امروزه تجهیزات الکتریکی مانند انواع الکتروموتورها، تجهیزات مرتبط با شبکه ها انتقال و توزیع انواع ترانسفورماتورها ، موتور خودروهای الکتریکی و مولدهای برق در انواع مختلف، بخش مهمی از تجهیزات و زیرساخت های جوامع را تشکیل میدهند.
این مساله در کنار گسترش روزافزون استفاده از قوای محرکه الکتریکی به جای استفاده از قوای محرکه با سوخت های فسیلی اهمیت این تجهیزات رو دوچندان کرده است.
همانطور که فولاد در بسیاری از بخش های زندگی بشر به عنوان یک ماده پرکاربرد و پر اهمیت شناخته میشود، در این بخش یعنی تجهیزات الکتریکی نیز، این فلز نقشی اساسی و کلیدی را داراست.
فولادهای الکتریکی که به نام فولاد سیلیکونی نیز شناخته میشود در کنار مس و آلومینیوم اصلی ترین بخش تشکیل دهنده تمام تجهیزات و بخش های ذکر شده در فوق میباشند.
روند توسعه فولادهای الکتریکی از ابتدای سده 1900 با تولید اولین گرید از فولادهای الکتریکی شروع شد و تا به امروز نیز با توجه به نقش حیاتی این فولادها در افزایش بهره وری و توسعه تجهیزات جدید الکتریکی توسعه آنها ادامه دارد.
در شکل زیر روند توسعه این فولادها شرح داده شده است.
اصول تولید و توسعه فولادهای الکتریکی
اصول تولید و توسعه فولادهای الکتریکی بر مبنای کاربرد آنها یعنی استفاده در هسته تجهیزات ثابت و دوار مانند ترانسفورماتورها و موتورها و ژنراتورهای الکتریکی میباشد، بدین معنی که سیم پیچ تولید کننده میدان مغناطیسی میبایستی حول یک هسته از جنس فولاد که علاوه بر خواص مکانیکی مناسب و قیمت مناسب از خاصیت نفوذ مناسب جریان مغناطیسی نیز برخوردار باشد.
انتظارات فوق باعث گردید تا فولادهای الکتریکی با توسعه آلیاژهای آهن سیلیسیم تولید گردند. از جمله مهمترین خواص فولادهای الکتریکی میتوان به موارد ذیل اشاره نمود.
خواص مغناطیسی
خواص مغناطیسی این نوع فولادها میتواند باعث افزایش کارایی و بهره وری تجهیزات الکتریکی کمک کند، بدین معنی که هر چه نفوذ پذیری جریان مغناطیسی در این نوع فولادها بالاتر خواص مغناطیسی نیز بسیار بهتر و طبعا بهره وری تجهیز نیز افزایش خواهد یافت.
کاهش تلفات هسته (Low core loss)
در هسته تجهیزات الکتریکی به دلیل تغییرات مکرر جریان مغناطیسی تلفات انرژی الکتریکی نیز وجود دارد که این تلفات عمدتا به دو صورت تلفات هیسترزیس (Hysteresis Loss) و تلفات جریان گردابی (Eddy Current Loss) وجود دارند.
در هر دو پدیده ذکر شده افزایش تلفات انرژی به صورت گرما پدیدار میگردد که علاوه کاهش بهره وری باعث کاهش عمر تجهیز و افزایش نیاز به سیستم ها خنک کاری را نیز در پی خواهد داشت.
در فولادهای الکتریکی با افزایش ضریب نفوذ میدان مغناطیسی به کاهش تلفات هسته کمک میگردد. همچنین برای کاهش تلفات ناشی از جریان گردابی با کاهش ضخامت لایه های هسته و ایجاد عایق مناسب بین هر لایه به کاهش تلفات کمک می گردد.
مشخصات فولادهای الکتریکی
فولادهای الکتریکی آلیاژهای آهن و سیلیسم با درصد بین 5/0 تا 5/3 درصد سیلیسیم میباشند. این فولادها در حداقل میزان درصد کربن ممکنه برای افزایش قابلیت شکل پذیری تولید میگردد.
فرایند تولید این فولادها در بخش های قولادسازی و نورد گرم تفاوت چندانی با دیگر محصولات فولادی ندارد و شاید بخش اصلی و مهم در تولید این فولادها فرایند نورد سرد و فرایندهای عملیات حرارتی تعریف شده در نقاط بخش های مشخصی از فرایند تولید میباشد.
به صورت عمومی فولادهای الکتریکی به دو دسته زیر تقسیم میگردند:
- فولادهای الکتریکی با دانه های جهت دار GOES (Grain Oriented Electrical Steel)
- این نوع فولادها بیشتر در هسته تجهیزات ثابت (stationary) مانند ترانسفورماتورها کاربرد دارند.
- این فولادها دارای اندازه دانه بزرگتر بوده که خواص مکانیکی پایین تری را ارائه میکند اما در مقابل خواص مغناطیسی بهتری دارند.
- این نوع فولادها در جهت نورد خواص مغناطیسی بهتری را دارا هستند.
- فولادهای الکتریکی با دانه غیر جهت دار NOES (Nongrain Oriented Electrical Steel)
- این نوع فولادها بیشتر در تجهیزات دوار و متحرک مانند روتور و استاتور موتورها و مولدهای الکتریکی کاربرد دارد.
- خواص مغناطیسی در همه جهات یکسان هستند
- دانه های ریز (خواص مکانیکی بالاتر نسبت به فولادهای الکتریکی با دانه های جهت دار)
اهمیت تولید فولادهای الکتریکی (سیلیکونی) در ایران
همگام با رشد تولید و استفاده از خودروهای الکتریکی، نیاز کشور به تولید انرژی الکتریکی از طریق توسعه نیروگاهها به خصوص نیروگاهها با منابع انرژی تجدید پذیر مانند نیروگاههای بادی و آبی، نیاز به روزآوری تجهیزات مصرف کننده انرژی الکتریکی مانند لوازم خانگی که به علت فرسودگی بهره وری بسیار پایینی دارند، لزوم توسعه و به روزآوری شبکه های توزیع برق و دیگر موارد از این دست پیش بینی بازار مصرف فولادهای الکتریکی در ایران بسیار روشن و قابل توسعه میباشد، اما از سوی دیگر عدم تولید این فولادها درایران، کشور در وضعیت وابستگی به واردات این نوع فولادها قرار داده است بنابراین لزوم تولید این فولادها در کشور روز به روز بیشتر احساس میگردد.
شرکت نورد زرین گالوانیزه کاشان با نگاه تامین داخلی و خودکفایی ملی اقدام به احداث واحد نورد سرد خود با قابلیت تولید این نوع فولادها نموده است تا گامی مهم در راستای خودکفایی ملی و عدم وابستگی کشور به این نوع فولادها بر دارد.
همچنین مزیت های ذاتی فولاد ایران در کنار احداث این واحد میتواند علاوه بر تامین نیاز داخل امکان تبدیل شدن کشور به صادر کننده این نوع فولادها را در پی داشته باشد.