无取向硅钢含铬绝缘涂层层间电阻和膜重的分析和应用

2022-04-26赵从文张振海

冶金动力 2022年2期

赵从文，张振海

（马鞍山钢铁股份有限公司冷轧总厂，安徽马鞍山 243000）

引言

硅钢是各类电器铁芯必不可少的材料，需求量随着电力工业的发展和人民生活水平的改善而不断增加。近年来，中国硅钢产业正在从高速发展向高质量发展迈进，用户对硅钢的质量要求也在逐渐提高，中高端产品市场开始初步形成。各类新标准的颁布实施、技术改造及工艺的优化和突破促使中高端产品的质量稳定[1]。对标国内先进硅钢生产企业，在硅钢涂层检测方面较为丰富，而部分钢企仅对涂层附着力性能进行出厂检测。

硅钢层间电阻对电机稳定可靠运行具有重要的影响，过低的层间电阻往往会导致电机运行过程中涂层被击穿，绝缘性丧失，出现电机温升超标、效率下降等问题，严重时会导致电机烧毁。而过高的层间电阻又会带来产品铆接力不够、焊接性变差、制造成本上升等一系列问题[2]。因此需要根据电机的具体使用工况，确定合适的层间电阻。

部分钢企在线生产过程中，对于涂层方面的控制主要是通过在线监测附着力、抽检层间电阻的方式来进行。对于涂层层间电阻的控制手段欠缺，这与用户越来越严格的用户需求不相符。而采用膜重测量结果，来调整涂覆量，从而实现层间电阻的稳定、精确控制，因其操作可量化、且相对简单，在硅钢生产企业得到广泛使用[3]。在该工作的推进过程中，需要生产企业依据自身使用涂料的特点，建立绝缘涂层层间电阻与膜重之间的影响规律。

探讨依据现有无取向硅钢含铬涂料特点，采用X射线荧光测试仪、层间电阻测试仪、扫描电镜等设备检测得到层间电阻和膜重相关数据，初步制定了层间电阻与膜重的控制标准，分析了层间电阻与膜重之间的影响规律，为生产线采用膜重控制涂层层间电阻提供技术指导。

1 试验材料与方法

试验材料为现场生产的无取向硅钢经过退火后涂层的成品板，经高精度剪板机剪切成规格为150×200 mm 的层间电阻试样共116 片，经冲片机加工成直径为50 mm 的膜重试样共116 片，层间电阻测试仪检测的电流数据经过计算得出层间电阻值，膜重则根据某涂料厂家提供的标样，在X 射线荧光光谱仪上建立Cr含量变化曲线，通过所测样品中的Cr含量数据来表示膜重。

2 结果与分析

2.1 层间电阻与膜重数据检测

对试样进行层间电阻和膜重检测，如图1 所示为层间电阻和膜重检测结果。

图1 层间电阻和膜重检测结果

从图1 可知，单面层间电阻在120～980 Ω·mm2之间，波动范围较大，分布不均匀，初步分析有以下几个方面原因。

（1）涂覆过程受来料板形、粗糙度的影响，板形差容易造成涂覆不良，层间电阻变低。

（2）不同班组的操作工对干燥炉和烧结炉的实际温度设定存在10℃左右的温度偏差，同时也可能受到在切换钢种过程中温度波动的影响。

（3）涂层机在使用过程中刻槽的磨损也会使得涂层不均匀，层间电阻波动大。

（4）两辊涂层机的制约性，使得其对涂覆过程难以精确控制。而相比于层间电阻，膜重波动范围较窄，分布相对均匀，单面Cr 含量范围在100～400 mg/m2之间。

2.2 层间电阻与膜重数据分析

对层间电阻数据进行分析，计算其各段分布的比例，如表1 所列。前期生产现场层间电阻内控值确定为双面电阻之和≥100 Ω·mm2/片即为合格品，由此造成的结果是层间电阻几乎没有不合格的，这也与我们实际统计的数据相符，当层间电阻≥100 Ω·mm2/片时，合格率为100%。显而易见，内控值确定为≥100 Ω·mm2/片是无意义的，不合适的。当内控值定为≥150 Ω·mm2/片时，合格率为97.39%，此时合格率依然是偏高的；当内控值定为≥200 Ω·mm2/片时，合格率为88.69%；当内控值定为≥250 Ω·mm2/片时，合格率为82.61%；当内控值定为≥300 Ω·mm2/片时，合格率为75.65%，此时合格率偏低；当内控值定为≥350 Ω·mm2/片时，合格率为66.96%，合格率偏低。考虑到实际生产的顺行，认为内控值定为≥200 Ω·mm2/片是合适的，同时注意到层间电阻在100～150 Ω·mm2/片时，合格率2.61%；在150～200 Ω·mm2/片时，合格率8.7%；在200～250 Ω·mm2/片时，合格率6.08%。因此，内控值定为≥200 Ω·mm2/片时，也有足够的提升空间，在对现场各项工作进行改善后，合格率更容易提升。

表1 层间电阻数据分布

由于前期并无膜重方面的内控标准，根据此次测定的膜重数据，参考层间电阻内控标准的建立思路，初步制定膜重的内控范围。统计膜重数据分布范围如表2 所列。由表可知，当内控值≥100 mg/m2时，合格率为100%，此时内控值无实际意义；当内控值≥120 mg/m2时，合格率为97.84%，此时合格率依然偏高；当内控值≥140 mg/m2时，合格率为93.53%，合格率偏高；当内控值≥160 mg/m2时，合格率为87.07%；当内控值≥180 mg/m2时，合格率为70.69%，合格率偏低；当内控值≥200 mg/m2时，合格率为49.14%，合格率偏低。内控值为≥160 mg/m2较为合适，同时统计膜重在140～160 mg/m2时，合格率6.46%；在160～180 mg/m2时，合格率16.38%。综上，在保证生产顺行及足够提升空间的前提下，膜重内控值为≥160 mg/m2。

表2 膜重数据分布

2.3 影响规律分析

如图2所示为层间电阻与膜重变化趋势图。由图可知，当膜重小于500 mg/m2时，层间电阻随着膜重的增加而升高，整体呈抛物线形式；而膜重范围在500～550 mg/m2时，膜重变化不大，但层间电阻差距较为明显。分别选取膜重接近的试样（约532 mg/m2）进行微观形貌观察，如图3所示。由图可知，在膜重无明显差别时，图3（a）表面整体平整紧实，无明显开裂及疏松现象；图3（b）表面凹凸不平，有类似气泡产生。可以看出在膜重接近时，薄涂层板面控制较为稳定，层间电阻差距不大，而厚涂层板面控制波动较大，层间电阻差距较为明显。