A adição de silício (Si) ao ferro (Fe) em proporções adequadas com a ajuda de um determinado processo de fabricação melhora significativamente as propriedades magnéticas e elétricas do ferro. No final do século 19, descobriu-se que a adição de silício ao ferro melhorou significativamente a resistividade do ferro e, assim, o aço silício ou o que hoje conhecemos como aço elétrico foi desenvolvido. Não apenas as perdas por correntes parasitas no aço foram reduzidas, mas também foi observada uma melhora significativa na permeabilidade magnética e uma redução na magnetostrição. A tabela a seguir mostra como certos comportamentos elétricos e magnéticos do ferro mudam quando o silício é adicionado.
NP Goss, o primeiro inventor do processo de fabricação de aço silício orientado a grão laminado a frio ou CRGO em 1933 deu a ideia em suas próprias palavras "Tenho evidências experimentais que me levam a acreditar que existe uma relação aparente entre o tamanho do grão e a ductilidade do uma amostra e suas propriedades magnéticas. Esses testes demonstram que grãos pequenos e uniformes e alta ductilidade acompanham a alta permeabilidade." Essa ideia desencadeou uma revolução na indústria siderúrgica que levou à produção de aços de alta qualidade. Dependendo da orientação dos grãos, existem dois tipos de aços silício:
Aço Silício Orientado a Grão (GO).
Aço silício não orientado ao grão (GNO).
Nas próximas seções, falaremos sobre o aço GO. Especificamente, falaremos sobre o aço silício orientado a grão laminado a frio (CRGO) e suas aplicações.
aço laminado a frio
Isso é feito para reduzir a espessura do aço na faixa de 0,1 mm a 2 mm, o que não pode ser obtido por laminação a quente. Durante este processo, sob condições cuidadosamente controladas, as características magnéticas ideais são alcançadas na direção de laminação. Essa direção também é conhecida como textura Goss (110)[001] que é a direção de fácil magnetização na direção de laminação. Isso pode ser mostrado na figura abaixo. O aço orientado ao grão não é usado em máquinas elétricas rotativas onde o campo magnético está no plano das placas, mas o ângulo entre o campo magnético e a direção de laminação continua mudando. O aço silício não orientado ao grão é usado para isso.
Propriedades do aço CRGO
É um material magnético macio e tem as seguintes propriedades
Alta permeabilidade magnética.
Magnetostrição reduzida.
Alta resistividade.
Alto fator de empilhamento ou laminação permitindo designs de núcleo compactos.
Baixas perdas.
Graus de aço CRGO
Os primeiros graus de aço eram conhecidos como M7 (0,7 Watts/lbs a 1,5T/6{7}}Hz) e M6 (0,6 Watts/lbs a 1,5T/60Hz).
Da mesma forma, no final da década de 1960, foram desenvolvidos os graus M5, M4 e M3.
Um novo material chamado Hi-B tem um grau notável de orientação e é 2-3 graus melhor do que os produtos convencionais de aço CRGO.
Aplicação do Aço Silício CRGO como Núcleo Transformador
O aço grau CRGO é aplicado principalmente como material de núcleo para transformadores de potência e transformadores de distribuição. Isso pode ser explicado da seguinte forma
A alta permeabilidade magnética leva a baixas correntes de excitação e induções mais baixas.
Baixa histerese e perdas por correntes parasitas.
O excelente fator de rolamento permite projetos melhores e mais compactos e, portanto, requer menos material.
Características de alta saturação do joelho.
Um nível muito baixo de magnetostrição permite que o ruído seja reduzido.
Aumenta a facilidade de enrolamento e melhora a produtividade.
Escopo futuro do aço silício CRGO
Embora existam alternativas para os tipos de aço CRGO, como níquel-ferro, mu-metal, banda de boro amorfa, supervidro, etc., o aço CRGO ainda é a escolha superior na indústria de transformadores. Ligas como o metal amorfo Fe78-B13-Si9 demonstraram ter perdas de núcleo muito menores quando usadas como núcleo de transformador de distribuição em comparação com o aço grau CRGO. Um componente de adição de silício ideal no aço pode alterar a textura para atingir as propriedades magnéticas desejadas quando fabricado sob condições controladas.
