L'aggiunta di silicio (Si) al ferro (Fe) in proporzioni adeguate con l'aiuto di un determinato processo 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 quindi fu sviluppato l'acciaio al silicio o quello che ora conosciamo come acciaio elettrico. Non solo sono state ridotte le perdite di correnti parassite nell'acciaio, ma sono stati osservati un significativo miglioramento della permeabilità magnetica e una riduzione della magnetostrizione. La tabella seguente mostra come alcuni comportamenti elettrici e magnetici del ferro cambiano quando viene aggiunto il silicio.
NP Goss, il primo inventore del processo di produzione dell'acciaio al silicio a grani orientati laminati a freddo o CRGO nel 1933 ha dato l'idea con le sue stesse parole "Ho prove sperimentali che mi portano a credere che esista un'apparente relazione tra la dimensione del grano e la duttilità del un campione e le sue proprietà magnetiche. Questi test dimostrano che i grani piccoli e uniformi e l'elevata duttilità accompagnano un'elevata permeabilità". Questa idea ha innescato una rivoluzione nell'industria siderurgica che ha portato alla produzione di acciai di alta qualità. A seconda dell'orientamento dei grani, ci sono due tipi di acciai al silicio:
Acciaio al silicio a grana orientata (GO).
Acciaio al silicio non a grana orientata (GNO).
Nelle prossime sezioni parleremo di GO steel. Nello specifico, parleremo dell'acciaio al silicio a grano orientato laminato a freddo (CRGO) e delle sue applicazioni.
acciaio laminato a freddo
Viene fatto per ridurre lo spessore dell'acciaio nell'intervallo da 0,1 mm a 2 mm che non può essere ottenuto mediante laminazione a caldo. Durante questo processo, in condizioni attentamente controllate, si ottengono caratteristiche magnetiche ottimali nella direzione di laminazione. Questa direzione è anche nota come Goss texture (110)[001] che è la direzione di facile magnetizzazione nella direzione di rotolamento. Questo può essere mostrato nella figura seguente. L'acciaio a grani orientati non viene utilizzato nelle macchine elettriche rotanti in cui il campo magnetico è nel piano delle piastre, ma l'angolo tra il campo magnetico e la direzione di rotolamento continua a cambiare. Per questo viene utilizzato acciaio al silicio non orientato a grana.
Proprietà dell'acciaio CRGO
È un materiale magnetico morbido e ha le seguenti proprietà
Alta permeabilità magnetica.
Magnetostrizione ridotta.
Alta resistività.
Elevato fattore di impilamento o laminazione che consente di realizzare un nucleo compatto.
Perdite basse.
Gradi di acciaio CRGO
I primi tipi di acciaio erano conosciuti come M7 (0,7 Watt/lb a 1,5 T/6{7}} Hz) e M6 (0,6 Watt/lb a 1,5 T/60 Hz).
Allo stesso modo, alla fine degli anni '60, furono sviluppati i gradi M5, M4 e M3.
Un nuovo materiale chiamato Hi-B ha un notevole grado di orientamento ed è 2-3 gradi migliore rispetto ai tradizionali prodotti in acciaio CRGO.
Applicazione di CRGO Silicon Steel come Transformer Core
L'acciaio di grado CRGO viene utilizzato principalmente come materiale di base per trasformatori di potenza e trasformatori di distribuzione. Questo può essere spiegato come segue
L'elevata permeabilità magnetica porta a basse correnti di eccitazione e minori induzioni.
Bassa isteresi e perdite di correnti parassite.
L'eccellente fattore di rotolamento consente di ottenere design migliori e più compatti e quindi richiede meno materiale.
Caratteristiche di saturazione alta del ginocchio.
Un livello di magnetostrizione molto basso consente di ridurre il rumore.
Aumenta la facilità di avvolgimento e migliora la produttività.
Ambito futuro dell'acciaio al silicio CRGO
Sebbene ci siano state alternative ai gradi di acciaio CRGO, come nichel-ferro, mu-metal, banda di boro amorfo, super vetro, ecc., l'acciaio CRGO è ancora la scelta migliore nell'industria dei trasformatori. Leghe come il metallo amorfo Fe78-B13-Si9 hanno dimostrato di avere perdite nel nucleo molto inferiori se utilizzate come nucleo per trasformatori di distribuzione rispetto all'acciaio CRGO. Un componente di aggiunta di silicio ottimale nell'acciaio può modificare la struttura per ottenere le proprietà magnetiche desiderate quando prodotto in condizioni controllate.
