Classificazione dell'acciaio al silicio: spiegazione dei gradi a grani-orientati e non-orientati

Cos'è l'acciaio al silicio

L'acciaio al silicio, chiamato anche acciaio elettrico, è una lega magnetica morbida di ferro con lo 0,5-6,5% di silicio. Il contenuto di silicio aumenta la resistività elettrica, riducendo le correnti parassite e quindi la perdita del nucleo nelle applicazioni a flusso alternato. L'acciaio al silicio è il materiale di base standard per trasformatori, motori, generatori e componenti elettromagnetici e la sua classificazione determina sia le prestazioni magnetiche che il costo del dispositivo finito.

Classificazione primaria: laminazione-a caldo vs laminazione-a freddo

L'acciaio al silicio veniva originariamente prodotto mediante laminazione a caldo. L'acciaio al silicio laminato a caldo- presenta un basso controllo dello spessore, superfici ruvide e un'elevata perdita del nucleo ed è stato progressivamente eliminato dalla produzione di trasformatori e motori perché le sue prestazioni energetiche non possono soddisfare i moderni requisiti di efficienza. L'acciaio al silicio laminato a freddo- lo ha sostituito in quasi tutte le applicazioni perché la laminazione a freddo garantisce uno spessore preciso del nastro, una migliore qualità della superficie e proprietà magnetiche controllate. Nell'acciaio al silicio-laminato a freddo esistono due famiglie: a grani-orientati e non-orientati.

Acciaio al silicio orientato-a grani laminati a freddo-(CRGO)

L'acciaio al silicio a grani-orientati viene lavorato in modo tale che i grani cristallini siano allineati nella direzione di laminazione, garantendo una permeabilità molto elevata e una perdita ridotta quando il flusso scorre lungo la direzione di laminazione. A causa di questa direzionalità viene utilizzato nei nuclei dei trasformatori, dove il percorso del flusso può essere progettato per seguire le venature. Viene quindi chiamato anche acciaio al silicio per trasformatori. Nella pratica vengono riconosciuti due livelli di prestazione:

Gradi convenzionali a grani orientati-(CGO), con induzione magnetica di circa 1,82 T in condizioni di test standard.

Gradi ad alta induzione magnetica (HiB), che raggiungono circa 1,92 T. Un'induzione più elevata significa un nucleo più piccolo per lo stesso flusso, minori perdite di ferro e rame e un costo totale del materiale inferiore del trasformatore.

L'acciaio HiB è preferito per i trasformatori ad alta-tensione e di grande-capacità poiché la sua perdita specifica inferiore consente di costruire unità più grandi con efficienza accettabile. I due indicatori decisivi dell'acciaio al silicio a grani-orientati sono l'induzione magnetica e la perdita totale specifica: un'induzione maggiore migliora la permeabilità e restringe il nucleo, mentre una perdita specifica inferiore riduce l'energia sprecata nella magnetizzazione del nucleo durante i 20-30 anni di vita del trasformatore.

Acciaio al silicio-laminato a freddo non{1}orientato

L'acciaio al silicio non-orientato non ha una direzione preferita delle venature, quindi le sue proprietà magnetiche sono simili in tutte le direzioni all'interno del piano della lamiera. Ciò lo rende il materiale naturale per le macchine rotanti: motori e generatori, dove la direzione del flusso ruota e non può seguire un'unica direzione di rotolamento. I gradi non-orientati vengono utilizzati anche in piccoli trasformatori, reattori, relè e schermature magnetiche. Sono disponibili in un'ampia gamma di classi di perdita e spessori (comunemente 0,35 mm, 0,50 mm e 0,65 mm) per adattarsi a diversi modelli di macchine e metodi di produzione.

Come vengono designati e testati i voti

I gradi orientati al grano- sono comunemente designati in base alla perdita totale specifica massima garantita a 1,7 T/50 Hz e al loro spessore. I gradi non-orientati sono designati dalla loro perdita a 1,5 T/50 Hz. I test e la misurazione delle proprietà magnetiche seguono la serie internazionale IEC 60404 e in Cina gli standard nazionali corrispondenti sono la serie GB/T 2522 per i metodi di misurazione delle proprietà magnetiche e gli standard di prodotto pertinenti per i gradi orientati e non-orientati. Gli acquirenti dovrebbero sempre verificare che i valori di perdita dichiarati siano supportati da certificati di prova certificati dal produttore di acciaio.

Logica di selezione in pratica

Domande frequenti

Q1. Qual è la differenza tra acciaio al silicio orientato e non-orientato?L'acciaio a grani-orientati ha grani cristallini allineati che conferiscono proprietà eccellenti lungo la direzione di laminazione e viene utilizzato dove il flusso segue una direzione, come nei nuclei dei trasformatori. L'acciaio non-orientato è isotropo e viene utilizzato dove il flusso ruota, come nei nuclei di motori e generatori.

Q2. Perché l'acciaio HiB è chiamato ad alta induzione magnetica?I gradi HiB raggiungono un'induzione magnetica di circa 1,92 T in condizioni di test standard, rispetto a circa 1,82 T per i gradi orientati convenzionali. La maggiore induzione consente di costruire lo stesso trasformatore con un nucleo più piccolo, riducendo le perdite di ferro e rame e il costo dei materiali.

Q3. Viene ancora utilizzato l'acciaio al silicio- laminato a caldo?L'acciaio al silicio laminato a caldo- viene in gran parte eliminato dalla produzione moderna a causa dell'elevata perdita del nucleo e della scarsa consistenza. I prodotti laminati a freddo-dominano oggi il mercato di trasformatori, motori e generatori.

Q4. Cosa significano i dati sulle perdite su una qualità di acciaio al silicio?Sono la perdita totale specifica massima garantita del materiale, misurata secondo i metodi di prova IEC 60404, a una densità di flusso e una frequenza definite. Le qualità orientate ai cereali-sono generalmente classificate a 1,7 T/50 Hz, le qualità non-orientate a 1,5 T/50 Hz.

Q5. È possibile utilizzare l'acciaio non-orientato nel nucleo di un trasformatore?Sì, i piccoli trasformatori e alcuni progetti di reattori utilizzano acciaio non-orientato, ma l'acciaio a grani-orientati offre perdite inferiori e induzione maggiore a parità di peso nei progetti a flusso-direzionale, quindi è la scelta standard per i trasformatori di distribuzione e di potenza.

Q6. Quali standard regolano la qualità dell'acciaio al silicio?La misurazione delle proprietà magnetiche segue lo standard IEC 60404 (con GB/T 2522 in Cina) e le specifiche del prodotto seguono gli standard di prodotto corrispondenti del tipo di acciaio. I certificati di prova certificati dovrebbero essere forniti con ogni spedizione.