磁场与应力耦合作用下电工钢磁畴动态观测与磁滞特性模拟

电工钢等磁性材料是构成电力变压器、中高频变压器等电气设备磁路的关键材料,其磁滞特性决定着设备损耗,磁滞特性的本质体现为磁化过程中电工钢内部磁畴畴壁的移动和磁畴的翻转,而外应力的引入会改变电工钢磁畴结构。该文针对磁场和应力耦合作用下取向电工钢磁滞特性的模拟问题,借助应力磁光克尔显微镜观测了应力影响下磁畴动态磁化规律,揭示电工钢内部磁畴动态演变机理。在此基础上,利用图像处理技术获取了耦合外作用下畴壁移动的位移、速度以及加速度等特征量,并以磁畴能量最小化为理论基础,以畴壁移动加速度作为特征量构建表征模型用以模拟电工钢的磁滞特性。结果表明:提取的特征量可直观地了解电工钢内部磁畴在不同应力下的演变过程,基于畴壁移动加速度特征量的磁滞模型能够有效描述电工钢在不同应力下的磁滞特性。研究成果建立了磁畴磁化特征量与材料宏观磁滞特性的映射关系,为磁性材料改性研究提供一定理论支撑。

新一代高技术宽带钢轧机电工钢高精度板形控制研究进展

自由规程轧制是实现柔性一体化生产组织和追求最大生产效率的必要途径,板形控制一直是制约电工钢自由规程轧制的瓶颈难题。阐述了国际上对新一代高技术宽带钢轧机机型的不断探索与板形控制技术特征及其日趋复杂化的进展研究;基于热模拟与数学模型构建了电工钢完整轧制过程的高温本构关系,建立了电工钢热塑性变形过程集成仿真模型,原创构建了电工钢自由规程轧制完整过程中可同时控制不均匀变形和不均匀磨损的非对称自补偿轧制作用机制、提出了一种由数据与机理融合驱动的电工钢自由规程轧制形性协同的非对称自补偿轧制轧辊辊形、液压窜辊和液压弯辊的高精度融合控制方法。结合生产实际提出了新一代高技术热连轧自由规程轧制过程的全板形融合π机型与板形控制创新技术,突破性实现了高效低成本对新一代高技术宽带钢轧机自由规程轧制的高精度板形控制,为现场工业生产提供了理论基础和创新实现路径。最后展望了宽幅电工钢高精度板形控制的创新发展趋势。

“电工钢技术开发与应用”专刊序

电工钢作为磁性材料中应用最为广泛的功能材料之一,主要用于制造电机、电变压器和电感器等电力设备的核心部件,其以优异的磁性特性在电能转换和传输领域发挥至关重要的作用,为全球能源利用绿色化、二氧化碳减排低量化做出了重大贡献。随着现代科技的发展和社会对能源需求的不断增加,电工钢的技术水平也在不断提升。为了进一步促进电工钢产品性能的提升和产业的可持续发展,紧跟全球低碳化趋势和能源结构变革的步伐,践行国家“双碳”战略和“能效升级”政策,《安徽工业大学学报(自然科学版)》编辑部于2024年2月特别邀请北京科技大学项利教授担任专刊主编,宝武马钢集团技术中心主任助理裴英豪高级工程师、宝武新钢集团硅钢薄板事业部硅钢研究所副所长付兵高级工程师、内蒙古工业大学樊立峰教授、安徽工业大学王海军副教授、中国钢研科技集团有限公司乔家龙博士担任专刊副主编,共同策划组织出版“电工钢技术开发与应用”专刊。

冷轧压下率对高强无取向电工钢变形组织和磁性能的影响

借助场发射扫描电镜(SEM+EBSD)、快速升温管式炉和交流磁性能测量仪研究高强无取向电工钢冷轧变形组织和磁性能随冷轧压下率的变化规律。结果表明:冷轧高强无取向电工钢中形成含有大量亚结构的粗糙条带和变形量较小的光滑条带。粗糙条带具有γ取向,主要为{111}〈110〉,光滑条带具有{112}〈110〉和{001}〈110〉取向。粗糙条带中存在大量宽度约为2~3μm的剪切带,与轧向呈20°~35°夹角,且随压下率增大,数量逐渐增多。剪切带与基体间具有一定取向差,随压下率增大,剪切带逐渐从{111}〈110〉取向转向{223}〈110〉取向,与基体间取向差逐渐增大。退火后Goss和{111}面织构增多,{001}面织构减少;轧向磁感应强度增大,横向磁感应强度减小,各向异性显著,铁损下降。

基于Energetic和改进Jiles-Atherton-Sablik模型的电工钢片动态磁致伸缩特性模拟

准确模拟电工钢片的动态磁致伸缩特性是电工装备铁心振动和噪声分析的关键步骤。该文提出一种基于Energetic磁滞模型和改进Jiles-Atherton-Sablik(J-A-S)模型的电工钢片动态磁致伸缩特性模拟方法。首先,基于静态Energetic磁滞模型和损耗分离理论,考虑由励磁频率引起的动态损耗密度分量,并采用场分离技术建立动态Energetic磁滞模型。其次,将动态Energetic磁滞模型求解的动态磁场强度作为改进J-A-S模型的已知量,从而根据铁磁材料的非线性本构关系,建立以磁感应强度为输入量的动态磁致伸缩逆模型。在此基础上,设计电工钢片动态磁致伸缩曲线的模拟流程。最后,将所提方法的模拟结果与实测结果和现有方法模拟结果进行对比,可知所提方法的模拟结果与实测结果吻合更好,从而验证所提模拟方法的准确性。

一级能效电工钢片比总损耗的精确测量与仿真分析

针对国标爱泼斯坦方圈法测量新一级能效硅钢片比总损耗结果的不确定性问题,本文提出了一种工频下基于双爱泼斯坦方圈的新一级能效硅钢片比总损耗测量方法。通过双爱泼斯坦方圈法测量硅钢片的比总损耗,分析并修正了测量方法中的误差,实现了对爱泼斯坦方圈测量时接缝区和均匀区的损耗分离,并分析了接缝区比总损耗对爱泼斯坦方圈测量结果的影响机理。建立了爱泼斯坦方圈有限元模型,对其接缝区和均匀区的损耗进行研究,仿真结果与双方圈法测量结果吻合,验证了本文提出的新一级能效超低损耗薄硅钢片的比总损耗时测量方法的有效性和准确性。测量和仿真结果表明,基于双方圈法测量薄硅钢片比总损耗的结果比单方圈法测量的结果更精确。本文提出的测量和修正方法可用于一级能效薄硅钢片损耗特性的精确测量。

多目标差分进化算法改进与电工钢片磁致伸缩模型参数辨识

准确且高效地辨识电工钢片磁致伸缩模型参数是模型在变压器铁心振动分析中的应用前提。针对现有单目标优化算法不能兼顾参数辨识精度和速度的问题,该文基于改进Jiles-Atherton-Sablik和Energetic模型相结合的磁致伸缩模型,将该模型的参数辨识转换为多目标优化问题。以磁滞回线和磁致伸缩曲线的均方根误差作为待优化的2个目标,建立参数辨识的多目标优化数学模型。基于该模型,从控制参数自适应技术、变异算子改进策略以及选择算子改进策略3个方面对多目标差分进化算法进行改进,从而提出一种采用改进多目标差分进化算法的磁致伸缩模型参数辨识方法。通过与现有方法对比,该文方法的磁滞回线求解精度提升17.84%,磁致伸缩曲线求解精度提升13.60%,辨识速度提升41.57%。

PWM激励下电工钢片磁特性测量与结果分析

随着电力电子技术的不断发展,逆变器供电凭借于独特优势已成为电机系统中不可替代的一部分。但是,逆变器供给激励电压中含有大量的高次谐波,由此造成电机的损耗增加明显,对电机的发热、效率、振动噪声都会带来不利影响。所以,为能够最优的设计电机,提高效率,就有必要清楚地掌握电机用电工钢片在实际工作状态下的磁特性和铁芯损耗数据。论文通过使用改进的爱波斯坦方圈,对无取向电工钢片进行了在脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)激励下磁特性的测量,得到相应铁芯损耗。同时根据测量结果,分析讨论了PWM调制参数和铁芯损耗之间的关系。

3.3%Si高强无取向电工钢再结晶组织演变及其对性能的影响

探究3.3%Si高强无取向硅钢再结晶组织与织构的演变及其对磁性能与力学性能的影响规律与机理。借助光学显微镜,扫描电镜分析冷轧-退火在不同阶段再结晶组织与织构,利用磁性能设备测试铁损与磁感应强度,万能拉伸试验机测试力学性能。结果表明,3.3%Si高强无取向硅钢冷轧后组织沿轧向呈纤维状分布,主要织构是{001}<110>织构,在900℃退火30s发生部分再结晶,随着退火时间的延长,纤维状组织消失,得到等轴状铁素体,晶粒尺寸由7.8μm增大到25.1μm,{111}<112>与{111}<110>织构逐渐增强,退火时间为240s时,形成了较强的{114}<481>织构,该织构能对织构有一定的抑制作用。实验钢在900℃退火120s时,磁性能与力学性能均最佳,屈服强度为527MPa,高频铁损P_(1.0/400)为18.79W/kg,磁感应强度B_(5000)为1.644T。

高硅无取向电工钢的高温氧化行为

采用对比实验研究了不同温度下的高硅无取向电工钢的氧化行为,利用场发射扫描电子显微镜及其EDS功能观察了经不同温度(1030~1240℃)加热后高硅无取向电工钢氧化层的微观形貌、结构组成及合金元素的偏析现象.结果表明:经高温加热后的高硅无取向电工钢氧化层主要包括4部分,分别为纯氧化铁层、铁橄榄石和氧化铁混合层、富Si区与贫Si区混合层、致密氧化膜层;高温氧化过程中会产生Si成分偏析现象,1240℃时Si的偏析深度可达130μm,不同深度偏析处的Si质量分数相差可达0.9%,且随着温度的降低,偏析程度逐渐减弱,直至消失.

冷轧单机架轧机电工钢表面乳化液残留分析及控制

针对电工钢冷轧带钢表面乳化液残留质量缺陷的增多,进行现场跟踪。通过调试修改工艺参数,以提高设备工作效率;更换老化的设备管路,以减少“跑、冒、滴、漏”造成的污染乳化液;增设压缩空气吹扫装置,以提高吹扫系统的能力;加装防溅板,以降低吹扫难度等,乳化液残留面积明显减少,乳化液斑得到了解决,提升了带钢表面质量,降低了油耗。

《电工钢》杂志征订启事

《电工钢》杂志,双月刊,全年期刊定价120元/份(含邮寄费)。为方便读者订阅,需要征订的读者,可以通过以下两种方式进行订阅:1)全国非邮发报刊联合征订服务部订阅,本刊将根据联合征订服务部提供的地址,在每期期刊发行后,及时给订户寄发刊物。

低铁损冷轧电工钢W470冶炼轧制工艺研究

研究了低铁损冷轧电工钢W470冶炼轧制工艺,采用RH精炼炉冶炼,控制硫和碳含量,采用连铸方式铸坯,钢坯加热轧制并退火,在退火后将热轧板进行酸洗,在室温条下进行冷轧。研究结果表明,通过合理控制原料比例,降低成本,RH精炼炉进行带氧量控制,有效降低了钢的氧含量,有利于改进冷加工性,铁损可达到最佳值,制备的电工钢W470的电机能耗小、噪音低,适用于各种变压器、电动机和发电机的铁芯。

一种无取向电工钢及其马达铁心的制造方法

本专利提出了一种适用于汽车马达铁心材料的无取向电工钢板,以及使用该无取向电工钢板的马达铁心及其制造方法。

《电工钢》杂志2024年征文通知

各位硅钢行业的专家、学者:2024年是我国冷轧电工钢发展50周年,是我国“十四五”规划发展的关键冲刺年。目前,我国在电工钢的产量、质量和用量上都居于世界前列,但依然面临众多挑战和机遇。为了认真总结和交流电工钢产业所取得的科技成果,推进我国电工钢产业技术进步,现公开征集论文,欢迎广大电工钢生产企业、科研院所、高等院校、上下游企业、加工贸易等单位科研及技术人员踊跃投稿、参与交流。

《电工钢》杂志征文通知

各位硅钢行业的专家、学者:目前,我国在电工钢的产量、质量和用量上都居于世界前列,但依然面临众多挑战和机遇。为了认真总结和交流电工钢产业所取得的科技成果,推进我国电工钢产业技术进步,现公开征集论文,欢迎广大电工钢生产企业、科研院所、高等院校、上下游企业、加工贸易等单位科研及技术人员踊跃投稿、参与交流。

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《电工钢》杂志2024年征文通知

各位硅钢行业的专家、学者:2024年是我国冷轧电工钢发展50周年,是我国“十四五”规划发展的关键冲刺年。目前,我国在电工钢的产量、质量和用量上都居于世界前列,但依然面临众多挑战和机遇。为了认真总结和交流电工钢产业所取得的科技成果,推进我国电工钢产业技术进步,现公开征集论文,欢迎广大电工钢生产企业、科研院所、高等院校、上下游企业、加工贸易等单位科研及技术人员踊跃投稿、参与交流。

热轧工序温度对中低牌号无取向电工钢电磁性能的影响

通过对大生产中大量实验的分析,就热轧工序温度制度对无取向电工钢电磁性能的影响情况进行了比较详细的阐述。合理地控制板坯加热温度、轧制温度和卷取温度可以有效提高无取向电工钢产品的电磁性能(降低铁损、提高磁感)。

无取向电工钢应用现状及磁性能优化方法

在绿色、环保、节能、碳达峰碳中和、传统的煤电能源向清洁能源转变,以及新能源产业爆发式发展的大背景下,对无取向电工钢的需求大幅度增加。综述了国内外无取向电工钢产品的应用现状,日本新日铁及JFE、韩国浦项、俄罗斯新利佩茨克、德国蒂森克虏伯、法国安赛乐米塔尔等国外企业均能生产全流程无取向电工钢产品;近年来国内以宝武、首钢为首的企业已实现厚度规格为0.15~0.65 mm所有牌号的国产化。新能源汽车主要采用0.30 mm及以下薄规格的无取向电工钢,目前,日本拥有最薄的无取向电工钢,厚度为0.10 mm,而国内暂未实现批量供货。鉴于提升磁性能是各企业追求目标,总结了低牌号及高牌号无取向电工钢磁性能优化方法。对于低牌号无取向电工钢可利用表面能法或相变法得到强{100}织构,也可通过低温轧制法遗传初始{100}织构改善磁性能;对于驱动电机用高牌号无取向电工钢常通过减薄厚度及添加合金元素改善铁损,可通过添加固溶强化、析出强化及时效强化元素来提高强度。