近年来由于地球温暖化的危机增强,加速了全球范围碳中和措施的实施,对以海上风电为代表的自然能源利用和节能措施的要求不断强化。世界各国对构成电力输送系统的重要部件变压器的效率都做出了规定。日本的第二次高效用电制度(toprunner)、美国能源部(DOE)的2016年法规、欧洲2012年的第二级生态设计指令(EcoDesignDirective)等严格的变压器效率法规正在执行。可以预见,今后变压器效率法规将会进一步严格化。因此,对变压器铁芯材料取向电工钢提出了进一步低铁损化的要求,这意味着超低铁损的细化磁畴取向电工钢的需求将会大幅度增加。
日本JFE钢铁公司开发并生产供应以下两种细化磁畴取向电工钢:①主要用于经退火处理的变压器卷绕铁芯以及不经退火处理的变压器叠片铁芯的耐热型细化磁畴取向电工钢JGSD?系列产品,②为应对上述超低铁损要求的、具有更低铁损的、不经退火处理的变压器叠片铁芯用的非耐热型细化磁畴取向电工钢JGSE?系列产品。
电工钢板的铁损分为涡电流铁损和磁滞铁损。涡电流铁损是在交流磁场中的变压器铁芯内流动的感应电流引起的铁损。降低涡电流铁损的有效方法是,减薄电工钢板的厚度、增加电工钢板的Si含量提高钢板的固有电阻、减小钢板的晶粒粒径、细化磁畴等。降低磁滞铁损的有效方法是,降低钢中杂质提高钢的洁净度和提高易磁化的高斯取向{110}<001>晶粒在轧制方向上的织构强度,以提高电工钢板的磁感应强度。
JFE钢铁公司开发出了能够在电工钢板表面有效地导入局部应变使磁畴细化,大幅度降低铁损的JGSE系列化产品,并于2014年开始上市销售。此后,该公司对JGSE系列化产品进一步改进,成功开发出过去0.23mm厚度电工钢板不能达到的铁损W17/50=0.70/kg的070级电工钢板。该钢板以23JGSE070的牌号进行产品生产。
与同一级别的板厚0.20mm、0.18mm的传统电工钢板相比,使用23JGSE070减少了叠片数量,组装的变压器的铁损装配系数BF(building factor)很低。表1是23JGSE070的磁学特性。23JGSE070是0.23mm厚取向电工钢板中具有最低铁损的材料,被用于对变压器效率有严格规定地区的变压器叠片铁芯。JGSE系列产品的特点是具有高斯取向的高织构强度,主要用于低噪音变压器。
采用非耐热型细化磁畴取向电工钢23JGSE070制作变压器铁芯,由于降低了铁损,不仅具有显著的节能效果,而且,可以制造低噪音的变压器。(高宏适)