Τι είδη ηλεκτρικού χάλυβα είναι διαθέσιμα;

Πηνίο GNEE Steel Electrical Steel

Ηλεκτρικός χάλυβας με προσανατολισμό κόκκων (GOES)

Η διαδικασία για την παραγωγή GOES αναπτύχθηκε από τον Αμερικανό ερευνητή Norman P Goss τη δεκαετία του 1930. Ένα φύλλο χάλυβα τυλίγεται με συγκεκριμένο τρόπο (με τη λεγόμενη μείωση του κρίσιμου πάχους), που δημιουργεί σπόρους κόκκων που ευθυγραμμίζονται με την κατεύθυνση της έλασης. Κατά τη διάρκεια της επακόλουθης θερμικής επεξεργασίας και ανακρυστάλλωσης, οι κόκκοι αναπτύσσονται από τους σπόρους μέχρι να γεμίσουν ολόκληρο τον όγκο.

Κάθε κόκκος είναι επομένως ευθυγραμμισμένος και οι μαγνητικές ιδιότητες μεγιστοποιούνται κατά μήκος της κατεύθυνσης κύλισης, η οποία αναφέρεται επίσης ως η κατεύθυνση της «εύκολης μαγνήτισης». (Ο μαγνητισμός στις 90º προς αυτή την κατεύθυνση είναι «σκληρός» και στους 60º είναι «σκληρότερος» – άμεσο αποτέλεσμα του προσανατολισμού των κόκκων). Αυτό σημαίνει ότι το GOES είναι πολύ χρήσιμο σε εφαρμογές όπου η μαγνητική ροή πρέπει να καθοδηγείται σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση, για παράδειγμα σε ένα σκέλος ενός μετασχηματιστή.

Το GOES περιέχει συνήθως περίπου 96,5% σίδηρο, 3% πυρίτιο και 0,5% άλλα στοιχεία. Το πυρίτιο μειώνει τις απώλειες και βοηθά στην ευθυγράμμιση της ανάπτυξης των κόκκων. Από μαγνητική σκοπιά η βέλτιστη ποσότητα πυριτίου είναι στην πραγματικότητα 6,5%, όπου οι απώλειες είναι ακόμη μικρότερες, η διαπερατότητα φτάνει στο μέγιστο και ο χάλυβας δεν παρουσιάζει μαγνητοσυστολή, που είναι η κύρια αιτία του ακουστικού θορύβου που δημιουργείται από τους μετασχηματιστές. Ωστόσο, ο χάλυβας με περιεκτικότητα σε πυρίτιο 6,5% είναι τόσο εύθραυστος που δεν μπορεί να κοπεί ή να τρυπηθεί μηχανικά, επομένως χρειάζεται κοπή με λέιζερ ή χρησιμοποιώντας άλλες εξειδικευμένες τεχνικές. Μια εναλλακτική προσέγγιση είναι να κόψετε κανονικό υλικό πυριτίου 3% και στη συνέχεια να το εμποτίσετε με περισσότερο πυρίτιο μετά την κοπή.

Με τα χρόνια υπήρξαν πολλές τροποποιήσεις και βελτιώσεις στη διαδικασία κατασκευής του GOES, που οδήγησαν κυρίως στη μείωση των απωλειών κατά δέκα περίπου. Η διαδικασία παραγωγής που χρησιμοποιείται επί του παρόντος έχει πάνω από 20 βήματα, πράγμα που σημαίνει ότι το GOES είναι πολύ πιο ακριβό από τον χάλυβα κατασκευής. Ωστόσο, εξακολουθεί να είναι πολύ φθηνότερο από άλλες μαγνητικές εναλλακτικές λύσεις όπως το νικέλιο και τα κράματα κοβαλτίου.

Ένας από τους τρόπους με τους οποίους έχει βελτιωθεί η μαγνητική απόδοση του GOES είναι η προσθήκη ενός ειδικού στρώματος επίστρωσης που προκαλεί εφελκυστική τάση στην επιφάνεια του φύλλου. Αυτό βελτιώνει τη διαπερατότητα του GOES και μειώνει τις απώλειες. Το αποτέλεσμα είναι ότι ο χάλυβας που κατασκευάζεται με αυτόν τον τρόπο μπορεί να λειτουργεί με υψηλότερη μαγνήτιση (Β) από τους πιο συμβατικούς βαθμούς. Αυτή η διαδικασία αναφέρεται συχνά με την πατενταρισμένη εμπορική της ονομασία "Hi-B".

Έχουν επίσης γίνει εργαστηριακές δοκιμές του λεγόμενου χάλυβα "διπλού προσανατολισμού", ο οποίος έχει δύο ορθογώνιες "εύκολες" κατευθύνσεις, που επιτυγχάνονται με την κατάλληλη ανάπτυξη κόκκων. Η διαδικασία παραγωγής για αυτό είναι, ωστόσο, ακόμη πιο ακριβή και το υλικό δεν έχει βρει ακόμη μια εμπορική εφαρμογή σε όγκο.

Τα επικρατούντα πάχη για τα GOES που χρησιμοποιούνται στο εμπόριο είναι {{0}},35 mm (το φθηνότερο), 0,27 mm και 0,23 mm (το πιο ακριβό). Η τιμή είναι συνήθως μερικά δολάρια ΗΠΑ ανά κιλό.

Μη προσανατολισμένος ηλεκτρικός χάλυβας (NOES)

Στο NOES οι κόκκοι είναι πολύ μικρότεροι, συνήθως λιγότεροι από 0,1 mm. Δεν προσανατολίζονται σε κάποια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Το αντίθετο – θα πρέπει να κατανέμονται όσο το δυνατόν πιο τυχαία για να παρέχουν συμμετρία φόρτωσης. Αυτό συμβαίνει γιατί τα NOES χρησιμοποιούνται σε πυρήνες περιστρεφόμενων μηχανών όπου η μαγνητική ροή περιστρέφεται και αλλάζει θέση συνεχώς στα «δόντια» των ελασμάτων. Η διαδικασία κατασκευής είναι απλούστερη από ό,τι για το GOES και επομένως ο χάλυβας είναι φθηνότερος - συνήθως λιγότερο από τη μισή τιμή.

Επειδή το NOES παράγεται σε παχύτερα φύλλα (0.35 mm και άνω), η διάτρηση είναι πιο δύσκολη και υπάρχουν περισσότερες μηχανικές παραμορφώσεις και τάσεις που εισάγονται κατά την κοπή. Αυτό υποβαθμίζει τη μαγνητική απόδοση και δεν είναι πάντα ανεκτό. Σε αυτές τις περιπτώσεις, τα ελάσματα πρέπει να ανόπτονται μετά την κοπή για να βελτιωθούν οι μαγνητικές τους ιδιότητες. Ως αποτέλεσμα, τα NOES διατίθενται σε δύο βασικούς τύπους: πλήρως επεξεργασμένα που δεν απαιτούν επαναανόπτηση και ημι-επεξεργασμένα για τα οποία είναι απαραίτητη η τελική θερμική επεξεργασία.

Ένας άλλος σημαντικός παράγοντας είναι επίσης η περιεκτικότητα σε πυρίτιο. Η προσθήκη πυριτίου μειώνει ελαφρώς τη μαγνήτιση κορεσμού. Αυτό είναι σημαντικό σε περιστρεφόμενες μηχανές, στις οποίες τα δόντια μπορούν να λειτουργήσουν υπό κορεσμένες συνθήκες. Η μηχανική ροπή της περιστρεφόμενης μηχανής είναι ανάλογη με το τετράγωνο της μαγνήτισης, επομένως ακόμη και μια μικρή βελτίωση στη μαγνήτιση δικαιολογείται για τα σημαντικά κέρδη που προκύπτουν στη ροπή. Για αυτόν τον λόγο, όταν η μηχανική απόδοση είναι πρωταρχικής σημασίας, η περιεκτικότητα σε πυρίτιο συχνά μειώνεται σε πολύ χαμηλότερα επίπεδα (μερικές φορές ακόμη και κάτω από 0,5%). Αυτό βελτιώνει τη ροπή, αλλά φυσικά έχει ως αποτέλεσμα μεγαλύτερες απώλειες δινορευμάτων, οι οποίες μπορούν να μειωθούν μόνο με τη μείωση του πάχους των ελασμάτων που χρησιμοποιούνται.

Το NOES χρησιμοποιείται συχνά για μικρούς φθηνούς μετασχηματιστές για οικιακές συσκευές, όπου η τιμή της συσκευής είναι καθοριστικός παράγοντας.