معرفة الفولاذ: فهم أساسيات الفولاذ الكهربائي

الفولاذ الكهربائي، المعروف أيضًا باسم فولاذ السيليكون، هو سبيكة مغناطيسية لينة أساسية تُستخدم في صناعات الطاقة والإلكترونيات والصناعات العسكرية. وهو أكثر المواد المعدنية الوظيفية إنتاجًا، ويُستخدم بشكل أساسي في نوى المحركات والمولدات والمحولات الكهربائية المختلفة. عملية إنتاجه معقدة، وتخضع تكنولوجيا تصنيعه لضوابط صارمة، وغالبًا ما تكون تقنيات الإنتاج الأجنبية محمية ببراءات اختراع، وتُعتبر عصب الأعمال. تُعد تكنولوجيا تصنيع الفولاذ الكهربائي وجودة منتجاته مؤشرين مهمين على مستوى إنتاج الفولاذ الخاص بكل بلد وتطوره التكنولوجي. في الصين، لا تزال كمية وجودة ومواصفات الفولاذ الكهربائي المدرفل على البارد غير كافية لتلبية متطلبات صناعة الطاقة (الكهربائية). توجد فجوة كبيرة في تكنولوجيا الإنتاج والمعدات والإدارة والبحث مقارنة باليابان.

مزايا الفولاذ الكهربائي

1. مقاومة كهربائية عالية : يتمتع الفولاذ الكهربائي بمقاومة كهربائية عالية، مما يجعله مناسبًا للغاية للمعدات والمكونات الكهربائية.
2. نفاذية مغناطيسية عالية : يتمتع الفولاذ الكهربائي أيضًا بنفاذية مغناطيسية عالية، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات المغناطيسية.
3. مقاومة التآكل والتآكل : يتمتع الفولاذ الكهربائي بمقاومة ممتازة للتآكل والتآكل، مما يجعله مناسبًا للاستخدام في البيئات المسببة للتآكل.

عيوب الفولاذ الكهربائي

رغم مزايا الفولاذ الكهربائي العديدة، إلا أن له بعض العيوب المحتملة التي يجب مراعاتها. ومن أهم هذه العيوب تكلفته العالية. إذ قد يكون سعره أعلى بمرتين أو ثلاث مرات من الفولاذ التقليدي، مما يجعله أقل جاذبية للاستخدام في العديد من التطبيقات.

من عيوب الفولاذ الكهربائي صعوبة معالجته. فهو صلب وهش، مما يُصعّب قطعه أو لحامه أو تشغيله آليًا. وهذا قد يزيد بشكل كبير من تكلفة ووقت تسليم المشاريع التي تتضمن الفولاذ الكهربائي.

أخيرًا، لا تتوفر دائمًا الأحجام والأشكال المحددة للفولاذ الكهربائي المطلوب لتطبيقات معينة. قد يؤدي ذلك إلى صعوبة في العثور على المواد المناسبة لمشروع معين، مما يؤدي إلى تأخير الجداول الزمنية وزيادة التكاليف.

التطبيقات الرئيسية للصلب الكهربائي

1. المحركات : في تصميم وتطبيق المحركات الصناعية، ومحركات الأجهزة المنزلية، ومحركات السيارات الكهربائية، يُستخدم الفولاذ الكهربائي كمادة أساسية. ويلعب دورًا حاسمًا في كفاءة المحركات وكثافة طاقتها واستقرارها التشغيلي.
2. المحولات : في تصميم واستخدام محولات التوزيع، ومحولات التيار، وأنواع أخرى من المحولات، يلعب الفولاذ الكهربائي دورًا أساسيًا. فهو يُساعد على تقليل خسائر القلب الكهربائي وتحسين كفاءة التشغيل، خاصةً في محولات الجهد المتوسط ​​والكبير، أو الجهد الفائق، حيث يكون الفولاذ الكهربائي عالي الجودة ضروريًا بشكل خاص.
3. تطبيقات أخرى : يستخدم الفولاذ الكهربائي أيضًا على نطاق واسع في نقل الطاقة، والفصل المغناطيسي، وأجهزة الاستشعار، وغيرها من المجالات، مما يوفر حلولاً مادية عالية الأداء.

خصائص أداء الفولاذ الكهربائي

• نفاذية مغناطيسية عالية : يتميز الفولاذ الكهربائي بنفاذية مغناطيسية عالية، مما يعني سهولة توصيله للتدفق المغناطيسي. هذه الخاصية تجعل الفولاذ الكهربائي مناسبًا جدًا للمحولات، حيث يُستخدم لتركيز التدفق المغناطيسي وتقليل فقد الطاقة.
• فقدان هستيريسيس منخفض : عند تعرض المواد المغناطيسية لمجالات مغناطيسية متغيرة، يحدث فقدان هستيريسيس. يتميز الفولاذ الكهربائي بفقدان هستيريسيس منخفض، مما يعني أنه قادر على تغيير اتجاهه المغناطيسي بسهولة مع أدنى حد من فقدان الطاقة. هذه الخاصية تجعل الفولاذ الكهربائي مثاليًا للمحركات والمولدات عالية الكفاءة.
• انخفاض فقدان التيار الدوامي : يحدث فقدان التيار الدوامي عندما يُحفّز مجال مغناطيسي متغير تيارات في الموصل. يتميز الفولاذ الكهربائي بانخفاض فقدان التيار الدوامي، مما يعني أنه قادر على توصيل الكهرباء بأقل قدر من فقدان الطاقة. هذه الخاصية تجعل الفولاذ الكهربائي مناسبًا بشكل خاص للتطبيقات عالية التردد مثل المحولات والمحاثات.
• قابلية تشكيل ممتازة : يتميز الفولاذ الكهربائي بقابلية تشكيل ممتازة، ما يعني إمكانية تشكيله بسهولة إلى أشكال هندسية معقدة دون تشقق أو كسر. هذه الخاصية تجعل الفولاذ الكهربائي مناسبًا جدًا للاستخدام في المحركات والمولدات التي تتطلب غالبًا أشكالًا معقدة.
• مقاومة ممتازة للتآكل : يتميز الفولاذ الكهربائي بمقاومة ممتازة للتآكل، ما يعني إمكانية استخدامه في البيئات القاسية دون أي تدهور. هذه الخاصية تجعل الفولاذ الكهربائي مثاليًا للاستخدام في البيئات البحرية وغيرها من البيئات المسببة للتآكل.

تصنيف الفولاذ الكهربائي

1. التصنيف حسب الخواص المغناطيسية : يُصنف الفولاذ الكهربائي إلى فئتين بناءً على خواصه المغناطيسية: الفولاذ الكهربائي غير الموجه، والفولاذ الكهربائي الموجه نحو الحبيبات. يتميز الفولاذ الكهربائي غير الموجه بخواص مغناطيسية موحدة، ويفتقر إلى اتجاه واضح في تركيبه الحبيبي. وهو مناسب للأجهزة الكهرومغناطيسية العامة، مثل المحركات والمولدات. أما الفولاذ الكهربائي الموجه نحو الحبيبات، فيتميز باتجاه واضح في تركيبه الحبيبي، مما يوفر نفاذية مغناطيسية أعلى وخسارة تباطؤ أقل. وهو مثالي للأجهزة الكهرومغناطيسية عالية الأداء، مثل المحركات عالية السرعة والمحولات عالية التردد.
2. التصنيف حسب طريقة المعالجة : يُمكن أيضًا تصنيف الفولاذ الكهربائي حسب طريقة معالجته إلى فولاذ كهربائي مدرفل على البارد وفولاذ كهربائي مدرفل على الساخن. يُعالَج الفولاذ الكهربائي المدرفل على البارد في درجة حرارة الغرفة، ويتميز بنفاذية مغناطيسية عالية وخسارة تباطؤ منخفضة. وهو مثالي للأجهزة الكهرومغناطيسية عالية الأداء، مثل المحركات عالية السرعة والمحولات عالية التردد. أما الفولاذ الكهربائي المدرفل على الساخن، فيُعالَج في درجات حرارة عالية، ويتميز بتكلفة أقل وسهولة تشغيل أفضل، مما يجعله مناسبًا لتصنيع الأجهزة الكهرومغناطيسية العامة.
3. التصنيف حسب التطبيق : يُمكن تصنيف الفولاذ الكهربائي حسب استخدامه إلى فولاذ كهربائي عالي الأداء وفولاذ كهربائي إلكتروني. يُستخدم الفولاذ الكهربائي عالي الأداء بشكل رئيسي في تصنيع معدات الطاقة، مثل المحركات والمحولات، حيث يتطلب فقدًا منخفضًا في الهستيريسيس ونفاذية مغناطيسية عالية. من ناحية أخرى، يُستخدم الفولاذ الكهربائي الإلكتروني بشكل رئيسي في الأجهزة الإلكترونية، مثل المستشعرات والمحاثات، حيث تُعد النفاذية المغناطيسية العالية وفقدانًا منخفضًا في الهستيريسيس أمرًا أساسيًا.

يمكن تصنيف الفولاذ الكهربائي بناءً على عدة عوامل، منها التركيب الكيميائي، والخصائص المغناطيسية، وطرق المعالجة، والتطبيقات. وتتناسب أنواع الفولاذ الكهربائي المختلفة مع مجالات تصنيع الأجهزة الكهرومغناطيسية المختلفة، وتتميز بخصائص فريدة وقيم تطبيقية فريدة. وفي تصنيع الأجهزة الكهرومغناطيسية، يُعد اختيار الفولاذ الكهربائي المناسب أمرًا بالغ الأهمية لتحسين أداء الجهاز وتقليل استهلاك الطاقة.