Introducción
Con este informe se busca explicar las propiedades, procesos de
obtención, aplicación, ventajas y razones del uso de las las chapas de acero
Fe-Si de grano orientado. Por sus propiedades son muy utilizadas en la
fabricación de núcleos de transformadores gracias a su gran permeabilidad
magnética y reducción de pérdidas en el hierro.
INDICE
Tema Pag.
Aceros Fe-Si de grano orientado 3
Aceros al Silicio no orientado 3
Aceros al Silicio de grano orientado 4
Fabricación de transformadores 6
Materiales magnéticamente blandos 6
Fuentes consultadas 9
Tablas 5,
7, 8
ACEROS Fe-Si
GRANO ORIENTADO
Los grados comerciales del acero de silicio en el uso común se ha hecho
mayormente en los hornos de oxígeno básico o eléctrico. Plano - el enrollado
silicio - plancha de hoja y la faja tiene contenido bajo de sulfuro,
típicamente más adelante 0.025%, con grados mejores más adelante 0.01%.
Magnesio puede estar presente hasta aproximadamente 0.70%. Elementos residuales
tal como cromo, molibdeno, níquel, cobre, y el fósforo pueden estar presente
también. La adición mayor es el silicio hasta 0.6% Al (optativo). Estas
aleaciones no son vendidas generalmente en base de su composición, sino que se
venden basados sobre sus propiedades magnéticas, particularmente disminuyen las
pérdidas.
La norma AISI de uso común, pero más nueva ASTM proveen información más
específica con respecto al grado de identificación. Un ASTM típico es el
47s200. El primero dos de dígitos de la designación ASTM indica el espesor en
el mm (x100). El que sigue es una carta (C, D, F, S, G, H, o P) que indica el tipo material y las
condiciones respectivas de prueba magnética. Los siguientes tres de dígitos
proveen un indicio de la pérdida máxima de núcleo permisible en unidades de
aither (vatios/kg) x 100 o (vatios/lb) x 100. Si el núcleo - pérdida de valor
se expresa en vatios/kg, la designación de grado toma el sufijo M, indicando un
ASTM norma métrica. Varios ASTM planas - las enrolladas especificaciones de
productos se escriben en versiones Inglesas y métricas, tal como una 677-84 y
su especificación métrica de compañero un 677M-83. Refiera a ASTM de norma Unas
664-87 para unas completa y las
condiciones que aplican a los parámetros de prueba.
El pico relativo típico de permeabilidad a 60 Hz y 1.5 T (15 kG) y típica 60 Hz rms la excitación para producir 1.5 T (15 kG) la instalación se muestran, porque estos son los parámetros útiles de diseño para la aplicación de este material. La mejor permeabilidad a la instalación se obtiene en aceros con los contenidos más inferiores de silicio, los granos más grandes, baja impureza, y chapas más delgadas. Los hierros de silicio no orientados se prefieren para motores laminados.
Aceros al silicio
no orientados
Planos (isotrópicos) no orientados – los productos enrollados están
disponibles semiprocesados y totalmente procesados cuyas condiciones y contenidos
son 0.5 a 3.5% Si. La extensa mayoría de determinada orientación el acero de
silicio se vende en - anchura de espirales (860 a 1220 mm, o 34 a 48 in las
anchuras), y algunas se venden como hojas.
En el proceso para uso eléctrico frecuentemente se reviste con materiales orgánicos o
inorgánicos después del molino para reducir corrientes en las pilas de
laminación.
Grado de proceso. Los
contenidos de carbón de grados de proceso son relativamente depresión,
comúnmente más adelante 0.030%. Sin embargo, el producto semiprocesado no esta
suficientemente descarburizado para el uso general como abastecido; por lo
tanto, descarburación y annealing para desarrollar calidad potencial magnética
y para evitar la antigüedad magnética debe ser hecha por el usuario. Análisis
de este tipo se desempeñan típicamente a temperaturas entre 790 y 845 °C por aproximadamente 1 h con una apropiada
decarburación de la atmósfera. La atmósfera deber contener humedad suficiente
para promocionar decarburación sin la oxidación excedente del metal. Una
atmósfera de 20% H2, 80% N2, y un punto de rocío de 15°C frecuentemente
encuentra estos requisitos. Sin embargo, es necesario llamar el fabricante para
un seguro y apropiado análisis de estas aleaciones.
Los aceros eléctricos semiprocesados son usados con una capa delgada de
oxido para proveer resistencia de aislamiento.
El proceso total es realizado por el fabricante en el hidrógeno húmedo
sobre 825 °C para reducir carbón. El final annealing la operación se lleva por
el fabricante a una temperatura más alta (hasta 1100 °C, o 2010 °F para la faja
continua) para promocionar desarrollo y crecimiento de grano de propiedades
magnéticas. Las características magnéticas deseables se producen así durante la fabricación el tratamiento de
calor adicional por el comprador es generalmente no requerido. Todas las
espirales se prueban y probadas según ASTM de especificaciones Un 243, A347, y
Un 804 método de prueba, y grado con respecto a la calidad. Estos productos son
primariamente destinados a frecuencia comercial de poder (50 o 60 Hz) las
aplicaciones y se venden al máximo limita a una instalación particular, un
valor típico es 1.5 T (15 kG).
El Acero al Silicio de Grano Orientado
El tamaño de Grano es importante en el acero de silicio con respecto a
pérdidas de núcleo y flujo bajo - densidad de permeabilidad. Sin embargo, para
alto flujo permeabilidad de densidad, cristalográficamente la orientación es un
mayor factor de control. Los aceros de silicio se magnetizan más fácilmente en
la dirección del borde de cubo, {100}.
Como mencionamos anteriormente, cuando el contenido de silicio en el
hierro puro excede aproximadamente 21/2%, la transformación alotrópica de
hierro desde alfa a gama se suprime. El
silicio más alto - plancha de aleación para ser totalmente ferrítica hasta el
punto de fusión. Este comportamiento permite que el fabricante de estos
productos de faja aplique el frío especial - enrollando y calentando - tratando
de técnicas para promocionar recristalización secundaria en el final. El
proceso provee una buena textura cristalográfica con el cubo paralelo a la
dirección a enrollar {110}{001}, frecuentemente referido a como el cubicado -
sobre - borde de orientación. En la orientación convencional los grados contienen sobre 3.15% Si.
Alrededor el 1970, mejoró {110}{001}la textura cristalográfica era
desarrollada por la modificación de composición y el procesamiento. El mejorado
de permeabilidad del material contiene sobre 2.9 a 3.2% Si. El grano
convencional - orientó 3.15% Si de acero tiene granos sobre 3 mm en el
diámetro. El alto - el acero de silicio de permeabilidad tiende a tener granos
sobre 8 mm o más grande en el diámetro. Idealmente, el diámetro de grano debería ser menos de 3mm para
minimizar excesivo remolino. Los revestimientos especiales proveen aislamiento
eléctrico e inducen tensiones en el acero. En este caso, el núcleo inducido de
tensiones minimiza las pérdidas y minimiza ruido en transformadores.
Fabricación de transformadores
Los núcleos son producidos a
partir de chapa de hierro silicio de grano orientado,
con espesores entre 0,23 y 0,35 mm., en calidades
comerciales standares (tipo M3, M4 o M5), o tipo HiBi (chapas de hierro silicio
con grano orientado tratadas por láser), utilizándose este último material
cuando los requisitos de nuestros clientes, a través de compras con
capitalización de pérdidas, hacen necesario valores reducidos de pérdidas en
vacío.
Las chapas utilizadas, en todos los casos
presentan aislación eléctrica en ambas caras a través de una delgada película
de material inorgánico (conocida comercialmente como “carlite”), la cual
presenta alta resistencia mecánica a los aceites minerales y a las altas
temperaturas.
La calidad de todas las partidas está
garantizada por los certificados de origen del material (tests realizados en
las Usinas Productoras) y por los rigurosos ensayos realizados en la recepción
y durante todo el proceso de producción por nuestro Departamento de Aseguramiento
de Calidad.
El proceso de producción de núcleos comienza
con el flejado de la chapa de hierro silicio y su posterior corte a los largos
y formas diseñadas por nuestro Departamento de Ingeniería.
Este proceso se lleva a cabo con máquinas automáticas controladas por
computadora y de alta producción, lo que garantiza cortes con tolerancias
mínimas, permitiendo además el diseño de núcleos de tipo STEP LAP, lo que
garantiza reducciones importantes en los valores de pérdidas de vacío y
fundamentalmente una reducción del orden del 50% en la corriente de excitación
respecto de los núcleos tradicionales con juntas a 45°.
El montaje de los núcleos, finalmente se
lleva a cabo en posición horizontal, sobre dispositivos especialmente diseñados
para facilitar el perfecto ensamble entre columnas y yugos, y que permiten, una
vez finalizado el apilado, llevar al núcleo totalmente armado a posición
vertical en forma ágil y segura.
Finalmente, durante todo el proceso se llevan a cabo estrictos controles
dimensionales.
MATERIALES
MAGNÉTICOS BLANDOS
La mayor utilización de los materiales
magnéticos tiene lugar en la generación de potencia. Un ejemplo es el núcleo
ferromagnético de un transformador. Esta aplicación requiere un material
magnético blando. El área encerrada por el ciclo ferromagnético de histéresis
representa la energía consumida en el recorrido de todo el ciclo. En
aplicaciones de potencia de corriente alterna el ciclo debe recorrerse a
frecuencias de 50 a 60 Hz. Como resultado, la pequeña área encerrada por el
ciclo de histéresis de un material magnético blando proporciona una fuente
mínima de pérdidas de energía. Por supuesto, es importante que el área sea
pequeña, pero también es igualmente deseable una alta inducción de saturación
(Bs) para minimizar el tamaño del núcleo del transformador.
Una segunda fuente de pérdidas de energía en
aplicaciones de energía alterna es la generación de una corriente eléctrica
oscilante (corriente inducida) provocada por un campo magnético oscilante. Las
pérdidas de energía provienen directamente del calentamiento por efecto Joule.
Estas pérdidas se pueden reducir incrementando la resistividad del material.
Por esta razón las aleaciones hierro-silicio de alta resistencia han sustituido
a los aceros al carbono no aleados en aplicaciones de potencia de baja
frecuencia. La adición de silicio también incrementa la permeabilidad magnética
y, consecuentemente, Bs. Una mejora adicional de las propiedades
magnéticas se produce por el laminado en frío de las láminas de acero al
silicio. Esto tiene la ventaja de conseguir una mayor permeabilidad a lo largo
de ciertas direcciones cristalográficas. La producción de tales orientaciones
preferentes o micro estructura orientada se muestra en las siguientes figuras.
FUENTES CONSULTADAS
·
Metalhandbook
(Tomo de aleaciones especiales y materiales no ferrosos)
·
Introducción
a la Ciencia de Materiales para Ingenieros (James F. Shackelford, cuarta
edición).
·
Internet:
En Internet se obtuvo poca información ya que
el tema tratado es muy específico y ninguna página (de las encontradas) se
refería a este tema en especial, solo se hacía mención a la existencia de estos
materiales pero sin ninguna especificación técnica o métodos de obtención.
Sitios en
los que se buscó
·
Se
buscó en yahoo.com y dentro de este en buscadores de ciencia.
Las palabras clave que se
usaron fueron:
Æ Chapas de acero Fe-Si de
grano orientado
Æ Chapas Fe-Si
Æ Chapas de acero grano
orientado
Æ Chapas de grano orientado
Æ Grano orientado
Æ Chapas para transformadores
Æ Fabricación de
transformadores
Æ Núcleos de transformadores
Æ Fabricación de chapas para
transformadores
Æ Aleaciones especiales
Æ Empresas metalúrgicas
Æ Aleaciones de Fe-Si
Æ Materiales ferromagnéticos
·
Se
buscó también en Metacrawler.com y se utilizó las mismas palabras claves
·
Se
buscó también en Altavista.com y se utilizó las mismas palabras claves
En todos los sitios
consultados los únicos resultados satisfactorios fueron los de fabricación de
transformadores. El resto de la información contenida en este informe fue
obtenida y traducida del libro Metalhandbook y el antes mencionado cuyo autor
es James F. Shackelford.