姜福健，硕士，工程师,2007年毕业于哈尔滨工业大学化学工程与工艺专业。E-mail :****************。
姜福健1，李元华2，高振宇1，张本尊2，王铁2，吴明2，李浩2
(1.鞍钢集团钢铁研究院，辽宁鞍山114009;
2.鞍钢股份有限公司冷轧硅钢厂，辽宁鞍山114021)
摘要：概述了无取向硅钢涂层的类型和现状，介绍了不同类型涂层的性能、优缺点和应用领域。提出了多个种类、不同用途、性能各异的高功能化的环保涂层是无取向硅钢涂层的发展趋势。
关键词：无取向硅钢；涂层；环保中图分类号:TG142
文献标识码:A
文章编号:1006-4613(2021)02-0009-04
Current Situation and Development Trend of
Non-oriented Silicon Steel Coatings
Jiang Fujian 1,Li Yuanhua 2,Gao Zhenyu 1,Zhang Benzun 2,Wang Tie 2,Wu Ming 2,Li Hao 2(1.Ansteel Iron &Steel Research Institutes ,Anshan 114009,Liaoning ,China ;
2.Cold Rolled Silicon Steel Mill of Angang Steel Co.,Ltd.,Anshan 114021,Liaoning ,China )Abstract :The types and current situation of non -oriented silicon steel coatings were
summarized.The properties,advantages,disadvantages and application fields of different coati -ngs were introduced.The development trend of non-oriented silicon steel coatings with multiple types,different uses,and different properties of high-functional environmental protection coatings
was proposed.
Key words :non-oriented silicon steel;coating;environmental protection
无取向硅钢具有优异的电磁性能，是一种重要的节能金属功能材料，主要用作各类电机和小型变压器的铁心[1]。为了提高设备效率，节省电
能，需要降低无取向硅钢的铁损[2]。涡流损耗(Pe )约占铁损的20%~40%[3]，由于Pe 与钢板厚度的平方成正比，因此，将钢板厚度减薄，叠装起来制作铁心。为了将涡流损耗有效地限制在各层钢
板内，降低涡流损耗，需要在硅钢表面涂覆一层具有一定绝缘性能的涂层[4-7]，使无取向硅钢具有更加节能的效果[8-9]。该绝缘涂层一般厚度在0.5~5.0μm 之间[10]，通常具有良好的绝缘性、附着性、冲片性、焊接性、耐热性和耐腐蚀性等应用性能
[11-12]
。
1无取向硅钢涂层类型及现状
无取向硅钢绝缘涂层种类主要分为有机涂
层、无机涂层和半有机涂层三大类[13]。目前国内外
无取向硅钢生产厂商主要采用半有机涂层。主要产品有武钢的T4涂层，鞍钢的TM4涂层，宝钢的A 、H 、K 涂层，太钢的TC 、TE 系列涂层，新日铁的
L 、L2、L3涂层，以及俄罗斯新利佩茨克的TWl 涂层等[14-15]。这些半有机涂层产品中，除了宝钢K 和
太钢TE 系列涂层外，大都是含铬涂层。
目前无取向硅钢含铬涂层仍然是市场的主流，根据目前的市场估计，约85%以上的市场被含铬涂层所占据。含铬涂层液在生产、涂覆、废液处理及其涂覆钢板加工、使用过程中，均会对操作人员造成一定的健康损害，特别是其中含有的六价铬成分具有高毒性和高致癌性[16-19]。虽然六价铬在涂覆烧结固化过程中可以转换为低毒性的
三价
鞍钢技术
2021年第2期
ANGANG TECHNOLOGY
总第428期
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《鞍钢技术》2021年第2期
姜福健等：无取向硅钢涂层的现状及发展趋势
总第428期
此类涂层的绝缘性能较C3、C5、C6厚涂层相对偏低，不能满足对绝缘性能要求较高的大中型电机设备的使用需求。2.2环保薄涂层
环保薄涂层为半有机无铬环保涂层，属于C5
薄涂层，其涂液为溶液状，无不溶颗粒填料。环保薄涂层一般为水溶性磷酸盐涂层，主要用于替代常规半有机含铬涂层，其主要成分为磷酸盐和树脂，通过配方优化解决剩余磷酸容易发粘的问题，具有良好的绝缘性、耐热性等性能[20-21]。适用于中
小型电机、小型变压器产品铁心。虽然在耐热性、耐腐蚀性等性能与含铬涂层有一些差距，但已能够满足用户的正常使用需求，而且部分产品在绝缘性上有显著提高。环保薄涂层的典型性能参数如表2所示。2.3自粘结涂层
自粘结涂层为有机涂层，属于C3涂层，是一
种新型的无取向硅钢涂层。根据电机铁心设计形状，将涂覆自粘结涂层的无取向硅钢板进行裁剪、冲片加工，制成所需形状的无取向硅钢片，进行叠片，在一定压力(一般为1~6N/mm 2)、温度条
件下(加热温度为150~300℃)，固化一段时间后附着力
耐腐蚀性
铅笔硬度耐热性A 级/GTOB
锈蚀面积≤50%>9H
长城汽车举报比亚迪涂层不脱落
A 级/GTOB
锈蚀面积≤10%>9H 涂层不脱落
A 级/GTOB
锈蚀面积≤3%>9H
涂层不脱落
GB/T 2522/DIN EN ISO 2409
5h 盐雾试验GB/T 1771
GB/T 6739
750℃氮气保护2h
GB/T13501
性能薄涂层典型值
常规涂层典型值厚涂层典型值检测标准(方法)
外观
灰白
浅灰绿灰绿目测
涂层厚度
层间电阻
suv推荐0.7(g ·m -2)/0.3μm 3Ωcm 2/片
1(g ·m -2)/0.5μm 5Ωcm 2/片1.8(g ·m -2)/1μm
10Ωcm 2/片GB/T 34190/DIN EN ISO 2178GB/T 2522
2.1半有机含铬涂层
半有机含铬涂层属于C5薄涂层，具有优良的
综合性能，能够满足常规中小型电机的使用需求。根据用户加工工艺或产品性能的使用需求，可采
用不同厚度的涂层产品。对焊接性能有改善要求的用户一般采用薄涂层产品，对绝缘性能有改善要求的用户一般采用厚涂层产品。半有机含铬涂层的主要性能参数如表1所示。
铬，但在一定环境条件下，三价铬仍然会转化为六价铬，对环境造成污染。随着人们环保意识的不断提高，已经认识到含铬涂层对人们的身体健康和自然环境造成的严重后果。因此欧美等发达国家在硅钢生产过程中已陆续放弃使用含铬涂层，而改用无铬的环保涂层。
2无取向硅钢涂层类型及各自性能特点
依据ASTM A 976-2013标准划分，目前主要
的应用类型有C3涂层,C5薄涂层,C5厚涂层和C6极厚涂层，这些涂层能够满足不同电机产品的
性能需求。现主要应用涂层表面外观状态如图1所示。
(a )Cr 为常规半有机含铬涂层;(b )无Cr 为环保薄涂层;(c )GZN 为国产自粘结涂层;
(d )JZN 为进口自粘结涂层;(e )C5为环保厚涂层;(f )C6为环保极厚涂层
图1不同类型涂层外观
Fig.1Appearances of Different Types of
Coatings
表1半有机含铬涂层的主要性能参数
Table 1Parameters of Main Properties of Semi-organic Chromium-bearing Coatings
10--
涂层厚度4μm DIN EN ISO2178
层间电阻
>50Ωcm2/片
GB/T2522
铅笔硬度耐热性
≥8H涂层不脱落
GB/T6739750℃氮气保护2h
GB/T13501
耐腐蚀性
锈蚀面积0%
DIN EN
ISO4628-3
附着力
GTOB
DIN EN
ISO2409
项目典型值检测标准(方法)
外观
sonata 8银灰
目测
表4环保厚涂层的典型性能参数
Table4Parameters of Typical Properties of Eco-friendly Thick Coatings
层间电阻
>20Ωcm2/片
GB/T2522
铅笔硬度耐热性
>9H(进口),
>5H(国产)
H级
(180℃)
GB/T6739GB/T11026
耐腐蚀性
锈蚀面积
0%
DIN EN
ISO4628-3
附着力
GTOB
DIN EN
ISO2409
项目典型值检测标准(方法)
外观
银灰或
无透明
目测
涂层厚度
5μm
DIN EN
ISO2178
粘结强度
>1N/mm
GB/T2791
T剥离速度100mm/min
涂层厚度
0.5μm
DIN EN ISO
2178
层间电阻
5Ωcm2/片
GB/T2522
铅笔硬度耐热性
>9H涂层不脱落
GB/T6739750℃氮气保护2h
GB/T13501
耐腐蚀性
锈蚀面积<10%
5h盐雾试验
GB/T1771
附着力
A级/GTOB
GB/T2522/DIN
EN ISO2409
项目典型值检测标准(方法)
外观
银灰
目测
表2环保薄涂层的典型性能参数
Table2Parameters of Typical Properties of Eco-friendly Thin Coatings
(加热时间为1~3h)，制成具有优异机械强度和刚度的铁心[22]。该方法在产业化方面具有较强的应用性。
自粘结涂层产品具有多种优异的功能特性:
(1)冲片性好：较半有机含铬涂层提高约50%。
(2)噪声小：较焊接型铁心降低约25%。
(3)电机效率高：较机械固定方式电机效率提高0.23%~0.58%。
(4)几乎无振动：相同试验条件下，在励磁状态下，自粘结型铁心的轴向和径向均几乎无振动，而焊接型铁心的轴向和径向均有不同程度的振动。
gto汽车自粘结涂层的典型性能参数如表3所示。
表3自粘结涂层的典型性能参数Table3Parameters of Typical Properties of Self-bonding Coatings
自粘结涂层无取向硅钢目前主要的应用领域为磁悬浮列车工程。每公里轨道需使用约500t 自粘结涂层无取向硅钢，上海磁悬浮轨道全长约
35km，投入使用的自粘结涂层无取向硅钢总量达17500t。其他磁悬浮列车线路也在陆续筹建中。电力机车牵引电机的铁心在制造过程中，一部分结构必须用粘接的方式固定在一起，如采用刷涂粘接剂的方式固定，粘结效果不好，生产效率低，自粘结涂层无取向硅钢是这部分铁心的最佳选择，而且由于自粘结涂层优异的性能，牵引电机铁心其它部位的技术要求也能够满足。自粘结涂层无取向硅钢凭借自身独特优异的性能在高精尖高附加值领域发挥了重要作用。如采用自粘结涂层无取向硅钢建造大型的高能离子加速器铁心，能够使其具有更加优异的性能；采用自粘结涂层无取向硅钢制作的高品质音响，能够大幅度提高产品质量和生产效率。在新能源汽车、风电、线性电机、电梯电机、起重机电机、高速电机、混合动力电机和电磁感应加热器等方面，自粘结涂层无取向硅钢均有应用。可以看出，自粘结涂层是一种富有前途的无取向硅钢涂层产品[23]，市场应用前景广阔。
2.4环保厚涂层
环保厚涂层为半有机无铬涂层，属于C5厚涂层，其涂液含不溶颗粒填料。环保厚涂层具有优异的绝缘性和耐热性，主要用于牵引电机(高铁、地铁等)、风电、新能源汽车等大中型电机。环保厚涂层的典型性能参数如表4所示。
鞍钢技术
2021年第2期ANGANG TECHNOLOGY总第428期
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涂层厚度
5μm(钢厂出厂单层涂层)或10μm(电机应用双层涂层)
DIN EN
ISO2178
层间电阻
>1500Ωcm2/片
(10μm)
GB/T2522
铅笔硬度
≥8H
GB/T6739
耐腐蚀性
锈蚀面积
0%
DIN EN
ISO4628-3
项目典型值检测标准(方法)外观
灰
目测
附着力
GTOB
DIN EN
ISO2409
柔韧性
5mm
直径
DIN EN
ISO1519
耐热性
H级
(180℃)
GB/T
11026
收缩率
<0.3%
IEC60404-12
2.5环保极厚涂层
随着发电机单机容量不断增大，耐热等级要求逐步提高，对定子铁心无取向硅钢片涂层的绝缘性能和耐热性能要求越来越高[24-25]。普通涂层不能满足此性能要求，因此需要采用环保极厚涂层。
环保极厚涂层为半有机无铬涂层，属于C6涂层，含绝缘性、抗压性较强的不溶颗粒填料。环保极厚涂层的绝缘性能极其优异，耐热性良好，热压收缩率低，适用于长期处于高电压、高温、高压力的工作环境，主要用于水电、火电、核电等大型发电机。环保极厚涂层的典型性能参数如表5所示。
表5环保极厚涂层的典型性能参数
Table5Parameters of Typical Properties of Eco-friendly Ultra-thick Coatings
3无取向硅钢涂层的发展趋势
无取向硅钢绝缘涂层不仅需要具有优良的应用性能，同时也需要具有绿环保性。很多国家已制定实施了相应的环保法律规定，欧洲制定了EU 指令、ROHS、REACH等一系列法规和强制条例，禁止或严格限制了六价铬的含量。为推动我国钢铁行业转型升级，工业和信息化产业部制定了《钢铁工业“十二五”发展规划》，其中，将电工钢环保涂层列为产业升级的重要方向[26]。随着国内工业的迅速发展，涂层的发展方向也朝着环保性高功能化的方向发展。形成了多个种类、不同用途、性能各异的一系列环保涂层产品，能够满足不同的应用领域对硅钢涂层性能的使用需求。形成了适用于中小型电机
的环保薄涂层可替代现用含铬半有机涂层；具有自粘结功能的自粘结涂层适用于磁悬浮列车、高能离子加速器、高品质音响等应用领域；具有高绝缘性和良好耐热性的C5厚涂层，适用于牵引电机(高铁、地铁等)、风电、新能源汽车等大中型电机；具有超高绝缘性、良好抗压性的C6厚涂层适用于水电、火电、核电等大型发电机。以上具有不同功能的环保涂层能够满足不同的应用领域对硅钢涂层性能的使用需求。
4结论
(1)半有机含铬涂层具有优良的综合性能，仍是市场的主流涂层。
(2)环保薄涂层各项性能均有显著提升，能够满足用户的使用需求，而且部分产品具有优异的绝缘性能，替代含铬涂层的条件已基本成熟，具有广阔的应用前景。
(3)自粘结涂层具有特异的粘结性和优异的绝缘性，提高铁心刚性和电机效率，具有广阔的应用前景。
(4)环保厚涂层具有优异的绝缘性和耐高温性，适用于大中型电机。
(5)环保极厚涂层具有极好的绝缘性和收缩率性能，适用于大型发电机。
(6)形成多种类、不同用途、性能各异的高功能化的环保涂层是无取向硅钢涂层的发展趋势。
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(编辑田玉婷)
修回日期:2020-05-06
由图14、15和16可见，从2018年9月初至2018年12月末,3号高炉风量由6200~6600m3/t 降到了5400~5600m3/t，实际风速由350~370m/s 降低到了300~320m/s，鼓风动能由260~300kJ/s 降低了160~180kJ/s范围内，炉腹煤气量和炉腹煤气量指数分别降低到7500m3/min和62.1m/min，燃料比下降趋势明显，而高炉日平均产量并没有明显下降趋势。进一步证明高炉强化应考虑高炉所允许的炉腹煤气量上限，不能无限制的提高风量比来提高高炉利用系数，在高炉炉腹煤气量达到上限后，应从提高炉料透气性和降低吨铁煤气量的角度提高产量，否则会引起相反效果。
3结论
(1)通过统计风速、鼓风动能和风量比与燃料消耗的关系，得出3号高炉最合理的送风参数范围：风速为275~300m/s，鼓风动能为150~175kJ/s，风量比为1.7~1.9。
(2)通过统计炉腹煤气量和炉腹煤气量指数与燃料消耗的关系，得出3号高炉的合理炉腹煤气量和炉腹煤气量指数控制范围分别为7200~ 8100m3/min和59.6~67.1m/s。若高炉炉腹煤气量达到上限后仍继续高炉强化，不能再提高炉腹煤气量，否则将会引起高炉液泛现象，导致高炉经济指标恶化，而应采取降低吨铁消耗风量或吨铁产生煤气量等方法。
(3)通过统计炉腹煤气量与炉内透气阻力系数值的关系，得出3号高炉值合理控制范围为2.4~2.9，此时燃料消耗最低，平均日产量仍处于较高水平。
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(编辑查松妍)
修回日期:2019-09-10
姜喆等：鞍钢3号3200m3高炉送风参数统计分析总第428期(上接第12页)
18
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