CN103451578A - 铁基非晶带材及其制造方法、变压器铁芯和变压器 - Google Patents

铁基非晶带材及其制造方法、变压器铁芯和变压器 Download PDF

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庞靖
刘红玉
尹丽娟
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Abstract

本发明实施例公开了一种铁基非晶带材及其制造方法、变压器铁芯和变压器。所述铁基非晶带材的化学式为：(Fe100-xCrx)aSibBc；其中，a、b、c、x按照原子个数百分比计分别为：78≤a≤82，8≤b≤10，10≤c≤12，8≤x≤10。本发明实施例提供的铁基非晶带材，具有较低的磁致伸缩系数，将其应用于制造非晶配电变压器的铁芯，能够有效的降低非晶配电变压器的噪声。

Description

铁基非晶带材及其制造方法、变压器铁芯和变压器
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种铁基非晶带材及其制造方法、变压器铁芯和变压器。
背景技术
随着国内外智能电网、绿色节能电网的快速发展，非晶合金配电变压器作为一种节能、环保的产品得到日益广泛的应用。但非晶合金配电变压器噪音较传统的硅钢变压器大很多，难以满足国家电网对低噪音配电变压器的要求。因此，非晶合金配电变压器的噪音问题成为变压器领域亟待解决的难题之一。
变压器本体噪声主要有铁芯材料磁致伸缩引起的铁芯振动、铁芯接缝处和叠片之间漏磁引起的铁芯振动、绕组振动等。铁芯励磁时，在交变磁场作用下，非晶带材的尺寸会发生微小的变化，沿磁力线方向非晶带材的尺寸要增加，而垂直于磁力线方向非晶带材尺寸要缩小，这种尺寸变化称为磁致伸缩。非晶合金配电变压器噪音的主要来源是由非晶带材的磁致伸缩引起的。在同样的磁场条件下，磁致伸缩率越大，则噪声就越大。而磁致伸缩率大小与铁芯的材质有关。因此，想要降低非晶合金配电变压器的噪音问题，还需从非晶带材的材料特性着手。
发明内容
本发明实施例提供了一种铁基非晶带材及其制造方法、变压器铁芯和变压器，铁基非晶带材具有较低的磁致伸缩系数，将其应用于制造非晶配电变压器的铁芯，能够有效的降低非晶配电变压器的噪声。
第一方面，本发明实施例提供了一种铁基非晶带材，所述铁基非晶带材的化学式为：(Fe100-xCrx)aSibBc；其中，a、b、c、x按照原子个数百分比计分别为：78≤a≤82，8≤b≤10，10≤c≤12，8≤x≤10。
优选的，所述铁基非晶带材采用工业纯铁、金属硅、硼铁和铬铁制备而成。
第二方面，本发明实施例提供了一种铁基非晶带材的制造方法，包括：
在中频感应冶炼炉中，熔炼温度为1300～1500℃的条件下熔炼母合金，得到熔炼后的钢水；其中，所述母合金的组成包括：工业纯铁、金属硅、硼铁和铬铁；
采用非晶制带设备对所述熔炼后的钢水进行急冷快速凝固，得到所述铁基非晶带材。
优选的，采用非晶制带设备对所述熔炼后的钢水进行急冷快速凝固具体为：
采用单辊快速凝固法对所述熔炼后的钢水进行快速凝固；其中，喷带温度为1300～1400℃，冷却辊线速度为20～25m/s。
优选的，在所述得到所述铁基非晶带材之后，还包括：
将所述铁基非晶带材卷成铁芯，在370～400℃，磁场强度为1200～1600A/m的条件下进行纵向磁场热处理，并对热处理后的所述铁芯进行动态磁性能测试。
第三方面，本发明实施例提供了一种应用上述第一方面所述的铁基非晶带材制成的变压器铁芯。
第四方面，本发明实施例提供了一种包括上述第三方面所述的变压器铁芯的变压器。
本发明实施例的铁基非晶带材，从带材的材料特性着手，通过在带材母合金冶炼过程中加入适量的Cr，利用Cr的原子磁矩与Fe的原子磁矩反平行耦合的特性使非晶带材的饱和磁致伸缩系数降低，从而将其应用于制造的非晶配电变压器，能够有效的降低非晶配电变压器的噪声。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。
本发明实施例提供了一种铁基非晶带材。该铁基非晶带材采用工业纯铁、金属硅、硼铁和铬铁制备而成。上述合金材料经冶炼炉冶炼后，在非晶制带设备中采用急冷快速凝固工艺，将熔炼后的钢水喷成厚度一定的非晶带材。
选择在冶炼过程中加入Cr的原因是，Cr的原子磁矩与Fe的原子磁矩反平行耦合，因此加入Cr能够使带材的饱和磁致伸缩系数降低。
本实施例提供的非晶带材的化学式为(Fe100-xCrx)aSibBc；其中，a、b、c、x按照原子个数百分比计分别为：78≤a≤82，8≤b≤10，10≤c≤12，8≤x≤10。
在一个具体的例子中，非晶带材的厚度为23～28μm，根据不同的原材料，即不同的工业纯铁、金属硅、硼铁和铬铁的配比，分别制得下述两种带材。
带材1、(Fe91.5Cr8.5)78.6Si9.6B11.7
带材2、(Fe91Cr9)78.6Si9.6B11.7
本例还提供了一种不掺入Cr的铁基非晶带材用于与上述带材1、2进行比较。
带材3、Fe78.6Si9.6B11.7
将带材1、带材2与带材3中，Si与B的配比完全一致，带材1和2中分别以不同含量的Cr替代了一部分Fe。对带材1、带材2和带材3的磁性能以及饱和磁致伸缩系数（λs）分别进行比较，其中磁性能以励磁容量(VA/kg)和功率损耗（W/Kg）两个参数来衡量。
具体详见表1、表2。
Figure BDA0000369466270000041
表1
Figure BDA0000369466270000042
表2
从以上数据可以看出，本发明的在带材原料冶炼过程中加入Cr的非晶带材，具有与不掺入Cr的普通合金成分非晶带材相当的磁性能，并且本发明的铁基非晶带材具有较低的饱和磁致伸缩系数。因此，使用本发明的具有低磁致伸缩性能的非晶带材制作的变压器，也将具有较低的噪声水平。
相应的，本发明实施例还公开了一种制造方法，用于获得上述实施例提供的铁基非晶带材。
将工业纯铁、金属硅、硼铁和铬铁按照需要的配比混合成母合金，在中频感应冶炼炉中，对母合金进行熔炼，熔炼温度为1300～1500℃，得到熔炼后的钢水；使用非晶制带设备，对熔炼后的钢水进行镇静和保温，通过喷包底部的狭小缝隙流到快速旋转的冷却辊上，快速冷却成固态甩出，形成非晶带材。在一个具体的例子中，可以采用快速采用单辊快速凝固的生产工艺得到上述实施例中的铁基非晶带材。其中，主要的工艺参数为：喷带温度在1300～1400℃之间、冷却辊线速度为20～25m/s。
带材制备过程中，除了可以采用上述单辊快速凝固的生产工艺之外，还可以采用如双辊法等其他快速凝固技术来制备铁基非晶带材。
在制备完成后，为了确认制得带材的性能，通常还要对制得的铁基非晶带材进行性能测试。将前述步骤中得到铁基非晶带材取样，卷成一定规格的铁芯，在370～400℃温度、磁场强度为1200～1600A/m之间的条件下进行纵向磁场热处理。退火后，使用磁性能测试装置测试样品的动态磁性能，主要包括激磁功率、铁损。此外，还要对前述步骤中得到铁基非晶带材进行饱和磁致伸缩系数的测试。
本发明上述实施例提供的铁基非晶带材的制造方法，在带材的制备过程中加入了Cr，因为Cr的原子磁矩与Fe的原子磁矩反平行耦合，从而使制得的铁基非晶带材具有较低的磁致伸缩系数，将上述方法制得的非晶带材应用于制造非晶配电变压器的铁芯时，能够有效的降低非晶配电变压器的噪声
相应的，本发明实施例还提供了一种应用上述实施例所述的铁基非晶带材制成的变压器铁芯，以及包括这种铁芯的变压器。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种铁基非晶带材，其特征在于，所述铁基非晶带材的化学式为：(Fe100-xCrx)aSibBc；其中，a、b、c、x按照原子个数百分比计分别为：78≤a≤82，8≤b≤10，10≤c≤12，8≤x≤10。
2.根据权利要求1所述的铁基非晶带材，其特征在于，所述铁基非晶带材采用工业纯铁、金属硅、硼铁和铬铁制备而成。
3.一种如权利要求1所述的铁基非晶带材的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
在中频感应冶炼炉中，熔炼温度为1300～1500℃的条件下熔炼母合金，得到熔炼后的钢水；其中，所述母合金的组成包括：工业纯铁、金属硅、硼铁和铬铁；
采用非晶制带设备对所述熔炼后的钢水进行急冷快速凝固，得到所述铁基非晶带材。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，采用非晶制带设备对所述熔炼后的钢水进行急冷快速凝固具体为：
采用单辊快速凝固法对所述熔炼后的钢水进行快速凝固；其中，喷带温度为1300～1400℃，冷却辊线速度为20～25m/s。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述得到所述铁基非晶带材之后，还包括：
将所述铁基非晶带材卷成铁芯，在370～400℃，磁场强度为1200～1600A/m的条件下进行纵向磁场热处理，并对热处理后的所述铁芯进行动态磁性能测试。
6.一种应用上述权利要求1所述的铁基非晶带材制成的变压器铁芯。
7.一种包括上述权利要求6所述的变压器铁芯的变压器。
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