Why Is Cleaning Necessary After Slitting Silicon Steel?

硅钢分条后，为什么要做清洁？（结合变压器生产场景）

1. 去除加工油污，避免磁性能劣化（最关键）

硅钢分条时，纵剪机的刀具与硅钢片高速摩擦会产生热量，需喷洒轧制油 / 切削油降温润滑，防止硅钢片表面划伤、刀具磨损。但残留的油污会带来两大致命问题：

破坏铁芯绝缘层：硅钢片表面自带一层绝缘涂层（氧化镁涂层、有机绝缘层等），用于减少铁芯叠片间的涡流损耗（变压器铁芯损耗的核心来源之一）。油污会覆盖或腐蚀绝缘涂层，导致叠片间绝缘失效，涡流损耗大幅上升（实测可使铁损增加 5%-15%），违背变压器节能设计初衷。

高温碳化影响磁导率：后续铁芯叠压后需经过 700-850℃的退火处理（消除应力、恢复硅钢磁性能），残留油污在高温下会碳化形成黑色残渣，渗入硅钢片表面，破坏其晶粒结构，导致磁导率下降、矫顽力升高，直接影响变压器的空载电流和负载损耗。

2. 清除铁屑粉尘，防止短路与精度偏差

分条过程中，刀具剪切硅钢片会产生大量细小铁屑（粒径通常＜0.1mm） ，若未清除会造成严重隐患：

铁芯短路风险：铁屑是导体，若残留于硅钢片表面，叠压后会在铁芯叠片间形成 “导电桥”，导致铁芯局部短路，产生局部过热，长期运行可能烧毁铁芯甚至变压器绕组（这是变压器出厂测试中 “空载损耗超标” 的常见原因之一）。

影响加工精度：铁屑附着在硅钢片表面，会导致后续铁芯叠片时出现 “错层、间隙过大”，无法达到设计的叠压系数（取向硅钢铁芯叠压系数需≥0.96），不仅降低铁芯机械强度，还会因磁路间隙增大导致励磁电流上升。

磨损后续设备：残留铁屑会随硅钢片进入后续的冲片、叠压设备，磨损冲模、导轨等精密部件，增加设备维护成本，同时导致冲片尺寸偏差（如槽型变形）。

3. 去除表面氧化层 / 污渍，保障涂层附着力

硅钢片（尤其是热轧硅钢或存放较久的冷轧硅钢）表面可能存在氧化皮、指纹、灰尘等杂质：

氧化皮会降低硅钢片的表面平整度，导致叠片间隙增大，同时氧化皮本身是脆性物质，叠压时易脱落，混入铁芯内部形成杂质；

指纹中的汗液（含盐分）会腐蚀硅钢表面，长期存放会产生锈蚀，不仅破坏绝缘涂层，还会导致硅钢片之间粘连，无法正常叠片；

这些杂质会阻碍后续 “绝缘涂层补涂”（部分分条后需二次喷涂绝缘层）的附着力，导致涂层脱落，进一步恶化绝缘性能。

4. 适配后续工艺要求，避免工序污染

变压器铁芯制造的后续工序（冲片、叠压、退火、浸漆）对硅钢片表面清洁度要求极高：

冲片工序：清洁的表面能减少冲模与硅钢片的摩擦，降低冲片毛刺（毛刺需≤0.02mm），避免毛刺导致叠片短路；

退火工序：若表面有油污、铁屑，退火时会与保护气体（如氮气）反应，产生有害气体，污染退火炉腔，同时影响硅钢片的晶粒恢复；

浸漆工序：残留杂质会导致绝缘漆无法均匀覆盖铁芯表面，形成 “针孔、气泡”，降低铁芯整体绝缘性能，无法承受变压器运行时的高电压。

硅钢分条后，为什么易生锈

加工过程破坏防护层

分条的剪切、分切工序会产生机械应力，可能导致硅钢边缘的绝缘涂层（如有机涂层、氧化镁涂层）出现微小破损，暴露出基体金属；同时，分切产生的金属碎屑若残留，会形成 “电偶腐蚀” 的阴极点，加速基体锈蚀。

环境因素的侵蚀

生产车间的湿度（相对湿度＞60%）、空气中的盐分（沿海地区）、手汗中的酸碱物质（人工搬运时），都会与硅钢基体发生氧化反应，形成红锈或黑锈，其中红锈（氧化铁）会直接刺穿绝缘涂层，导致硅钢片层间短路。

仓储与运输的时效需求

硅钢分条后通常需要存储数天至数月，再交付下游客户（如变压器厂），若未做防锈处理，即使短期存储也可能因环境湿度超标而生锈。

Why Is Cleaning Necessary After Slitting Silicon Steel? (In the Context of Transformer Production)

1. To remove processing oil residue and prevent deterioration of magnetic properties (most critical)

During the slitting of silicon steel, the high-speed friction between the slitter’s blades and the silicon steel sheets generates heat. Rolling oil or cutting oil must be sprayed to cool and lubricate the material, preventing surface scratches on the silicon steel sheets and blade wear. However, residual oil can cause two critical problems:

Damage to the core insulation: The surface of silicon steel sheets is coated with an insulating layer (such as magnesium oxide or organic insulation) to reduce eddy current losses between the core laminations (one of the primary sources of transformer core losses). Oil residue can cover or corrode the insulating coating, causing insulation failure between laminations and a significant increase in eddy current losses (measured tests show this can increase iron losses by 5%–15%), which defeats the original purpose of the transformer’s energy-efficient design.

High-Temperature Carbonization Affects Magnetic Permeability: After the core laminations are stacked, they must undergo annealing at 700–850°C (to relieve stress and restore the magnetic properties of the silicon steel). Residual oil contamination carbonizes at high temperatures, forming black residue that penetrates the surface of the silicon steel sheets, damaging their grain structure. This leads to a decrease in magnetic permeability and an increase in coercivity, directly affecting the transformer’s no-load current and load losses.

2. Removing Iron Particles and Dust to Prevent Short Circuits and Accuracy Deviations

During the slitting process, the cutting of silicon steel sheets by the blade generates a large amount of fine iron particles (typically <0.1 mm in diameter). If not removed, this poses serious risks:

Risk of core short circuits: Iron filings are conductive. If left on the surface of the silicon steel sheets, they can form “conductive bridges” between the laminations after stacking, causing localized short circuits in the core and resulting in localized overheating. Over time, this may burn out the core or even the transformer windings (this is one of the common causes of “excessive no-load losses” in factory testing of transformers).

Impact on processing accuracy: Iron filings adhering to the surface of silicon steel sheets can cause “misalignment or excessive gaps” during subsequent core lamination, preventing the achievement of the designed lamination factor (the lamination factor for grain-oriented silicon steel cores must be ≥0.96). This not only reduces the mechanical strength of the core but also increases the excitation current due to the enlarged magnetic circuit gap.

Wear on Downstream Equipment: Residual iron filings can enter downstream punching and laminating equipment along with the silicon steel sheets, causing wear on precision components such as punching dies and guide rails. This increases equipment maintenance costs and leads to dimensional deviations in the punched parts (such as slot deformation).

3. Remove Surface Oxide Layers / Contaminants to Ensure Coating Adhesion

The surfaces of silicon steel sheets (especially hot-rolled silicon steel or cold-rolled silicon steel that has been stored for a long time) may contain impurities such as oxide scale, fingerprints, and dust:

Oxide scale reduces the surface flatness of the silicon steel sheets, leading to increased gaps between laminations. Furthermore, oxide scale is a brittle substance that easily flakes off during lamination, mixing into the core and forming impurities;

The salt-containing sweat in fingerprints can corrode the silicon steel surface; prolonged storage can lead to rust, which not only damages the insulating coating but also causes the laminations to stick together, preventing proper stacking;

These impurities hinder the adhesion of the subsequent “insulating coating reapplication” (some slits require a second application of the insulating layer), leading to coating peeling and further deterioration of insulation performance.

4. Meet the requirements of subsequent processes and prevent process contamination

Subsequent processes in transformer core manufacturing (blanking, laminating, annealing, and varnishing) demand extremely high surface cleanliness of the silicon steel sheets:

Blanking process: A clean surface reduces friction between the blanking die and the silicon steel sheet, minimizes blanking burrs (burrs must be ≤0.02 mm), and prevents short circuits caused by burrs during lamination;

Annealing process: If the surface contains oil or iron filings, they will react with the protective gas (such as nitrogen) during annealing, producing harmful gases that contaminate the annealing furnace chamber and simultaneously impair grain recovery in the silicon steel sheets;

Varnishing process: Residual impurities prevent the insulating varnish from evenly coating the core surface, leading to “pinholes and bubbles,” which reduce the core’s overall insulation performance and render it unable to withstand the high voltages encountered during transformer operation.

Why does silicon steel rust easily after slitting?

The processing steps damage the protective layer

The shearing and slitting processes involved in slitting generate mechanical stress, which may cause microscopic damage to the insulating coatings (such as organic coatings or magnesium oxide coatings) on the edges of the silicon steel, exposing the base metal. Additionally, any metal debris left behind from slitting can act as a cathode in “galvanic corrosion,” accelerating the rusting of the base metal.

Corrosion Caused by Environmental Factors

Humidity in the production workshop (relative humidity > 60%), salt in the air (in coastal areas), and acidic or alkaline substances in hand sweat (during manual handling) can all react with the silicon steel substrate, forming red or black rust. Red rust (iron oxide) can directly penetrate the insulating coating, causing short circuits between the layers of the silicon steel sheets.

Time-Sensitive Requirements for Storage and Transportation

After slitting, silicon steel is typically stored for several days to several months before being delivered to downstream customers (such as transformer manufacturers). If no rust-proofing treatment is applied, rust may form even during short-term storage due to excessive environmental humidity.

¿Por qué hay que limpiar el acero al silicio tras el corte longitudinal? (En el contexto de la producción de transformadores)

1. Eliminar los residuos de aceite de mecanizado para evitar el deterioro de las propiedades magnéticas (lo más importante)

Durante el corte longitudinal del acero al silicio, la fricción a alta velocidad entre las cuchillas de la cizalla longitudinal y las láminas de acero al silicio genera calor, por lo que es necesario rociar aceite de laminación o aceite de corte para refrigerar y lubricar, con el fin de evitar arañazos en la superficie de las láminas y el desgaste de las cuchillas. Sin embargo, los residuos de aceite pueden provocar dos problemas graves:

Deterioro de la capa aislante del núcleo: la superficie de las láminas de acero al silicio cuenta con una capa aislante (recubrimiento de óxido de magnesio, capa aislante orgánica, etc.), destinada a reducir las pérdidas por corrientes parásitas entre las láminas del núcleo (una de las principales fuentes de pérdidas en el núcleo de los transformadores). Los residuos de aceite pueden cubrir o corroer el recubrimiento aislante, lo que provoca un fallo en el aislamiento entre las láminas y un aumento considerable de las pérdidas por corrientes parásitas (según mediciones reales, las pérdidas en el hierro pueden aumentar entre un 5 % y un 15 %), lo que va en contra del objetivo inicial del diseño de ahorro energético del transformador.

La carbonización a alta temperatura afecta a la permeabilidad magnética: tras el laminado del núcleo, es necesario someterlo a un tratamiento de recocido a 700-850 ℃ (para eliminar tensiones y restaurar las propiedades magnéticas del acero al silicio); los residuos de aceite a alta temperatura se carbonizan formando residuos negros que se infiltran en la superficie de las láminas de acero al silicio, destruyendo su estructura cristalina, lo que provoca una disminución de la permeabilidad magnética y un aumento de la remanencia, lo que afecta directamente a la corriente en vacío y a las pérdidas bajo carga del transformador.

2. Eliminación de virutas y polvo de hierro para evitar cortocircuitos y desviaciones de precisión

Durante el proceso de corte en tiras, las cuchillas que cortan las láminas de acero al silicio generan una gran cantidad de virutas finas (con un tamaño de partícula normalmente inferior a 0,1 mm); si no se eliminan, pueden suponer un grave riesgo:

Riesgo de cortocircuito en el núcleo: las virutas de hierro son conductoras; si quedan residuales en la superficie de las láminas de acero al silicio, tras el apilado formarán «puentes conductores» entre las láminas del núcleo, lo que provocará un cortocircuito local en el núcleo y generará un sobrecalentamiento localizado. A largo plazo, esto podría quemar el núcleo o incluso los devanados del transformador (esta es una de las causas más comunes de que las «pérdidas en vacío superen los límites» en las pruebas de fábrica de los transformadores).

Afecta a la precisión de mecanizado: las virutas de hierro adheridas a la superficie de las láminas de acero al silicio provocan «desalineaciones y holguras excesivas» durante el apilado posterior del núcleo, lo que impide alcanzar el coeficiente de apilado previsto (el coeficiente de apilado de los núcleos de acero al silicio orientado debe ser ≥ 0,96). Esto no solo reduce la resistencia mecánica del núcleo, sino que también provoca un aumento de la corriente de excitación debido al aumento de la holgura del circuito magnético.

Desgaste de los equipos posteriores: las virutas de hierro residuales entran junto con las láminas de acero al silicio en los equipos posteriores de punzonado y apilado, lo que desgasta componentes de precisión como los troqueles y las guías, aumentando los costes de mantenimiento de los equipos y provocando, al mismo tiempo, desviaciones en las dimensiones de las piezas punzonadas (como la deformación de las ranuras).

3. Eliminación de la capa de óxido y las impurezas de la superficie para garantizar la adherencia del recubrimiento

La superficie de las láminas de acero al silicio (especialmente las de laminación en caliente o las de laminación en frío almacenadas durante mucho tiempo) puede presentar impurezas como costra de óxido, huellas dactilares o polvo:

La costra de óxido reduce la planitud de la superficie de las láminas, lo que provoca un aumento del espacio entre las láminas; además, al ser un material frágil, tiende a desprenderse durante el apilado y a mezclarse con el interior del núcleo, formando impurezas;

El sudor de las huellas dactilares (que contiene sales) corroe la superficie del acero silicioso; el almacenamiento prolongado provoca oxidación, lo que no solo daña el recubrimiento aislante, sino que también provoca la adhesión entre las láminas de acero silicioso, impidiendo el apilado normal;

Estas impurezas obstaculizan la adherencia del posterior «recubrimiento aislante de repaso» (en algunos casos, tras el corte en tiras, es necesario aplicar una segunda capa de recubrimiento aislante), lo que provoca el desprendimiento del recubrimiento y empeora aún más las propiedades aislantes.

4. Adaptarse a los requisitos de los procesos posteriores y evitar la contaminación durante las operaciones

Los procesos posteriores a la fabricación del núcleo del transformador (troquelado, apilado, recocido y impregnación con barniz) exigen un nivel muy alto de limpieza de la superficie de las láminas de acero al silicio:

Proceso de troquelado: una superficie limpia reduce la fricción entre el troquel y las láminas de acero al silicio, minimiza las rebabas (que deben ser ≤0,02 mm) y evita que estas provoquen cortocircuitos durante el apilado;

Proceso de recocido: si la superficie presenta restos de aceite o virutas de hierro, estos reaccionarán con el gas protector (como el nitrógeno) durante el recocido, generando gases nocivos que contaminarán la cámara del horno de recocido y, al mismo tiempo, afectarán a la recuperación de los granos del acero al silicio;

Proceso de impregnación: las impurezas residuales impiden que el barniz aislante cubra uniformemente la superficie del núcleo de hierro, lo que da lugar a «poros y burbujas» que reducen el rendimiento aislante global del núcleo y lo hacen incapaz de soportar la alta tensión durante el funcionamiento del transformador.

¿Por qué el acero al silicio tiende a oxidarse tras el corte en tiras?

El proceso de mecanizado daña la capa protectora

Los procesos de corte y corte longitudinal generan tensiones mecánicas que pueden provocar pequeños daños en el recubrimiento aislante de los bordes del acero al silicio (como recubrimientos orgánicos o de óxido de magnesio), dejando al descubierto el metal de la matriz; al mismo tiempo, si quedan residuos de las virutas metálicas generadas durante el corte, estos pueden actuar como puntos catódicos en la «corrosión galvánica», acelerando la oxidación de la matriz.

La erosión por factores ambientales

La humedad del taller de producción (humedad relativa > 60 %), la sal presente en el aire (en zonas costeras) y las sustancias ácidas o alcalinas del sudor de las manos (durante la manipulación manual) pueden provocar reacciones de oxidación con el metal base del acero al silicio, formando óxido rojo u óxido negro. El óxido rojo (óxido de hierro) perfora directamente el recubrimiento aislante, lo que provoca cortocircuitos entre las capas del acero al silicio.

Requisitos de conservación durante el almacenamiento y el transporte

Tras el corte en tiras, el acero al silicio suele almacenarse entre varios días y varios meses antes de entregarse a los clientes finales (como las fábricas de transformadores). Si no se aplica un tratamiento antioxidante, puede oxidarse incluso durante un almacenamiento breve debido a una humedad ambiental excesiva.