CN110060831B - 一种抗直流互感器铁芯的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种抗直流互感器铁芯的制备工艺，涉及电流互感器磁芯加工技术领域。所述抗直流互感器铁芯的制备工艺主要包括：选料、混料、铸锭、重熔、磁芯制备、热处理等步骤。本发明克服了现有技术的不足，提高了传统互感器铁芯的电磁感应强度，降低直流分量的误差影响，同时提升产品的成品率和稳定性，提升经济效益。

Description

一种抗直流互感器铁芯的制备工艺
技术领域
本发明涉及电流互感器磁芯加工技术领域，具体涉及一种抗直流互感器铁芯的制备工艺。
背景技术
随着电子设备的日益普及且向着高频小型轻量化以及集成化方向发展，作为电子信息产业的重要支撑部件，磁芯的应用领域逐渐扩大。而各种新兴领域的扩充，对于磁芯等磁性元件提出了更高的性能要求——更高的饱和磁感应强度和使用频率，相对更低的功率损耗。
低压电流互感器用于低压电力用户电能计量装置的电流比例变换，由铁芯、线圈及绝缘材料构成，仅能准确测量50Hz、失真度＜5％的正弦波电流。当今社会电力用户的负荷性质朝多元化发展，其中一些用户的负荷含有大量的直流分量甚至是半波直流负荷，电流互感器受到半波电流的直流分量影响，铁芯接近饱和区，等效磁导率下降，使得电流互感器误差向负方向移动，导致电流互感器在半波直流状态下出现-30％～-70％的误差，严重影响了电能计量的公平、公正。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供一种抗直流互感器铁芯的制备工艺，提高了传统互感器铁芯的电磁感应强度，降低直流分量的误差影响，同时提升产品的成品率和稳定性，提升经济效益。
为实现以上目的，本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现：
一种抗直流互感器铁芯的制备工艺，所述直流互感器铁芯的制备工艺包括以下步骤：
(1)选料：选取以下重量百分比的原料：铌2％-4％、钴1％-2％、纳米石墨烯2％-3.5％、镍5％-8％、锌1％-2％、镓0.8％-1.4％、氧化锡2％-3％、二氧化硅0.8％-1.4％、三氧化二铅0.2％-0.4％，其余为铁；
(2)混料：将铁混合氧化锡、二氧化硅、三氧化二铅于冶炼炉中在1580-1640℃温度下进行高温熔融冶炼后，再加入铌、钴、镍、锌、镓进行抽真空，且在2100-2200℃高温冶炼一段时间，得混合金属液备用；
(3)铸锭：将上述混合金属液在1650-1750℃的温度下进行浇注，后以40-60℃/min的速度降温至常温得到铸锭；
(4)重熔：将上述铸锭于冶炼炉中在1600-1700℃的温度下进行热融后保温一段时间，再加入纳米石墨烯后向炉中通入氩气后，在氩气的保护下继续升温至2200-2300℃混合一段时间，得重熔金属液；
(5)磁芯制备：将上述重熔金属液在1350-1450℃的温度下喷射于转动的冷却辊上，冷却得到非晶条带，并将其卷成磁芯备用；
(6)热处理：将上述磁芯加热至650-680℃，保温一段时间后，再将其快速降温至400-450℃，继续保温后以10-20℃/min的速度匀速缓慢降温至150-180℃后，常温冷却，得抗直流互感器铁芯。
优选的，所述步骤(1)中各原料的重量百分比为：铌3％、钴1.5％、纳米石墨烯3％、镍6％、锌1.5％、镓1.2％、氧化锡2.5％、二氧化硅1.2％、三氧化二铅0.3％，其余为铁。
优选的，所述步骤(2)中铁混合氧化锡、二氧化硅、三氧化二铅高温熔融温度为1600℃，熔融时间为45-60min，且加入铌、钴、镍、锌、镓后抽真空的真空度为500-800Pa，冶炼温度为2150℃，冶炼时间为50-80min。
优选的，所述步骤(3)中浇注温度为1630℃，且降温速度为50℃/min。
优选的，所述步骤(4)中铸锭热融温度为1650℃，保温时间为20-25min，加入纳米石墨烯升温混合的温度为2250℃，混合时间为40-45min。
优选的，所述步骤(5)中重熔金属液喷射的温度为1300℃，且辊面线速度为15-20m/s。
优选的，所述步骤(6)中磁芯加热至650-680℃的保温时间为30-40min，降温至400-450℃的保温时间为100-120min。
本发明提供一种及其制备方法，与现有技术相比优点在于：
(1)本发明添加氧化锡、二氧化硅、三氧化二铅与铁混合进行先步的热融，有效提升产品的饱和磁感应强度，同时降低产品脆性，提升制备过程的成品率，增强产品的使用效果。
(2)本发明添加铌、钴、镍、锌、镓等金属原料制备合金，并且在采用抽真空的方式混合热融，有效提升产品的稳定性，进一步提升铁芯的抗裂性能，延长产品的使用寿命，提升经济效益。
(3)本发明多种成分混合并且采用两次热融，且第二次热融添加纳米石墨烯在氩气保护下混合，有效提升产品的抗直流性能，降低产品使用误差，提升居里温度，增强产品的使用性能，并且保持产品在工作中的稳定性。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种抗直流互感器铁芯的制备工艺，所述直流互感器铁芯的制备工艺包括以下步骤：
(1)选料：选取以下重量百分比的原料：铌2％、钴1％、纳米石墨烯2％、镍5％、锌1％、镓0.8％、氧化锡2％、二氧化硅0.8％、三氧化二铅0.2％，其余为铁；
(2)混料：将铁混合氧化锡、二氧化硅、三氧化二铅于冶炼炉中在1580℃温度下进行高温熔融冶炼45min后，再加入铌、钴、镍、锌、镓进行抽真空至真空度为500-800Pa，且在2100℃高温冶炼50min，得混合金属液备用；
(3)铸锭：将上述混合金属液在1650℃的温度下进行浇注，后以40℃/min的速度降温至常温得到铸锭；
(4)重熔：将上述铸锭于冶炼炉中在1600℃的温度下进行热融后保温20min，再加入纳米石墨烯后向炉中通入氩气后，在氩气的保护下继续升温至2200℃混合40min，得重熔金属液；
(5)磁芯制备：将上述重熔金属液在1350℃的温度下喷射于转动的冷却辊上，辊面线速度为15m/s，冷却得到非晶条带，并将其卷成磁芯备用；
(6)热处理：将上述磁芯加热至650℃，保温30min，再将其快速降温至400℃，继续保温后100min以10℃/min的速度匀速缓慢降温至150℃后，常温冷却，得抗直流互感器铁芯。
实施例2：
一种抗直流互感器铁芯的制备工艺，所述直流互感器铁芯的制备工艺包括以下步骤：
(1)选料：选取以下重量百分比的原料：铌4％、钴2％、纳米石墨烯3.5％、镍8％、锌2％、镓1.4％、氧化锡3％、二氧化硅1.4％、三氧化二铅0.4％，其余为铁；
(2)混料：将铁混合氧化锡、二氧化硅、三氧化二铅于冶炼炉中在1640℃温度下进行高温熔融冶炼60min后，再加入铌、钴、镍、锌、镓进行抽真空至真空度为500-800Pa，且在2200℃高温冶炼80min，得混合金属液备用；
(3)铸锭：将上述混合金属液在1750℃的温度下进行浇注，后以60℃/min的速度降温至常温得到铸锭；
(4)重熔：将上述铸锭于冶炼炉中在1700℃的温度下进行热融后保温25min，再加入纳米石墨烯后向炉中通入氩气后，在氩气的保护下继续升温至2300℃混合45min，得重熔金属液；
(5)磁芯制备：将上述重熔金属液在1450℃的温度下喷射于转动的冷却辊上，辊面线速度为20m/s，冷却得到非晶条带，并将其卷成磁芯备用；
(6)热处理：将上述磁芯加热至680℃，保温40min，再将其快速降温至450℃，继续保温后120min以20℃/min的速度匀速缓慢降温至180℃后，常温冷却，得抗直流互感器铁芯。
实施例3：
一种抗直流互感器铁芯的制备工艺，所述直流互感器铁芯的制备工艺包括以下步骤：
(1)选料：选取以下重量百分比的原料：铌3％、钴1.5％、纳米石墨烯3％、镍7％、锌1.5％、镓1.2％、氧化锡2.5％、二氧化硅1.2％、三氧化二铅0.3％，其余为铁；
(2)混料：将铁混合氧化锡、二氧化硅、三氧化二铅于冶炼炉中在1610℃温度下进行高温熔融冶炼50min后，再加入铌、钴、镍、锌、镓进行抽真空至真空度为500-800Pa，且在2150℃高温冶炼65min，得混合金属液备用；
(3)铸锭：将上述混合金属液在1700℃的温度下进行浇注，后以50℃/min的速度降温至常温得到铸锭；
(4)重熔：将上述铸锭于冶炼炉中在1650℃的温度下进行热融后保温23min，再加入纳米石墨烯后向炉中通入氩气后，在氩气的保护下继续升温至2250℃混合43min，得重熔金属液；
(5)磁芯制备：将上述重熔金属液在1400℃的温度下喷射于转动的冷却辊上，辊面线速度为18m/s，冷却得到非晶条带，并将其卷成磁芯备用；
(6)热处理：将上述磁芯加热至670℃，保温35min，再将其快速降温至430℃，继续保温后110min以15℃/min的速度匀速缓慢降温至165℃后，常温冷却，得抗直流互感器铁芯。
实施例4：
检测上述实施例1-3所得铁芯、坡莫合金磁芯和硅钢片的饱和磁感应强度、最大导磁率、密度和居里温度，结果如下表所示：
Figure GDA0002706334810000061
由上表可知本发买那个具有优良的电学性能，适宜电流互感器使用。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种抗直流互感器铁芯的制备工艺，其特征在于，所述直流互感器铁芯的制备工艺包括以下步骤：
(1)选料：选取以下重量百分比的原料：铌2％-4％、钴1％-2％、纳米石墨烯2％-3.5％、镍5％-8％、锌1％-2％、镓0.8％-1.4％、氧化锡2％-3％、二氧化硅0.8％-1.4％、三氧化二铅0.2％-0.4％，其余为铁；
(2)混料：将铁混合氧化锡、二氧化硅、三氧化二铅于冶炼炉中在1580-1640℃温度下进行高温熔融冶炼后，再加入铌、钴、镍、锌、镓进行抽真空，且在2100-2200℃高温冶炼一段时间，得混合金属液备用；
(3)铸锭：将上述混合金属液在1650-1750℃的温度下进行浇注，后以40-60℃/min的速度降温至常温得到铸锭；
(4)重熔：将上述铸锭于冶炼炉中在1600-1700℃的温度下进行热融后保温一段时间，再加入纳米石墨烯后向炉中通入氩气后，在氩气的保护下继续升温至2200-2300℃混合一段时间，得重熔金属液；
(5)磁芯制备：将上述重熔金属液在1350-1450℃的温度下喷射于转动的冷却辊上，冷却得到非晶条带，并将其卷成磁芯备用；
(6)热处理：将上述磁芯加热至650-680℃，保温一段时间后，再将其快速降温至400-450℃，继续保温后以10-20℃/min的速度匀速缓慢降温至150-180℃后，常温冷却，得抗直流互感器铁芯。
2.根据权利要求1所述的一种抗直流互感器铁芯的制备工艺，其特征在于：所述步骤(1)中各原料的重量百分比为：铌3％、钴1.5％、纳米石墨烯3％、镍6％、锌1.5％、镓1.2％、氧化锡2.5％、二氧化硅1.2％、三氧化二铅0.3％，其余为铁。
3.根据权利要求1所述的一种抗直流互感器铁芯的制备工艺，其特征在于：所述步骤(2)中铁混合氧化锡、二氧化硅、三氧化二铅高温熔融温度为1600℃，熔融时间为45-60min，且加入铌、钴、镍、锌、镓后抽真空的真空度为500-800Pa，冶炼温度为2150℃，冶炼时间为50-80min。
4.根据权利要求1所述的一种抗直流互感器铁芯的制备工艺，其特征在于：所述步骤(3)中浇注温度为1630℃，且降温速度为50℃/min。
5.根据权利要求1所述的一种抗直流互感器铁芯的制备工艺，其特征在于：所述步骤(4)中铸锭热融温度为1650℃，保温时间为20-25min，加入纳米石墨烯升温混合的温度为2250℃，混合时间为40-45min。
6.根据权利要求1所述的一种抗直流互感器铁芯的制备工艺，其特征在于：所述步骤(5)中重熔金属液喷射的温度为1300℃，且辊面线速度为15-20m/s。
7.根据权利要求1所述的一种抗直流互感器铁芯的制备工艺，其特征在于：所述步骤(6)中磁芯加热至650-680℃的保温时间为30-40min，降温至400-450℃的保温时间为100-120min。
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