فولاد سیلیکونی

فولادهای سیلیکونی آلیاژهای فریتی آهن و سیلیکون هستند که دارای خواص مغناطیسی هستند که آنها را در موتورها و ترانسفورماتورها مفید می کند. افزودن سیلیکون نرمی مغناطیسی را بهبود می بخشد و مقاومت الکتریکی را افزایش می دهد. آنها همچنین اثرات نامطلوب کاهش دمای کوری، کاهش مغناطیس اشباع، و کدر شدن آلیاژ زمانی که افزودن سیلیکون از 2 درصد وزنی فراتر می رود، دارند. اثرات شکننده سیلیکون تولید فولادهای سیلیکونی با بیش از 3 درصد وزنی سیلیکون را دشوار می کند. فولادهای سیلیکونی به دو شکل تولید می شوند، آلیاژهای دارای بافت بسیار بالا و آلیاژهایی که در آنها دانه ها جهت گیری ندارند. جهت گیری دانه ها برای تراز کردن محور مغناطیسی آسان انجام می شود.

مدیریت و کنترل خوردگی

آندهای سیلیکونی آهن معمولاً در اندازه‌های استاندارد عرضه می‌شوند، برای مثال برای ریخته‌گری‌های جامد با قطر 50 یا 75 میلی‌متر و طول 1.2 یا 1.5 متر، و با دم کابل تکمیل می‌شوند. این آندها از چدن با محتوای سیلیکون بالا، 14 تا 15 درصد، همراه با درصد کمی از عناصر آلیاژی مانند کروم ساخته شده اند.

آندها با سرهای بزرگ شده در دسترس هستند که در داخل آن دم های سیم خاتمه یافته و با رزین و کلاه های محافظ گرما انقباض پذیر محصور شده اند. آنها در یک نسخه "تک" یا "دو" با به ترتیب، یک اتصال کابل در یک انتها یا یک در هر انتها موجود هستند. آندهای دو سر را می توان در رشته های آند متعدد با یک سیم در هر رشته عرضه کرد.

آندهای لوله ای سرد سانتریفیوژ نیز در قطرهای 55 تا 170 میلی متر و در طول های 1.5 و 2.1 متر با اتصال کابل مرکزی موجود می باشد. داده‌هایی وجود دارد که نشان می‌دهد آندهای ریخته‌گری سرد در عملکرد خود سازگارتر هستند، احتمالاً به دلیل ساختار دانه‌ای ظریف‌تر و سازگارتر، و اینکه اتصال مرکزی کابل‌ها منجر به ضریب استفاده جرم آند بالاتری می‌شود، زیرا اثرات نهایی منجر به مصرف زودرس انتهای (های) اتصال کابل نمی‌شود.

آهن-سیلیکون با 4.5 درصد کروم به پرمصرف‌ترین آلیاژ آهن-سیلیکون برای آندهای جریان تحت تأثیر تبدیل شده است، اما تنها زمانی باید از آن استفاده کرد که محتوای کلرید الکترولیت قابل توجه باشد. در خاک‌های کم کلرید، لایه اکسیدی مقاومی که روی آلیاژ کروم تشکیل می‌شود و میزان مصرف کم آن را در آب دریا و سایر محیط‌های کلرید فراهم می‌کند، می‌تواند بسیار مقاوم شده و باعث شکست ظاهری بستر آند/خاک شود.

معایب اصلی آندهای سیلیکونی-آهن وزن و شکنندگی شدید آنهاست که به هزینه های حمل و نقل بالا و شکستگی احتمالی از کارخانه ریخته گری تا محل حفاظت کاتدی تبدیل می شود، به خصوص اگر در خارج از کشور واقع شده باشد. این آند هنوز به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد زیرا عملکرد آن بسیار خوب است و در برابر شرایط عملیاتی متفاوت مقاوم است.

حفاظت کاتدیک

آندهای جریان چاپی اصلی

آندهای اصلی جریان تحت تاثیر به شرح زیر است:

چدن با محتوای سیلیکون بالا

آندهای آهن-سیلیکون از آهن به عنوان فلز پایه با تقریباً 15٪ سیلیکون و 1٪ کربن تشکیل شده است که بیشتر با کروم (5٪)، منگنز (1٪) و مولیبدن (2٪) آلیاژ شده است. حداکثر جریان خروجی 50 A/m2 و میزان مصرف آن بین 90 تا 250 g/A/سال است. آندهای حاوی مو در محیط های با دمای بالا استفاده می شوند.

یک تحلیل معمولی از آند چدن سیلیکونی بالا در جدول 5.8 نشان داده شده است. به طور کلی برای کاربردهای حفاظت کاتدی زمین استفاده می شود.

تجزیه و تحلیل یک آند ریخته گری سیلیکونی معمولی

ضایعات فلزی

این مزیت ارزان بودن و در دسترس بودن فراوان است. میزان مصرف ضایعات لوله فولادی ملایم و ریل و ضایعات چدن متفاوت است. برای ضایعات فولادی نرم میزان مصرف 6.6-9.0 کیلوگرم در سال و برای چدن 0.9-9.0 کیلوگرم در سال است. فولاد در قالب خطوط راه آهن قدیمی، لوله ها و مقاطع سازه ای استفاده می شود. میزان مصرف ضایعات فولاد به طور کلی یکنواخت است. این ماده بیشتر به صورت مقاطع بلند و نازک موجود است و بسته به اینکه این مقاطع به صورت افقی یا عمودی نصب شده باشند، ممکن است با لایه های خاکی با مقاومت های مختلف مواجه شوند و باعث خوردگی غیر یکنواخت شوند. چدن دارای مزیت ضخیم بودن و شکلی است که هر قطعه در زمینی با مقاومت کم و بیش یکنواخت قرار می گیرد. علاوه بر این، با مصرف آهن بیرونی، سطح گرافیت در معرض دید قرار می گیرد. بنابراین آهن باقیمانده به شکل گرافیت به عنوان آند گرافیت عمل می کند.

آندهای گرافیت

آنها مزایای حفاظت ضد خوردگی طولانی مدت، هزینه های نگهداری کم و راندمان بالا را دارند. چگالی جریان آند معمولی بین 10.8 و 40.0 A/m2 (1.4 A/ft2) است. میزان مصرف بین 0.225 تا 0.45 کیلوگرم (0.5 و 1.0 پوند) در سال است. آنها معمولاً شکل استوانه ای دارند، اگرچه اشکال دیگری نیز وجود دارد.

پلاتین تیتانیوم

این آندها برای آب شور یا آب شیرین که رسانایی بسیار پایین است استفاده می شود. تیتانیوم یک لایه اکسید چسبنده با مقاومت الکتریکی بالا ایجاد می کند. لایه اکسیدی با عمل به عنوان یک مانع از خوردگی جلوگیری می کند. تیتانیوم به عنوان یک تکیه گاه بی اثر برای پلاتین عمل می کند. پلاتین می تواند چگالی جریان بسیار بالایی را تحمل کند و معمولاً فقط در یک منطقه کوچک اعمال می شود. لایه پلاتین معمولاً 2.5 میکرون ضخامت دارد و عمر مفید آن 10 سال تخمین زده می شود. ورق های تیتانیوم، ضخامت 1-2 میلی متر با لایه پلاتین 2.5-5.0 میکرومتر، می توانند با سرعت 10 A/dm2 یا در طی چندین سال شارژ شوند. آند میله ای با قطر 10 تا 25 میلی متر اغلب برای محافظت از مخازن، لوله ها، کندانسورها، پایانه های روغن حرارتی و غیره استفاده می شود. چگالی جریان تا 50 A/ft2 (540 A/m2) را می توان به دست آورد. با این حال، آند باید در ولتاژ پایین استفاده شود.

آندهای سرب

آندهای سرب از آلیاژهای مختلف سرب مانند Pb-1Ag-6Sb و Pb-1Ag-5Sb-1Sn ساخته می شوند. چگالی آند سرب بین 11.0 تا 11.2 گرم بر سانتی متر مکعب است.

Pb-1Ag{23}}6Sb دارای ظرفیت 160-220 A/m2 و نرخ مصرف 90 گرم در سال یا 0.009 کیلوگرم در سال با چگالی جریان 10 A/ft2 (108 A/m2) است. آند دیگر حاوی 10% قلع و 5% آنتیموان دارای ظرفیت 500 A/dm2 و میزان مصرف 0.3 تا 0.8 کیلوگرم در سال است. این آلیاژ خواص مکانیکی خوبی دارد و به هر شکلی قابل گسترش است. آندهای سربی-نقره ای یا سرب- پلاتین با قطر 7.5 سانتی متر، طول 75 سانتی متر و وزن 36 کیلوگرم یا با قطر 5 سانتی متر، طول 180 سانتی متر و وزن حدود 45 کیلوگرم به صورت آندهای گرد برای محافظت سازه های دریایی در برابر خوردگی استفاده می شود. آنها همچنین برای محافظت از کشتی ها استفاده می شوند.

ترانسفورماتور، برق

مواد اصلی

استفاده از آهن سیلیکون به عنوان یک ماده مغناطیسی در اوایل قرن بیستم معرفی شد. آهن سیلیسی نفوذپذیری نسبتاً بالایی دارد و افزایش مقاومت ناشی از سیلیکون به کاهش تلفات انگلی کمک کرد. تا اواخر دهه 1930، ورقه های نازک آهن سیلیکونی نورد گرم، که اغلب فولاد سیلیکونی نامیده می شد، تقریباً منحصراً در هسته های ترانسفورماتور استفاده می شد. از آنجایی که آهن سیلیکونی نورد گرم دارای خواص مغناطیسی تقریباً یکسانی در تمام جهات در صفحه لایه‌ها است، می‌توان از یک اتصال گوشه لبه ساده 90 درجه برای هسته‌های روی هم استفاده کرد.

در اواخر دهه 1930، یک ماده جدید، آهن سیلیکونی دانه گرا، برای ترانسفورماتورها ساخته شد. این ماده ویژگی های مغناطیسی را در جهت غلتش بهبود بخشیده بود، اما در زوایای راست نسبت به این جهت بدتر بود. آهن سیلیکونی نورد گرم از کریستال ها یا دانه هایی با جهت گیری تصادفی تشکیل شده است. این ویژگی باعث می شود که ویژگی ها در همه جهات برابر باشند. در آهن سیلیکونی دانه گرا، فرآیندهای نورد سرد اضافی و عملیات حرارتی مورد استفاده منجر به لایه‌بندی می‌شود که درصد زیادی از کریستال‌ها در جهت لایه‌کاری قرار می‌گیرند. در گوشه‌های هسته‌هایی که با مواد جهت‌دار روی هم چیده شده‌اند، معمولاً از یک اتصال لب به لب 45 درجه برای کاهش تلفات مفصل استفاده می‌شود. در حال حاضر، اکثر ترانسفورماتورها از مواد دانه گرا در ضخامت های لمینیت بین 0.2 تا 0.3 میلی متر استفاده می کنند.

جالب است بدانید که اگرچه مواد مغناطیسی فعلی مورد استفاده در هسته ها دارای ساختار کریستالی هستند، اما کلاس جدیدی از آلیاژهای مغناطیسی غیر بلوری در دست تحقیق و توسعه هستند. اینها فلزات بی شکلی هستند که حالت آمورف آنها از سرد شدن بسیار سریع از همجوشی آلیاژ ایجاد می شود.

آلیاژهای فلزی آمورف دارای سطوح تلفات بسیار کمتری نسبت به مواد هسته ای دانه دار هستند. با این حال، از آنجایی که این مواد در حال حاضر به صورت نوار بسیار نازک تولید می شوند، به راحتی روی هسته های زخمی اعمال می شوند. در حال حاضر تعداد قابل توجهی از ترانسفورماتورهای توزیع با استفاده از این ماده ساخته شده است و عملکرد آنها به صورت میدانی تحت نظارت است.