CN116168943A - 非晶合金卷铁心热处理方法及设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了非晶合金卷铁心热处理方法，包括以下步骤：准备待退火的卷铁心；将至少一个卷铁心放置入第一容器的容腔内部，卷铁心上设置有穿过内窗的导体，第一容器的容腔内设置有液态的导热介质，导热介质浸没卷铁心；利用直流供电装置对导体通直流电，同时利用加热装置对导热介质进行加热，使导热介质的温度升高；导热介质的温度上升到卷铁心的退火温度后，调整加热装置的输出，将导热介质的温度保持在卷铁心的退火温度；关闭直流供电装置和加热装置，完成退火，取出卷铁心。本申请的非晶合金卷铁心热处理方法，使用液态的导热介质进行导热退火，具有退火时间短、节约成本、降低能耗的效果。本申请还公开了一种非晶合金卷铁心热处理设备。

Description

非晶合金卷铁心热处理方法及设备

技术领域

本申请涉及变压器制造的技术领域，尤其是一种非晶合金卷铁心热处理方法及设备。

背景技术

非晶合金卷铁心变压器作为绿色低碳的先进装备，以其节能、节材、环保和安全可靠等优点，越来越受用户青睐。而铁心是变压器的重要组成部分，非晶合金铁心采用非晶合金带材连续绕制而成。通常，铁心在卷绕时，铁心材料会产生应力，而应力是影响铁心性能的重要因素。为消除铁心应力，在完成卷绕后，需要进行热处理，常规的热处理方法是使用退火炉进行退火，具有以下缺点：

(1)退火炉退火时，需要进行抽真空和/或填充防氧化气体，以防止退火时铁心氧化，防氧化气体成本较高；

(2)退火炉主要依靠热辐射以及气体进行热传递，热量传递效率慢，且铁心心柱、铁轭部位的材料较厚，热量不易传递进去，因此，容易导致退火不均匀，影响卷铁心性能；

(3)退火完成后，由于炉内温度较高，需要等热量降低后才能出炉，且由于退火炉的保温性能较好，降温过程中不能通风散热(避免氧化)，降温需要时间较长。

因此，需要对卷铁心的传统热处理方法及设备进行改进，以降低卷铁心的制造成本及时间成本。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题之一，本申请提供一种非晶合金卷铁心热处理方法，使用液体进行导热退火，能大大降低卷铁心的制造成本及时间成本。

此外，本申请还提供了一种非晶合金卷铁心热处理设备，用于实现上述工艺。

根据本发明第一方面实施例的非晶合金卷铁心热处理方法，包括以下步骤：

准备待退火的卷铁心；

将至少一个所述卷铁心放置入第一容器的容腔内部，所述卷铁心上设置有穿过所述卷铁心内窗的导体，所述导体连接有直流供电装置；所述第一容器的容腔内设置有液态的导热介质，所述导热介质浸没所述卷铁心；

启动所述直流供电装置为所述导体提供直流电，在所述导体周围形成直流磁场；同时利用加热装置对所述第一容器内的所述导热介质进行加热，使所述导热介质的温度升高；

所述导热介质的温度上升到所述卷铁心的退火温度后，调整加热装置的输出，将所述导热介质的温度保持在所述卷铁心的退火温度；

关闭所述直流供电装置和所述加热装置，完成退火，取出所述卷铁心。

根据本发明第一方面实施例的非晶合金卷铁心热处理方法，至少具有如下有益效果：

(1)、使用液态的导热介质进行导热退火，在退火时，液态的导热介质浸没卷铁心，将氧化气体完全隔绝，起到了防氧化作用，不需要进行抽真空和/或填充防氧化气体，节约了防氧化气体的成本；

(2)、对比传统的依靠热辐射以及气体进行热传递，本实施例使用液态的导热介质进行导热退火，液态的导热介质拥有导热快、渗透性强的特点，在退火时，导热介质容易渗入卷铁心内部，不仅减少了退火时间，降低能耗，还使得卷铁心退火更加均匀；

(3)、使用液态的导热介质进行导热退火，在退火完成后，可马上取出卷铁心，由于取出的卷铁心上残留的液态的导热介质对卷铁心进行了包覆，避免了高温的卷铁心直接和空气接触而氧化，且节省了等待冷却的时间；

(4)、退火过程中，导体中通有直流电，持续对卷铁心施加直流磁场，有利于恢复卷铁心的性能；

综上所述，本实施例的非晶合金卷铁心热处理方法，由于使用液态的导热介质进行导热退火，具有退火时间短、节约成本、降低能耗的效果。

根据本发明第一方面所述的非晶合金卷铁心热处理方法，所述直流磁场的场强不小于所述卷铁心的磁饱和值，能使卷铁心的磁性能得到最大程度的恢复。

根据本发明第一方面所述的非晶合金卷铁心热处理方法，所述导体与所述卷铁心之间设置有绝缘物或保持有安全绝缘距离，避免通电导体和卷铁心之间出现放电现象。

根据本发明第一方面所述的非晶合金卷铁心热处理方法，所述导热介质为绝缘液体，导热介质可充当导体和卷铁心之间的绝缘物，避免两者之间导通和放电。

根据本发明第一方面所述的非晶合金卷铁心热处理方法，所述导热介质的沸点大于300℃，导热介质的沸点应大于卷铁心材料的退火温度。

根据本发明第一方面所述的非晶合金卷铁心热处理方法，所述导热介质为耐高温油。

根据本发明第二方面实施例的非晶合金卷铁心热处理设备，应用于本发明第一方面所述的非晶合金卷铁心热处理方法，包括：

第一容器，所述第一容器上设置有用于放置卷铁心的容腔，所述容腔内装设有液态的导热介质；

加热装置，设置在所述第一容器上，所述加热装置位于所述容腔的内部或者外部，所述加热装置用于加热所述导热介质；

控制装置，连接所述加热装置，所述控制装置可用于控制所述加热装置的输出功率和输出时间；

导体，所述导体至少一端以可打开或可拆装的方式设置在所述容腔内，所述导体被设置为穿过所述卷铁心的内窗；

直流供电装置，设置在所述容腔外，所述直流供电装置的输出端连接所述导体，所述直流供电装置连接所述控制装置。

根据本发明第二方面实施例的非晶合金卷铁心热处理设备，至少具有如下有益效果：本实施例的非晶合金卷铁心热处理设备主要应用于本发明第一方面所述的非晶合金卷铁心热处理方法，把卷铁心放置在第一容器的容腔内，液态的导热介质浸没卷铁心，通过加热装置加热导热介质，由液态的导热介质传递热量，对卷铁心进行退火，具有退火和降温时间短、节约成本、降低能耗的效果；导体和直流供电装置的设置，用于在卷铁心退火时，为卷铁心施加直流磁场，恢复卷铁心的性能。

根据本发明第二方面所述的非晶合金卷铁心热处理设备，所述容腔可容纳至少一个卷铁心。根据情况，可以在容腔内放置一个或者多个卷铁心，提高退火的效率。

根据本发明第二方面所述的非晶合金卷铁心热处理设备，所述容腔内设置有测温装置，所述测温装置用于测量导热介质的温度，所述测量装置连接所述控制装置。通过测温装置监控导热介质的温度，并反馈给控制装置，由控制装置实时调控加热装置的工作情况，保证退火过程的顺利进行。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1是非晶合金卷铁心热处理设备的结构示意图；

图2是第一容器其中一种实施例的结构示意图；

图3是第一容器另一种实施例的结构示意图；

图4是导体和卷铁心的其中一种穿法示意图；

图5是导体和卷铁心的另一种穿法示意图。

附图标号说明：第一容器100；导热介质110；卷铁心200；加热装置300；控制装置400；导体500；直流供电装置600；测温装置700。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接或活动连接，也可以是可拆卸连接或不可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介、中间结构间接相连，可以是两个元件内部的连通、间接连通或两个元件的相互作用关系。

在本申请的描述中，需要说明的是，若干的含义是一个或者多个，多个(或多项)的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到“第一”、“第二”等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

下面结合附图，对本申请实施例作进一步阐述。

现有的卷铁心一般使用常规退火炉进行热处理，其过程大概如下：首先把卷铁心送入退火炉的炉腔内；然后，对退火炉内部进行抽真空，部分退火炉在抽真空后会往炉腔内填充防氧化气体，如氮气等，以防止退火时铁心氧化；再然后，启动退火炉内的加热装置，加热装置依靠热辐射以及气体进行热传递，对卷铁心进行加热，使卷铁心升温到退火温度，并保持一段时间；退火完成后，关闭加热装置，待退火炉内温度自然冷却后，取出卷铁心。传统的退火工艺具有以下缺点：一是需要进行抽真空和/或填充防氧化气体，以防止退火时铁心氧化，成本较高；二是退火炉主要依靠热辐射以及气体进行热传递，热量传递效率慢，且铁心心柱、铁轭部位的材料较厚，热量不易传递进去，容易导致退火不均匀，影响卷铁心性能；三是退火完成后，由于炉内温度较高，需要等热量降低后才能出炉，且由于退火炉的保温性能较好，降温过程中不能通风散热(避免氧化)，降温需要时间较长。

本申请提供了一种非晶合金卷铁心热处理方法，用于提高卷铁心200的退火效率，具体的，热处理方法包括以下步骤：

S1、准备待退火的卷铁心200；

S2、将至少一个卷铁心200放置入第一容器100的容腔内部，卷铁心200上设置有穿过卷铁心200内窗的导体500，导体500连接有直流供电装置600；第一容器100的容腔内设置有液态的导热介质110，导热介质浸没卷铁心200；

S3、启动直流供电装置600为导体500提供直流电，在导体500周围形成直流磁场；同时利用加热装置300对第一容器100内的导热介质110进行加热，使导热介质110的温度升高；进一步的，升温时间由铁心材料、铁心容量、导热介质110和加热装置300等多个因素共同影响，一般而言，升温时间在1-4小时的范围内；

S4、导热介质110的温度上升到卷铁心200的退火温度后，调整加热装置300的输出，将导热介质110的温度保持在卷铁心200的退火温度；进一步的，保温时间受铁心材料和铁心容量的影响较大，一般而言，保温时间在7-16小时的范围内；

S5、关闭直流供电装置600和加热装置300，完成退火，取出卷铁心200。

如图1所示，本申请还提供了一种非晶合金卷铁心热处理设备，应用于上述的非晶合金卷铁心热处理方法，该热处理设备包括有：

第一容器100，第一容器100上设置有用于放置卷铁心200的容腔，容腔内装设有液态的导热介质110；

加热装置300，设置在第一容器100上，加热装置300位于容腔的内部或者外部，加热装置300用于加热导热介质110；

控制装置400，连接加热装置300，控制装置400可用于控制加热装置300的输出功率和输出时间；

导体500，导体500至少一端以可打开或可拆装的方式设置在容腔内，导体500被设置为穿过卷铁心200的内窗；

直流供电装置600，设置在容腔外，直流供电装置600的输出端连接导体500，直流供电装置600连接控制装置400。

本申请提供的非晶合金卷铁心热处理方法和设备，使用液态的导热介质110进行导热退火，具有退火和降温时间短、节约成本、降低能耗的效果，具体效果有以下三点：

(1)、使用液态的导热介质110进行导热退火，在退火时，液态的导热介质110浸没卷铁心200，将氧化气体完全隔绝，起到了防氧化作用，不需要进行抽真空和/或填充防氧化气体，节约了防氧化气体的成本；

(2)、对比传统的依靠热辐射以及气体进行热传递，本实施例使用液态的导热介质110进行导热退火，液态的导热介质110拥有导热快、渗透性强的特点，在退火时，导热介质110容易渗入卷铁心200内部，不仅减少了退火时间，降低能耗，还使得卷铁心200退火更加均匀；

(3)、使用液态的导热介质110进行导热退火，在退火完成后，可马上取出卷铁心200，由于取出的卷铁心200上残留的液态的导热介质110对卷铁心200进行了包覆，避免了高温的卷铁心200直接和空气接触而氧化，且节省了等待冷却的时间；

(4)、退火过程中，导体500中通有直流电，持续对卷铁心200施加直流磁场，有利于恢复卷铁心200的性能。

进一步的，本申请中第一容器100的容腔可容纳至少一个卷铁心200。如图1、图2和图3所示，根据情况，可以在容腔内放置多个卷铁心200，提高退火的效率。

如图2所示，在本申请的其中一种实施例中，加热装置300可以设置在容腔的内部，优选的，加热装置300设置有多个，提高加热的效率，并且使加热更加均匀。

如图3所示，在本申请的另一个实施例中，加热装置300还可以设置在容腔的外部对导热介质110进行加热。

进一步的，容腔内设置有测温装置700，测温装置700用于测量导热介质110的温度，测量装置连接控制装置400。在退火的过程中，通过测温装置700监控导热介质110的温度，并反馈给控制装置400，由控制装置400实时调控加热装置300的工作情况，保证退火过程的顺利进行。

进一步的，在施加直流磁场时，优选的，直流磁场的场强不小于卷铁心200的磁饱和值，保证卷铁心200性能得到最大的恢复。

如图4所示，在本申请的其中一种实施例中，对单框的卷铁心200进行退火，多个单框的卷铁心200的内窗相对排列，导体500同时穿过多个卷铁心200的内窗。

如图5所示，在本申请的另一个实施例中，对组装好的立体卷铁心200进行退火，多个立体卷铁心200排列，导体500需要穿过卷铁心200的每个内窗。

优选的，在上述实施例中，为了更方便的把导体500穿接在卷铁心200的内窗上，导体500优选设置为方便组装和拆分的结构。

容易想到的是，导体500与卷铁心200之间还需设置有绝缘物或保持有安全绝缘距离，如导体500与卷铁心200之间保持有12cm的距离，避免通电导体500和卷铁心200之间出现放电现象。

进一步的，导热介质110为绝缘液体，导热介质110可充当导体500和卷铁心200之间的绝缘物，避免两者之间导通和放电。进一步的，导热介质110的沸点应大于300℃，保证导热介质110的温度可以上升到卷铁心200材料的退火温度。优选的，导热介质110为耐高温油。此外，在其他实施例中，导热介质110还可以为其他绝缘液体。

下面利用本申请的热处理方法和热处理设备，对多组的卷铁心200分别进行退火测试。

实施例1：

S1、准备一台待退火的卷铁心200，卷铁心200的设计损耗值为87W；

S2、将卷铁心200放置入第一容器100的容腔内部，并使导体500穿过卷铁心200的内窗，放入导热介质110，导热介质110浸没卷铁心200，导热介质为耐高温油；

S3、启动直流供电装置600使导体500中通有直流电，在导体500周围形成直流磁场；同时利用加热装置300对第一容器100内的导热介质110进行加热，使导热介质110的温度升高，升温时间为2小时，导热介质110的温度上升到卷铁心200的退火温度；

S4、导热介质110的温度上升到卷铁心200的退火温度后，调整加热装置300的输出，将导热介质110的温度保持在卷铁心200的退火温度，持续时间为10小时；

S5、关闭直流供电装置600和加热装置300，完成退火，取出卷铁心200。

对本实施例退火后得到的卷铁心200进行性能测试，卷铁心200的损耗值达到85W，优于设计损耗，性能稳定。

实施例2：

S1、准备12台待退火的卷铁心200，卷铁心200的设计损耗值为135W；

S2、将12台卷铁心200放置入第一容器100的容腔内部，并使导体500穿过12台卷铁心200的内窗，放入导热介质110，导热介质110浸没所有卷铁心200，导热介质为耐高温油；

S3、启动直流供电装置600使导体500中通有直流电，在导体500周围形成直流磁场；同时利用加热装置300对第一容器100内的导热介质110进行加热，使导热介质110的温度升高，升温时间为2.5小时，导热介质110的温度上升到卷铁心200的退火温度；

S4、导热介质110的温度上升到卷铁心200的退火温度后，调整加热装置300的输出，将导热介质110的温度保持在卷铁心200的退火温度，持续时间为11小时；

S5、关闭直流供电装置600和加热装置300，完成退火，取出12台卷铁心200。

对本实施例退火后得到的12台卷铁心200进行性能测试，卷铁心200的损耗值参照表1：

变压器	损耗值(单位W)
		变压器1	130
变压器2	129
		变压器3	133
变压器4	130
		变压器5	130
变压器6	128
		变压器7	132
变压器8	129
		变压器9	133
变压器10	128
		变压器11	128
变压器12	130

表1

从表1可知，12台卷铁心200的损耗值处于128W～133W之间，偏差基本在4％以内，且都优于设计损耗值135W，性能稳定。

对比例1：

利用传统的退火炉和退火工艺对卷铁心进行退火。

S1、准备待退火的卷铁心，卷铁心的设计损耗值为87W；

S2、将卷铁心送入退火炉中，对退火炉抽真空，并填充氮气；

S3、启动退火炉的加热功能，使退火炉内部温度升高，达到退火温度，对卷铁心进行退火，持续时间为20小时；

S4、关闭退火炉，在密封状态下等待退火炉内部温度自然下降，冷却时间为5小时；

S5、退火炉内部温度降下来后，取出卷铁心。

对本对比例退火后得到的卷铁心进行性能测试，卷铁心的损耗值为88W，高于设计损耗值，性能不稳定。

把实施例1、实施例2和对比例1进行比对，结果如表2：

	实施例1	实施例2	对比例1
				退火时间	12小时	13.5小时	25小时
卷铁心损耗值	85W，优于设计损耗值	128W～133W，优于设计损耗值	88W，高于设计损耗值

表2

经过几个实施例的对比，利用传统的退火炉和退火工艺对卷铁心进行退火，退火时间在25小时左右，且产品损耗偏差处于-5％～+10％左右，性能不稳定。而采用本申请的热处理方法和热处理设备，可对1台或者多台卷铁心进行退火，退火时间约为传统退火工艺的一半，节省大量时间。液态的导热介质110的传热效果比传统退火炉依靠气体导热的效果更好，有效降低能耗，节约成本。而且采用本申请的热处理方法得到的产品偏差基本在4％以内，性能稳定。

以上是对本申请的较佳实施进行了具体说明，但本申请并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本申请精神的共享条件下还可作出种种等同的变形或替换，这些等同的变形或替换均包括在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种非晶合金卷铁心热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

准备待退火的卷铁心；

将至少一个所述卷铁心放置入第一容器的容腔内部，所述卷铁心上设置有穿过所述卷铁心内窗的导体，所述导体连接有直流供电装置；所述第一容器的容腔内设置有液态的导热介质，所述导热介质浸没所述卷铁心；

启动所述直流供电装置为所述导体提供直流电，在所述导体周围形成直流磁场；同时利用加热装置对所述第一容器内的所述导热介质进行加热，使所述导热介质的温度升高；

所述导热介质的温度上升到所述卷铁心的退火温度后，调整加热装置的输出，将所述导热介质的温度保持在所述卷铁心的退火温度；

关闭所述直流供电装置和所述加热装置，完成退火，取出所述卷铁心。

2.根据权利要求1所述的非晶合金卷铁心热处理方法，其特征在于，所述直流磁场的场强不小于所述卷铁心的磁饱和值。

3.根据权利要求1所述的非晶合金卷铁心热处理方法，其特征在于，所述导体与所述卷铁心之间设置有绝缘物或保持有安全绝缘距离。

4.根据权利要求1所述的非晶合金卷铁心热处理方法，其特征在于，所述导热介质为绝缘液体。

5.根据权利要求4所述的非晶合金卷铁心热处理方法，其特征在于，所述导热介质为耐高温油。

6.一种非晶合金卷铁心热处理设备，应用于权利要求1至5任一所述的非晶合金卷铁心热处理方法，其特征在于，包括：

第一容器，所述第一容器上设置有用于放置卷铁心的容腔，所述容腔内装设有液态的导热介质；

加热装置，设置在所述第一容器上，所述加热装置位于所述容腔的内部或者外部，所述加热装置用于加热所述导热介质；

控制装置，连接所述加热装置，所述控制装置可用于控制所述加热装置的输出功率和输出时间；

导体，所述导体至少一端以可打开或可拆装的方式设置在所述容腔内，所述导体被设置为穿过所述卷铁心的内窗；

直流供电装置，设置在所述容腔外，所述直流供电装置的输出端连接所述导体，所述直流供电装置连接所述控制装置。

7.根据权利要求6所述的非晶合金卷铁心热处理设备，其特征在于，所述容腔可容纳至少一个卷铁心。

8.根据权利要求6所述的非晶合金卷铁心热处理设备，其特征在于，所述容腔内设置有测温装置，所述测温装置用于测量导热介质的温度，所述测量装置连接所述控制装置。

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