(江苏中天伯乐达变压器有限公司)
三维立体卷铁芯变压器以其空载损耗低，空载电流低，噪声低的性能，节电效果显著等优点，被国家电网公司列入到节能产品推广目录。在三维立体卷铁芯变压器生产过程中，铁芯退火是非常重要的工艺。实践证明，退火工艺直接影响产品性能的优劣，甚至退火不当导致整批铁芯的报废，造成很大的经济损失。我公司从事过平面卷铁芯生产，在铁芯退火方面积累了一定的经验。由于三维立体卷铁芯也是三个平面卷铁芯退火后拼装在一起组成的，故退火工艺一样，本文就卷铁芯退火工艺进行整理，供大家探讨。
一、退火工艺的设计
卷铁芯是用晶粒取向冷轧硅钢片通过剪切设备裁剪成一定形状和长度的条料，再依靠模具在缠绕机上按图纸缠绕成一定几何尺寸的铁芯。由于硅钢片在裁剪、缠绕、搬运过程中受到了应力，使得硅钢片内晶粒磁畴分子排列遭到了破坏，增加了损耗，为了恢复硅钢片的性能，必须通过退火工艺，消除应力，恢复产品性能。因此，卷铁芯退火工艺要求比较严格。如工艺设计不合理或操作失误，就很难彻底恢复其性能。我公司退火工艺如下。
二、退火工艺要点
1、退火炉的选择。退火炉按加热方式分为外热式炉和内热式炉。所谓外热式就是发热体布置在内胆的外面，内胆先被加热，再由循环对流将热量传递给铁芯。所谓内热式就是发热体直接给铁芯加热。按形状分为圆形炉和方形炉。仅形状区别。方形炉加热、冷却时棱角会有应力产生，容易损坏，抽真空时容易变形，而且汽流不畅，造成温度不均，圆形可以克服上述缺点，但装载量不如方形炉。按安装方式分井式和卧式两种。井式炉占地面积小，对厂房起吊高度有高求；卧式炉占地面积大但出炉比较方便。
随着技术水平的发展，设备生产厂的设备质量和性能也不断提高，原来存在的缺陷也逐步在消除，因此。选用哪种退火炉不能一概而论要根据实际情况而定，但有一点必须是电脑控制的退火炉，加热、升温、降温速度均匀，有利于铁芯引力的消除。
2、铁芯夹件的夹紧方式。铁芯夹紧方式如下图，铁芯退火时一定要上、下轭夹紧，左右旁轭也要夹紧。这样有利热量传导，使升温、降温速度加快而且温度均匀。铁芯夹件虽是辅助工装，但随铁芯一起经高温退火，因此，为了能反复使用应用和炉胆一样的且具有一定强度的材料，含碳量低于0.03％以下的不锈钢。
3、铁芯在退火炉中的排列。铁芯在炉中排放是否合理对传热速度的响非常明显。因此，不管炉的形状如何，一定要求铁芯硅钢片的剪切口对应着热源方向，以有利于均匀、快速加热。铁芯和铁芯之间距离不小于100mm，铁芯到炉壁的距离不小于150mm。
图1 铁芯夹紧方式
4、保护气体的选用。硅钢片表面有耐高温的且具有一定抗氧化能力的绝缘涂层，但硅钢片通过剪切后，剪切口抗氧化能力极低，因此，在退火时就需用保护性气体保护铁芯。铁芯退火时一般选用含10％以下氢气的氮气，也可用纯氮气，但纯氮气中含有一定的氧气，建议不要采用。
5、退火前的准备。一是检查退火炉电路、水路是否正常，特别要检查退火炉的密封效果是否良好，检查电脑中设置的退火程序是否符合要求。二是开炉时即抽真空至负压，再充入氮气，使压力达0.01MPa－0.02 MPa后再加热升温。
6、升、降温速度的确定。从生产效率上讲，升温速度越快越好，但升温过快，铁芯各部位温度不均匀。因此，升温速度应控制在30～50℃/小时，在按近800℃时为保证各部位温度均匀，可以降低升温速度。降温的原则不使铁芯再次产生引力为前提，一般的冷却速度取 30～50℃/小时，太慢浪费时间，太快产生应力，退火失败。但在600℃以上高温阶段和升温速度一样在要降低降温速度，保证内外度均匀。
7、最高温度的确定。最高温度的确定要根据硅钢片说明书确定。一般在800±5℃，温度过高会破坏硅钢片的原有涂层，影响绝缘性能，温度过低达不到退火的效果。
8、保温时间的确定。保温时间是影响铁芯性能的关键因素之一。当达到保温的温度往往只中炉内气体和铁芯表面的温度，为了使铁芯各部温度一致必需在规定的温度下保持一段时间，这个保温时间与炉子的加热方式、装炉量、铁芯的排列方式、铁芯的尺寸以及硅钢片种类有关，一般保温 3小时。
9、控制氮气浓度。在退火过程中控制好氮气浓度也是确保退火成功的关键。炉内氮气压力在0.01～0.03MPa之间。因为氮气在500～570℃时浓度达到一定值时硅钢片会发生氮化，影响材料的性能。10、出炉时注意事项。铁芯出炉时，应轻吊轻放，以免产生新的应力，使损耗增加。出炉后，夹具可能已松动，应及时锁紧夹件，防止硅钢片错开或变形，然后将铁芯转到下道工序。
三、总结
卷铁芯退火是三维立体卷铁芯变压器特殊工序，退火的效果与工艺参数、设备、加热、保护气体等密切相关。需要不断的摸索和总结，才能做到既保证退火效果又节约能源和时间。
论文作者:封春波
论文发表刊物:《电力设备》2016年第19期
论文发表时间:2016/12/12
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