เหล็กซิลิคอนและการใช้งาน

วัสดุแม่เหล็กอ่อนชนิดแรกคือเหล็กซึ่งมีสิ่งสกปรกจำนวนมาก นักวิจัยพบว่าการเติมซิลิกอนเพิ่มความต้านทาน ลดการสูญเสียฮิสเทรีซิส การซึมผ่านเพิ่มขึ้น และขจัดความชราได้อย่างแท้จริง

มีการใช้เหล็กกล้าในปริมาณมาก ส่วนใหญ่ใช้ในหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังและหม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่าย อย่างไรก็ตาม มันไม่ได้แทนที่เหล็กซิลิกอนที่ไม่ใช่เชิงเดี่ยว ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในที่ซึ่งจำเป็นต้องใช้วัสดุที่มีต้นทุนต่ำและมีการสูญเสียต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุปกรณ์หมุน เราต้องพูดถึงเหล็กสำหรับรีเลย์ด้วย ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในรีเลย์ อาร์มาเจอร์ และโซลินอยด์ เหล็กรีเลย์ประกอบด้วย Si ระหว่าง 1.25 ถึง 2.5 เปอร์เซ็นต์ และถูกใช้ในการใช้งานกระแสตรงเนื่องจากการซึมผ่านที่ดีขึ้น แรงบีบบังคับที่ต่ำกว่า และการขาดอายุ

คุณสมบัติทางกายภาพที่สำคัญของเหล็กซิลิกอน ได้แก่ ความต้านทาน การเหนี่ยวนำความอิ่มตัว แอนไอโซโทรปีแม่เหล็ก ความต้านทานซึ่งมีธาตุเหล็กค่อนข้างต่ำ เพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเติมซิลิกอน ความต้านทานที่สูงขึ้นช่วยลดการสูญเสียแกนโดยการลดองค์ประกอบกระแสไหลวน การเพิ่มปริมาณซิลิกอนช่วยลดสนามแม่เหล็ก แต่การประมวลผลจะยากขึ้น อุณหภูมิ Curie ที่สูงของเหล็กจะลดลงโดยองค์ประกอบอัลลอยด์ แต่การลดระดับลงมีความสำคัญเพียงเล็กน้อยสำหรับผู้ใช้เหล็กซิลิคอน

กระบวนการทำให้เป็นแม่เหล็กได้รับอิทธิพลจากสิ่งเจือปน การวางแนวเกรน ขนาดเกรน ความเครียด ความหนาของแถบ และความเรียบของพื้นผิว วิธีที่สำคัญที่สุดวิธีหนึ่งในการปรับปรุงวัสดุแม่เหล็กอ่อนคือการขจัดสิ่งสกปรก ซึ่งขัดขวางการเคลื่อนที่ของผนังโดเมน อันตรายน้อยกว่าหากมีอยู่ในสารละลายที่เป็นของแข็ง เมื่อเทียบกับเหล็กกล้าเชิงพาณิชย์อื่นๆ เหล็กกล้าซิลิกอนมีความบริสุทธิ์เป็นพิเศษ เนื่องจากคาร์บอนซึ่งเป็นสิ่งเจือปนคั่นระหว่างหน้าอาจทำให้ความสามารถในการซึมผ่านของตัวเหนี่ยวนำลดลง จึงต้องกำจัดคาร์บอนออกก่อนที่จะอบอ่อนเพื่อพัฒนาพื้นผิวขั้นสุดท้าย

กลไกการเจริญเติบโตของเมล็ดพืชที่มีการวางแนวขอบลูกบาศก์ระหว่างการอบอ่อนขั้นสุดท้ายยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้ กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการตกผลึกซ้ำทุติยภูมิซึ่งตามคำนิยามแล้ว มีลักษณะเฉพาะโดยการเติบโตแบบเร่งของชุดธัญพืชในเมทริกซ์ที่ตกผลึกแล้ว

สำหรับการตกผลึกซ้ำแบบทุติยภูมิ ต้องยับยั้งการเจริญเติบโตของเมล็ดพืชตามปกติในทางใดทางหนึ่ง เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ธัญพืชบางชนิดก็หลุดพ้นจากแรงยับยั้งและเติบโตอย่างกว้างขวางโดยต้องเสียเพื่อนบ้านไป ผู้ผลิตทราบดีว่าในทางปฏิบัติ ลำดับการรีดเย็นและการเกิดผลึกซ้ำที่เหมาะสมต้องปฏิบัติตามอย่างระมัดระวังเพื่อให้ได้นิวเคลียสการตกผลึกสำรองที่ต้องการและพื้นผิวที่ถูกต้อง เหล็กซิลิคอนในปัจจุบันใช้ MnS เป็นตัวยับยั้งการเจริญเติบโตของเมล็ดพืช แต่สารประกอบอื่นๆ เช่น คาร์ไบด์ ออกไซด์ หรือไนไตรด์ก็มีประสิทธิภาพเช่นกัน

การผลิตและการใช้เหล็กเส้น

เหล็กซิลิกอนเชิงทิศทางมีองค์ประกอบที่จำกัดมากกว่าพันธุ์ที่ไม่เน้น พื้นผิวได้รับการพัฒนาผ่านชุดของการทำงานและการหลอมอย่างระมัดระวัง และวัสดุจะต้องยังคงเป็นเฟสเดียวตลอดกระบวนการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างการหลอมขั้นสุดท้าย เนื่องจากการเปลี่ยนเฟสจะทำลายพื้นผิว เพื่อหลีกเลี่ยง Y-loop ของระบบเฟส Fe-Si เหล็กเชิงพาณิชย์ในปัจจุบันมีค่า Si ประมาณ 3.25 เปอร์เซ็นต์ พันธุ์ซิลิกอนที่สูงขึ้นซึ่งอาจได้รับการสนับสนุนจากความต้านทานที่เพิ่มขึ้นและสนามแม่เหล็กที่ลดลงนั้นถูกขัดขวางโดยความยากลำบากในการรีดเย็น

อุณหภูมิ องค์ประกอบของบรรยากาศ และจุดน้ำค้างได้รับการควบคุมอย่างใกล้ชิดเพื่อทำให้เว็บปลอดคาร์บอนโดยไม่ทำให้พื้นผิวออกซิไดซ์ ในระหว่างการรักษานี้ การตกผลึกซ้ำหลักจะเกิดขึ้นซึ่งก่อให้เกิดเมล็ดธัญพืชขนาดเล็ก สม่ำเสมอ และเท่ากัน กระจกแมกนีเซียมซิลิเกตที่เกิดขึ้นจะเป็นฉนวนไฟฟ้าระหว่างแผ่นที่ต่อเนื่องกันเมื่อประกอบเป็นแกนหม้อแปลงไฟฟ้า ในขั้นตอนนี้ เหล็กจะถูกจำแนกโดยการตัดตัวอย่าง Epstein จากขดลวด ตัวอย่างจะถูกอบอ่อนและแบนที่ 790 ° และมีการตรวจสอบการสูญเสียแกน

การใช้งานสำหรับเหล็กซิลิคอนเชิงมุม ได้แก่ หม้อแปลงไฟฟ้า (กำลัง การจำหน่าย บัลลาสต์ เครื่องมือ เครื่องเสียง และแบบพิเศษ) และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำหรับกังหันไอน้ำและกังหันน้ำ

โดยทั่วไป แกนโรงสีใช้เกรดและเกจเชิงเกรนแบบครบวงจร มาตรวัดและเกรดวัสดุสำหรับการใช้งานที่กำหนดนั้นพิจารณาจากความประหยัด กำลังของหม้อแปลง ข้อกำหนดระดับเสียง ข้อกำหนดการสูญเสีย ความหนาแน่นในการทำงาน และแม้แต่ขนาดแกน เนื่องจากแถบจะต้องเรียบเพื่อให้ได้แกนที่ดี ขดลวดจึงถูกทำให้แบนหลังจากการอบอ่อนด้วยอุณหภูมิสูง จากนั้นจึงเคลือบแถบด้วยอนินทรีย์ฟอสเฟตเพื่อแยก ตัวอย่างจากปลายแต่ละด้านของขดลวดจะถูกจัดลำดับหลังจากการหลอมเพื่อบรรเทาความเครียดในห้องปฏิบัติการตามที่อธิบายไว้ข้างต้น ผู้ผลิตหม้อแปลงตัดความยาวที่ต้องการจากแถบดังกล่าวเพื่อปรับปรุงฉนวนของแถบ ดังนั้นจึงลดการสูญเสียกระแสไหลวนและการสะสมความร้อน ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในหม้อแปลงที่ต้องทนต่อการทดสอบแรงกระตุ้น

ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น ข้อกำหนดที่สำคัญในการผลิตแกนเคลือบคือการลดสัญญาณรบกวนของหม้อแปลงให้น้อยที่สุด เสียงรบกวนเป็นหน้าที่ของปัจจัยการผลิตหลักและการออกแบบ โดยที่ลักษณะของวัสดุหลักเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่ง มีการชี้ให้เห็นถึงการพึ่งพาของแม่เหล็กในเนื้อหาซิลิกอนแล้ว นอกจากนี้ สนามแม่เหล็กจะลดลงโดยการปรับปรุงพื้นผิวและทำให้เกิดความเค้นดึงโดยการเคลือบฉนวนคล้ายแก้ว เนื่องจากความเค้นอัดส่งผลกระทบในทางลบต่อสนามแม่เหล็ก การเคลือบจะต้องเรียบเสมอสำหรับการติดตั้ง การเหนี่ยวนำการวิ่งก็เป็นปัจจัยหนึ่งที่ส่งผลต่อเสียงและที่จริงแล้วส่งผลต่อลักษณะการทำงานโดยรวมของหม้อแปลงไฟฟ้า การเหนี่ยวนำการทำงานของหม้อแปลงลามิเนตโดยทั่วไปอยู่ในช่วง 10.000 ถึง 17.000 G; ช่วงกำลังตั้งแต่ 500 ถึง 1000.000 kVA

แกนของบาดแผลนั้นถูกพันด้วย toroidally โดย [100] ทิศทาง crystallographic รอบวงดนตรี ขั้นตอนการประมวลผลค่อนข้างแตกต่างจากขั้นตอนที่ใช้กับหม้อแปลงเลโก้ แม้ว่าวัสดุเริ่มต้นจะเหมือนกัน: ขดลวดอบอ่อนแบบ toroidally ขนาดใหญ่ที่เคลือบด้วยแมกนีเซียมซิลิเกต ซึ่งมักจะให้ฉนวนที่เพียงพอ

สำหรับการใช้งานแกนแผล ผง MgO ที่ไม่ทำปฏิกิริยาจะถูกลบออกจากพื้นผิวของแถบ และตัวอย่างจากปลายแต่ละด้านของขดลวดจะถูกตัดเป็นแถบ Epstein เพื่อการทดสอบเหมือนเมื่อก่อน เมื่อจัดเรียงแล้ว ขดลวดจะถูกส่งไปยังผู้ผลิตหม้อแปลงไฟฟ้า ไม่ว่าจะเป็นการตัดแบบทวีคูณหรือแบบม้วนเต็มความกว้างสำหรับการตัดต่อไป การตัดแบบทวีคูณที่พันตามขนาดแกนที่กำหนด ควรใช้การบรรเทาความเครียดที่อบอ่อนที่ 790 องศาในบรรยากาศแห้งที่ไม่เกิดปฏิกิริยาออกซิไดซ์ จานและแผ่นอบอ่อนควรเป็นเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำเพื่อขจัดการปนเปื้อนของคาร์บอน ซึ่งอาจส่งผลเสียต่อคุณภาพอย่างมาก

หลังจากการหลอมเพื่อบรรเทาความเครียด แกนจะถูกตัดและประกอบแกนหม้อแปลงโดยการมัดเหล็กรอบขดลวดที่มีกระแสไฟฟ้าเป็นทองแดง (หรืออลูมิเนียม) ในสภาวะอบอ่อนบรรเทาความเครียด เหล็กกล้าที่เน้นเมล็ดพืชมีความไวต่อความเค้นเชิงกล จึงต้องประกอบแกนด้วยความระมัดระวัง โดยไม่คำนึงถึงความระมัดระวังในการประกอบชิ้นส่วน คุณภาพขั้นสุดท้ายของแกนกลางนั้นด้อยกว่าคุณภาพของการบรรเทาความเครียดที่อบอ่อนและไม่เจียระไนเสมอ

ความแตกต่างของคุณภาพหรือที่เรียกกันทั่วไปว่า "ปัจจัยการฆ่า" เกิดจากความไวต่อความเครียดสัมพัทธ์ของเหล็กที่เน้นเมล็ดพืช ขั้นตอนการจัดการในการผลิต และความสม่ำเสมอและปริมาณของพื้นที่อากาศในแกนกลาง เนื่องจากเป็นหน้าที่ของการออกแบบและผลิตหม้อแปลงไฟฟ้า ปัจจัยสองประการสุดท้ายคือปัจจัยที่ผู้ผลิตควบคุมได้ดีที่สุด บาดแผลหลักส่วนใหญ่ใช้ในการใช้งานหม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่ายตั้งแต่ 25 ถึง 500 kVA

การผลิตและการใช้เหล็กซิลิกอนที่ไม่มุ่งเน้น

เหล็กซิลิกอนที่ไม่ใช่เชิงเดี่ยวไม่ได้ใช้กระบวนการตกผลึกซ้ำแบบทุติยภูมิเพื่อพัฒนาคุณสมบัติของพวกมัน และการอบอ่อนที่อุณหภูมิสูงไม่จำเป็น ดังนั้น ขีดจำกัดซิลิกอนที่ต่ำกว่า เช่น ที่จำเป็นสำหรับเกรดที่มุ่งเน้น จึงไม่มีความจำเป็น

เกรดที่ไม่เน้นมีค่าระหว่าง {{0}}.5 ถึง 3.25 เปอร์เซ็นต์ Si บวกมากถึง 0.5 เปอร์เซ็นต์ Al เพิ่มความต้านทานและอุณหภูมิการตกผลึกหลักที่ต่ำลง การเจริญเติบโตของเกรนเป็นที่ต้องการอย่างมากในเกรดที่ไม่ได้กำหนดทิศทาง แต่โดยทั่วไปแล้วจะน้อยกว่าเกรดเชิงเดี่ยวมาก

การแปรรูปเหล็กแผ่นรีดร้อนนั้นคล้ายกับที่อธิบายไว้ในเชิงคุณภาพ หลังจากการปรับสภาพพื้นผิว แถบมักจะรีดเย็นโดยตรงไปยังเกจขั้นสุดท้าย และขายให้กับผู้ผลิตหม้อแปลงไฟฟ้าในหนึ่งในสองเงื่อนไข: ผ่านกระบวนการทั้งหมดหรือกึ่งแปรรูป หลังจากการรีดเย็นขั้นสุดท้าย แถบจะถูกอบอ่อน แยกส่วนคาร์บอนให้เหลือ 0.005 เปอร์เซ็นต์ C หรือน้อยกว่า และพัฒนาโครงสร้างเกรนที่จำเป็นสำหรับคุณสมบัติทางแม่เหล็ก จากนั้นนำตัวอย่างจากปลายแต่ละด้านของขดลวดมาทดสอบ

โดยทั่วไปแล้ว เหล็กซิลิกอนที่ไม่ผ่านการแปรรูปอย่างเต็มที่มักใช้ในการใช้งานที่:

ปริมาณน้อยเกินไปที่จะรับประกันการบรรเทาความเครียดโดยผู้บริโภคหรือ

แผ่นมีขนาดใหญ่มากจนยากต่อการรักษารูปร่างที่ดีหลังจากการอบอ่อนบรรเทาความเครียด 843 องศา

เหล็กกล้าไม่เน้นการเสียรูปไม่ไวต่อการเสียรูปเหมือนผลิตภัณฑ์แปรรูป ดังนั้น แรงเฉือนเป็นเพียงเอฟเฟกต์การเสียรูปเท่านั้น ซึ่งจะทำให้คุณภาพของแม่เหล็กลดลง เนื่องจากแผ่นเคลือบมักจะมีขนาดใหญ่ จึงสามารถทนต่อการเสียรูปของแรงเฉือนเหล่านี้ได้ เกรดที่ผ่านการแปรรูปอย่างเต็มที่ส่วนใหญ่จะใช้เป็นชั้นเคลือบประทับตราในการใช้งานต่างๆ เช่น โรเตอร์และสเตเตอร์

เหล็กที่ไม่เน้นทิศทางมีการปฐมนิเทศแบบสุ่ม มักใช้ในอุปกรณ์หมุนขนาดใหญ่ เช่น มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า และเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ เหล็กแปรรูปทั้งหมดผ่านการอบอ่อนแบบ "เต็ม" (เพื่อพัฒนาคุณภาพแม่เหล็กที่เหมาะสมที่สุด) ทำให้อ่อนลงและเจาะได้ยากกว่าผลิตภัณฑ์กึ่งแปรรูป เกรดที่มีปริมาณโลหะผสมสูงกว่าจะแข็งกว่าและเจาะง่ายกว่า

สามารถปรับปรุงความสามารถในการเจาะในเหล็กแปรรูปทั้งหมดได้โดยการเพิ่มสารเคลือบอินทรีย์ ซึ่งทำหน้าที่เป็นสารหล่อลื่นในระหว่างการปั๊มและให้ฉนวนเพิ่มเติมบางส่วนกับมาตราส่วนฐาน หากต้องการความแข็งแรงในการเคลือบที่ดี ก็สามารถซื้อวัสดุที่ผ่านกระบวนการทั้งหมดด้วยแผ่นไม้อัดฐานได้

ผลิตภัณฑ์กึ่งแปรรูปมักจะผ่านการหลอมละลายคาร์บอนที่อุณหภูมิต่ำหลังจากการรีดเย็นขั้นสุดท้าย ไม่จำเป็นต้องกำจัดคาร์บอนให้อยู่ในระดับเดียวกับวัสดุที่ผ่านกระบวนการทั้งหมด จากนั้นผู้ผลิตหม้อแปลงจะหลอมวัสดุในบรรยากาศที่มีการแยกตัวออกจากคาร์บอนแบบเปียกเพื่อแยกคาร์บอนออกและพัฒนาคุณสมบัติทางแม่เหล็ก หลังจากการหลอมละลายคาร์บอนของโรงงานแล้ว จะนำตัวอย่าง ตัดเป็นคูปอง ขจัดคาร์บูไรซ์ที่ 843 องศาเป็นเวลาอย่างน้อยหนึ่งชั่วโมง และทดสอบเพื่อจำแนกประเภทคอยล์

เหล็กซิลิกอนที่ไม่ผ่านกระบวนการกึ่งแปรรูปใช้สำหรับการหลอมแบบแยกคาร์บอนของลูกค้า โดยทั่วไป ผลิตภัณฑ์เหล่านี้มีลักษณะการเจาะที่ดีและมีการใช้งานที่หลากหลาย เช่น โรเตอร์ขนาดเล็ก สเตเตอร์ และหม้อแปลงไฟฟ้าขนาดเล็ก เหล็กกึ่งแปรรูปสามารถซื้อได้ด้วยมาตราส่วนการยึดเกาะสูง หรือมีการเคลือบฉนวนป้องกันสนิม สารเคลือบอินทรีย์ทำหน้าที่เป็นสารหล่อลื่นในระหว่างการเจาะ แต่ไม่ทนต่ออุณหภูมิการหลอมบรรเทาความเครียด ดังนั้นจึงใช้ไม่ได้กับวัสดุกึ่งแปรรูป

ตารางที่ 1 ชื่อที่สำคัญที่สุดของเหล็กซิลิกอนที่กำหนดโดยมาตรฐานต่างๆ