СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ ТРАНСФОРМАТОРНОЙ СТАЛИ
METHOD TO PRODUCE ELECTRIC INSULATION COATING OF TRANSFORMER STEEL

Изобретение относится к области металлургической промышленности и может быть использовано в технологии производства трансформаторной стали на стадии нанесения на нее электроизоляционного покрытия.
Известен способ электроизоляционного покрытия трансформаторной стали суспензией, содержащей фосфат магния, хромовый ангидрид, нитрат или гидроокись алюминия с добавкой двуокиси кремния (патент США, №3649372, кл. 148-6.16, 1972).
Известное изобретение имеет следующие недостатки:
- наличие в составе суспензии сильно агрессивного и чрезвычайно вредного (токсичного) вещества - хромового ангидрида;
- низкие механические свойства покрытия, в частности пластичность;
- невысокие магнитные характеристики стали.
Известен способ электроизоляционного покрытия суспензией, имеющей следующий состав, мас.%:
3
4
ортофосфорная кислота (HPO) - 50-65;
оксид магния (MgO)- 3,5-7,5;
3
гидроокись алюминия (Al(ОН)) - 1,4-3,2;
3
3
борная кислота (HBO) - 0,3-3,9;
вода - остальное.
Недостатками известного изобретения являются:
4
2
4
3
- оксид магния и гидроокись алюминия в процессе приготовления суспензии провзаимодействуют с ортофосфорной кислотой с образованием кислых солей магния и алюминия: MgHPO, Al(HPO);
4
2
4
3
2
2
2
3
- борная кислота, которая имеется в составе, провзаимодействует с MgHPO и Al(HPO) с образованием метаборнокислых солей Mg(BO) и Al(BO), которые нерастворимы и выпадут в осадок, при этом концентрация ортофосфорной кислоты восстановится до прежнего значения;
2
4
3
3
- наличие в суспензии значительной концентрации ортофосфорной кислоты приведет к фосфатированию поверхности трансформаторной стали с образованием Fe(HPO), а добавление в состав суспензии MgO и Al(OH) не улучшит свойства покрытия (патент №2097858 c1, 1997, 11.27).
Известен способ электроизоляционного покрытия трансформаторной стали суспензией, имеющей состав, мас.%: бутадиен стирольный (латекс с соотношением бутадиена и стирола в сополимере 35-65 мас.%) - 46-47; полиоксиэтилен - 1,5-2,2: ортофосфорная кислота - 24,0-35,2; гидроокись алюминия - 1,1-1,9; оксид магния - 2,1-3,15; борная кислота - 0,14-0,23; вода - остальное (пат. РФ №2113026, 10.06, 1998).
Недостатками данного известного изобретения являются:
- в суспензии образуются кислые соли ортофосфорной кислоты, часть из которых провзаимодействует с борной кислотой с образованием труднорастворимых метаборнокислых солей, которые никакого влияния на покрытие не окажут;
- из-за значительной концентрации ортофосфорной кислоты произойдет фосфатирование трансформаторной стали и кислые соли магния и алюминия окажут незначительное влияние на покрытие;
- наличие в суспензии нетермостойкого органического соединения приведет к деструкции покрытия и ухудшению его качеств.
Известен способ электроизоляционного покрытия трансформаторной стали, принятый за прототип, суспензией, содержащей 5-40 мас.% ортофосфорной кислоты, 1-10 мас.% хромового ангидрида, 1-8 мас.% борной кислоты, не более 10 мас.% окиси магния и кремнесодержащего соединения, например двуокись кремния, и воду, которая готовится последовательным смешением всех компонентов (патент США №3207636, кл.148 - 6.16, 1965).
Недостатками данного известного изобретения являются:
- наличие в составе суспензии сильно агрессивного и чрезвычайно вредного (токсичного) вещества - хромового ангидрида;
- недостаточная сплошность и пластичность покрытия.
Задачами способа электроизоляционного покрытия трансформаторной стали являются:
- исключить из состава суспензии агрессивные и вредные вещества;
2
3
- повысить сплошность (достигается за счет применения минералов листовой структуры - тальк, нефелин, структура которых при приготовлении суспензии не разрушается), твердость (связывание дисперсных частиц BO, который образуется в результате термического разложения борной кислоты), пластичность (наличие в составе суспензии ортофосфорной кислоты);
- повысить электромагнитные свойства стали за счет электроизоляционного покрытия.
3
4
10
2
2
2
2
8
3
3
3
4
Указанные задачи решаются тем, что способ включает в себя приготовление суспензии для нанесения покрытия методом распыления или окунания, имеющей следующий состав, мас.%: тальк (Mg[SiO](OH)) или нефелин (NaAlSiO) - 15; борная кислота (HBO) - 5; ортофосфорная кислота (HPO) - 8; вода - остальное.
3
Для приготовления суспензии диспергируют тальк или нефелин до размера частичек 0,5-5 мкм, затем готовят водный раствор, содержащий 62,5 г/л борной кислоты и 100 г/л ортофосфорной кислоты, в реакторе с интенсивным перемешиванием и подогревом раствора до 60-80°C. Удельный вес готового раствора равен 1,067 г/см.
Далее в реактор при интенсивном перемешивании и температуре раствора 60-80°C загружают тальк или нефелин при соотношении твердой и жидкой фаз, равном 1:5,7, и продолжают перемешивание в течение 30-45 мин.
2
2
Ленту трансформаторной стали перед нанесением на нее суспензии нагревают до температуры 60-80°C. После нанесения на трансформированную сталь суспензии излишки ее удаляют с помощью отжимных роликов, производящих давление с силой 3-6 кгс/см, затем осуществляют формирование электроизоляционного покрытия термообработкой при температуре 750-850°C в защитной азотноводородной атмосфере в течение 45-60 сек с одновременным растяжением полосы с силой 45-50 кгс/см.
Совокупность признаков заявляемого технического решения - способа получения электроизоляционного покрытия трансформаторной стали - имеет отличие от прототипа и не следует явным образом из изученного уровня техники, поэтому авторы считают, что способ является новым и имеет изобретательский уровень.
Способ получения электроизоляционного покрытия трансформаторной стали позволяет исключить вредные условия труда, улучшить качество электроизоляционного покрытия и повысить магнитные свойства трансформаторной стали.
Способ получения электроизоляционного покрытия трансформаторной стали осуществляют следующим образом.
3
3
3
3
3
4
В начале рассчитывают необходимую массу суспензии для осуществления процесса покрытия трансформаторной стали. Например, нужно заполнить ванну для окунания в суспензию ленты трансформаторной стали объемом 1 м. Удельный вес суспензии, имеющей состав, мас.%: тальк - 15; борная кислота (HBO) - 5; ортофосфорная кислота (HPO) - 8; вода - остальное, примерно - 1,17 г/см.
3
Следовательно, 1 м суспензии будет иметь массу 1170 кг. Тогда раствор борной и ортофосфорной кислот будет иметь массу:
.
3
Удельная масса водного раствора борной и ортофосфорной кислот равна 1,0625 г/см.
В данном растворе содержатся:
борная кислота 1170 кг × 0,05 = 58,5 кг;
ортофосфорная кислота 1170 кг × 0,08 = 93,6 кг.
Объем раствора равен V=994,5 кг: 1,0625 кг/л = 936 л.
Тогда концентрация
- борной кислоты в растворе составит:
- ортофосфорной кислоты составит:
Содержание воды в растворе составит:
m кг = 994,5 кг - 58,5 кг - 93,6 кг = 842 кг, или ~842 л.
Следовательно, нужно загрузить в реактор 842 л воды (конденсата), нагреть ее до 60-80°C, включить мешалку и последовательно загрузить борную кислоту - 58,5 кг, и ортофосфорную кислоту - 93,6 кг.
Учитывая, что в продаже часто имеется 85%-ная ортофосфорная кислота, то 85%-ной кислоты нужно загрузить: 93,6:0,85=110 кг. Так как с 85%-ной ортофосфорной кислотой в раствор поступит 110 кг - 93,6 кг = 16,4 кг воды, то в реактор нужно загрузить 842,4 кг - 16,4 кг = 826 кг воды. После загрузки борной и ортофосфорной кислот в реактор растворение кислот продлится 5-10 мин. Полученная масса раствора составит: 826 кг + 110 кг + 58,5 кг = 994,5 кг. В данный раствор нужно загрузить тонкодисперсные тальк или нефелин в количестве:
1171 кг × 0,15 = 175,5 кг.
Отношение твердой и жидкостной фаз составит 1:5,67.
2
2
После загрузки в раствор талька или нефелина продолжают перемешивание суспензии в течение 30-45 мин при температуре 60-80°C. После этого суспензия готова к использованию для электроизоляционного покрытия распылением или окунанием. Избыток суспензии с поверхности трансформаторной стали удаляют отжимными роликами с силой 3-6 кгс/см. Формирование электроизоляционного покрытия на поверхности трансформаторной стали осуществляют термообработкой при температуре 750-850°C в течение 45-60 сек в защитной азотно-водородной атмосфере с одновременным растяжением полосы стали с силой 45-50 кгс/см.
Были получены образцы трансформаторной стали с электроизоляционным покрытием и испытаны свойства покрытия и магнитные свойства трансформаторной стали.
В таблице представлены свойства электроизоляционного покрытия и магнитные свойства трансформаторной стали, имеющей толщину 0,35 мм.