CN108927501B - 一种叠片系数高的铁基非晶带材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种叠片系数高的铁基非晶带材的制备方法，所述的制备方法包括喷带步骤；所述的喷带：控制冷却辊的冷却水进水温度28‑32℃，出水温度35‑36℃。所述的喷带：喷带温度为1400‑1550℃，喷嘴距离冷却辊0.2‑0.3mm。所述非晶带材的电阻率125‑130μΩ.cm；铁损变化率为8‑10%，最大导磁率＞720000H/m。
Description
技术领域
本发明涉及一种叠片系数高的铁基非晶带材及其制备方法，属于非晶合金技术领域。
背景技术
铁基非晶带材在变压器的制造过程中起到了举足轻重的地位；人们对铁基非晶带材的研究也越来越多。
铁基非晶带材的原子处于无规则排列的非晶体结构，使其具有狭窄的B-H回路，具有高导磁性和低损耗的特点；同时非晶合金原子排列的不规则限制了电子的自由通行导致电阻率比晶体合金高出2-3倍，这样也有利于减少涡流损耗。以非晶合金为原料制成的变压器铁心，其空载损耗与采用硅钢片的传统变压器相比，减少了75%左右，使非晶合金变压器具有十分显著地节能和环保效果，当非晶合金变压器铁心用于油浸变压器时，可明显减排多种有害气体。所以，越来越多的生产厂商采用非晶合金来作为变压器铁心的原材料。
变压器叠片铁芯的有效面积系数被称为叠片系数，叠片系数越高，铁芯的有效面积越大，使磁通密度减少，损耗降低；在制造过程中，硅钢片搭片、错片、毛刺、弯曲等缺陷会导致叠片系数降低，从而导致变压器性能降低，严重的如过大的毛刺会使片间短路，铁心的涡流损耗增加。
专利CN106825466A公开了一种提高非晶带材产品叠片系数的方法，包括以下步骤：（1）在分卷设备上运行带材的上方设置多组传感器和长度编码器；（2）在分卷设备上将带材进行分卷，得到小卷；（3）分卷设备进行分卷时，带材宽度方向多点的厚度值传输至控制系统，并建立带材厚度的数据信息，并将该数据信息上传至数据库；（4）带材分卷前或分卷后取测试小样进行电磁性能测试，测试后电磁性能测试数据上传服务器的该卷带材的数据库中；（5）合卷操作时，控制系统匹配出若干组最佳的2卷，再由若干组中匹配出最佳的2组，最后再在2组上匹配1卷进行合带作业。本发明能够实现合卷的最优化，操作方便，提高生产效率，提高非晶带材出厂成品的质量。
但现有技术的制备变压器的铁基非晶带材还存在以下缺陷：叠片系数较低，铁损变化率较高，导磁率较低，电阻率高。
发明内容
本发明要解决的问题是针对以上不足，提供一种叠片系数高的铁基非晶带材及其制备方法，实现以下发明目的：提高叠片系数，降低铁损变化率，提高导磁率，降低电阻率。
为实现上述发明目的，采用以下技术方案：
本发明提供一种叠片系数高的铁基非晶带材，采用的原材料是利用可利用再生资源，废旧钢材以及变压器铁芯等，重新熔炼使其成分达到含铁88～89.2%、硼7～7.5%、硅1～1.4%、铬0.5～0.6%、铌0.2～0.3%、钒0.3～0.4%、钛0.2～0.3%，其余为杂质。
所述非晶带材的叠片系数为0.89～0.92，厚度极差（厚度平均误差）为0.5～0.6微米。
所述非晶带材的电阻率125-130μΩ.cm；铁损变化率（120℃×200小时）为8-10%，最大导磁率＞720000 H/m。
所述非晶带材的动态矫顽力2.38～3.41A/m，激磁功率0.134～0.148VA/kg，工作温度范围-55～180℃，抗拉强度1900～2000MPa。
一种叠片系数高的铁基非晶带材的制备方法，包括以下步骤；
步骤1、熔炼
调料：采用的原材料是利用可利用的再生资源，废旧钢材以及变压器铁芯等，重新熔炼使其成分达到含铁88～89.2%、硼7～7.5%、硅1～1.4%、铬0.5～0.6%、铌0.2～0.3%、钒0.3～0.4%、钛0.2～0.3%，其余为杂质。
将混合物料导入熔炼炉中，采用可控硅12脉冲中频串联电源熔炼炉进行熔炼并充氩气保护熔液，熔炼炉的加热温度为1250℃；熔炼炉功率为3000kw，熔炼炉的容量为 6吨；熔炼时间为50-60min。
熔炼时采用电炉感应圈磁感搅动铁水以利排渣除气，电炉频率为500Hz。
步骤2、保温
采用保温底注炉进行保温，保温炉内全程充置氩气保护熔液，控制保温的温度是1450℃。
步骤3、喷带
铁水保温后底注进入喷带包，铁水由自动控制系统控制，通过喷带包的喷嘴喷到冷却辊上，形成铁基非晶带材，喷带温度为1450℃，喷嘴距离冷却辊0.2mm；得到的铁基非晶带材厚度为0.025-0.029mm，宽度可以根据需要控制在142mm、170mm或213mm。
采用的冷却辊规格为∅1600－∅2000*380－400，冷却辊外部为铜套，铜套材质为铍铜ZQAL9-4-4-2；控制冷却水进水温度28-32℃,出水温度35-36℃。
冷却辊向卷带辊反方向旋转，铁水通过喷嘴从铜辊上方喷到辊上，带材经辊底部向卷带辊方向载出，经剥离、降温、检测、调压送至卷带辊。通过控制系统控制冷却铜辊转速；控制与喷嘴的位置关系以满足钢液形成非晶带材的条件。
所述铁基非晶带材的制备方法还包括带材卷取步骤，带材卷取温度T≤140℃时，涨应力300N，保温时间20分钟时，带材具有优良的磁性能，磁致伸缩最小，为20-21×10-6。非晶变压器噪音较传统硅钢变压器大，降噪是难题。铁芯的磁致伸缩振动是引起变压器噪音主要因素。铁基非晶带材生产在卷带过程中卷带温度在70℃-140℃温度的内，带材的铁损和激磁功率随温度升高而加大，其中铁损在0.15w/kg﹣0.17w/㎏范围内，激磁功率在0.21vA/㎏﹣0.225vA/㎏范围内，当温度高于140℃时带材的铁损、激磁功率均呈现急剧上升因上升太快使带材的磁性能不稳定。在有效的卷取温度范围内当捲后保温20min,卷取涨应力范围在300N﹣400N时，各卷取温度下带材的此致伸缩系数相对较小，且相同条件下随着温度的升高时间延长带材的磁致伸缩系数达到临界数值后趋于不变。因此带材的卷取参数140℃；300N； t=20min；对应的磁致伸缩系数20-21×10-6。
与现有技术相比，本发明技术方案具有以下有益效果：
（1）本发明铁基非晶带材的叠片系数为0.89～0.92，厚度极差（厚度平均误差）为0.5～0.6微米。
（2）本发明铁基非晶带材电阻率125-130μΩ.cm；铁损0.15w/kg﹣0.17w/㎏，铁损变化率（120℃×200小时）为8-10%，最大导磁率＞720000H/m。
具体实施方式
实施例1 一种叠片系数高的铁基非晶带材及其制备方法
制备方法：
步骤1、熔炼
采用的原材料是利用可利用再生资源，废旧钢材以及变压器铁芯等，重新熔炼使其成分达到含铁88%、硼7%、硅1%、铬0.5%、铌0.2%、钒0.3%、钛0.2%，其余为杂质。
采用可控硅12脉冲中频串联电源熔炼炉进行熔炼并充氩气保护熔液，熔炼炉的加热温度为1250℃；熔炼炉功率为3000kw，熔炼炉的容量为 6吨；熔炼时间为50-60min，。
熔炼时采用电炉感应圈磁感搅动铁水以利排渣除气，电炉频率为500hz。
步骤2、保温
采用保温底注炉进行保温，保温炉内全程充置氩气保护熔液，控制保温的温度是1450℃。
步骤3、喷带
铁水保温后底注进入喷带包，铁水由自动控制系统控制，通过喷带包的喷嘴喷到冷却辊上，形成铁基非晶带材，喷带温度为1450℃，喷嘴距离冷却辊0.2mm；得到的铁基非晶带材厚度为0.027mm，宽度可以根据需要控制在142mm、170mm或213mm。
采用的冷却辊规格为∅1600*380，冷却辊外部为铜套，铜套材质为铍铜ZQAL9-4-4-2；控制冷却水进水温度28-32℃,出水温度35-36℃。
步骤4、带材卷取
带材卷取温度T≤140℃，涨应力300N，保温时间20分钟时，带材具有优良的磁性能，磁致伸缩系数为20×10-6。
制备的铁基非晶带材：非晶带材的叠片系数为0.89，厚度极差（厚度平均误差）为0.6微米；电阻率130μΩ.cm；铁损变化率为10%，最大导磁率＞720000 H/m；动态矫顽力3.41A/m，激磁功率0.148VA/kg，工作温度范围-55～180℃，抗拉强度1900MPa。
实施例2 一种叠片系数高的铁基非晶带材及其制备方法
制备方法：
步骤1、熔炼
原材料是利用可利用的再生资源，废旧钢材以及变压器铁芯等，重新熔炼使其成分达到含铁89.2%、硼7.5%、硅1.4%、铬0.6%、铌0.3%、钒0.4%、钛0.3%，其余为杂质。
采用可控硅12脉冲中频串联电源熔炼炉进行熔炼并充氩气保护熔液，熔炼炉的加热温度为1250℃；熔炼炉功率为3000kw，熔炼炉到的容量为 6吨；熔炼时间为50-60min，熔炼时冲氩气保护钢液。
熔炼时采用电炉感应圈磁感搅动铁水以利排渣除气，电炉频率为500hz。
步骤2、保温
采用保温底注炉进行保温，保温炉内全程充置氩气保护熔液，控制保温的温度是1450℃。
步骤3、喷带
启动喷带机铜辊（即冷却辊）和铜辊冷却水，根据带材类型控制好冷却辊转速、调整好冷却水压和水温到合适的数值；采用的冷却辊规格为∅2000*400，冷却辊外部为铜套，铜套材质为铍铜ZQAL9-4-4-2；控制冷却水进水温度28-32℃,出水温度35-36℃；控制冷却辊的转速为30m/s。
铁水保温后底注进入喷带包，铁水由自动控制系统控制，通过喷带包的喷嘴喷到高速旋转的冷却辊上；铁水以每秒百万度的速度迅速冷却，在极短时间内形成非晶带材；喷带温度为1450℃，喷嘴距离冷却辊0.2mm；得到的铁基非晶带材厚度为0.029mm，宽度可以根据需要控制在142mm、170mm或213mm。
步骤4、带材卷取
带材卷取温度T≤140℃，涨应力300N，保温时间20分钟时，带材具有优良的磁性能，磁致伸缩系数为21×10-6。
制备的铁基非晶带材：叠片系数为0.92，厚度极差（厚度平均误差）为0.5微米；电阻率125μΩ.cm；铁损变化率为8%，最大导磁率＞720000 H/m；动态矫顽力2.38A/m，激磁功率0.134VA/kg，工作温度范围-55～180℃，抗拉强度2000MPa。
除特殊说明的外，本发明所述的百分数均为质量百分数，所述的比值均为质量比。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种叠片系数高的铁基非晶带材，其特征在于：所述非晶带材采用的原材料包括铁89.2%、硼7.5%、硅1.4%、铬0.6%、铌0.3%、钒0.4%、钛0.3%，其余为杂质；
所述叠片系数高的铁基非晶带材的制备方法，包括有：熔炼步骤、保温步骤、喷带步骤、带材卷取步骤；
所述熔炼步骤，采用可控硅12脉冲中频串联电源熔炼炉对所述原材料进行熔炼并充氩气保护熔液，熔炼炉的加热温度为1250℃，熔炼炉功率为3000kw，熔炼炉到的容量为 6吨；熔炼时间为50-60min，熔炼时冲氩气保护钢液；
熔炼时采用电炉感应圈磁感搅动铁水以利排渣除气，电炉频率为500hz；
所述保温步骤，采用保温底注炉进行保温，保温炉内全程充置氩气保护熔液，控制保温的温度是1450℃；
所述喷带步骤，启动喷带机铜辊和铜辊冷却水，根据带材类型控制好冷却辊转速、调整好冷却水压和水温；采用的冷却辊规格为∅2000*400，冷却辊外部为铜套，铜套材质为铍铜ZQAL9-4-4-2；控制冷却水进水温度28-32℃,出水温度35-36℃；控制冷却辊的转速为30m/s；
铁水保温后底注进入喷带包，铁水由自动控制系统控制，通过喷带包的喷嘴喷到高速旋转的冷却辊上；铁水以每秒百万度的速度迅速冷却；喷带温度为1450℃，喷嘴距离冷却辊0.2mm；得到的铁基非晶带材厚度为0.029mm，宽度控制在142mm或170mm；
所述带材卷取步骤，带材卷取温度T≤140℃，涨应力300N，保温时间20分钟时，带材具有优良的磁性能，磁致伸缩系数为21×10-6；
所述非晶带材的叠片系数为0.92，厚度极差为0.5微米；
所述非晶带材的电阻率125μΩ.cm；铁损变化率为8%，最大导磁率＞720000H/m；
所述非晶带材的动态矫顽力2.38A/m，激磁功率0.134VA/kg，工作温度范围-55～180℃，抗拉强度2000MPa。
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