La adición de silicio (Si) en el hierro (Fe) en proporciones correctas con la ayuda de cierto proceso de fabricación mejora significativamente las propiedades magnéticas y eléctricas del hierro. A finales del siglo XIX, se descubrió que la adición de silicio al hierro mejora significativamente la resistividad del hierro y así se desarrolló el acero al silicio o lo que hoy conocemos como acero eléctrico. No sólo redujo las pérdidas por corrientes de Foucault en el acero, sino que se observó una mejora significativa en la permeabilidad magnética y una reducción de la magnetostricción. La siguiente tabla muestra cómo ciertos comportamientos eléctricos y magnéticos del hierro cambian al añadir silicio.
N. P. Goss, el primer inventor del acero de silicio de grano orientado laminado en frío o el proceso de fabricación de acero CRGO en 1933 dio la idea en sus propias palabras Tengo pruebas experimentales que me llevan a creer que hay una relación aparente entre el tamaño de grano y la ductilidad de un espécimen y sus propiedades magnéticas. Esta evidencia muestra que los granos pequeños y uniformes y la alta ductilidad acompañan a la alta permeabilidad. Esta idea condujo a una revolución en la industria del acero que llevó a la producción de aceros de alto grado. Basándose en la orientación de los granos hay dos tipos de aceros al silicio:
- Acero al silicio de grano orientado (GO).
- Acero al silicio no orientado al grano (GNO).
En las próximas secciones, discutiremos el acero GO. Específicamente, discutiremos el acero al silicio de grano orientado (CRGO) laminado en frío y sus aplicaciones.
Laminación en frío del acero
Se hace para reducir el grosor del acero en el rango de 0,1 mm a 2 mm que no se puede lograr con el laminado en caliente. Durante este proceso, bajo condiciones cuidadosamente controladas se consiguen características magnéticas óptimas en la dirección de laminación. Esta dirección también se conoce como textura de Goss (110)[001] que es la dirección de la fácil magnetización en la dirección de laminación. Esto puede mostrarse en la figura siguiente. El acero de grano orientado no se utiliza en máquinas eléctricas rotativas en las que el campo magnético está en el plano de las hojas pero el ángulo entre el campo magnético y la dirección de rodadura sigue cambiando. Para este propósito se utiliza acero al silicio no orientado al grano.
Representación esquemática de la (110)[001] textura rodante o textura Goss
Propiedades del acero CRGO
Es un material magnético blando y tiene las siguientes propiedades:
- Alta permeabilidad magnética.
- Reducción de la magnetostricción.
- Alta resistividad.
- El alto factor de apilamiento o laminación permite diseños de núcleo compacto.
- Pérdidas bajas.
Grados de acero CRGO
- Los primeros grados de acero se conocían como M7 (0,7 vatios/libra a 1,5T/60Hz) y M6 (0,6 vatios/libra a 1,5T/60Hz).
- De manera similar, los grados M5 M4 y M3 se desarrollaron a finales de los años sesenta.
- Un nuevo material llamado Hi-B tiene un notable grado de orientación y es 2 3 grados mejor que los productos de acero CRGO convencionales.
Aplicación del acero de silicona CRGO como núcleo del transformador
El acero de grado CRGO encuentra principalmente aplicaciones como material de núcleo para transformadores de potencia y transformadores de distribución. Esto puede explicarse como sigue
- La alta permeabilidad magnética conduce a corrientes de excitación bajas e inducciones menores.
- Baja histéresis y pérdidas por corrientes de Foucault.
- El excelente factor de laminación conduce a diseños mejores y compactos y por lo tanto se requiere poco material.
- Características de alta saturación de la rodilla.
- Un nivel muy bajo de magnetostricción lleva a la reducción del ruido.
- Aumenta la facilidad de enrollado y mejora la productividad.
Futuro alcance del acero al silicio CRGO
Mientras que ha habido alternativas a los grados de acero CRGO como el níquel-hierro, mu-metal, tira de boro amorfo, super vidrio, etc., el acero CRGO es la opción superior en la transformador la industria. Aleaciones como el metal amorfo Fe78-B13-Si9 ha demostrado tener mucho menos pérdidas en el núcleo cuando se utiliza como núcleo del transformador de distribución en comparación con el acero de grado CRGO. Un componente óptimo de la adición de silicio en el acero puede cambiar la textura para lograr propiedades magnéticas deseables cuando se fabrica bajo condiciones controladas.
