一种非晶合金变压器及非晶合金带材制备方法技术领域
本发明涉及非晶合金变压器技术领域，尤其涉及一种非晶合金变压器及非晶合金
带材制备方法。
背景技术
降低变压器的损耗、提高变压器效率，就是要降低变压器的空载损耗和负载损耗。
变压器损耗中的空载损耗，即铁损，主要发生在变压器铁芯叠片内，主要是因交变的磁力线
通过铁芯产生磁滞及涡流而带来的损耗，而负载损耗主要变压器绕阻线圈中导线材料所产
生的。主要通过铁芯结构、铁芯材料研制和开发非晶体合金带铁心的制造工艺技术、铁芯的
生产工艺和绕组的制造技术四方面进行相应的改进，其中对于非晶合金带材目前处于大量
研究当中，对于非晶合金带材的研究对制作的铁芯存在主要影响，因此需要针对非晶合金
带材进行相应的技术研究。目前市面上的非晶合金变压器中采用的非晶合金带材的饱和磁
化强度较低，且铁损耗较大。
现有技术中，中国专利CN101552071B公开了一种铁基非晶软磁合金，该合金的具
体化学成分按原子比为：FeaPbBcCdSi e，且a+b+c+d+e＝100，其中b的原子百分比含量为8
～11，c的原子百分比含量为0～3，d的百分比含量为6～10，e的百分比含量为0～3，a为余
量，该材料制得的产品其增大磁化强度低。中国专利CN103021616A公开了一种密封式非晶
合金电力变压器，所述变压器的铁芯由非晶合金材料制成，所述非晶合金的基础元素包括
铁、镍、钴、硼以及碳；但制得的变压器降低铁损和增大磁化强度方面并没有得到较好的改
进。
发明内容
为克服现有技术中存在的饱和磁化强度不高、铁损耗大的问题，本发明提供了一
种非晶合金带材变压器及非晶合金带材制备方法。
本发明提供了一种非晶合金变压器，包括非晶合金铁芯和线圈，所述非晶合金铁
芯包括三相铁芯、单相铁芯罩和铁轭，所述三相铁芯采用立体三角铁芯结构，由三个单相铁
芯构成，其创新点在于：所述单相铁芯之间采用无接缝连接；所述单相铁芯包括单相铁芯柱
和铁轭，单相铁芯柱和铁轭首尾相连构成闭合矩形框，所述单相铁芯柱和铁轭均为等腰梯
形；三相铁芯柱由非晶合金带材柱片叠加而成，铁轭由非晶合金带材轭片叠加而成；所述非
晶合金带材柱片和非晶合金带材轭片的侧边延长线均通过所述单相铁芯的矩形中心。
进一步的，所述左右铁芯柱截面和上下铁轭截面同样为等腰梯形，组装好的整体
铁芯的铁芯柱截面为正六边形，上下铁轭截面为等腰梯形；所述铁轭的截面积为铁芯柱截
面积的一半。
进一步的，所述单相铁芯罩分为铁芯柱罩和铁轭罩，所述铁芯柱罩和铁轭罩首尾
相连构成矩形罩，所述铁芯柱罩截面为等腰梯形，适配于铁芯柱；铁轭罩截面为正六角形，
适配于铁轭。
进一步的，所述铁芯柱罩分为铁芯柱罩a和铁芯柱罩b，铁芯柱罩a和铁芯柱罩b通
过连接件相连；所述铁芯柱罩a中设有隔板和隔离层；所述隔板设于铁芯柱罩a内部，朝向铁
芯柱罩b；所述隔板正面朝向铁芯柱罩a，反面朝向铁芯柱罩b。
本发明还提供一种用于非晶合金变压器中的非晶合金带材，所述非晶合金带材的
化学成分用重量百分比表示为：Fe为46～50wt％，Si为9～10wt％，B为2～4wt％，P为0～
10.5wt％，Co为15～25wt％，Ni为5～10wt％，Zr为5wt％；其中铁与钴元素重量百分比为2～
3，硅与硼的元素重量百分比为2～3。
进一步的，所述非晶态合金带材的化学成分用重量百分比表示为Fe为48wt％，Si
为9.5wt％，B为4.75wt％，Co为16wt％，P为8.75wt％，Ni为8wt％，Zr为5wt％；其中铁与钴元
素重量百分比为3，硅与硼的元素重量百分比为2。
本发明还披露了一种非晶合金带材的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1，将Fe、Si、B、Co、P、Ni、Zr分别称取对应比例的重量，依次加入搅拌装置中进行
充分搅拌，得到混合物，搅拌次数为2-3次，搅拌时间为20-30min；
S2，将混合物放入电弧熔炼炉中进行第一次熔炼，真空度为0.02-0.05Pa，熔炼温
度为1600-1800℃，熔炼时间为1-2h，得到合金溶液a；
S3，将合金溶液a放置在水冷装置中形成合金铸锭，循环水压设定在0.5-0.8MPa；
S4，将合金铸锭放入电弧熔炼炉中进行第二次熔炼，真空度为0.06-0.1Pa，熔炼温
度为1900-2000℃，熔炼时间为2-3h，得到合金溶液b；
S5，将合金溶液b放入旋淬炉中，制得非晶态合金带材；其中旋淬炉的喷嘴和铜辊
之间距离设为0.2-0.4mm，铜辊线速度设为60-70m/s，喷嘴喷注压强为1.5-2MPa；所述喷嘴
中还设有冷却系统，冷却速度在180-200万度/s。
进一步要选的，在所述步骤S2中在熔炼开始前向电弧熔炼炉中冲入氩气进行保
护，在熔炼过程中氩气压力保持在0.1-0.3MPa。
进一步的，所述制备方法包括以下步骤：
S1，将Fe、Si、B、Co、P、Ni、Zr分别称取对应比例的重量，依次加入搅拌装置中进行
充分搅拌，得到混合物，搅拌次数为3次，搅拌时间为30min；
S2，将混合物放入电弧熔炼炉中进行第一次熔炼，真空度为0.05Pa，熔炼温度为
1800℃，熔炼时间为2h，得到合金溶液a；
S3，将合金溶液a放置在水冷装置中形成合金铸锭，循环水压设定在0.8MPa；
S4，将合金铸锭放入电弧熔炼炉中进行第二次熔炼，真空度为0.1Pa，熔炼温度为
2000℃，熔炼时间为3h，得到合金溶液b；
S5，将合金溶液b放入旋淬炉中，制得非晶态合金带材；其中旋淬炉的喷嘴和铜辊
之间距离设为0.4mm，铜辊线速度设为70m/s，喷嘴喷注压强为2.0MPa；所述喷嘴中还设有冷
却系统，冷却速度在200万度/s。
进一步优选的，在所述步骤S2中在熔炼开始前向电弧熔炼炉中冲入氩气进行保
护，在熔炼过程中氩气压力保持在0.3MPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明中将非晶合金铁芯与铁芯罩之间通过隔板与支柱进行分离，同时设有
隔离层对铁芯进行保护，使得非晶合金铁芯不会受到外界空气腐蚀或受到压力，从而损坏
非晶合金铁芯，同时消除因涡流而产生的非晶合金变压器铁芯过热故障，避免变压器跳闸
事故，从而减少事故引起的直接和间接经济损失。
(2)本发明的非晶合金带材制备方法制得的非晶合金带材相对于现有技术提高了
饱和磁化强度Bs、矩形比Br/Bs、矫顽力Hcj、导磁通(DC)、饱和磁致伸缩λs，同时降低了铁芯
损耗。
(3)本发明的非晶合金带材成分在铁和硅的含量分别处于48wt％和9.5wt％时，同
时铁：钴为3，硅：硼为3的比例下，其得到的非晶合金带材的饱和磁化强度Bs、矩形比Br/Bs、
矫顽力Hcj、导磁通(DC)、饱和磁致伸缩λs和铁芯损耗都更为优异。
(4)结合本发明的制备方法和非晶合金带材成分，其中制得的最优非晶合金带材
的各项性能指标为饱和磁化强度Bs 2.01T、矩形比Br/Bs 0.48、矫顽力Hcj 25.2A/m、导磁
通(DC)49umH/m、饱和磁致伸缩λs 37.2×10-6和铁芯损耗6.4W/kg。
附图说明
图1是变压器用非晶合金铁芯整体示意图；
图2是铁芯柱罩截面示意图；
图3是铁轭罩截面示意图。
结合附图在其上标记：
1-左右铁芯柱，12-上下铁轭，2-硅钢片I，3-隔离层I，41-支撑柱a，42-支撑柱b，5-
隔板I，6-硅钢片II，7-隔离层II，8-隔板II，9-支柱。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的
具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施方式中披露了一种非晶合金变压器，包括非晶合金铁芯和线圈，所述非晶
合金铁芯包括铁芯和单相铁芯罩，所述铁芯采用立体三角铁芯结构，由三个单相铁芯构成，
所述单相铁芯之间采用无接缝连接；所述单相铁芯包括左右铁芯柱1和上下铁轭12，构成闭
合矩形框，所述单相铁芯罩套于单相铁芯外；所述左右铁芯柱1和上下铁轭12均为等腰梯
形；左右铁芯柱1由非晶合金柱片叠加而成，铁轭由非晶合金轭片叠加而成，柱片和轭片均
为等腰梯形状，柱片和轭片的腰的延长线均通过所述单相铁芯的矩形框中心，但单个轭片
厚度为柱片厚度的1/2；所述左右铁芯柱1截面和上下铁轭12截面同样为等腰梯形，组装好
的整体铁芯柱截面为正六边形，上下铁轭12截面积为整体铁芯柱截面积的一半。
为避免所制成的变压器中非晶合金铁芯受到外界空气腐蚀或受到外界物体的接
触，损坏非晶合金铁芯，因此需对非晶合金进行密封设置。本非晶合金变压器中对非晶合金
铁芯设有单相铁芯罩；所述单相铁芯罩分为铁芯柱罩和铁轭罩，所述铁芯柱罩和铁轭罩首
尾相连构成矩形罩，所述铁芯柱罩截面为正六边形，适配于组装好的整体铁芯柱；铁轭罩截
面为等腰梯形，适配于上下铁轭12；所述铁芯柱罩分为铁芯柱罩a和铁芯柱罩b，铁芯柱罩a
和铁芯柱罩b为左右中心对称，且两者构造相同。因此本实施例中针对其中一个进行具体说
明；所述铁芯柱罩a中设有硅钢片I2、隔板I5和隔离层I3；硅钢片包裹隔板I5和隔离层I3，隔
板I5正面朝向铁芯柱罩a，反面朝向铁芯柱罩b；隔离层I3设于隔板I5和硅钢片I2之间。所述
隔板I5、隔离层I3和硅钢片I2均与铁芯柱罩a外形类似，且隔离层I3、隔板I5和硅钢片I2厚
度均相等，隔板I5正面和两侧面朝向隔离层I3，隔板I5反面朝向铁芯；所述隔板I5与隔离层
I3之间还设有支撑柱，所述支撑柱分为支撑柱a41和支撑柱b42，所述支撑柱a41设于隔板I5
正面的上下两端的中心位置，且与隔离层I3相对位置连接，所述支撑柱b42位于隔板I5侧面
上下两端中心位置，且与隔离层I3相对位置连接，所述支撑柱用于支撑隔板I5与铁芯的重
量，铁芯与铁芯柱罩之间存在间隙，消除因涡流而产生的非晶合金变压器铁芯过热故障，避
免变压器跳闸事故，从而减少事故引起的直接和间接经济损失。所述铁轭罩的内部构造与
铁芯柱罩a的结构类似，所述铁轭罩包括硅钢片II6、隔板II8和隔离层II7，所述硅钢片II6、
隔板II8和隔离层II7均为封闭形，所述隔板II8和隔离层II7之间设有支柱9，所述支柱9设
于隔板各表面的上下两端中心位置处，连接隔板II8和隔离层II7。将非晶合金铁芯与铁芯
罩之间通过隔板与支柱9进行分离，同时设有隔离层对铁芯进行保护，使得非晶合金铁芯不
会受到外界空气腐蚀或受到压力，从而损坏非晶合金铁芯，同时消除因涡流而产生的非晶
合金变压器铁芯过热故障，避免变压器跳闸事故，从而减少事故引起的直接和间接经济损
失。
实施例2
本实施方式中披露了一种非晶合金低损耗变压器，所述非晶合金低损耗变压器包
括线圈和铁芯；所述铁芯采用立体三角铁芯结构，铁芯包括有非晶合金带材；非晶合金带材
的化学成分用重量百分比表示为：Fe为46wt％，Si为9wt％，B为4.5wt％，P为8.5wt％，Co为
23wt％，Ni为5wt％，Zr为4wt％；其中铁与钴元素重量百分比为2，硅与硼的元素重量百分比
为2。
本实施方式还披露了一种非晶合金低损耗变压器中非晶合金带材的制备方法，所
述制备方法包括以下步骤：
S1，将Fe、Si、B、Co、P、Ni、Zr分别称取对应比例的重量，依次加入搅拌装置中进行
充分搅拌，得到混合物，搅拌次数为2次，搅拌时间为20min；
S2，将混合物放入电弧熔炼炉中进行第一次熔炼，真空度为0.02Pa，熔炼温度为
1600℃，熔炼时间为1h，得到合金溶液a；
S3，将合金溶液a放置在水冷装置中形成合金铸锭，循环水压设定在0.5MPa；
S4，将合金铸锭放入电弧熔炼炉中进行第二次熔炼，真空度为0.06Pa，熔炼温度为
1900℃，熔炼时间为2h，得到合金溶液b；
S5，将合金溶液b放入旋淬炉中，制得非晶态合金带材；其中旋淬炉的喷嘴和铜辊
之间距离设为0.2mm，铜辊线速度设为60m/s，喷嘴喷注压强为1.5MPa；所述喷嘴中还设有冷
却系统，冷却速度在180万度/s。
进一步要选的，在所述步骤S2中在熔炼开始前向电弧熔炼炉中冲入氩气进行保
护，在熔炼过程中氩气压力保持在0.1MPa。
实施例3
本实施例与第二、三实施例不同之处在于：所述制备方法包括以下步骤：
S1，将Fe、Si、B、Co、P、Ni、Zr分别称取对应比例的重量，依次加入搅拌装置中进行
充分搅拌，得到混合物，搅拌次数为3次，搅拌时间为25min；
S2，将混合物放入电弧熔炼炉中进行第一次熔炼，真空度为0.03Pa，熔炼温度为
1700℃，熔炼时间为1.5h，得到合金溶液a；
S3，将合金溶液a放置在水冷装置中形成合金铸锭，循环水压设定在0.7MPa；
S4，将合金铸锭放入电弧熔炼炉中进行第二次熔炼，真空度为0.08Pa，熔炼温度为
1950℃，熔炼时间为2.5h，得到合金溶液b；
S5，将合金溶液b放入旋淬炉中，制得非晶态合金带材；其中旋淬炉的喷嘴和铜辊
之间距离设为0.3mm，铜辊线速度设为65m/s，喷嘴喷注压强为1.7MPa；所述喷嘴中还设有冷
却系统，冷却速度在190万度/s。
进一步优选的，在所述步骤S2中在熔炼开始前向电弧熔炼炉中冲入氩气进行保
护，在熔炼过程中氩气压力保持在0.2MPa。
实施例4
本实施例与第二实施例不同之处在于：所述制备方法包括以下步骤：
S1，将Fe、Si、B、Co、P、Ni、Zr分别称取对应比例的重量，依次加入搅拌装置中进行
充分搅拌，得到混合物，搅拌次数为3次，搅拌时间为30min；
S2，将混合物放入电弧熔炼炉中进行第一次熔炼，真空度为0.05Pa，熔炼温度为
1800℃，熔炼时间为2h，得到合金溶液a；
S3，将合金溶液a放置在水冷装置中形成合金铸锭，循环水压设定在0.8MPa；
S4，将合金铸锭放入电弧熔炼炉中进行第二次熔炼，真空度为0.1Pa，熔炼温度为
2000℃，熔炼时间为3h，得到合金溶液b；
S5，将合金溶液b放入旋淬炉中，制得非晶态合金带材；其中旋淬炉的喷嘴和铜辊
之间距离设为0.4mm，铜辊线速度设为70m/s，喷嘴喷注压强为2.0MPa；所述喷嘴中还设有冷
却系统，冷却速度在200万度/s。
进一步优选的，在所述步骤S2中在熔炼开始前向电弧熔炼炉中冲入氩气进行保
护，在熔炼过程中氩气压力保持在0.3MPa。
实施例5
本实施例与第四实施例不同之处在于：所述非晶态合金带材的化学成分用重量百
分比表示为：Fe为46wt％，Si为9wt％，B为3wt％，P为12wt％，Co为15wt％，Ni为10wt％，Zr为
5wt％，其中铁与钴元素含量之比为3，硅与硼的元素含量之比为3。
实施例6
本实施例与第四、五实施例不同之处在于：所述非晶态合金带材的化学成分用重
量百分比表示为：Fe为46wt％，Si为9wt％，B为4.5wt％，P为10.5wt％，Co为15wt％，Ni为
10wt％，Zr为5wt％；其中铁与钴元素含量之比为3，硅与硼的元素含量之比为2。
实施例7
本实施例与第四、五、六实施例不同之处在于：所述非晶态合金带材的化学成分用
重量百分比表示为：Fe为46wt％，Si为9wt％，B为3wt％，P为4wt％，Co为23wt％，Ni为
10wt％，Zr为5wt％，其中铁与钴元素含量之比为2，硅与硼的元素含量之比为3。
实施例8
本实施例与第四实施例不同之处在于：所述非晶态合金带材的化学成分用重量百
分比表示为：Fe为50wt％，Si为10wt％，B为5wt％，Co为25wt％，Ni为5wt％，Zr为5wt％，其中
铁与钴元素重量百分比为2，硅与硼的元素重量百分比为2。
实施例9
本实施例与第八实施例不同之处在于：所述非晶态合金带材的化学成分用重量百
分比表示为：Fe为50wt％，Si为10wt％，B为3wt％，P为2wt％，Co为25wt％，Ni为5wt％，Zr为
5wt％，其中铁与钴元素重量百分比为2，硅与硼的元素重量百分比为3。
实施例10
本实施例与第八、九实施例不同之处在于：所述非晶态合金带材的化学成分用重
量百分比表示为：Fe为50wt％，Si为10wt％，B为5wt％，Co为17wt％，P为8wt％，Ni为5wt％，
Zr为5wt％，其中铁与钴元素重量百分比为3，硅与硼的元素重量百分比为2。
实施例11
本实施例与第八、九、十实施例不同之处在于：所述非晶态合金带材的化学成分用
重量百分比表示为：Fe为50wt％，Si为10wt％，B为3wt％，Co为17wt％，P为10wt％，Ni为
5wt％，Zr为5wt％，其中铁与钴元素重量百分比为3，硅与硼的元素重量百分比为3。
实施例12
本实施例与第四、八实施例不同之处在于：所述非晶态合金带材的化学成分用重
量百分比表示为Fe为48wt％，Si为9.5wt％，B为4.75wt％，Co为24wt％，P为0.75wt％，Ni为
8wt％，Zr为5wt％，其中铁与钴元素重量百分比为2，硅与硼的元素重量百分比为2。
实施例13
本实施例与第十二实施例不同之处在于：所述非晶态合金带材的化学成分用重量
百分比表示为Fe为48wt％，Si为9.5wt％，B为3.17wt％，Co为24wt％，P为2.33wt％，Ni为
8wt％，Zr为5wt％，其中铁与钴元素重量百分比为2，硅与硼的元素重量百分比为3。
实施例14
本实施例与第十二、十三实施例不同之处在于：所述非晶态合金带材的化学成分
用重量百分比表示为Fe为48wt％，Si为9.5wt％，B为4.75wt％，Co为16wt％，P为8.75wt％，
Ni为8wt％，Zr为5wt％，其中铁与钴元素重量百分比为3，硅与硼的元素重量百分比为2。
实施例15
本实施例与第十二、十三、十四实施例不同之处在于：所述非晶态合金带材的化学
成分用重量百分比表示为Fe为48wt％，Si为9.5wt％，B为3.17wt％，Co为16wt％，P为
10.33wt％，Ni为8wt％，Zr为5wt％，其中铁与钴元素重量百分比为3，硅与硼的元素重量百
分比为3。
根据实施例1-3所得到的非晶合金带材，测量非晶合金带材的饱和磁化强度Bs、矩
形比Br/Bs、矫顽力Hcj、导磁通(DC)、饱和磁致伸缩λs和铁芯损耗，得到表1。
表1
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从表1中可知，实施例4的非晶合金带材的各性能指数均大于实施例2和实施例3，
因此在非晶合金带材化学成分重量百分比相同的情况下，通过采用实施例4的制备条件可
增加制得的非晶合金带材的各性能指标。主要原因有以下方面：原因1，在搅拌过程中搅拌
次数的增加及搅拌时间的增加，使得各成分之间的混合更为充分，同时在搅拌过程中个各
组分的粉末颗粒更为细致，对下一熔炼工序创造更好的粉末条件；
原因2，第一次和第二次熔炼过程中均增大了电弧熔炼炉中的真空度、熔炼温度和
时间，同时增大了氩气压力，这样的可以使得非晶合金带材的各组分在熔炼过程中得到更
充分的熔炼，同时可以提高合金溶液的致密性；其中冲入氩气保证合金不会被氧化。
原因3，提高了旋淬炉中的喷嘴和铜辊之间距离、铜辊线速度和喷注压强，同时提
高了氩气压力，调整并控制这些参数得到了相对稳定的合金射流，同时铜辊和喷嘴通过参
数的改变，两者之间形成了一个较为稳定的动态平衡。
因此根据实施例2-4测得的非晶合金带材的各性能指标，在实施例5-15中均采用
实施例4的制备方法制得非晶合金带材。
根据实施例4-15所得到的非晶合金带材，测量非晶带材的饱和磁化强度Bs、矩形
比Br/Bs、矫顽力Hcj、导磁通(DC)、饱和磁致伸缩λs和铁芯损耗，得到表2。
表2
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从表2可知，从实施例4至实施例7中实施例6的各项指标均优于实施例4、实施例5
和实施例7，从实施例8至实施例11中实施例10的各项指标均优于实施例8、实施例9和实施
例11，同样从实施例12至实施例15中实施例14的各项指标均优于实施例12、实施例13和实
施例15；可知实施例6、实施例10和实施例14中相同点为铁与钴元素重量百分比为3，硅与硼
的元素重量百分比为2，因此可以得知在铁与钴元素重量百分比为3，同时硅与硼的元素重
量百分比为3的比例下，通过本发明中的制备方法制得的非晶合金带材的各项指标优于其
他比例制备的非晶合金带材；同样将实施例6、实施例10和实施例14进行对比可知，实施例
14的各项指标优于实施例6和实施例10，因此可得知，非晶态合金带材中铁和硅的含量并非
越多越好，存在一个封顶值，在本申请文件中铁和硅的含量分别处于48wt％和9.5wt％时，
同时铁：钴为3，硅：硼为3的比例下，其得到的非晶合金带材的饱和磁化强度Bs、矩形比Br/
Bs、矫顽力Hcj、导磁通(DC)、饱和磁致伸缩λs和铁芯损耗都更为优异。