的运行速度为10m/min；

3）将干燥后的取向硅钢板送入电阻式加热炉的加热段进行烧结，烧结温度在830～840℃，取向硅钢板在电阻式加热段内的运行速度为11m/min；加热时间为5S,并采用体积百分比含量为：90%的N₂+10%的H₂的混合气作为保护气体；

4）在电阻式加热炉的冷却段进行冷却，采用N₂冷却至温度为92℃；

5）出炉后自然冷却至室温。

在X1000倍显微镜下观测，取向硅钢的表面绝缘涂层均匀，表面光滑，无裂纹；经检测，表面电阻为5114.7Ω·mm²/片，P_1.7/50=0. 897W/KG，B₈=1.921T。

实施例3

一种复合式烘干取向硅钢板绝缘涂层的方法，其步骤：

1）对经高温退火后的取向硅钢板涂布绝缘涂层，涂层量在6g/m²，涂层厚度在2.5μm；

2）对涂布后的取向硅钢板在感应炉内进行干燥，干燥温度为660～670℃，干燥气氛为N₂，干燥时间在5S, 取向硅钢板在感应炉内的运行速度为6m/min；

3）将干燥后的取向硅钢板送入电阻式加热炉的加热段进行烧结，烧结温度在865～875℃，取向硅钢板在电阻式加热段内的运行速度为8m/min；加热时间为7S,并采用体积百分比含量为：90%的N₂+10%的H₂的混合气作为保护气体；

4）在电阻式加热炉的冷却段进行冷却，采用N₂冷却至温度为90℃；

5）出炉后自然冷却至室温。

在X1000倍显微镜下观测，取向硅钢的表面绝缘涂层均匀，表面光滑，无裂纹；经检测，表面电阻为8636.3Ω·mm²/片，P_1.7/50=0.931W/KG，B₈=1.910T。

实施例4

一种复合式烘干取向硅钢板绝缘涂层的方法，其步骤：

1）对经高温退火后的取向硅钢板涂布绝缘涂层，涂层量在8g/m²，涂层厚度在3.4μm；

2）对涂布后的取向硅钢板在感应炉内进行干燥，干燥温度为690～700℃，干燥气氛为N₂，干燥时间在10S, 取向硅钢板在感应炉内的运行速度为3m/min；

3）将干燥后的取向硅钢板送入电阻式加热炉的加热段进行烧结，烧结温度在890～900℃，取向硅钢板在电阻式加热段内的运行速度为6m/min；加热时间为9.5S,并采用体积百分比含量为：90%的N₂+10%的H₂的混合气作为保护气体；

4）在电阻式加热炉的冷却段进行冷却，采用N₂冷却至温度为88℃；

5）出炉后自然冷却至室温。

在X1000倍显微镜下观测，取向硅钢的表面绝缘涂层均匀，表面光滑，无裂纹；经检测，表面电阻为4862.5Ω·mm²/片，P_1.7/50=1.015W/KG，B₈=1.905T。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (1)

1.一种复合式烘干取向硅钢板绝缘涂层的方法，其步骤：

1）对经高温退火后的取向硅钢板涂布含铬绝缘涂层，并控制涂层量在3.5～10g/m²，涂层厚度控制在1.4～5μm；

2）对涂布后的取向硅钢板在感应炉内进行干燥，干燥温度控制在600～700℃，干燥气氛为N₂，干燥时间控制在1～10S, 取向硅钢板在感应炉内的运行速度控制在3～20m/min；

3）将干燥后的取向硅钢板送入电阻式加热炉的加热段进行烧结，控制烧结温度在800～840℃或865～900℃，取向硅钢板在电阻式加热段内的运行速度控制在5～15m/min；加热时间控制在3～10S,并采用体积百分比含量为：90%的N₂+10%的H₂的混合气作为保护气体；

4）在电阻式加热炉的冷却段进行冷却，采用N₂冷却至温度不超过100℃；

5）出炉后自然冷却至室温。