Acciaio Silicio Orientato a Grana Fredda (CRGO) | Proprietà Applicazioni
L'aggiunta di silicio (Si) al ferro (Fe) in proporzioni appropriate con l'aiuto di determinati processi di produzione migliora significativamente le proprietà magnetiche ed elettriche del ferro. Alla fine del XIX secolo, si scoprì che l'aggiunta di silicio al ferro migliorava significativamente la resistività del ferro e così venne sviluppato l'acciaio al silicio o quello che oggi conosciamo come acciaio elettrico. Non solo ha ridotto le perdite per correnti vorticosità nell'acciaio, ma è stato osservato un miglioramento significativo nella permeabilità magnetica e una riduzione della magnetostrizione. La tabella sottostante mostra come certi comportamenti elettrici e magnetici del ferro cambiano con l'aggiunta di silicio.
N. P. Goss, l'inventore iniziale del processo di produzione dell'acciaio al silicio orientato a grana fredda o acciaio CRGO nel 1933, diede l'idea con le sue stesse parole: "Ho prove sperimentali che mi portano a credere che ci sia una relazione apparente tra la dimensione dei granuli e la duttilità di un campione e le sue proprietà magnetiche. Queste prove mostrano che piccoli granuli uniformi e alta duttilità accompagnano alta permeabilità". Questa idea portò a una rivoluzione nell'industria siderurgica, portando alla produzione di acciai di alta qualità. In base all'orientamento dei granuli, esistono due tipi di acciai al silicio:
Acciaio al silicio orientato a grana (GO).
Acciaio al silicio non orientato a grana (GNO).
Nei prossimi paragrafi discuteremo dell'acciaio GO. Specificamente, parleremo dell'acciaio al silicio orientato a grana fredda (CRGO) e delle sue applicazioni.
Lamino a freddo dell'acciaio
Viene effettuato per ridurre lo spessore dell'acciaio in un intervallo da 0,1 mm a 2 mm, che non può essere raggiunto con il lamino a caldo. Durante questo processo, sotto condizioni attentamente controllate, si ottengono caratteristiche magnetiche ottimali nella direzione del lamino. Questa direzione è anche nota come tessitura Goss (110)[001], che è la direzione di facile magnetizzazione nella direzione del lamino. Questo può essere mostrato nella figura sottostante. L'acciaio orientato a grana non viene utilizzato nelle macchine elettriche rotanti in cui il campo magnetico è nel piano delle lamine, ma l'angolo tra il campo magnetico e la direzione del lamino continua a cambiare. A questo scopo viene utilizzato l'acciaio al silicio non orientato a grana.
Rappresentazione schematica della tessitura (110)[001] o tessitura Goss
Proprietà dell'acciaio CRGO
È un materiale magnetico morbido e ha le seguenti proprietà:
Alta permeabilità magnetica.
Magnetostrizione ridotta.
Alta resistività.
Alto fattore di laminazione o impilamento permette progetti compatti del nucleo.
Basse perdite.
Qualità dell'acciaio CRGO
Le prime qualità d'acciaio erano note come M7 (0,7 watt /lb a 1,5T/60Hz) e M6 (0,6 watt/lb a 1,5T/60Hz).
Analogamente, le qualità M5, M4 e M3 sono state sviluppate alla fine degli anni '60.
Un nuovo materiale chiamato Hi-B ha un grado notevole di orientamento ed è 2 – 3 classi migliore rispetto ai prodotti convenzionali di acciaio CRGO.
Applicazione dell'acciaio al silicio CRGO come nucleo del trasformatore
L'acciaio di qualità CRGO trova principalmente applicazioni come materiale di nucleo per trasformatori di potenza e trasformatori di distribuzione. Ciò può essere spiegato come segue:
L'alta permeabilità magnetica porta a correnti di eccitazione basse e induzioni inferiori.
Basso isteresi e perdite per correnti vorticosità.
Ottimo fattore di laminazione porta a progetti migliori e più compatti e quindi a minori quantità di materiale necessario.
Alte caratteristiche di saturazione a gomito.
Livello molto basso di magnetostrizione porta alla riduzione del rumore.
Migliora la facilità di avvolgimento e aumenta la produttività.
Prospettive future dell'acciaio al silicio CRGO
Sebbene ci siano stati alternativi alle qualità CRGO di acciaio come nichel-ferro, mu-metal, nastro boron amorphous, superglass, ecc., l'acciaio CRGO rimane comunque la scelta superiore nell'industria dei trasformatori. Leghe come il metallo amorfo Fe78-B13-Si9 hanno dimostrato di avere perdite di nucleo molto inferiori quando utilizzate come nucleo di trasformatori di distribuzione rispetto all'acciaio di qualità CRGO. Un contenuto ottimale di silicio aggiunto all'acciaio può modificare la tessitura in modo da ottenere proprietà magnetiche desiderabili quando prodotto in condizioni controllate.
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