Blog

Bilimsel olarak Fe-Si yumuşak manyetik alaşım olarak bilinen ve elektrik çeliği olarak da adlandırılan silikon çeliğin silikon içeriği 0,5% ile 6,5% arasında değişmektedir. Ağustosböceği kanatları kadar ince demir levhalara benzer, ancak mükemmel bir “hafıza”ya sahiptir ve alternatif manyetik alanda kolayca ısınmadan tekrar tekrar manyetize edilebilir. Yüksek manyetik geçirgenlik, düşük demir kaybı ve yüksek doygunluk manyetik indüksiyon yoğunluğu gibi üç önemli özelliği, onu motor, transformatör ve jeneratörlerin demir çekirdekleri için “eşsiz bir seçim” haline getirir. Bu malzeme olmadan, elektrik şebekesi her kilovat-saatlik elektriği verimli bir şekilde iletemez; bu malzeme olmadan, değişken frekanslı klimalar, yeni enerji araçları ve rüzgar türbinleri “boğa gibi nefes nefese kalır”.

02 Bir Asırlık Yolculuk – Silikonlu Çelik Teknoloji Yol Haritası

2.1 ◇ Sıcak haddeleme dönemi: Düşük karbonlu çelikten silikon çeliğe ilk sıçrama 1886 yılında, ABD’deki Westinghouse şirketi, transformatör çekirdekleri olarak 0,4% karbon içeriğine sahip düşük karbonlu çelik levhalar kullandı; bu durum, önemli ölçüde girdap akımı kayıplarına ve ciddi manyetik yaşlanmaya yol açtı. 1902 yılında, Almanya’dan Gumlich, az miktarda silikon ekleyerek direncin hızla arttığını, kayıpların önemli ölçüde azaldığını ve manyetik yaşlanmanın azaldığını keşfetti. Böylece sıcak haddelenmiş silikonlu çelik tarih sahnesine çıktı. Sadece birkaç yıl içinde düşük karbonlu çeliğin yerini aldı ve motorların ve transformatörlerin “temel bileşeni” haline geldi.

2.2 ◇ Soğuk Haddeleme Dönemi: Yönlendirilmiş Silikon Çeliğin “Eşsiz Özelliği” 1933 yılında Gauss, 3% Si çeliğinin haddeleme yönü boyunca manyetik özelliklerini en üst düzeye çıkarmak için iki aşamalı soğuk haddeleme ve tavlama işlemi uyguladı. 1953 yılında Japonya’nın Nippon Steel şirketi, soğuk haddelenmiş şeritlere AIN+MnS çift inhibitörleri ekleyerek bir adım daha ileri gitti. 1964 yılında, Japon elektrik çeliğini dünyanın zirvesine taşıyan “Hi-B” yüksek manyetik indüksiyonlu yönlendirilmiş silikon çeliğini piyasaya sürdüler. Yüksek kalınlık hassasiyeti, pürüzsüz yüzey ve düşük manyetik anizotropi gibi avantajlara sahip soğuk haddelenmiş yönsüz silikon çelik, küçük motorlarda destekleyici bir rol oynamaya devam etmektedir.

2.3 ◇ Çin’in Gidişatı: Taklitten Eşit Düzende İlerlemeye. 1952 yılında, Taiyuan Demir-Çelik Fabrikası, sıcak haddelenmiş düşük silikonlu çeliğin deneme üretimine öncülük etti. 1974 yılında, Wuhan Demir ve Çelik, Japon Hi-B patentini uygulamaya koydu ve 1979“da yerli üretim Hi-B, üretim hattından çıktı; bu ürün, günümüze kadar yerli oryantli silikonlu çeliğin ”temel dayanağı” olmaya devam etmektedir. Günümüzde Wuhan Demir ve Çelik, Baosteel ve Shougang üçlü bir rekabet ortamı oluştururken, üst düzey oryantli silikonlu çelik büyük miktarlarda ihraç edilmektedir. Çin’de üretilen elektrik çeliği, küresel pazar payının yarısını oluşturmaktadır.

03 Sınıflandırma ve Uygulama – Tek Bir Şema ile “Kim Kimi Kullanmalı” Sorusuna Yanıt Bulmak

3.1 ◇ Silikon içeriğine göre düşük silikonlu elektrik çeliği (Si<0,5%): elektromanyetik performans gereksinimleri düşük olan ev tipi küçük ev aletleri için uygundur; basit üretim süreci, düşük maliyet ve sade karbon çeliğiyle neredeyse “aynı üretim süreci”ne sahiptir.

Orta silikonlu elektrik çeliği (0,5% < Si < 4,5%): Motor ve transformatör çekirdekleri için ana malzeme olup, çeşitli kaliteleri ve karmaşık bir sistemden oluşur.

Yüksek silikonlu elektrik çeliği (4,5% < Si ≤ 6,5%): Yüksek frekanslı motorlar, bobinler ve manyetik ekranlama için “özel” olarak kullanılır. Oda sıcaklığında plastisitesi düşüktür ve şu anda yalnızca silikonlama teknolojisiyle ince şeritler halinde işlenebilmektedir.

3.2 ◇ Üretim yöntemi ve kristal yönelimine göre sınıflandırılan sıcak haddelenmiş elektrik çeliği: Bu tür, neredeyse tamamen kullanımdan kaldırılmıştır ve yalnızca düşük kaliteli laminasyonlarda kullanılmaktadır.

Soğuk haddelenmiş, yönsüz: 0,65–0,35 mm kalınlık, düşük manyetik anizotropi, yüksek delme katsayısı; çeşitli motorlarda yaygın olarak kullanılır.

Soğuk haddelenmiş tek yönlü (Goss): Taneler, haddeleme yönü boyunca kolayca manyetize olur; CGO çeliğinde sapma açısı 7° ve B8 ≈ 1,82 T’dir; Hi-B çeliğinde sapma açısı 3° olup, B8 ≈ 1,90 T'dir. Bu çelik, özellikle büyük transformatörler ve bobinler için kullanılır.

Soğuk haddelenmiş çift yönlü (kübik): Henüz endüstriyel üretime geçmemiş bir laboratuvar konseptidir.

Şekil 2, silikon çelik uygulamalarının küresel dağılımını göstermektedir: Transformatörler öne çıkarken, bunları motorlar yakından takip etmekte ve yüksek frekanslı cihazların kullanımı giderek artmaktadır.

04 Performans göstergeleri – demir kaybı ve manyetik indüksiyon “sert para birimi” niteliğindedir”

4.1 ◇ Demir kaybı P: Değişken manyetik alanda meydana gelen “ısı hunisi” tipi demir kaybı = histerezis kaybı Ph + girdap akımı kaybı Pe + anormal kayıp Pa.

Yönsüz silikon çelik: Ph, ürün yelpazesinin büyük bir kısmını oluşturur ve P1.5/50, değerlendirmenin temelini oluşturur.

Tahıl yönlü silikon çelik: Geçirgenlik (Pe) belirleyici faktördür ve P1.7/50, transformatörlerin sıcaklık artışı ile boş yük kaybını doğrudan belirler.

4.2 ◇ Manyetik indüksiyon şiddeti B: Demir çekirdeğin ne kadar manyetik alanı barındırabileceğini belirler. Bm değerinin artırılması, demir çekirdeğin kesit alanını küçültebilir, bakır telin ağırlığını azaltabilir ve uyarma akımını düşürebilir. Yönsüz malzemeler için B50 (5 kA/m) kullanılırken, yönlü malzemeler için B8 (T) kullanılır. Değer ne kadar yüksekse, o kadar “pahalıdır”.

4.3 ◇ Ek gereklilikler: Boyuna ve enine yönler arasındaki demir kaybı farkı ≤8% olmalı ve manyetik indüksiyon farkı ≤10% olmalıdır; böylece laminasyon sonrasında tutarlı bir performans sağlanmalıdır.

Ancak sıcak haddelenmiş levhanın şekli, soğuk haddelenmiş yüzeyin pürüzlülüğü ve yalıtım kaplamasının kalitesini tam olarak optimize ederek, düşük demir kaybı ve yüksek manyetik indüksiyona sahip bir “çift yüksek” ürün üretebiliriz.

05 Not gösterim yöntemi – “sayısal kodu” bir bakışta anlamak

Şekil 3’te, yurt içi üretimi olan yönsüz ve yönlü silikon çeliğin sınıflandırma kuralları üç kod dizisine ayrılmıştır: malzeme kodu + seri numarası + uygulama kodu; bu sistem basit ve hatırlanması kolaydır.

06 Gelecekteki Yön – Daha İnce, Daha Düşük, Daha Verimli

İnce kalınlıkta, düşük demir kaybına sahip, yönsüz silikon çelik: Bu çeliğin kalınlığını 0,35 mm daha azaltmak, demir kaybını 10% daha azaltabilir ve motor verimliliğini potansiyel olarak 2–3 yüzde puanı artırabilir.

Ultra düşük çekirdek kaybına sahip Hi-B yönlendirilmiş silikonlu çelik: Nippon Steel, 0,15–0,35 mm kalınlığındaki çeliği istikrarlı bir şekilde tedarik etmeyi başarmıştır. Japan Steel Tube Corporation, CVD silikonlama yöntemi kullanarak yüksek silikon içerikli ince şeritler üretmiştir ve Çinli üreticiler de bu alanda arayı kapatmaktadır.

Orta ve yüksek frekanslı enerji tasarruflu cihazlar için yüksek silikonlu çelik: 6.5% Si’nin “sihirli içeriği” hâlâ parıldıyor ve yüksek frekanslarda ısı üretiyor; yeni enerji araç motorları ve deniz tahrik sistemleri ise yeni rekabet alanları haline geliyor.

Yeni nesil devrim niteliğindeki teknoloji: nanokristal, amorf ve silikonlu çelik kompozitler, ultra hızlı soğutma (USAB) + nanometre inhibitörleri; demir kaybının P17/50 seviyesinin altına indirildiği yeni bir dönemin kapılarını açma potansiyeli.

Elektrik şebekesi daha çevreci, verimli ve dağıtık bir yapıya doğru dönüşürken, her bir kilovat-saatlik elektriğin hesaba katılması ve tasarruf edilmesi gerekmektedir. Motorların ve transformatörlerin “beyni” olarak işlev gören silikonlu çelik, malzeme açısından çağın en acil sorusuna yanıt arıyor: Çelik nasıl daha akıllı hale getirilebilir? Cevap, daha ince şeritlerde, daha düşük demir kaybında ve daha yüksek manyetik indüksiyonda yatıyor olabilir; bunlar, bir sonraki enerji devriminin başlangıç noktalarıdır.