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取向电工钢的产品现状与发展趋势

      取向电工钢是各类变压器、镇流器、放大器、稳压器、继电器、整流器、电磁开关等定向磁场电器产品制作铁芯的核心材料。目前,变压器主要向2个方面发展:一是向特大型超高压方面发展,电压等级由220、330、500kV向750、1000kV发展;二是向节能化、小型化、低噪声、高阻抗、防爆型发展,这些产品以中小型产品为主,如目前在城网、农网改造上被推荐采用的新S9型配电变压器。据中国电气工业协会变压器分会统计,主流变压器按电压等级分为4个大类,即:500kV及以上变压器、220~500kV变压器、110~200kV变压器以及小于110kV的变压器,其使用取向硅钢的牌号如下:


1)500kV级以上变压器所用硅钢片牌号为30ZH120、30ZH110、27ZH100;


2)±500kV级换流变压器所用硅钢片牌号为27ZDKH90、23ZDKH90;


3)110~220kV级变压器所用硅钢片牌号为30Q140、30Q130、30ZH120、30ZH110;


4)35kV级变压器所用硅钢片牌号为30Q130、30Q140;


5)S9型10kV配电变压器所用硅钢片牌号为30Q130,S11型10kV配电变压器所用硅钢片牌号为30ZH120。


       但是,在取向硅钢的品种开发方面,中国与国外先进企业尤其是日本的差距是比较大的,特别是部分日本已经投入工业化大生产的高牌号取向硅钢品种和规格。


1)以新日铁为代表的细化磁畴:主要用于高级大型变压器铁芯,激光刻痕的品种如23ZDKH90、85、80和27ZDKH95、90,机械刻痕的品种如23ZDMH90、85、80和27ZDMH95、90。


2)以新日铁为代表的高品质取向硅钢:目前国内一般取向硅钢的主流牌号为30Q120,而更高品质的如23ZH100、95、90,27ZH100、95和30ZH100、095等品种还无法生产。


3)以JFE为代表的取向硅钢中出现高磁感0.20mm规格材:特别适合于制作卷铁芯及高频用,以20JGH090(B8>1.86T)和20JGH095(B8>1.86T)2个牌号为主。


4)以JFE为代表的取向硅钢中出现高B8取向硅钢JGS:JGS材的铁损同正常规格产品,特别适用于制作噪声低的变压器,但B8≥1.92~1.93T(传统Hi-B材B8≥1.89T)。


5)以JFE为代表的取向硅钢中出现的JGE:JGE在纵、横向均有良好磁性,使用效果好于GO钢,特别适合于制作分割型铁芯及高性能EI铁芯产品。


目前取向硅钢主要向低铁损、高磁感和薄规格这几个方面发展。


1)超低铁损取向硅钢。


①细化磁畴:磁畴细化技术可以使取向硅钢铁损降低10%~20%,很多钢铁企业或科研院所对该项技术展开了研究。日本新日铁公司采用激光照射技术使Hi-B钢铁损降低15%左右,牌号为ZDKH的磁畴细化硅钢片于1983年投入市场。日本JFE公司开发了一种耐热型的磁畴细化技术,其0.23mm和0.27mm的产品以JGSD的名称商品化。在欧洲和美国的专利中,也报道了通过局部热变形或轧辊形成沟槽的磁畴细化方法。


②沉积张力涂层:硅钢的张力涂层是日本新日铁的研究人员在1973年提出的,其机制是硅钢片经过高温退火处理后,由于涂层与硅钢片的热膨胀系数差别较大,在冷却时两者收缩率不同,涂层收缩相对较小而使硅钢片基体受到一定的拉力,从而可降低硅钢片单位质量铁损。日本川崎制铁公司的研究表明,采用空心阴极放电技术在硅钢表面制备TiN张力涂层,可以使硅钢铁损降低了40%。另外,在取向硅钢表面利用溶胶凝胶技术制备氧化铝薄膜,可以使铁损降低。


③减薄厚度(0.15mm):取向硅钢厚度规格的发展历史是由0.35mm→0.30mm→0.27mm→0.23mm→0.20mm→0.15mm发展。目前,0.20mm厚取向硅钢薄带是应用在400Hz磁场下的一种软磁材料,它具有磁感应强度高、铁损低等特性,是用于军工雷达变压器的理想铁芯材料。


2)超高磁感取向硅钢:采用加Bi或三次再结晶,或高温梯度退火工艺,均可取得B8>1.95~2.0T的性能。


3)细晶粒双取向硅钢:用硅氧化物脱碳法制取具有{100}<001>立方织构的双取向硅钢片,不仅具有高的磁感,而且在轧向和横向均具有显著低的铁损和磁致伸缩。纵横向B8可达1.85~1.90T,P1.7/50小于1.02W/kg(0.30mm)。


4)6.5%Si的取向钢:目前世界范围内,大批量生产的硅钢片中硅质量分数大都控制在4%以内。当硅钢片中硅质量分数达到6.5%时,磁致伸缩系数趋于零,电阻率增大,涡流损失减小,从而在较高频率下表现出优良的磁性。所以,6.5%高Si硅钢片是制作低噪音、低铁损的理想铁芯材料,其研制工作受到了广泛的关注。目前,住友金属和新日铁均在研制高硅硅钢片,其B8可达1.62~1.65T,P10/50为0.15W/kg(0.2mm),可用于制造高频电器铁芯


5)无抑制剂取向硅钢:不用抑制剂生产取向硅钢已部分用于生产(如JGE有此产品),还在进一步扩大应用研究,已可采用低板坯加热温度,无需脱碳。


6)开发特殊用途电工钢板,如厚0.1mm以下的三次再结晶取向硅钢薄带,具有高饱和磁感的取向纯铁板以及高绝缘性能无公害绝缘涂层及黏结性涂层也是亟待解决的问题。

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