WO2010066497A1 - Verfahren zum herstellen eines verbesserten elektrobandes - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing an improved electrical steel as well as the electrical steel produced by the process and its use.
  • the stators of electric motors are made of so-called electrical steel.
  • the electrical steel is a strip steel sheet, for example, with thicknesses between 0.3 mm and 1, 2 mm.
  • This band steel sheet is stamped into the required shapes and from the individual stamped components, the corresponding stator lamination packages are assembled, which are then wound with the corresponding coils. If such an iron core is inserted into a coil, its ferromagnetic properties, which are preset by the steel manufacturer, or at least prepared so that they are adjusted by a final annealing at the user, the permeability and thus the magnetic flux density in the coil elevated. As a result, the number of turns can be reduced in order to achieve a required inductance.
  • the iron of the core is an electrical conductor, it flows in a coil with an iron core through which AC flows in this a current in a quasi-shorted turn, called the eddy current.
  • This eddy current is reduced when the core is not made of a piece of iron but from a stack of iron sheets already described. However, to really reduce this eddy current, the iron sheets or iron fins must be isolated from each other.
  • Such layers which are achieved by blueing, are mixed layers of Fe 2 ⁇ 0 3 and Fe 3 ⁇ 4 in approximately equal proportions.
  • These bleaching treatments are carried out by the user in electric arc furnaces by increasing the dew point or in specially designed blast furnaces also by dew point increase.
  • the band 103 is unwound from a bundle 102 of wound steel strip 103 at a unwinding station 104.
  • the steel strip 103 enters a punch 105, wherein in the punch from the steel strip, the sheets, for example, for a coil core, are punched out of the band 103.
  • the punched sheets are stacked to stamped parts stacks 106, wherein the stack then enter into an annealing furnace 107.
  • the stamped part stack 106 pass into a Blvesuungs- In the blast furnace 108, an atmosphere is set in the interior 109, in which the dew point is> 10 0 C and in particular at> 20 0 C, wherein the atmosphere at about 500 0 C temperature is oxidizing.
  • the punching partial stacks are used as a finished product stack 110 out of the Bläuungsofen, wherein the finished products have a mixed layer support made Fe2Ü3 and Fe 3 O 4 are each approximately half, wherein the film coating thickness is usually 200 nm.
  • the electrical steel is already formed at the steel manufacturer in a continuous process and in particular during the recrystallization annealing in a continuous annealing (continuous annealing) with an insulating layer.
  • the electrical steel actually assumes a blue color, but the insulating layer is much better isolated than a bleached layer.
  • the electrical tapes produced according to the invention have an insulating layer of only 100 nm, this layer being made essentially of Fe 3 O 4 .
  • the layer contains very little Fe 2 ⁇ 0 3 , the Fe 3 ⁇ 4 obviously being responsible for the insulating performance, because a 100 nm thick according to the invention blued layer better isolated than a conventional blued layer 200 nm thick.
  • the blued electrical steel produced according to the invention can make the usual painting superfluous, which represents a significant cost advantage over painted sheets.
  • the process according to the invention provides that the electrical steel is supplied with compressed air on entering the final cooling zone in which it has a temperature between 450 ° C. and 500 ° C.
  • an oxygen concentration between 0.05% and 0.2% oxygen measured in the furnace chamber of the final cooling zone is set.
  • the absolute uniformity of the oxide layer achieved is ensured on the one hand by the introduction of the compressed air into the blower housing of the final cooling fan and on the other hand by the belt temperature and the oxygen concentration.
  • the injection of the compressed air and the adjustment of the oxygen content are carried out so that the dew point is set below -40 0 C and a reducing atmosphere.
  • Figure 1 the process sequence according to the invention in a highly schematic view
  • FIG. 2 the process flow according to the prior art in a highly schematic view.
  • a continuous annealing plant 1 in particular a continuous annealing plant 1 is used.
  • the steel strip 3 is first unwound at a Abhaspelstation 4 and then passed through a belt cleaning system 5 of a covenant 2 from rolled steel strip 3.
  • the steel strip 3 enters an inlet memory 6.
  • the known inlet memory 6 has the task to equalize the running of the steel strip 3 by the following aggregates, because to ensure a continuous process is at the Abhaspelstation 4 after uncoiling
  • the first steel bundle was unwound from a steel bundle and the front end of the new steel collar was welded to the rear end of the old steel collar in order to pass the new steel strip 3 through the continuous system.
  • the steel strip 3 From the inlet storage 6, the steel strip 3 enters the actual annealing furnace or the actual annealing device 7.
  • the steel strip first passes into a heating and cooling zone 8 and passes from the heating and cooling zone 8 into a so-called overaging zone 9.
  • From the overaging zone 9 passes the steel strip 3 in a final jet cooling zone 10, wherein the band is introduced at about 450 0 C to 500 0 C from the overaging zone 9 in the final jet cooling zone.
  • the final jet cooling zone finds an exposure of the steel strip 3 with compressed air instead of in respective areas 11, wherein the atmosphere 12 and the interior 12 of both the overaging zone and in the final jet cooling zone, the dew point of below -20 0 C, in particular below -40 0 C and preferably below -50 0 C is set.
  • the steel strip 3 runs out of the final jet cooling and enters an outlet store 13, which has the task of picking up steel strip 3 while a first steel strip has been rewound and the following two te steel strip is separated from the first steel strip to be subsequently rewound.
  • the steel strip 3 passes through a subsequent tempering 14, to then be rewound at a Aufhaspelstation 15 to a coil 16.
  • the bluing or the production of an insulating oxide layer on the surface of the steel strip for use as an electrical steel strip in a very high uniformity and with a superior quality such that the insulation performance of the oxide layer due to the composition of over 90 % Fe 3 ⁇ 4 results in a superior insulation performance even with layer supports of only 100 nm.
  • the electrical strip produced according to the invention with an oxide layer support is able to replace painted electrically-coated strips produced considerably more expensive.
  • the end customer no longer has painting or blasting systems, which on the one hand provides an investment advantage, on the other hand offers the advantage that the steel strip provided with the oxide layer according to the invention is of considerably better quality than a steel strip, particularly in the case of blueing plants present at the customer can be produced by the customer in conventional blast furnaces.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Elektrobandes, insbesondere eines mit einem Eisenoxid beschichteten Stahlbandes zur Verwendung als Elektroblech für die Elektroindustrie, wobei das Stahlblechband in einem kontinuierlichen Prozess einem abgeschlossenen Behandlungsraum zugeführt wird, wobei das Elektroband hierbei mit einer Temperatur zwischen 450 °C und 550 °C in den Behandlungsraum eingeführt wird und dort mit Pressluft und einer Sauerstoffkonzentration zwischen 0,05 % und 0,2 % Sauerstoff gemessen in der Gesamtofenraumatmosphäre beaufschlagt wird, wobei der Taupunkt des Wassers auf unter -10 °C eingestellt wird und die Ofenraumatmosphäre reduzierend ist, sowie das Elektroblech und seine Verwendung.

Description

Verfahren zum Herstellen eines verbesserten Elektrobandes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines verbesserten Elektrobandes sowie das mit dem Verfahren hergestellte Elektroband und dessen Verwendung.
Die Statoren von Elektromotoren werden aus sogenanntem Elektroband hergestellt. Beim Elektroband handelt es sich um ein Bandstahlblech, beispielsweise mit Dicken zwischen 0,3 mm und 1 , 2 mm .
Dieses Bandstahlblech wird in die benötigten Formen gestanzt und aus den einzelnen gestanzten Bestandteilen werden die entsprechenden Statorblechpakete zusammengefügt, welche anschließend mit den entsprechenden Spulen gewickelt werden. Wird in eine Spule ein derartiger Eisenkern eingesetzt, so wird durch dessen ferromagnetische Eigenschaften, die vom Stahlhersteller voreingestellt werden, oder zumindest soweit vorbereitet werden, dass sie durch ein abschließendes Glühen beim Anwender eingestellt werden, die Permeabilität und damit auch die magnetische Flussdichte in der Spule erhöht. Hierdurch kann die Anzahl der Windungen verringert werden, um eine benötigte Induktivität zu erreichen.
Weil das Eisen des Kerns ein elektrischer Leiter ist, fließt in einer von Wechselstrom durchflossenen Spule mit Eisenkern in diesem ein Strom in einer quasi kurzgeschlossenen Windung, der Wirbelstrom genannt wird. Dieser Wirbelstrom wird geringer, wenn der Kern nicht aus einem Stück Eisen sondern aus einem Stapel der bereits beschriebenen Eisenbleche besteht. Um jedoch diesen Wirbelstrom wirklich zu verringern, müssen die Eisenbleche bzw. Eisenlamellen voneinander isoliert werden.
Für die Isolierung dieser Lamellen aus Elektroband gegeneinander gibt es drei gängige Möglichkeiten, nämlich die Stahloberfläche mit einem organischen Lack zu beschichten, die Stahloberfläche mit einem anorganischen Lack zu beschichten oder die Stahloberfläche zu oxidieren. Das Oxidieren der Stahloberfläche wird insbesondere bei Elektroband durchgeführt, welches für Statoren von Kleinmotoren, d. h. Motoren z. B. in der Haushaltsgeräteindustrie, verwendet wird.
Derartige Schichten, die durch Bläuen erzielt werden, sind Mischschichten aus Fe2<03 und Fe3θ4 zu etwa gleichen Anteilen. Diese Bläuungsbehandlungen werden beim Anwender in Elektro- bandöfen durch Erhöhung des Taupunktes durchgeführt bzw. in eigens dafür konzipierten Bläuungsöfen ebenfalls durch Taupunkterhöhung. Eine derartige Bläuungsvorrichtung nach dem Stand der Technik, wie sie bei vielen Anwendern von Elektro- blechen eingesetzt wird, ist in Figur 2 gezeigt.
Bei dieser Anlage 101 wird von einem Bund 102 aus aufgewickeltem Stahlband 103 an einer Abhaspelstation 104 das Band 103 abgehaspelt. Das Stahlband 103 läuft in einer Stanze 105 ein, wobei in der Stanze aus dem Stahlband die Bleche, beispielsweise für einen Spulenkern, aus dem Band 103 ausgestanzt werden. Die ausgestanzten Bleche werden zu Stanzteilstapeln 106 aufgestapelt, wobei die Stapel anschließend in einen Glühofen 107 einlaufen. Nach einer definierten Durchlaufzeit bei 6500C bis 750 °C gelangen die Stanzteilstapel 106 in einen Bläuungs- ofen 108. Im Bläuungsofen 108 wird im Innenraum 109 eine Atmosphäre eingestellt, bei der der Taupunkt bei > 100C und insbesondere bei > 20 0C liegt, wobei die Atmosphäre bei etwa 5000C Temperatur oxidierend ist. Nach der vorbestimmten hinreichenden Durchlaufzeit gelangen die Stanzteilstapel als fertige Produktstapel 110 aus dem Bläuungsofen heraus, wobei die Fertigprodukte eine Mischschichtauflage aus Fe2Ü3 und Fe3θ4 jeweils etwa zur Hälfte haben, wobei die Schichtauflagedicke üblicherweise 200 nm beträgt.
Bei den bisherigen Verfahren ist von Nachteil, dass die Isolation mit Lacken relativ aufwendig ist und bei Lacken grundsätzlich Problematiken bezüglich der Umwelt auftreten, insbesondere auch, was eine spätere Entsorgung betreffen kann.
Beim Bläuen ist von Nachteil, dass dies ebenfalls ein zusätzlicher Arbeitsschritt ist, wobei zusätzlich die Isolationsleistung beim Bläuen hinter der des Lackierens zurückbleibt und zudem derartige Prozesse oft beim Anwender durchgeführt werden, ohne dass die Eigenschaften wirklich zuverlässig gleich bleibend wären.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Elektrobandes zu schaffen, welches einfach und kostengünstig durchführbar ist, eine Isolierschicht mit einer zuverlässigen Isolierung mit gut kontrollierbaren gleichbleibenden Eigenschaften sicherstellt und zudem kostengünstig ist.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet . Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Elektroband zu schaffen, das mit einer guten Isolierung ausgebildet ist und ohne weitere Nachbearbeitung zur Herstellung von Blechpaketen verwendbar ist.
Die Aufgabe wird mit einem Elektroband mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
Erfindungsgemäß wird das Elektroband bereits beim Stahlhersteller in einem kontinuierlichen Prozess und insbesondere während des Rekristallisationsglühens in einer kontinuierlichen Glühe (Kontiglühe) mit einer isolierenden Schicht ausgebildet. Hierbei nimmt das Elektroband tatsächlich eine blaue Farbe an, wobei jedoch die isolierende Schicht gegenüber einer üblicherweise gebläuten Schicht erheblich besser isoliert. Die erfindungsgemäß hergestellten Elektrobänder besitzen eine Isolierschichtauflage von lediglich 100 nm, wobei diese Schicht ganz wesentlich aus Fe3θ4 ausgebildet ist. Die Schicht enthält nur sehr wenig Fe2<03, wobei das Fe3θ4 offensichtlich für die isolierende Leistung zuständig ist, denn eine 100 nm dicke erfindungsgemäß gebläute Schicht isoliert besser als eine übliche 200 nm dicke gebläute Schicht.
Mit dieser Isolierleistung kann das erfindungsgemäß hergestellte gebläute Elektroband das übliche Lackieren überflüssig machen, was einen erheblichen Kostenvorteil gegenüber lackierten Blechen darstellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, das Elektroband beim Eintritt in die Schlusskühlzone, in der es eine Temperatur zwischen 4500C und 5000C besitzt, mit Pressluft zu beaufschla- gen. Hierbei wird eine Sauerstoffkonzentration zwischen 0,05 % und 0,2 % Sauerstoff gemessen im Ofenraum der Schlusskühlzone eingestellt. Die absolute Gleichmäßigkeit der erzielten Oxidschicht wird einerseits durch das Einbringen der Pressluft in die Gebläsegehäuse der Schlusskühlgebläse und andererseits durch die Bandtemperatur sowie die Sauerstoffkonzentration sichergestellt .
Zudem wird erfindungsgemäß das Einblasen der Pressluft und das Einstellen des Sauerstoffgehalts so durchgeführt, dass der Taupunkt auf unter -400C und eine reduzierende Atmosphäre eingestellt wird.
Im Gegensatz zu der beim üblichen Bläuen oxidierenden Atmosphäre mit Wasser bei Taupunkten von > 100C wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Schicht erzielt, die bei erheblich geringerer Dicke einen Fe3θ4~Anteil von 90 % und mehr aufweist und bei der reduzierten Dicke ein derart höheres Isolationsvermögen besitzt, dass es ohne Weiteres als Ersatz für lackierte Elektrobleche verwendet werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zudem eine sehr hohe Gleichmäßigkeit sowohl bezüglich der Isolationsleistung und Zusammensetzung der Schicht als auch der Dicke der Schicht erreicht .
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen dabei :
Figur 1 : den erfindungsgemäßen Verfahrensablauf in einer stark schematisierten Ansicht;
Figur 2: den Verfahrensablauf nach dem Stand der Technik in einer stark schematisierten Ansicht. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird insbesondere eine kontinuierliche Glühanlage 1 verwendet. Hierbei wird zunächst von einem Bund 2 aus aufgerolltem Stahlband 3 das Stahlband 3 bei einer Abhaspelstation 4 abgehaspelt und sodann durch eine Bandreinigungsanlage 5 geführt. Von der Bandreinigungsanlagen 5 gelangt das Stahlband 3 in einen EinlaufSpeicher 6. Der an sich bekannte EinlaufSpeicher 6 hat die Aufgabe, den Lauf des Stahlbandes 3 durch die nachfolgenden Aggregate zu vergleichmäßigen, denn um einen kontinuierlichen Prozess sicherzustellen, wird an der Abhaspelstation 4 nach dem Abhaspeln eines ersten Stahlbundes ein nächster Stahlbund abgehaspelt und das vordere Ende des neuen Stahlbundes an das hintere Ende des alten Stahlbundes angeschweißt, um auch das neue Stahlband 3 durch die kontinuierlichen Anlage durchzuziehen. Vom Einlauf- Speicher 6 gelangt das Stahlband 3 in den eigentlichen Glühofen bzw. die eigentliche Glühvorrichtung 7. Hierbei gelangt das Stahlband zunächst in eine Heiz- und Kühlzone 8 und gelangt aus der Heiz- und Kühlzone 8 in eine sogenannte Überalterungszone 9. Von der Überalterungszone 9 gelangt das Stahlband 3 in eine abschließende Strahlkühlzone 10, wobei das Band mit etwa 4500C bis 5000C aus der Überalterungszone 9 in die abschließende Strahlkühlzone eingeführt wird. In der abschließenden Strahlkühlzone findet erfindungsgemäß eine Beaufschlagung des Stahlbandes 3 mit Pressluft in entsprechenden Bereichen 11 statt, wobei die Atmosphäre 12 bzw. im Innenraum 12 sowohl der Überalterungszone als auch in der abschließenden Strahlkühlzone der Taupunkt auf unter -200C, insbesondere unter -400C und bevorzugt unter -500C eingestellt wird. Anschließend läuft das Stahlband 3 aus der abschließenden Strahlkühlung aus und gelangt in einen AuslaufSpeicher 13, welcher die Aufgabe hat, Stahlband 3 aufzunehmen, während ein erstes Stahlband aufgehaspelt wurde und das nachfolgende zwei- te Stahlband vom ersten Stahlband getrennt wird, um anschließend aufgehaspelt zu werden.
Das Stahlband 3 durchläuft ein anschließendes Dressierband 14, um dann an einer Aufhaspelstation 15 wieder zu einem Coil 16 aufgehaspelt zu werden.
Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass die Bläuung bzw. die Erzeugung einer isolierenden Oxidschicht auf der Oberfläche des Stahlbandes zur Verwendung als Elektrostahlband in einer sehr hohen Gleichmäßigkeit und mit einer überragenden Güte derart erfolgt, dass die Isolationsleistung der Oxidschicht aufgrund der Zusammensetzung aus über 90% Fe3θ4 eine überragende Isolationsleistung bereits bei Schichtauflagen von lediglich 100 nm ergibt.
Damit ist das erfindungsgemäß erzeugte Elektroband mit einer Oxidschichtauflage in der Lage, erheblich teurer hergestellte lackierte Elektrobänder zu ersetzen.
Zudem fallen beim Endkunden Lackieranlagen oder Bläuungsanla- gen weg, was einerseits einen Investitionsvorteil gewährt, andererseits - insbesondere bei beim Kunden vorhandenen Bläu- ungsanlagen - den Vorteil bietet, dass das erfindungsgemäß mit der Oxidschicht versehene Stahlband von erheblich besserer Qualität ist als ein Stahlband, welches in herkömmlichen Bläu- ungsöfen beim Kunden herstellbar ist. Bezugszeichenliste :
1 kontinuierliche Glühanlage
2 Bund
3 Stahlband
4 AbhaspeiStation
5 Bandreinigungsanlage
6 EinlaufSpeicher
7 Glühvorrichtung
8 Heiz- und Kühlzone
9 Überalterungs zone
10 Strahlkühl zone
11 Bereiche
12 Atmosphäre
13 AuslaufSpeicher
14 Dressierband
15 AufhaspeiStation
16 Coil
101 Bläuungsanlage
102 Bund
103 Stahlband
104 Abhaspelstation
105 Stanze
106 Stanzteilstapel
107 Glühofen
108 Bläuungsofen
109 Innenraum
110 fertiger Produktstapel

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Elektrobandes, insbesondere eines mit einem Eisenoxid beschichteten Stahlbandes zur Verwendung als Elektroblech für die Elektroindustrie, wobei das Stahlblechband in einem kontinuierlichen Prozess einem Behandlungsraum zugeführt wird, wobei das Elektroband hierbei mit einer Temperatur zwischen 4500C und 5500C in den Behandlungsraum eingeführt wird und dort mit einer Sauerstoffkonzentration zwischen 0,05 % und 0,2 % Sauerstoff, gemessen in der Behandlungsraumatmosphäre beaufschlagt wird, wobei der Taupunkt des Wassers auf unter -100C eingestellt wird und die Ofenraumatmosphäre reduzierend ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren so durchgeführt wird, dass die sich an der Oberfläche des Elektrobandes bildende Oxidschicht eine Dicke von unter 150 nm besitzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidschichtdicke auf kleiner gleich 100 nm eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Fe3θ4 zu Fe2θ3 in der Oxidschicht mindestens 9:1 beträgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in der Schlusskühlzone einer kontinuierlichen Rekristallisationsglühanlage durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Taupunkt auf kleiner -400C eingestellt wird.
7. Elektroband zur Verwendung in der Elektroindustrie als Ankerblech für Ankerblechpakete und dergleichen, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektro- blechband oberflächlich eine Oxidschicht besitzt, wobei die Oxidschicht mehr als 90 % Fe3O4 enthält.
8. Elektroband nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidschichtauflage kleiner gleich 150 nm dick ist.
9. Elektroband nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidschichtauflagen kleiner gleich 100 nm dick ist.
10. Verwendung eines Elektrobandes nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9, hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für die Herstellung von Blechlamellenpaketen mit gegeneinander isolierten Blechen für Statoren und Läufer von Elektromotoren, Generatoren und dergleichen .
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