Pour accélérer votre projet, vous pouvez étiqueter les piles de laminage avec des détails tels que tolérance, matériel, finition de la surface, la nécessité ou non d'une isolation oxydée, quantitéet bien d'autres choses encore.
Vous êtes-vous déjà demandé ce qui permet à nos réseaux électriques de fonctionner comme ils le font ? Un matériau spécial, l'acier CRGO, en est le héros secret. Cet acier est placé à l'intérieur des transformateurs. Ces transformateurs alimentent nos maisons et nos villes en électricité. Cet article vous montrera l'ensemble du processus de fabrication de cet étonnant acier électrique. Nous expliquerons chaque étape délicate de manière simple et facile à comprendre. La lecture de cet article vous aidera à comprendre comment ce matériau spécial est fabriqué. Vous apprendrez également pourquoi il est si important pour ne pas gaspiller l'énergie.
Pour fabriquer de l'acier CRGO, il faut commencer par choisir les bonnes matières premières. Il s'agit principalement de fer très pur. Ce fer doit contenir très peu d'éléments indésirables, que l'on appelle des impuretés. Une impureté peut perturber le fonctionnement ultérieur de l'acier avec les aimants. Le processus de fabrication a besoin d'un départ très propre. C'est pourquoi le choix des meilleures matières premières est un élément très important de l'ensemble de la production.
Outre le fer, le silicium est un autre élément important. C'est pourquoi l'acier CRGO est une sorte d'acier au silicium. Une quantité exacte de silicium est ajoutée, généralement environ 3%. De minuscules quantités d'autres éléments sont également ajoutées. Ces éléments contribuent au processus de fabrication. L'objectif est de fabriquer un alliage d'acier parfait dès le départ. Toutes les étapes suivantes ne fonctionnent bien que si l'on commence avec les bons éléments. Ce contrôle au départ permet de s'assurer que le produit final présente une faible perte de noyau.
La composition de l'acier est choisie pour une bonne raison. Chaque élément du mélange a une fonction particulière. Comme nous l'avons dit, le matériau principal est le fer. Mais c'est l'ajout de silicium qui en fait un acier électrique spécial. Le silicium rend l'acier moins apte à transporter l'électricité. Cela peut sembler une mauvaise chose. Mais c'est en fait une très bonne chose pour cette utilisation. Il contribue à réduire les pertes d'énergie, appelées pertes par courants de Foucault. Cette propriété est très importante pour la fabrication d'un noyau de transformateur à haut rendement.
Il est extrêmement important de choisir la bonne composition de l'acier. Une petite erreur à ce stade peut entraîner de gros problèmes par la suite. Le matériau fini doit avoir de très bonnes propriétés magnétiques. Il doit permettre à l'énergie magnétique, appelée flux magnétique, de circuler facilement dans une seule direction. Cette capacité est appelée perméabilité élevée. Le bon mélange de fer et d'acier au silicium permet à l'acier d'avoir ces propriétés. L'ensemble du processus de fabrication est conçu pour fonctionner avec cette composition d'acier spéciale.
Une fois les matières premières récoltées, la première grande étape du processus de fabrication commence. Les matériaux sont placés dans un four géant. Le four utilise une grande quantité de chaleur. Cette chaleur fait fondre le fer et le silicium ensemble. Il en résulte un liquide chaud appelé acier en fusion. La température doit être surveillée de très près pendant ce processus de chauffage. Cela permet de s'assurer que tout fond pour former un alliage d'acier parfaitement mélangé.
Si l'acier est un liquide, il est également nettoyé. Les matières plus légères et les impuretés remontent à la surface. Cette couche supérieure s'appelle le laitier et elle est enlevée. Cette étape de nettoyage est très importante. Elle permet de s'assurer que l'acier final est très, très propre. Une fois nettoyé, l'acier en fusion est versé dans un grand moule. Il commence à refroidir et se transforme en un bloc d'acier solide. C'est ce bloc qui est utilisé pour toutes les étapes suivantes du processus de fabrication.
Le bloc d'acier est encore assez épais. Pour le rendre plus fin, il est soumis à un processus de laminage. La première fois que cela se produit, c'est lors du laminage à chaud. Le bloc est soumis à un autre processus de chauffage. Il est chauffé à une température très élevée. L'acier devient alors mou et très facile à façonner. Le bloc chaud est ensuite envoyé entre d'énormes rouleaux. Ces rouleaux appuient sur l'acier. Il devient ainsi beaucoup plus long et plus fin.
Cette étape se répète plusieurs fois. À chaque fois, la tôle d'acier devient un peu plus fine. Le processus de laminage à chaud est une étape normale de la fabrication de l'acier. Pour l'acier électrique CRGO, il prépare le matériau à la partie la plus importante du processus de fabrication : le laminage à froid. L'objectif à ce stade est de donner à l'acier l'épaisseur parfaite pour entamer l'étape suivante. La surface de l'acier est également préparée au cours de ce processus.
Le laminage à froid est l'étape qui rend l'acier CRGO si spécial. CRGO signifie Cold Rolled Grain-Oriented steel (acier à grains orientés laminé à froid). Ce processus est différent du laminage à chaud. Il est réalisé lorsque l'acier est à une température ambiante normale. Les tôles d'acier passent une nouvelle fois dans des rouleaux. Ce processus rend l'acier beaucoup plus fin. L'épaisseur finale des tôles d'acier est très importante pour leur fonctionnement. Un matériau plus fin permet de gaspiller moins d'énergie.
Mais la finesse de l'acier n'est pas la seule raison de cette étape. Le processus de laminage à froid apporte quelque chose de très spécial à l'intérieur de l'acier. Il modifie la façon dont les minuscules pièces métalliques, appelées grains, sont disposées. Ce processus fait en sorte que les grains pointent dans la même direction. C'est ce qu'on appelle l'orientation des grains. Cette configuration spéciale permet à l'énergie magnétique de se déplacer très facilement à travers l'acier dans cette seule direction. C'est la propriété secrète qui rend le noyau du transformateur si efficace. C'est cette étape délicate qui confère à l'acier à grains orientés laminé à froid ses étonnantes propriétés magnétiques.
Après le premier processus de laminage à froid, l'acier est très dur et plein de tension. Il faut l'assouplir avant de pouvoir l'utiliser dans les étapes suivantes. Cela se fait par un processus de traitement thermique appelé "recuit". Les tôles d'acier sont déplacées dans un long four pour être chauffées. La chaleur est surveillée et gérée avec le plus grand soin. Ce premier processus de recuit permet d'éliminer la tension dans le matériau.
Ce processus de chauffage et de refroidissement lent ne sert pas uniquement à rendre l'acier souple. Il permet également à la structure du grain de commencer à prendre forme. Les minuscules grains commencent à grossir. C'est la première étape de la création de la meilleure configuration des grains, nécessaire pour réduire les pertes magnétiques. Le processus de recuit est un élément très important de la fabrication d'un acier électrique de qualité supérieure. Sans ce traitement thermique, l'acier n'aurait pas les bonnes propriétés.
L'acier CRGO doit subir un autre processus de recuit spécial. Il s'agit du recuit de décarburation. La "décarburation" est un mot long qui signifie simplement "éliminer le carbone". Le carbone est une impureté dans l'acier électrique. Même un tout petit peu de carbone peut nuire au bon fonctionnement de l'aimant dans le noyau du transformateur. Cette étape du processus a pour but de l'éliminer.
Au cours de cette étape de recuit, les tôles d'acier sont chauffées dans un type d'air spécial. Cet air contient de l'hydrogène et de l'azote. L'hydrogène se mélange au carbone de l'acier et l'évacue sous forme de gaz. Cette étape rend l'acier très pur. Ce processus de recuit est indispensable pour obtenir un matériau présentant une perte d'hystérésis très faible. Une faible perte est l'élément le plus important pour l'acier utilisé dans le noyau d'un transformateur à haut rendement.
Une fois que l'acier est propre et que la structure du grain commence à se former, un revêtement spécial est appliqué. Ce revêtement est une couche très fine d'un matériau qui ressemble à du verre. Il est appliqué sur la surface des tôles d'acier. Ce revêtement a deux fonctions très importantes. Premièrement, il agit comme un mur pour arrêter l'électricité. Lorsque les tôles d'acier sont empilées pour former le noyau d'un transformateur, ce revêtement empêche l'électricité de passer d'une tôle à l'autre. Cela permet de réduire les pertes d'énergie dans le noyau.
La deuxième fonction du revêtement est de faciliter le dernier traitement thermique. Le revêtement exerce une traction sur la surface de l'acier. Cette traction aide la structure du grain à croître dans la bonne direction lors du dernier recuit. Cela permet à l'acier de mieux fonctionner avec les aimants. La qualité de ce revêtement est très importante pour le fonctionnement final de l'acier CRGO.
| Type de revêtement | Objectif principal | Comment cela aide |
|---|---|---|
| A base de phosphate (Carlite) | Isolation et tension | Arrête les courants de Foucault entre les feuilles dans le noyau. Tire sur la surface pendant le recuit final pour faciliter l'orientation du grain. |
| Revêtement organique | Protection supplémentaire contre la rouille | Peut être appliqué sur le premier revêtement pour protéger l'acier pendant le transport et le stockage. |
La dernière étape de l'obtention des propriétés spéciales de l'acier CRGO est le recuit final. Il s'agit d'un traitement thermique à très haute température. Les tôles d'acier revêtues sont déplacées lentement dans un four très long. La température est très élevée, presque assez chaude pour faire fondre l'acier. C'est ce dernier processus de chauffage qui permet d'obtenir la configuration parfaite des grains.
Au cours de ce recuit, les petits grains grossissent et deviennent de très gros grains. Et grâce au processus de laminage à froid et au revêtement, ces grains croissent dans une direction très spécifique et identique. C'est ce qui crée la propriété "orientée vers le grain". Cette longue structure de grains est comme une route rapide et facile pour l'énergie magnétique. Elle permet au flux magnétique de se déplacer sans que rien ou presque ne le ralentisse. La perte d'énergie est donc très faible. Après le chauffage à haute température, l'acier recuit est laissé à refroidir lentement. Cette opération permet de figer la structure parfaite du grain et de la rendre inaltérable. C'est ce processus de recuit final qui confère au matériau sa faible perte de noyau et sa grande perméabilité.
Après le recuit final, le processus de fabrication est presque terminé. Le long rouleau d'acier CRGO fini est contrôlé avec le plus grand soin. Ce processus d'inspection permet de s'assurer que le matériau est parfaitement adapté. Les personnes qui testent l'acier vérifient son épaisseur, l'aspect de sa surface et, surtout, ses propriétés magnétiques. Ils mesurent la perte de noyau pour s'assurer qu'elle est très faible. Ils vérifient également la perméabilité pour s'assurer qu'elle est très élevée. Seul l'acier qui est suffisamment bon pour chaque test peut être vendu.
Ce matériau spécial est principalement utilisé dans le noyau des transformateurs de puissance et de distribution. Les grands rouleaux d'acier électrique CRGO sont découpés en fines tôles d'acier de formes spéciales. Ces tôles sont ensuite empilées pour construire le noyau du transformateur. La direction du grain étant connue, le noyau est construit de manière à ce que le champ magnétique se déplace toujours dans cette direction facile. Cela rend le transformateur très, très efficace. Ce rendement élevé permet d'éviter le gaspillage d'une grande quantité d'énergie dans le monde entier. Le processus de fabrication délicat est réalisé pour une bonne raison : produire ce matériau qui permet d'économiser de l'énergie.
Pour accélérer votre projet, vous pouvez étiqueter les piles de laminage avec des détails tels que tolérance, matériel, finition de la surface, la nécessité ou non d'une isolation oxydée, quantitéet bien d'autres choses encore.
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