CN112927913B - 一种极薄取向硅钢铁芯及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种极薄取向硅钢铁芯及其制造方法，所述制造方法，包括：S1、剪切分条：将取向硅钢根据制作铁芯的宽度要求进行分条剪切；S2、卷绕：根据铁芯的规格型号要求，选取铁芯模具进行卷绕；S3、压块固定：将卷绕好的铁芯用压块固定；S4、退火加工：将固定好的铁芯，阶梯式升温至780℃保温3h退火处理，保护气氛为氮气，之后冷却降温；S5、浸胶：将降温后的铁芯，进行真空浸胶处理；S6、烘干：将浸胶处理后的铁芯烘干处理；S7、装配。该发明制造的极薄取向硅钢铁芯，能彻底消除内应力，磁路各处均无高磁阻存在，空载电流与励磁电流均大幅度下降，从而最大限度的恢复了极薄取向硅钢加工后原有择优取向织构及电磁性能。
Description
技术领域
本发明属于硅钢铁芯技术领域，具体涉及一种极薄取向硅钢铁芯及其制造方法。
背景技术
随着国家用电量的增加、国家电网的升级改造以及节能减排的进一步要求，降低变压器的损耗，提高供配电系统的效率已是大势所趋。变压器是利用电磁感应原理来改变交流电压的装置，用来实现电压电流和阻抗的变换以及隔压稳压的功能，其内部构件主要有初级线圈、次级线圈和铁芯，其中铁芯材料的导磁性能对变压器的损耗、噪音、效率等有举足轻重的影响。
现有的变压器铁芯材料主要有软磁铁氧体、非晶纳米晶合金以及硅钢。软磁铁氧体的特点是饱和磁通密度低、磁导率低、居里温度低、中高频损耗低、成本低，前三个缺点限制了它的使用范围。非晶合金的饱和磁通密度介于铁氧体和硅钢之间，损耗低于硅钢，但是成本太高也限制了它的使用范围。硅钢的饱和磁通密度高、磁导率高，损耗也相对较高，成本介于铁氧体和非晶合金之间，被广泛应用制造变压器铁芯上。
随着特高压直流输电和灵活交流输电的迅速发展，电网对高压、高频、大容量电力装备的需求日益迫切，对电力装备用硅钢材料的性能、质量的要求也趋于严格。
CN104141092A公开了一种立体卷铁芯变压器用无取向电工钢及其生产方法，所述立体卷铁芯变压器用无取向电工钢，以重量百分数计，其化学成分为C:0.001％-0.0030％，Si:0.6％-1.50％，Al:0.3％-1.0％，Mn:0.2-0.8％，P≤0.10％，S≤0.003％，N≤0.003％，Ti≤0.003％，Nb≤0.003％，V≤0.003％，其余为铁和不可避免的杂质，还提供了一种立体卷铁芯变压器用无取向电工钢的生产方法，包括转炉冶炼、RH精炼、连铸、热轧、常化、酸连轧、连续退火、涂层和高温箱式炉退火等生产步骤。该发明虽然铁损和磁感能够满足变压器的设计要求，仍存在铁损较高，变压器空载损耗相对较大，噪音较大等问题。
CN105220071A公开了一种低噪音特性取向硅钢及其制造方法，其包括硅钢基板和涂覆于硅钢基板上的绝缘涂层；此外，该绝缘涂层的张力范围为6-8MPa；所述硅钢基板中的Cu元素和S元素含量满足：0.1％≤Cu≤0.5％，0.01％
≤S≤0.05％,且原子比Cu/S满足：5≤Cu/S≤10；还公开了一种低噪音特性取向硅钢的制造方法，其依次包括步骤：(1)冶炼，铸造成板坯；(2)加热；(3)常化；(4)冷轧；(5)脱碳退火；(6)成品退火；(7)热拉伸退火，并在硅钢基板表面涂覆绝缘涂层，调节涂覆量以使绝缘涂层的张力范围为6-8MPa。该发明的低噪音特性取向硅钢磁致伸缩小，由其制成的铁芯所产生的振动小，从而降低了变压器的整体噪音水平，但该发明的铁损仍较高，无法满足高速旋转和变频电机的铁芯制造要求。
随着特高压直流输电和灵活交流输电的迅速发展，电网对高压、高频、大容量电力装备的需求日益迫切，对电力装备用硅钢材料的性能、质量的要求也趋于严格。如何利用高性能的超薄取向硅钢(厚度≤0.1mm)制作铁芯成为目前亟需解决的难题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种极薄取向硅钢铁芯的制备方法，采用0.05-0.10mm厚的极薄取向硅钢带材作为原材料，采用阶梯式升温退火工艺得到的极薄取向硅钢铁芯，能彻底消除内应力，磁路各处均无高磁阻存在，空载电流与励磁电流均大幅度下降，从而最大限度的恢复了极薄取向硅钢加工后原有择优取向织构及电磁性能。
为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：
一种极薄取向硅钢铁芯的制造方法，包括以下步骤：
S1、剪切分条：将取向硅钢根据制作铁芯的宽度要求进行分条剪切；
S2、卷绕：根据铁芯的规格型号要求，选取铁芯模具进行卷绕；
S3、压块固定：将卷绕好的铁芯用压块固定；
S4、退火加工：将固定好的铁芯，阶梯式升温至760-820℃保温2-5h退火处理，保护气氛为氮气，或者进行真空退火处理，之后冷却降温；
S5、浸胶：将降温后的铁芯，进行真空浸胶处理；
S6、烘干：将浸胶处理后的铁芯烘干处理；
S7、装配。
优选地，步骤S1中所述的取向硅钢为厚度为0.05-0.10mm的极薄取向硅钢带材。
优选地，步骤S2中所述卷绕的拉力为0.2-0.4MPa。
优选地，步骤S4中所述阶梯式升温为：
25℃至400℃，升温速度为150-200℃/h；
400℃至550℃，升温速度为100-150℃/h，到550℃时保温2h；
550℃至760-820℃，升温速度为50-70℃/h。
优选地，步骤S4中所述降温为降温至95-105℃。
优选地，步骤S5中所述浸胶处理时间为20-40min。
优选地，步骤S5中所述浸胶处理的材料为环氧树脂绝缘胶。
优选地，步骤S6中所述烘干处理为：在160-200℃下烘干5-10h。
本发明还提供了上述制造方法制备的极薄取向硅钢铁芯。
本发明还提供了上述制造方法制备的极薄取向硅钢铁芯在变压器中的应用。
本发明还提供了一种变压器，包括上述制造方法制备的极薄取向硅钢铁芯。
本发明的有益效果为：
(1)本发明的退火工艺中采用阶梯式升温，形成极薄取向硅钢铁芯，能彻底消除内应力，磁路各处均无高磁阻存在，空载电流与励磁电流均大幅度下降，从而最大限度的恢复极薄取向硅钢加工后原有择优取向织构及电磁性能；
(2)本发明采用0.2-0.4MPa的适中应力卷绕0.05-0.10mm厚的极薄取向硅钢带材制作铁芯，得到极优的几何表面；同时，采用阶梯式升温，还可以对铁芯的几何表面做优化处理，杜绝了弯曲以及不规则变形及氧化问题的产生。
附图说明
图1为实施例4退火后的铁芯。
图2为对比例2退火后的铁芯。
图3为对比例3退火后的铁芯。
具体实施方式
以下结合附图和通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同意义。
本发明对所采用原料的来源不作限定，如无特殊说明，本发明所采用的原料均为本技术领域普通市售品。
一种极薄取向硅钢铁芯的制造方法，包括以下步骤：
S1、剪切分条：将厚度为0.05-0.10mm的极薄取向硅钢带材，根据制作铁芯的宽度要求进行分条剪切；
S2、卷绕：根据铁芯的规格型号要求，选取铁芯模具进行卷绕，卷绕的拉力为0.2-0.4MPa；
S3、压块固定：将卷绕好的铁芯用压块固定；
S4、退火加工：将固定好的铁芯，阶梯式升温至760-820℃保温2-5h退火处理，保护气氛为氮气，或者进行真空退火处理，之后冷却降温至95-105℃；
具体地，所述阶梯式升温为：
25℃至400℃，升温速度为150-200℃/h；
400℃至550℃，升温速度为100-150℃/h，到550℃时保温2h；
550℃至760-820℃，升温速度为50-70℃/h；
S5、浸胶：将降温后的铁芯，进行真空浸胶处理，浸胶处理时间为20-40min，浸胶处理的材料为环氧树脂绝缘胶；
S6、烘干：将浸胶处理后的铁芯在160-200℃下烘干5-10h；
S7、装配。
本发明还提供了上述制造方法制备的极薄取向硅钢铁芯。
本发明还提供了上述制造方法制备的极薄取向硅钢铁芯在变压器中的应用。
本发明还提供了一种变压器，包括上述制造方法制备的极薄取向硅钢铁芯。
实施例1一种极薄取向硅钢铁芯及其制造方法
一种极薄取向硅钢铁芯的制造方法，包括以下步骤：
S1、剪切分条：将厚度为0.08mm的极薄取向硅钢带材，根据制作铁芯的宽度要求进行分条剪切；
S2、卷绕：根据铁芯的规格型号要求，选取铁芯模具进行卷绕，卷绕的拉力为0.2MPa；
S3、压块固定：将卷绕好的铁芯用压块固定；
S4、退火加工：将固定好的铁芯，阶梯式升温至760℃保温5h退火处理，保护气氛为氮气，之后冷却降温至105℃；
具体地，所述阶梯式升温为：
25℃至400℃，升温速度为150℃/h；
400℃至550℃，升温速度为100℃/h，到550℃时保温2h；
550℃至760℃，升温速度为50℃/h；
S5、浸胶：将降温后的铁芯，进行真空浸胶处理，浸胶处理时间为20min，浸胶处理的材料为环氧树脂绝缘胶；
S6、烘干：将浸胶处理后的铁芯在160℃下烘干3h；
S7、装配，即得所述极薄取向硅钢铁芯。
实施例2一种极薄取向硅钢铁芯及其制造方法
一种极薄取向硅钢铁芯的制造方法，包括以下步骤：
S1、剪切分条：将厚度为0.08mm的极薄取向硅钢带材，根据制作铁芯的宽度要求进行分条剪切；
S2、卷绕：根据铁芯的规格型号要求，选取铁芯模具进行卷绕，卷绕的拉力为0.4MPa；
S3、压块固定：将卷绕好的铁芯用压块固定；
S4、退火加工：将固定好的铁芯，阶梯式升温至820℃保温2h退火处理，保护气氛为氮气，之后冷却降温至95℃；
具体地，所述阶梯式升温为：
25℃至400℃，升温速度为200℃/h；
400℃至550℃，升温速度为150℃/h，到550℃时保温2h；
550℃至820℃，升温速度为70℃/h；
S5、浸胶：将降温后的铁芯，进行真空浸胶处理，浸胶处理时间为40min，浸胶处理的材料为环氧树脂绝缘胶；
S6、烘干：将浸胶处理后的铁芯在200℃下烘干5h；
S7、装配，即得所述极薄取向硅钢铁芯。
实施例3一种极薄取向硅钢铁芯及其制造方法
一种极薄取向硅钢铁芯的制造方法，包括以下步骤：
S1、剪切分条：将厚度为0.08mm的极薄取向硅钢带材，根据制作铁芯的宽度要求进行分条剪切；
S2、卷绕：根据铁芯的规格型号要求，选取铁芯模具进行卷绕，卷绕的拉力为0.3MPa；
S3、压块固定：将卷绕好的铁芯用压块固定；
S4、退火加工：将固定好的铁芯，阶梯式升温至780℃保温3h退火处理，保护气氛为氮气，之后冷却降温至100℃；
具体地，所述阶梯式升温为：
25℃至400℃，升温速度为150℃/h；
400℃至550℃，升温速度为150℃/h，到550℃时保温2h；
550℃至780℃，升温速度为60℃/h；
S5、浸胶：将降温后的铁芯，进行真空浸胶处理，浸胶处理时间为30min，浸胶处理的材料为环氧树脂绝缘胶；
S6、烘干：将浸胶处理后的铁芯在170℃下烘干6h；
S7、装配，即得所述极薄取向硅钢铁芯。
实施例4一种极薄取向硅钢铁芯及其制造方法
一种极薄取向硅钢铁芯的制造方法，包括以下步骤：
S1、剪切分条：将厚度为0.08mm的极薄取向硅钢带材，根据制作铁芯的宽度要求进行分条剪切；
S2、卷绕：根据铁芯的规格型号要求，选取铁芯模具进行卷绕，卷绕的拉力为0.3MPa；
S3、压块固定：将卷绕好的铁芯用压块固定；
S4、退火加工：将固定好的铁芯，阶梯式升温至780℃保温3h退火处理，保护气氛为氮气，之后冷却降温至100℃；
具体地，所述阶梯式升温为：
25℃至400℃，升温速度为180℃/h；
400℃至550℃，升温速度为125℃/h，到550℃时保温2h；
550℃至780℃，升温速度为60℃/h；
S5、浸胶：将降温后的铁芯，进行真空浸胶处理，浸胶处理时间为30min，浸胶处理的材料为环氧树脂绝缘胶；
S6、烘干：将浸胶处理后的铁芯在170℃下烘干6h；
S7、装配，即得所述极薄取向硅钢铁芯。
对比例1一种极薄取向硅钢铁芯及其制造方法
本对比例与实施例4的区别在于：
S4、退火加工：将固定好的铁芯，阶梯式升温至780℃保温3h退火处理，保护气氛为氮气，之后冷却降温至100℃；
具体地，所述阶梯式升温为：
25℃至300℃，升温速度为180℃/h；
300℃至450℃，升温速度为125℃/h，到450℃时保温3h；
450℃至780℃，升温速度为60℃/h。
对比例2一种极薄取向硅钢铁芯及其制造方法
本对比例与实施例4的区别在于：
S4、退火加工：将固定好的铁芯，阶梯式升温至780℃保温3h退火处理，保护气氛为氮气，之后冷却降温至100℃；
具体地，所述阶梯式升温为：
25℃至400℃，升温速度为250℃/h；
400℃至550℃，升温速度为150℃/h，到550℃时保温2h；
550℃至780℃，升温速度为120℃/h。
对比例3一种极薄取向硅钢铁芯及其制造方法
本对比例与实施例4的区别在于：
S4、退火加工：将固定好的铁芯，阶梯式升温至780℃保温3h退火处理，保护气氛为氮气，之后冷却降温至100℃；
具体地，所述阶梯式升温为：
25℃至400℃，升温速度为200℃/h；
400℃至550℃，升温速度为200℃/h，到550℃时保温2h；
550℃至780℃，升温速度为120℃/h。
对比例4一种极薄取向硅钢铁芯及其制造方法
本对比例与实施例4的区别在于：
步骤S2中卷绕的拉力为0.5MPa；
步骤S4中退火加工为：将固定好的铁芯，阶梯式升温至720℃保温6h退火处理，保护气氛为氮气，之后冷却降温至90℃；
具体地，所述阶梯式升温为：
25℃至400℃，升温速度为180℃/h；
400℃至540℃，升温速度为125℃/h，到540℃时保温2h；
540℃至720℃，升温速度为60℃/h。
将实施例1-4和对比例1-4制备的极薄取向硅钢铁芯，使用爱泼斯坦方圈测试方法测试性能，结果如表1所示。
表1极薄取向硅钢铁芯性能参数
| 铁损P1.0T/400Hz(w/kg) | 铁损P1.5T/400Hz(w/kg) | |
| 实施例1 | 6.244 | 15.06 |
| 实施例2 | 6.261 | 15.11 |
| 实施例3 | 6.166 | 14.46 |
| 实施例4 | 5.681 | 12.18 |
| 对比例1 | 9.066 | 22.66 |
| 对比例2 | 8.081 | 19.57 |
| 对比例3 | 8.412 | 20.5 |
| 对比例4 | 9.159 | 22.9 |
| 0.08mm的极薄取向硅钢带材 | 5.526 | 12.02 |
由上表可知，退火温度、升温速度等对极薄取向硅钢铁芯的铁损影响较大，本发明实施例1-4制备的极薄取向硅钢铁芯的P1.0/400在5.681-6.261W/kg，P1.5/400在12.18-15.11W/kg，铁损较小。
同时发现，退火后实施例1-4的铁芯表面无氧化，表面平整，无弯曲及不规则变形现象，如图1所示，而对比例2的铁芯表面轻微氧化，内外圈轻微变形，如图2所示，对比例3退火后的铁芯表面出现不同程度的氧化，圆角处出现不规则变形，如图3所示。
本发明还提供了上述制造方法制备的极薄取向硅钢铁芯在变压器中的应用。
一种变压器，包括上述制造方法制备的极薄取向硅钢铁芯。
将上述实施例1-4和对比例1-4制造的极薄取向硅钢铁芯制成变压器样机，并测试其性能如表2所示。
表2变压器样机的性能参数
| 噪音(db) | |
| 实施例1 | 79.1 |
| 实施例2 | 80.6 |
| 实施例3 | 78.3 |
| 实施例4 | 76.8 |
| 对比例1 | 97.5 |
| 对比例2 | 86.2 |
| 对比例3 | 88.4 |
| 对比例4 | 98.7 |
由上表可知，本发明制备的变压器的空载电流小，空载损耗低。磁通密度为1.5T时，噪音在80.6-76.8db，各项性能指标满足变压器的设计要求。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (9)
1.一种极薄取向硅钢铁芯的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、剪切分条：将取向硅钢根据制作铁芯的宽度要求进行分条剪切；
S2、卷绕：根据铁芯的规格型号要求，选取铁芯模具进行卷绕；
S3、压块固定：将卷绕好的铁芯用压块固定；
S4、退火加工：将固定好的铁芯，阶梯式升温至760-820℃保温2-5h退火处理，保护气氛为氮气，或者进行真空退火处理，之后冷却降温；
步骤S4中所述阶梯式升温为：
25℃至400℃，升温速度为150-200℃/h；
400℃至550℃，升温速度为100-150℃/h，到550℃时保温2h；
550℃至760-820℃，升温速度为50-70℃/h；
S5、浸胶：将降温后的铁芯，进行真空浸胶处理；
S6、烘干：将浸胶处理后的铁芯烘干处理；
S7、装配。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤S1中所述的取向硅钢为厚度为0.05—0.10mm的极薄取向硅钢带材。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤S2中所述卷绕的拉力为0.2-0.4MPa。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤S4中所述降温为降温至95-105℃。
5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤S5中所述浸胶处理时间为20-40min。
6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤S5中所述浸胶处理的材料为环氧树脂绝缘胶。
7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤S6中所述烘干处理为：在160-200℃下烘干5-10h。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制造方法制备的极薄取向硅钢铁芯。
9.一种变压器，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的制造方法制备的极薄取向硅钢铁芯。
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