Какой металл в трансформаторе

Обновлено: 18.05.2024

Вопрос-ответ

Особенность трансформаторной стали в улучшенных электромагнитных характеристиках. Чтобы улучшить показатели материала, в него добавили кремний, количество которого отличается в зависимости от марки. С помощью этого материала производят разнообразные виды трансформаторов. Его популярность связана с более высокими характеристиками, чем у других металлов.

Состав трансформаторной стали

Материал выполняют не только из кремния, а создают сплав с железом. Добавление этого элемента приводит к тому, что коэффициент силы увеличивается, а удельное сопротивление электрической мощности повышается, если сравнить с марками без кремния.

Если добавить в состав определенное количество кремния, это приведет к снижению отдельного веса оксидов железа.

По химическому составу этот материал можно отнести к легированным металлам за счет наличия кремния в количестве до 0,5%.

В трансформаторном железе добавление посторонних примесей в пределах 3-4,5%.

Свойства кремния

Кремнием называют основной материал полупроводниковой электроники. С его помощью изготовляют интегральные схемы, диоды, транзисторы, солнечные батареи, фотоприемники и другие приборы.

Это полупроводник, электрические свойства которого зависят от примесей. Он прозрачен для инфракрасных лучей. При низкой температуре проявляет химическую инертность, на воздухе образовывается тонкая пленка оксида. Окисление кремния происходит при нагревании до 400 градусов. Растворим во многих расплавленных металлах.

Отличительные особенности изотропной и анизотропной сталей

Какими свойствами будет обладать соединение зависит от того, сколько в него добавили кремния во время производственного процесса. Горячекатаная и холоднокатаная сталь имеют разные по размеру ячейки. Если материал отличается крупными кристаллами, то его магнитная проницаемость больше, но незначительная коэрцитивная сила, если сравнить с материалами с мелкими кристаллами. Размер зерен зависит от применяемой механической или термической обработки.

Во время отжига внутреннее напряжение в металле понижается, а одновременно с этим кристаллы увеличиваются, формируя структуру. Если сделать горячую прокатку, то не получится сформировать зерна устойчивыми в определенном положении, поэтому они размещаются хаотично. Это изотропная сталь. Она обладает магнитными свойствами, не зависящими от направления.

Чтобы была получить текстурированный материал второй раз прибегают к холодной прокатке стали, сопровождая ее отжигом в особых условиях. Это позволяет получить анизотропную сталь. Ребра в ней расположены так, как проходила прокатка. Расположение материала в правильном положении способствует повышению магнитной проницаемости и снижению коэрцитивной силы, улучшению работы устройств.

Электротехническую сталь производят и продают в рулонах или отдельных листах. Их длина от 720 до 1000 мм.

Расшифровка маркировки

Каждая марка стали обозначается определенными цифрами, несущими в себе информацию:

Вначале маркировки стоит число, показывающее структурное строение и вид прокатки. К первому классу относят горячекатаную изотропную, ко второму – холоднокатаную изотропную, к третьему – холоднокатаную анизотропную.
Вторая – количество кремния в материале от 0,4 до 4,8%.
Третья – принадлежность к нормируемой группе.
Начальные цифры используются для обозначения типа.

Четвертая и пятая цифры показывают основные нормируемые характеристики в количественном значении. Маркировка предоставляет основную информацию о материале.

Основные марки

Существуют две основные марки.

Сернистая

Марка 2212. Для промышленного производства используют тонкие листы, подверженные холодной прокатке.

Нелегированная

Она отличается от углеродистой стали наличием в составе менее 5% легирующих элементов.

Оба вида используют в производстве трансформаторной стали.

Основные свойства и характеристики

Сталь для трансформаторов применяется нержавеющая, магнитная с достаточными показателями проницаемости. Она так популярна в производстве электрооборудования благодаря тому, что обладает высокими электромагнитными характеристиками и теряет минимальное количество энергии в результате нестериса.

Из металла делают различные элементы для трансформаторов и другого электрооборудования. Также он идеально подходит для создания магнитных проводов.

Без этого особого вида стали не обходятся сердечники трансформатора по той причине, что материал способствует более высокому удельному сопротивлению. Это позволяет терять меньше мощности от вихревых токов. Эта проблема обычно касается сердечников электрооборудования. Благодаря его использованию не происходит чрезмерное нагревание сердечника.

Для уменьшения потерь от вихревых потоков, уменьшают толщину пластины. Поэтому толщина стали должна быть 0,5 мм при частоте в 50Гц. Если устройство работает при большей частоте, то необходимо делать сердечник из листов 0,1-0,2 мм.

Металл помогает уменьшить потери на перемагничивание. Это еще одна причина популярности электротехнической стали для производства сердечника трансформатора.

Так как снизить потери и процесс циклического перемагничивания можно с помощью добавления кремния в металл, то сплавы с повышенным содержанием этого элемента получили название трансформаторная сталь. Благодаря применению удалось добиться уменьшения потерь на треть. Также это позволяет уменьшить массу трансформатора на 10%, а расход металла на 20%.

Электромагнитную сталь используют практически во всей электромеханической продукции за счет своих уникальных свойств.

Производители

Этот материал производят по всему миру. Основными потребителями его считаются Япония и Китай. Они потребляют и производят до 50% всей электротехнической стали. Основным производителем является Китай, а Япония в основном экспортирует этот вид стали.

На территории Российской Федерации делают гораздо больше металла, чем необходимо для использования внутри страны. Стоимость этого вида на российском рынке составляет 80-180 рублей за килограмм. В последние годы Российской Федерации удалось выйти на объемы производства, которые составили 10% от мирового импорта стали. В качестве основных производителей выступают:

Северсталь.
ВИЗ-Сталь.
Новолипецкий металлургический комбинат.

Эти учреждения производят продукцию в количестве в несколько раз превосходящем потребности внутреннего рынка. Это дает возможность продавать материал западным странам, таким как Италия, Швейцария, а также отправлять сталь в Индию.

Если обратить внимание на конкретный вид стали в общем объеме производства, то упор делают на динамный сортамент металла. Сталь для создания электрооборудования составляет только 30% от всего объема производства, так как ее не нужно неограниченное количество. Ее стоимость в пределах 120-180 руб./кг.

Применение

Трансформаторную сталь используют для изготовления важных элементов трансформаторов. Ее популярность связана с повышенными свойствами, благодаря добавлению в состав кремния.

Стержневой магнитопровод

Этот элемент представляет собой стержень, на который размещаются обмотки и ярма, для замыкания магнитной цепи. Их всегда делают шихтованными. Этот элемент имеет более простую конструкцию, чем броневой стержень и позволяет получить необходимую изоляцию для обмоток.

Стержневые магнитопроводы необходимы для мощных трансформаторов, так как у них на каждом стержне расположена половина обмотки. Устройства, в которых есть стержневой магнитопровод, имеет малый магнитный поток рассеивания, меньший расход провода и большая поверхность охлаждения обмотки.

Броневой

Броневые магнитопроводы больше всего подходят для небольших показателей мощности. Это касается устройств, производящих от единицы до нескольких десятков вольт-ампер. Они функционируют, когда уровень напряжения не превышает 1000 В, а частота сети питания 50 или 400Гц. От стержневых трансформаторы с броневым магнитостержнем отличаются меньшей удельной мощностью на единицу объема и веса. Но главным их преимуществом считается стоимость.

Броневые магнитопроводы отличаются прямоугольными стержнями, расположенными в горизонтальном положении, на них располагаются обмотки прямоугольной формы.

В броневом магнитопроводе присутствует ряд конструктивных достоинств. При его использовании понадобится только один комплект обмоток, в котором присутствует ярмо для защиты от негативных факторов внешней среды.

Вывод

Трансформаторная сталь производится с добавлением кремния. Этот элемент обеспечивает улучшение электромагнитных характеристик ее используют для создания сердечников трансформаторов, стержневых и броневых магнитопроводов. В маркировке изделий заложена информация о типе стали и основных нормируемых характеристиках. Стоимость материала на российском рынке составляет 120-180 руб. за кг.

Производством этого материала занимаются разные компании, но наибольшее количество выпускается на территории Китара, если рассматривать показатели по всему миру. России удалось выйти на рынок и производить до 10% мирового количества стали.

Лом трансформаторов или трансформаторный лом

Силовые трансформаторы относятся к разряду промышленного оборудования, обеспечивающие адаптацию величин напряжения путем поэтапного преобразования энергии. Применяется, как отдельно стоящее, так и входящее в конструкцию вторичного источника питания устройство.

На рынке сырья, относящегося к переработке лома, высоко ценятся старые изделия, где наиболее высок процент присутствия чистых материалов. Сталь, медь, масло не содержат присадок, безусловно повышающих эксплуатационные качества, но значительно снижающих стоимость, поскольку не все из них также ценны.

Общие сведения: конструкция, применение, демонтаж

Наиболее часто требуются приборы понижающие напряжение, поступающее к потребителю. Но есть категория трансформаторов, повышающая эти величины. Основными отличительными характеристиками обоих видов силовых установок остаются такие параметры:

количество фаз;

число обмоток, способы их соединения;

место размещения (уличные или под крышей);

метод охлаждения;

расчет предельной мощности (универсальное, специализированное оборудование).

Конструктивно все виды трансформаторов имеют схожие схемы, в которые входят:

Магнитопровод, состоящий из активной и неактивной частей.
Стержни с изолированными обмотками.
Вводы, состоящие из токоведущего стержня или кабеля, металлического фланца, изолятора (например, фарфорового).
Расширитель для масляных вводов (где это необходимо).
Система охлаждения.
Стабилизатор напряжения.

Для изготовления деталей/элементов силового оборудования используется электротехническая сталь, медь, изолятор. Поэтому при необходимости обновления, стараются найти пункты приема трансформаторов на лом, где оказывают услуги демонтажа, осуществляют вывоз, исходя из принципов экономичности. Процесс разборки для профессионалов не отнимает много времени, позволяет попутно определиться с состоянием комплектующих деталей:

рассмотреть обмотку, сложность ее удаления;

произвести необходимую маркировку, сортировку;

проверить герметичность радиатора;

дать приблизительную оценочную стоимость.

Впрочем, зная модель трансформатора, имея на руках технический паспорт, о цене обе стороны могут договориться еще до начала работ, независимо от изношенности внутренних деталей.

ВАЖНО помнить о пожарной безопасности перед демонтажем трансформатора!

Основные комплектующие интересные для продажи:

Трансформаторная медь

Трансформаторную медь часто называют шина, с большим энтузиазмом принимается в специализированных пунктах приема цветного лома. Для этого есть одна важная причина: качество материала, полученного с помощью электролиза.

Трансформаторная медь – часть трансформаторной шины

Это практически чистые образцы меди, проводниковые свойства которой стоят на втором месте после серебра:

удельное сопротивление — 0,0175 мкОм-м при 20°С;
плотность 8,96 г/см 3 при той же температуре.

Обмоточные провода изготавливают из круглых или прямоугольных марок. Материал по качеству дополнительно делят на такие виды:

мягкий отожженный (М);

полумягкий (ПМ);

твердый (Т).

Стержни из конструкционной части трансформаторов, кроме проводящих свойств, обладают механической прочностью, жесткостью. Для их изготовления используют полумягкую медь.

В разных частях изделия используют изоляторы: кабельная или телефонная бумага, хлопчатобумажная нить, стекловолокно с различными пропитками, уже упомянутый фарфор. Для пункта приема лома трансформаторов цена на такую медь будет зависеть от предполагаемых затрат на ее очистку или точнее сказать, засора, а также трудоемкости процесса разбора прибора. Некоторые из них требуют чуть больше внимания, времени, специальных приспособлений.

Иногда для сборки силовой установки используется алюминий. Его аналогично сортируют на чистый металл и содержащий примеси. Учитывают затраты и оказание услуг по демонтажу оборудования. Однако в своей категории материал однозначно сохраняет наивысшую оценку.

Элементы с изоляционной оболочкой направляются на предварительную механическую обработку – измельчение. После чего весь объем плавят и с помощью магнитов отделяют от примесей, далее подвергают электролизу, другим схожим методам очистки. Благодаря порошковой металлургии медь получает вторую жизнь.

Электротехническая сталь или трансформаторная сталь

Электротехническая сталь также становится вторсырьем после демонтажа или разборки оборудования. В некоторых источниках этот тип материала числится, как шихта. Другими словами – это сердечник трансформатора, изготовленный из электротехнической стали. Также сердечники в разных исполнения трансформаторов бывают выполнены из пермаллоя, ферроди-электриков, ферритов.

Шихта трансформаторная или сталь электротехническая

Химическая структура лома электротехнической стали представляет сплав железа с углеродом, дополненного кремнием. За счет его присутствия получают мягкое ферромагнитное железо, используемое в знакопеременных полях.

Электротехническая сталь в сердечнике трансформатора

Для пунктов приема лома электростали большее значение имеют такие параметры:

способ получения материала (холоднокатаный, горячекатаный);

толщины листов, проволоки, других форм (колеблется о 0,05 мм до 2 мм);

наличие отверстий, паек;

иногда важен год выпуска оборудования.

Перед сдачей на конечный пункт приема шихту обязательно очищают от изоляционных лакокрасочных покрытий, следов образовавшейся ржавчины. Наличие обоих нежелательных слоев незначительно снижает стоимость лома трансформатора.

Сегодня из вторсырья все чаще делают холоднокатаную сталь, выпуская листы для магнитопроводов толщинами 0,28—0,5 мм. К этому виду материала предъявляются следующие физические требования:

низкая величина ваттных потерь;

анизотропность металла;

прочность на изгиб.

Электротехническая сталь на небольших трансформаторах

Поэтому для получения новой электротехнической стали используют сплавы железа с малым содержанием углерода до сотых процентов, в некоторых случаях добавляют марганец, алюминий или никель. Однако эти вещества вместе с улучшением качеств дают различные побочные эффекты: ухудшают гибкость, электротехнические свойства. Добавление кремния в количестве 0,5-3,5% стало оптимальным решением, с его помощью удается изменять такие характеристики:

увеличить значение удельного электросопротивления;

снизить потери на вихревые потоки;

повысить магнитопроницаемость;

уменьшить потери на гистериз;

улучшить прочность, понизить пластичность.

Анизотропная и динамная сталь наиболее высоко ценятся в пунктах приема лома, ее стоимость в десятки раз превышает цену тоже необычного и высокопрочного инструментального сплава.

Трансформаторное масло

Следующим важным компонентом, присутствующим в конструкции, считают трансформаторное масло. Его получают методом перегонки нефти, поэтому продукт относят к натуральным и характеризуют такими качествами/свойствами:

сохранение оптимальной вязкости, изменяющейся с условиями эксплуатации (охлаждение, нагрев);

замерзание не происходит вплоть до снижения температуры до -45 0 С;

содержание водорастворимых кислот и щелочей колеблется в сотых долях процента;

отсутствие примесей;

тангенс угла диэлектрических потерь не более 7%;

наличие пробивного напряжения, определяемого экспериментально.

Для сравнения веретенное масло, получаемое также из перегонки нефти подвижнее, но имеет ряд нежелательных примесей. Поэтому его используют, как смазку, а трансформаторное для охлаждения оборудования в процессе эксплуатации. Кроме того, последний вид масла отличается изоляционными и дугогасящими свойствами.

Сухой трансформатор – в таких трансформаторах нет масла

Учитывая изменчивость вязкости при различных температурных режимах, качество продукта контролируют графиком зависимости этих величин, он должен иметь максимально пологий вид.

Большое значение имеет кислотное число, которое нарастает по мере использования прибора. Важным критерием сохранения низкой кислотности служит правильность монтажа оборудования и проведение дегазационных мероприятий до заливки жидкости. Однако трансформаторы, отслужившие по 20, иногда более, лет неизбежно содержат масло с относительно высоким числом окисления. Поэтому продукт, хотя и остается при цене, требует повторной обработки: фильтрации, очистки от образовавшихся примесей, проверки на различные свойства. При замене масел изделия или заливке новых агрегатов используют только свежее масло, не бывшее в употреблении.

Сегодня разработан ряд комплексов (ноу-хау компаний) внедрения антиокислительных присадок. Это позволяет говорить о долговечном использовании трансформаторов с новым поколением масел.

Масляные трансформаторные радиаторы

Пункты приема лома также заинтересованы в поступлении к ним масляных радиаторов, выполняющих роль резервуаров, обеспечивающих конвекцию жидкостей в трансформаторе. Есть несколько принципиальных видов: внутренний и наружный. Первым комплектуют оборудование прямо на заводе, доставляют и устанавливают вместе с ним. Роль второго могут исполнять навесные стальные трубы (овальные или круглые), специальным образом крепящиеся к баку, при установке используются различные методы герметизации, а также резиновые, аналогичные им заглушки.

Такие радиаторы идеальны для разделки труб для их дальнейшей продажи

Чем больше мощность трансформатора, тем вероятнее использование навесного масляного радиатора, называемого прямотрубным, по мере необходимости оснащается наружным вентилятором. Также используются радиаторные краны, изготавливаемые из нержавеющей стали и имеющие специфическое крепление к патрубкам трансформатора.

Однако в случае со сдачей лома электротехнической стали интересен факт состояния труб:

снаружи покрыты защитными слоями, препятствующими коррозии (лак, краска, цинк);

внутри, благодаря использованию трансформаторного масла, они чистые, без накипи, ржавчины;

при аккуратном демонтаже сохраняют размеры (в длину).

Трубы с трансформатора – нарезаны по 2,5 метра для продажи

Если эту радиаторную трубу порезать в размер, к примеру по 2,5-3 метра, их легко можно продавать, как столбиковую, заборную трубу б/у отличного качества, находящуюся в хорошем состоянии.

Резюме

Конечно, самостоятельный разбор и сдача трансформатора по частям экономически более выгодный. Чтобы избежать элементарных потерь при неправильном демонтаже (например, вытекания масла), предприниматели предпочитают пользоваться услугами профессионалов: знающих места расположения заглушек; точно определяющих грань между типами стали, благодаря чему производят точное изъятие всех материальных ценностей трансформатора.

Электротехническая сталь (трансформаторная) – свойства и применение

Электротехническая сталь – это разновидность черного металла с улучшенными электромагнитными свойствами. Добиться этого удается внедрением кремния. Таким образом, как металл, электротехническая сталь представляет собой сплав железа с кремнием, содержание которого составляет 0.8 – 4.8%. Наименование, этот специфический состав получил вследствие области своего непосредственно применения.

Электротехническая сталь, также имеет названия динамная сталь, трансформаторная сталь и кремнистая электротехническая сталь.

Зачем кремний в стали?

Легирование производится не чистым элементом кремнием, а ферросилицием. Это вещество представляет собой сплав FeSi с железом. Легирование стали Si позволяет вывести из металла кислород, элемент – оказывающий наибольшее негативное воздействие на магнитные свойства Fe. Происходит реакция восстановления железа из его окислов, с результирующим образованием оксида кремния, частичного переходящего в шлак.

Так выглядит ферросилициий – марка ФС45

Второй положительный эффект от внедрения кремния в сталь связан с выделением цеменита (Fе3С) из металла, который замещается образующимся графитом. Оба соединения, оксид железа и цеменит увеличивают коэрцитивной силы в металле, что приводит к росту потерь на гистерезис. Более того, легирование кремнием железа с концентрацией Si выше 4% способствует также снижению потерь на вихревые токи, что обусловлено повышением удельного электрического сопротивления электротехнической стали относительно ее марок, нелегированных кремнием.

Химический состав стали с улучшенными магнитными характеристиками

Исходя из вышесказанного, повышение содержания кремния в металле снижает удельный вес оксидов железа. Как показывает практика, одновременно с этим происходит рост индукции насыщения Вs железа. Ее максимальная величина достигается при содержании Si на уровне 6.4%.

Однако по химическому составу электротехническая сталь остается легированным металлом с содержанием кремния не более 4.8%. Это связано с ухудшением механических свойств металла, хрупкости в частности, при росте концентрации Si. Наряду с кремнием в электротехническую сталь может добавляться алюминий на уровне 0.5%.

Сердечник трансформатора из электротехнической стали

Исходя из химического состава (содержания легирующих примесей), металл разделяют на две категории динамная и трансформаторная сталь. В первой разновидности процент вхождения кремния составляет 0.8 – 2.5%, тогда как трансформаторное железо характеризуется уровнем легирования 3.0 – 4.5%.

Изотропная и анизотропная сталь – отличия производства

Как можно понять из вышесказанного, характеристики легированного соединения сильно зависят от содержания кремния. Вторым фактором, определяющим свойства металла, выступает его внутренняя структура, которая формируется в процессе производства. В частности горячекатаная и холоднокатаная стали обладают различными по размеру ячейками. Для крупнокристаллических материалов характерны большие величины магнитной проницаемостью, но коэрцитивная сила существенно ниже, чем у металлов с мелкокристаллической структурой. Варьировать размер зерна позволяют два вида обработки: механическая и термическая.

Так отжиг стали способствует понижению внутренних напряжений в металле, одновременно приводя к увеличению кристаллов, образующих его структуру. Горячая прокатка электротехнической стали не способна создать устойчивую ориентацию зерен внутри металла, оставляя ее хаотичной. Подобная изотропная сталь, как результат, характеризуется независимостью магнитных свойств от направления.

Добиться текстурованной структуры с определенной пространственной ориентацией кристаллов в металле позволяет повторной холодной прокатки стали, сопровождающаяся отжигом при особых условиях. Как результат получается анизотропная сталь, где ребра кубической решетки кристаллов установлены в направлении прокатки. Расположив анизотропную сталь в правильном направлении, можно добиться повышения магнитной проницаемости, одновременно понизив коэрцитивную силу.

Производство электротехнической стали налажено в виде листового проката с шириной полосы 240 – 1000 мм. Металл выпускается рулонами или отдельными листами, длина которых варьируется от 720 до 2000 мм. Толщина электротехнического стального профиля начинается с 0.05 мм и может иметь следующие показатели: 0.1, 0.2, 0.35, 0.5 и 1,0 мм. Кроме того, классификация электротехнических сталей по разновидности продукции допускает следующие виды проката: сортовой и лента резанная.

Марки изотропной тонколистовой стали х/к: 2011, 2012, 2013, 2014, 2015, 2016, 2312, 2411, 2412, 2413, 2414, 2421.

Марки анизотропной тонколистовой стали х/к: 3311 (3411), 3411, 3412, 3413, 3414, 3415, 3404, 3405, 3406, 3407, 3408, 3409.

Металлическая буква “Е” – что это?

Всех мучил вопрос в детстве – что эта за металлическая буква Е или Ш такая?

Эта металлическая пластина в виде буквы Ш или Е (кто как видит) и есть та самая трансформаторная сталь, точнее сердечник трансформатора, изготовленный из электротехнической стали. Такие пластины часто попадались в детстве – ржавые, гнутые, склеенные, кто-то затачивал их и бросался, словно, самурайскими сюрикэнами.

Буква Е или Ш – та, что мы видели в детстве

Этих металлических букв Ш (Е), казалось, валяется целая куча – они были в каждом дворе иногда валялись целыми россыпями, а появлялись они после разбора вот таких трансформаторов, см. фото:

Внутри этого трансформатора находится сердечник из трансформаторной стали и склеенных букв “Е”

Электротехническая сталь – марки

Маркировка данного вида металла представляет число, где его цифры указывают:

Первая – структурное состояние металла и класс его прокатки. Это может быть горячекатаная (1) или холоднокатаная (2) изотропная, а также холоднокатаная анизотропная разновидность стали.
Вторая – отображает процент вхождения кремния. Она принимает следующие допустимые значения от 0 до 5. Стартовая величина – менее 0.4% обозначается как 0. Вторая цифра 1 соответствуют содержанию Si 4 – 0.8 %. Последующие четыре значения отображают увеличение концентрации кремния на 1, вплоть до величины 4.8%.
Третья цифра характеризует электромагнитные характеристики: коэрцитивная сила, магнитна индукция и прочие.
Последние две цифры отображают количественное значение характеристики из третьего пункта.

Марки электротехнической стали:

Сталь электротехническая сернистая: 1211, 1212, 1213, 1311, 1312, 1313, 1411, 1412, 1413, 1511, 1512, 1513, 1514, 1521, 1561, 1562, 1571, 1572, 2011, 2012, 2013, 2111, 2112, 2211, 2212, 2213, 2214, 2215, 2216, 2311, 2312, 2411, 2412, 2413, 2414, 2421, 3311, 3404, 3405, 3406, 3407, 3408, 3409, 3411, 3412, 3413, 3414, 3415, 3416, 3421, 3422, 3423, 3424, 3425

Сталь электротехническая нелегированная: 10832, 10848, 10850, 10860, 10864, 10880, 10895, 11832, 11848, 11850, 11860, 11864, 11880, 11895, 20832, 20848, 20850, 20860, 20864, 20880, 20895, 21832, 21848, 21850, 21860, 21864, 21880, 21895

Свойства электротехнической стали

Ценность легированного кремнием железа обусловлена его улучшенными электромагнитными характеристиками: высокий уровень индукции насыщения, минимизация потерь на гистерезис, а также пониженная коэрцитивной сила. Поскольку анизотропная структура позволяет еще больше улучшить эти свойства, то спрос не текстурованные стали изначально выше.

Вопрос, для каких целей применяют электротехнические стали, находит ответ в наименовании металла. Одно из предназначений сплава – это сердечники в таких устройствах:

трансформаторов тока;

статоры и роторы электрооборудования;

силовых трансформаторов.

Кроме того, электротехническая сталь – отличный материал для магнитопроводов в составе электрических аппаратов. Понять, почему сердечник трансформатора выполняют из электротехнической стали несложно. Это следует из свойств металла, в частности повышению удельного электрического сопротивления. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению потерь мощности от вихревых токов, характерных для сердечника трансформатора. Как результат, повышается общая эффективность устройства, а сам сердечник меньше нагревается.

Еще больше нивелировать потери от вихревых токов, можно уменьшив толщину пластин. Поэтому электротехническая сталь для электродвигателей, в частности сердечников трансформаторов, должна иметь толщину 0.5 мм при частоте 50 Гц. Если источник тока работает на больших частотах, под сердечник используют более толстые листы электротехнической стали: 0.1 или 0.2 мм.

Дополнительные потери энергии в сердечнике трансформатора происходят вследствие гистерезиса – процесса циклического перемагничивания. Сузить петлю гистерезиса, соответственно уменьшить ее площадь приведут к понижению потерь на перемагничивание. Это вторая причина использования электротехнической стали в сердечнике трансформатора.

Поскольку снижение потерь на вихревые токи и гистерезис достигается повышением содержания кремния в металле, сплав с высокой концентрацией Si получил название трансформаторная сталь, характеристики которой лучше подстроены именно под трансформаторы. Выражаясь языком цифр, в производстве мощных трансформаторов использование текстурованной стали позволяет уменьшить уровень потерь на треть. Кроме того, это способствует снижению массы трансформатора на 10% и расхода самого металла на 20%.

Сбор сердечника трансформатора

Кроме трансформаторов, электротехническая сталь, в зависимости от марки применяется для:

магнитных цепей при изготовлении электрического оборудования – марки 2212, сернистая изотропная, 20895/20880 АРМКО;

электродвигателей и подобных изделий – марка 10895/Э12/АРМКО;

прочая электротехническая продукция – марка10880/Э10/АРМКО.

Назначение некоторых марок стали электротехнической:

Основные производители электротехнической стали

Если рассматривать выпуск данного вида металла в мировом масштабе, то основными игроками выступаю восточные страны: Китай и Япония. Их долевой вклад в производстве и потребление электротехнической стали составляет до 50%. Дисбаланс между странами состоит в том, что Китай – основной производитель, тогда как Япония преимущественно экспортирует этот сортамент стали.

Готовая продукция – рулоны электротехнической стали

Россия относится к числу тех государств, где объемы производства металла превышают внутреннее потребление сортамента электротехническая сталь. Цена этого вида продукции на отечественном рынке составляет от 80 до 180 рублей за килограмм. На сегодня РФ сумела выйти на объемы производства данного сортамента металла, которые составляют 10% от общего мирового импорта электротехнической стали. Основными производителями металла на российском рынке выступают:

Северсталь;

ВИЗ-Сталь;

Новолипецкий металлургический комбинат.

Объемы, производимой ими продукции троекратно превосходят потребности внутреннего рынка, что позволять импортировать электротехническую сталь как на Запад: Италия, Швейцария, так и в сторону Востока – Индия. Что касается долю конкретного вида стали в общем объеме, то две трети производственных мощностей ориентированы на выпуск динамного сортамента металла. И только 30% производства – это трансформаторная сталь, цена которой составляет 120 – 180 руб/кг.

Опыт сдачи меди из электродвигателей и маленьких трансформаторов

Будучи подростком в 2010 году я с семьей переехал частный дом. И чем больше я его исследовал, тем больше находил интересных вещей: старые электродвигатели (те самые, которые умелые мужчины достают из стиральных машин и используют в качестве точила или в других целях) и маленькие трансформаторы из 220В в 12В и так далее.

Более-менее обжившись на новом месте, я увидел во всех этих деталях и горах хлама неплохую возможность подзаработать, особенно для 14-летнего подростка.

Мы с товарищем скооперировались и пошли в пункт приема металлолома. Там нам сказали, что медь нужно достать оттуда иначе все, что мы принесем будет приниматься как черный металл (по 3,5 рубля за килограмм). Данное положение дел нас катастрофически не устроило и моментально было принято решение разобрать все устройства, содержащие медь.

Вот тут и начались самые главные проблемы.

В погоне за прибылью мы решили разобрать самое большое, что было откопано в горах хлама у меня дома, а именно электродвигатель от стиральной машинки.

После разборки корпуса мы столкнулись с проблемой. Электродвигатель состоит из множества пластин с дырками и прорезями, плотно соединённых между собой, с замысловато намотанными на нее струнами меди. И как бы мы не старались разобрать эту конструкцию, все было тщетно. На выручку нам пришел молоток и зубило, с одной стороны вся медь была обрезана, а с другой стороны, при помощи отвертки поддевая каждую из струн мы вытаскивали их. Сразу вытащить одну прядь было практически невозможно, потому что все они цеплялись за пластины металла, оказывая весьма сильное сопротивление.

С одного такого двигателя меди не набралось и килограмм. Поэтому мы начали разбирать трансформаторы.

Как оказалось, с ними тоже все не так просто, как может показаться на первый взгляд. Трансформатор представляет собой катушку с медью, а в ее центре и по бокам все те же пластины из обычного металла, одна такая пластинка выглядит как буква «Ш». Одно время в 90ые они валились везде и, дети любили кидаться ими как ниндзя.

Для того, чтобы достать медь из 2 образовавшихся от пересечения букв Ш дырок, нужно было либо обрезать медь, либо разъединить эти пластинки друг от друга. Мы били по ним и кувалдой, и просто швыряли их об стену. Но все равно самым эффективным способом была отвертка и молоток, ели выбить хотя бы одну пластинку, то конструкция значительно теряла в прочности и ее можно было разобрать руками.

После удаления пластин остается катушка с медью. Просто находим конец медной нити и начинаем его разматывать, для удобства нить проще сворачивать в клубок. По своему опыту скажу, что клубок получается внушительных размеров, и чтобы немного добавить вес клубку лучше заматывать на какой-нибудь камень или что-то в этом роде. Но это еще не все, после одного слоя меди на клубке идет специальная пропарафиненная бумага, и иногда специальная заливка, которая видимо предназначена для сохранения меди от окисления и от контактов с окружающей средой и другими слоями меди.

Когда трансформатор свежий и изготовлен хотя бы в этом веке эта заливка легко отстает от меди и не несет никакого вреда. Но если трансформатор древний, то она затвердела и превратилась в хрупкий пластик, который при разматывании медной нити может ее порезать, или будет отламываться, оставаясь на ней. Такие осколки легко могут порезать руки до суставов. Поэтому мы с моим товарищем были вынуждены работать в перчатках. Стоит отметить, что чем ближе к центру катушки вы приближаетесь, тем более тонкая нить там лежит и тем легче нанести себе травмы при ее разматывании.

Апогеем нашего мастерства стал генератор из старого мотоцикла «Юпитер», который стоял у нас в гараже в состоянии полнейшей неработоспособности и не подлежавший восстановлению. По нашему предположению в генераторе этого мотоцикла должно храниться до 3 килограммов меди, и какого было наше разочарование, когда мы вскрыли его и увидели 3 из 8 маленьких катушек, которые весили меньше самого маленького разобранного трансформатора. Позднее мы просто сдали весь мотоцикл на металл всего за 300 рублей. Потому что его приняли просто как черный металл. Вот так мы плавно подошли к том, как же нас обманывали в пункте приема металлолома.

Генератор мотоцикла Юпитер

В пункте приема металлолома нас конечно обманывали и делали они это мастерски. У этих людей, к слову это была коммерческая организация, а не государственная, поэтому им было крайне выгодно то, что мы им приносим, а они нам платят меньше. Во-первых, у них были специальные весы для детей, которые показывали на 25% меньший вес, чем действительный, потому что дети ничего не скажут, а во-вторых их тарифы для детей были значительно ниже, чем в других местах. Нам платили 35 рублей за килограмм меди, а в неделю мы приносили 3-4 килограмма по их весам.

Электротехническая сталь или трансформаторное железо

Свойства кремния в составе

Основным отличием данного типа сплава, является кремний в составе, однако, легирование осуществляется не чистым элементом, а ферросилицием. Благодаря этому, происходит выведение из структуры металла кислорода, оказывающего наиболее негативное влияние на магнитные свойства железа. В конечном счете, имеет место восстановление железа из отдельных окислов, оксид кремния частично переходит в указанном состоянии в шлак. Это достаточно важный эффект, которым обладает трансформаторное железо, чем оно выделяется среди прочих наименований структур.

Отмечается и второй положительный эффект от внедрения в трансформаторное железо кремния. В результате такого действия, из металла будет выделяться непосредственно цеменит, который вполне легко заменяется графитом, образующимся в процессе. Как оксид железа, так и цеменит, способны увеличивать коэрцитивные силы в металле, что в будущем приводит к увеличению количества гистерезисных потерь. Если концентрация кремния превышает показатель в 4%, то наблюдается некоторое внимание общих потерь, выделенных и вихревые токи. Данное обстоятельство вызвано общим повышением электрического сопротивления данного типа стали в сравнении с отдельными марками, для которых легирование кремнием не было проведено.

Химический состав трансформаторного железа

Наличие кремния в повышенном количестве будет способствовать тому, что снижается общий удельный вес оксидов железа. Вместе с тем (и это показали практические исследования структуры металла), имеет место и некоторый рост индукции насыщения Bs данного состава железа. Если увеличить процентное содержание кремния на уровень порядка 6,4%, то в трансформаторном железе индукция насыщения будет отмечена с максимальной величиной. Однако, стоит указать следующие характерные особенности состава:

По химическому составу, электротехническая стать остается металлом легированной группы, содержание кремния в котором установлено не более чем 4,8%;
При росте самой концентрации Si, наблюдаются некоторые ухудшения механических характеристик, сильно страдает показатель хрупкости, чего нельзя допустить, в противном случае, при чрезмерном добавлении данного элемента, сталь будет просто непригодной к эксплуатации в составе различного оборудования;
Наряду с кремнием, для увеличения прочности добавляют также незначительное количество алюминия, уровень которого составляет в пределах 0,5%, не более, что указывается в наименовании структуры металла.

Собственно, по критериям химического состава, данный вид железа можно условно подразделить на две отдельные группы – динамную и трансформаторную.

Отличительные особенности изотропной и анизатропной сталей

Опираясь на сказанное выше, стоит отметить, характеристики самого легированного соединения железа слишком прямо зависят от процентного содержания кремния в структуре сплава.

Вторым же фактором является непосредственно внутренняя структура, образование которой имеет место в рамках производственного процесса. Важно отметить, как холоднокатаная, так и горячекатаная стали имеют различные по размеру ячейки. Для тех металлов, которые имеют крупнокриссталическую решетку, отмечается большая магнитная проницаемость, но значительно меньший показатель коэрцитивной силы (относительно групп металлов, имеющих мелкокристаллическую решетку). Размер зерна варьируется посредством применения в процессе производства термической и механической обработки.

Учитываются следующие особенности производства:

Проведенный отжиг стали будет способствовать последующему понижению показателей внутреннего напряжения в металле. Данное обстоятельство будет приводить к тому, что количество кристаллов, которые образуют его структуру, будет неизменно возрастать;
В свою очередь, горячая прокатка стали не может создать достаточно устойчивую ориентацию отдельных зерен внутри самого металла, она остается хаотичной;
Согласно исследованиям механических характеристик данной изотропной стали, она не может создавать устойчивую ориентацию отдельных зерен внутри металла, в результате чего, она остается хаотичной. В конечном счете, сталь может характеризоваться независимостью своих магнитных свойств от направления движения частиц.

Если попробовать использовать технологию повторной холодной прокатки стали, то можно добиться определенной текстурованной структуры, с четко выраженной пространственной ориентацией кристаллических элементов в трансформаторном железе. В конечном счете это позволит гарантировать получение анизотропной стали, в рамках которой ребра решетки всех кристаллов установлены непосредственно в направлении последующее прокатки. Если попробовать расположить саму анизотропную сеть в строго правильном направлении, достигается высокая магнитная проницаемость, вместе с тем понижается и показатель коэрцитивной силы.

Само по себе производство данного сплава налажено в виде своеобразного листового проката, который предусматривает ширину одной полосы в пределах 240-1000 мм. Также, данный металл выпускается отдельными листами или же рулонами, длина которых может существенно варьироваться, в пределах 720-2000 мм. Отличается в данном случае и толщина листа, которая может начинаться с показателя в 0,05 мм и заканчиваться значением в 1,0 миллиметр. Лист очень тонкий, при его транспортировке обеспечиваются все необходимые меры предосторожности. Показатели толщины позволят выбрать оптимальное значение для конкретного случая эксплуатации. Помимо прочего, классификация всех электротехнических сталей предусматривает наличие отдельных типов – сортовой и резанной ленты.

Форма трансформаторного железа

Рассматривая структуру трансформатора, можно отметить наличие множества пластин, которые носят вид букв «Е» или «Ш» (в перевернутом виде). Как раз эти пластины и изготавливаются из того самого трансформаторного железа, их можно было видеть в огромном количестве разбросанным по дворам. Появлялись такие элементы после разбора и ремонта трансформаторов, сердцевина которых просто была невостребованной.

Выделяют четыре отдельные маркировки трансформаторного железа, которые проставляются в виде отдельных цифр на пластине. К примеру, первая цифра устанавливает состояние структуры металла, соответствующий класс его прокатки. Вторая цифра отображает уже процентное соотношение количества Si, которое входит в сплавжелеза, третья позволяет определить сами электромагнитные характеристики, которые присущи данному материалу. Последние цифры в маркировке позволяют увидеть количественное значение всех указанных выше характеристик, особенное значение уделяется показателям из третьего пункта.

Важно четко понимать, какие именно характеристики требуется принимать к сведению, чтобы не ошибиться в своем выборе.

Читайте также: