laminación
Introducción
La producción y distribución de energía eléctrica requiere de generadores y transformadores de electricidad.
Estos dispositivos están manufacturados a partir de laminaciones de aceros con características y propiedades
específicas, que faciliten la magnetización y reduzcan las
pérdidas eléctricas. Los aceros usados en la fabricación
de transformadores, al estar localizados en posiciones
estáticas, son fácilmente magnetizables en direcciones
específicas; los aceros destinados a la fabricación de generadores y alternadores requieren ser fácilmente magnetizables en el plano de la laminación. Estas características afectan el diseño y especificaciones de los aceros,
ya que un acero que pudiera desempeñarse en forma
efectiva en un transformador podría incurrir en altas pérdidas magnéticas [1-4].
Los aceros usados en la manufactura de dispositivos
eléctricos constituyen alrededor del 1% del total de acero producido a escala mundial. La mayor proporción de
estos aceros están aleados con diversos contenidos de
silicio, aunque en algunas ocasiones se emplea acero
con bajos contenidos de carbono[1-4]. La producción de
aceros eléctricos en el 2007 alcanzó los 14 millones de
toneladas métricas, de las cuales el 13% fue del tipo de
grano orientado y el restante no orientado (69% procesado y 18% semiprocesado)[5].
Las propiedades que requieren estos aceros son alta
permeabilidad magnética, para reducir el tamaño de los
dispositivos y reducir las pérdidas magnéticas asociadas
con el ciclo de histéresis de magnetización, alta resistencia eléctrica, para reducir las pérdidas asociadas con las
corrientes parásitas inducidas por el flujo eléctrico, y baja
magnetoestricción, para reducir el zumbido asociado a
transformadores de alta frecuencia. El nivel de pérdidas
magnéticas de los aceros afecta fuertemente su costo y
contribuye al calentamiento de los dispositivos. La resistencia eléctrica y la permeabilidad magnética del acero
se incrementan conforme aumenta el contenido del silicio en el acero, sin embargo, la adición de este elemento
se limita a niveles inferiores al 4% por su tendencia a endurecer y fragilizar al material a partir de la presencia de
fases ordenadas [6-9], que se indican en el diagrama de
equilibrio de Fe–Si [9-12], Fig. 1.
Figura. 1.
Sección del
diagrama de
fases
Fe-Si [9-12].
Los aceros destinados al sector eléctrico se clasifican
como de grano orientado o no orientados en base a su
textura cristalográfica. La ruta de proceso para un acero
de grano no orientado inicia desde el proceso de fabricación del acero y su vaciado, el proceso de laminación
en caliente, decapado y laminación en frío, ya sea en una
o dos etapas y un recocido intermedio, recocido final y
recubrimiento. Los aceros semiprocesados se ofrecen
generalmente al término de la segunda reducción en
frío. El recocido final se efectúa normalmente en piezas
cortadas o maquinadas en hornos con atmósferas oxidantes para asegurar la decarburización, crecimiento de
grano y oxidación de la superficie que imparten las óptimas propiedades magnéticas. Estos aceros se usan
ampliamente en la fabricación de motores fraccionales
y transformadores de baja potencia. El proceso seguido
para obtener aceros de grano orientado asegura obtener
una textura de fácil magnetización[13], Fig. 2, y se utilizan
en la fabricación de los núcleos de transformadores de
alta potencia, ya que el flujo magnético se mantiene a lo
largo de una sola dirección.
Figura 2. Magnetización del hierro en función de la orientación cristalina, según [13].
Laminación en caliente
El proceso de laminación en caliente se ha contemplado
tradicionalmente como una forma de reducir el espesor
de lingotes o planchones y obtener las dimensiones requeridas por la laminación en frío. Sin embargo, avances
en la metalurgia física y en el control del proceso han
modificado este punto de vista, por lo que el proceso en
caliente se utiliza para mejorar las propiedades y características de los aceros[14,15]. Los aceros eléctricos se usan
como piezas cortadas de hojas procesadas en frío o en
caliente y se conocen como laminaciones; la superficie
de estas piezas se oxida o recubre para reducir las pérdidas eléctricas debidas a las corrientes parásitas[4].
El proceso en caliente inicia con el recalentamiento en
hornos con diferentes tipos de combustibles[16,17]. Se
debe tener cuidado del contenido de azufre en el combustible, ya que puede ser absorbido por el acero, lo que
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