无取向电工钢是含碳很低的硅铁软磁合金,是电力、电子和军事工业中不可缺少的重要材料。据统计,2000年全世界电工钢的总产量为671.4万吨,到2005年已经**过了800万吨。目前国内市场的消费量已远**过300万吨。其中,无取向硅钢是在旋转磁场中工作的电动机和发电机转子的铁芯材料,要求良好的磁性能和工艺性能。近年来,随着电机高速化和小型化的发展,对无取向硅钢的性能要求提出了更高的要求,如在高频下具有低铁损和高磁感强度等。
由于电工钢制造工艺和设备复杂,成分控制严格,因此,企业都视电工钢的制造技术为生命,以**形式加以保护。电工钢的制造技术和产品质量已经成为衡量一个国家钢铁科技发展水平的重要标志之一。
一般而言,电机用电量约占总发电量的65%一70%,若能降低电机的损耗10%,以2006年统计数据计,则全国范围的电机可节电200亿kW·h/a以上,相当于年节约标准煤770万吨、减排二氧化硫12万吨以上、减排二氧化氮7万吨以上、减排二氧化碳2千万吨以上。因此,提高无取向电工钢的性能,对于节能和减排具有重要意义。
电工钢除上表品种类别外,还有一些特殊用途的电工钢板,如0.15和0.20mm厚3%Si冷轧无取向硅钢薄带和0.025、0.05及0.1mm厚3%Si冷轧取向硅钢薄带,用作中、高频电机和变压器以及脉冲变压器等;继电器和电力开关用的0.7mm厚3%Si高强度冷轧无取向硅钢板;新型高转速电机转子用的高强度冷轧电工钢板;医用核磁共振断层扫描仪等磁屏蔽和高能加速器电磁铁用的低碳电工钢热轧厚板和冷轧板;高频电机和变压器以及磁屏蔽用的4.5%~6.5%Si高硅钢板等。
一般要求电机、变压器和其他电器部件效率高,耗电量少,体积小和重量轻。电工钢板通常是以铁芯损耗和磁感应强度作为产品磁性保证值[1][2]
。对电工钢板性能的要求如下:
铁芯损耗(PT)低
铁芯损耗是指铁芯在≥50Hz交变磁场下磁化时所消耗的无效电能,简称铁损,也称交变损耗,其单位为W/kg。这种由于磁通变化受到各种阻碍而消耗的无效电能,通过铁芯发热既损失掉电能,又引起电机和变压器的温升。电工钢的铁损(PT)包括磁滞损耗、涡流损耗(Pe)和反常损耗(Pa)三部分。电工钢板铁损低,既可节省大量电能,又可延长电机和变压器工作运转时间,并简化冷却装置。由于电工钢板的铁损所造成的电量损失占各国全年发电量的2.5%~4.5%,因此各国生产电工钢板总是千方百计设法降低铁损,并以铁损作为考核产品磁性的较重要指标,按产品的铁损值作为划分产品牌号的依据[3]。
磁感应强度(B)高
磁感应强度是铁芯单位截面积上通过的磁力线数,也称磁通密度,它代表材料的磁化能力,单位为T。电工钢板的磁感应强度高,铁芯的激磁电流(也称空载电流)降低,铜损和铁损都下降,可节省电能。当电机和变压器功率不变时,磁感应强度高,设计Bm可提高,铁芯截面积可缩小,这使铁芯体积减小和重量减轻,并节省电工钢板、导线、绝缘材料和结构材料用量,可降低电机和变压器的总损耗和制造成本,并且有利于大变压器和大电机的制造、安装和运输。
取向硅钢设计Bm高达1.7~1.80T,接近B8值,因此以B8作为磁感保证值。电机设计Bm约为1.5T,接近冷轧无取向电工钢B50值,因此冷轧无取向硅钢以B50作为磁感保证值。热轧硅钢的磁感更低,通常以B25作为保证值。