Tillsatsen av kisel(Si) till järn(Fe) i rätt proportioner med hjälp av en viss tillverkningsprocess förbättrar avsevärt järnets magnetiska och elektriska egenskaper. I slutet av 1800-talet upptäcktes att tillsatsen av kisel till järn avsevärt förbättrade järnets resistivitet, och därmed utvecklades kiselstål eller vad vi nu känner som elektriskt stål. Inte bara reducerades virvelströmsförlusterna i stålet, utan en signifikant förbättring av magnetisk permeabilitet och en minskning av magnetostriktion observerades. Följande tabell visar hur vissa elektriska och magnetiska beteenden hos järn förändras när kisel tillsätts.
NP Goss, den första uppfinnaren av den kallvalsade kornorienterade kiselståltillverkningsprocessen eller CRGO 1933 gav idén med sina egna ord "Jag har experimentella bevis som får mig att tro att det finns ett uppenbart samband mellan kornstorlek och duktiliteten hos ett prov och dess magnetiska egenskaper. Dessa tester visar att små, enhetliga korn och hög duktilitet åtföljer hög permeabilitet." Denna idé utlöste en revolution inom stålindustrin som ledde till produktion av högkvalitativa stål. Beroende på kornens orientering finns det två typer av silikonstål:
Kornorienterat kiselstål (GO).
Icke-kornorienterat (GNO) kiselstål.
I nästa avsnitt kommer vi att prata om GO-stål. Specifikt kommer vi att prata om kallvalsat kornorienterat kiselstål (CRGO) och dess tillämpningar.
Kallvalsat stål
Det görs för att minska tjockleken på stålet i intervallet 0,1 mm till 2 mm, vilket inte kan uppnås genom varmvalsning. Under denna process, under noggrant kontrollerade förhållanden, uppnås optimala magnetiska egenskaper i rullriktningen. Denna riktning är också känd som Goss-textur (110)[001], vilket är riktningen för lätt magnetisering i rullningsriktningen. Detta kan visas i figuren nedan. Kornorienterat stål används inte i roterande elektriska maskiner där magnetfältet är i plattornas plan, men vinkeln mellan magnetfältet och rullriktningen förändras hela tiden. Icke-kornorienterat kiselstål används för detta.
Egenskaper hos CRGO-stål
Det är ett mjukt magnetiskt material och har följande egenskaper
Hög magnetisk permeabilitet.
Minskad magnetostriktion.
Hög resistivitet.
Hög staplings- eller lamineringsfaktor som möjliggör kompakta kärnkonstruktioner.
Låga förluster.
CRGO stålsorter
De tidigaste stålsorterna var kända som M7 (0,7 Watt/lbs vid 1,5T/6{7}}Hz) och M6 (0,6 Watt/lbs vid 1,5T/60Hz).
Likaså utvecklades i slutet av 1960-talet betygen M5, M4 och M3.
Ett nytt material som kallas Hi-B har en anmärkningsvärd grad av orientering och är 2-3 grader bättre än konventionella CRGO stålprodukter.
Användning av CRGO Silicon Steel som transformatorkärna
Stål av CRGO-kvalitet används huvudsakligen som kärnmaterial för krafttransformatorer och distributionstransformatorer. Detta kan förklaras på följande sätt
Den höga magnetiska permeabiliteten leder till låga excitationsströmmar och lägre induktioner.
Låg hysteres och virvelströmsförluster.
Den utmärkta rullfaktorn möjliggör bättre och mer kompakta konstruktioner och kräver därför mindre material.
Höga knämättnadsegenskaper.
En mycket låg nivå av magnetostriktion gör att brus kan reduceras.
Ökar enkel lindning och förbättrar produktiviteten.
Framtida omfattning av CRGO silikonstål
Även om det har funnits alternativ till CRGO-stålkvaliteter, såsom nickeljärn, mu-metall, amorft borband, superglas, etc., är CRGO-stål fortfarande det överlägsna valet i transformatorindustrin. Legeringar som den amorfa metallen Fe78-B13-Si9 har visat sig ha mycket lägre kärnförluster när de används som en distributionstransformatorkärna jämfört med stål av CRGO-kvalitet. En optimal kiseltillsatskomponent i stål kan ändra texturen för att uppnå önskade magnetiska egenskaper när den tillverkas under kontrollerade förhållanden.
