ورق سیلیکونی؛ ماده‌ای کلیدی در صنایع الکتریکی و مغناطیسی

ورق سیلیکونی یا به‌طور دقیق‌تر «ورق فولاد الکتریکی» (Electrical Steel) یا «فولاد سیلیسی» یکی از مهم‌ترین مواد اولیه در ساخت هسته‌های مغناطیسی ترانسفورماتورها، موتورهای الکتریکی، ژنراتورها و بسیاری از تجهیزات الکترومغناطیسی است. افزودن سیلیسیم (معمولاً ۱ تا ۶٫۵ درصد) به آهن خالص باعث بهبود چشمگیر خواص مغناطیسی و کاهش تلفات انرژی می‌شود؛ به همین دلیل این ورق‌ها به نام «سیلیکون استیل» یا «ورق سیلیکونی» معروف شده‌اند.

انواع ورق سیلیکونی

ورق‌های سیلیکونی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

1. ورق‌های دانه‌بلند (Grain-Oriented – GO) در این نوع، بلورهای فولاد در جهت نورد طوری تنظیم شده‌اند که نفوذپذیری مغناطیسی در جهت نورد بسیار بالا و تلفات هیسترزیس بسیار پایین است (تا ۰٫۵ وات بر کیلوگرم در فرکانس ۵۰ هرتز). این ورق‌ها عمدتاً در هسته ترانسفورماتورهای قدرت و توزیع استفاده می‌شوند. ضخامت رایج آن‌ها ۰٫۲۳، ۰٫۲۷، ۰٫۳۰ و ۰٫۳۵ میلی‌متر است.
2. ورق‌های دانه‌نابلند (Non-Grain-Oriented – NGO) خواص مغناطیسی در همه جهت‌ها تقریباً یکسان است. این ورق‌ها در ساخت روتور و استاتور موتورهای الکتریکی، ژنراتورها و تجهیزات دوار به کار می‌روند. ضخامت آن‌ها معمولاً از ۰٫۳۵ تا ۱ میلی‌متر متغیر است.

مزایای اصلی افزودن سیلیسیم به فولاد

• کاهش شدید تلفات هسته (تلفات هیسترزیس و جریان گردابی)
• افزایش مقاومت الکتریکی (تا ۵–۶ برابر فولاد معمولی)
• بالا بردن نفوذپذیری مغناطیسی
• کاهش ضخامت مورد نیاز برای همان ظرفیت مغناطیسی
• امکان کار در فرکانس‌های بالاتر با تلفات کمتر

پوشش عایق ورق سیلیکونی

برای جلوگیری از ایجاد جریان گردابی بین لایه‌های ورق در هسته، هر دو طرف ورق با لایه نازکی از مواد عایق (معمولاً فسفات معدنی یا پوشش‌های آلی-معدنی) روکش می‌شود. معروف‌ترین پوشش‌ها عبارتند از:

• C-3 و C-4 (پوشش‌های معدنی)
• C-5 و C-6 (پوشش‌های پیشرفته‌تر با مقاومت حرارتی و مکانیکی بالاتر)

گریدهای رایج در بازار ایران و جهان

• گریدهای دانه‌بلند چینی: 23Z110، 27Z120، 30Q120، 35Q135 (عدد اول ضخامت به صدم میلی‌متر و عدد دوم تلفات به وات بر کیلوگرم در ۱٫۷ تسلا و ۵۰ هرتز را نشان می‌دهد)
• گریدهای ژاپنی JIS: 23P90، 27P100، 30P105 (تلفات کمتر و کیفیت بالاتر)
• گریدهای کره‌ای Posco: HI-B سری (بهترین کیفیت و کمترین تلفات)
• گریدهای اروپایی (Thyssen، ArcelorMittal): M085-23N، M097-27P

کاربردهای اصلی

• ترانسفورماتورهای قدرت و توزیع (بیش از ۹۰٪ مصرف ورق دانه‌بلند)
• موتورهای الکتریکی صنعتی و خانگی
• ژنراتورهای بادی و نیروگاهی
• اینورترها و مبدل‌های فرکانس بالا
• راکتورها و اندوکتانس‌های بزرگ

نکات مهم هنگام خرید و استفاده

• توجه به مقدار تلفات ویژه (Core Loss) و چگالی شار اشباع (۱٫۸–۱٫۹ تسلا)
• بررسی یکنواختی ضخامت و صافی سطح
• کنترل میزان انحراف دانه‌ها در ورق GO
• رعایت جهت نورد هنگام برش و مونتاژ هسته

در سال‌های اخیر با توجه به الزامات بهره‌وری انرژی و کاهش تلفات شبکه برق، استفاده از ورق‌های سیلیکونی با تلفات پایین‌تر (HI-B و Laser Scribed) به شدت افزایش یافته است. در ایران نیز کارخانه‌هایی مانند فولاد مبارکه و شرکت‌های واردکننده تلاش می‌کنند نیاز صنعت ترانسفورماتورسازی را تأمین کنند، اما همچنان بخش قابل توجهی از ورق‌های باکیفیت از کشورهای چین، کره، ژاپن، روسیه و اروپا وارد می‌شود.

ورق سیلیکونی با وجود قیمت نسبتاً بالا، به دلیل کاهش چشمگیر تلفات انرژی در طول عمر ۳۰–۴۰ ساله ترانسفورماتور، یکی از اقتصادی‌ترین انتخاب‌ها در صنعت برق محسوب می‌شود و نقش مهمی در صرفه‌جویی انرژی و کاهش گازهای گلخانه‌ای دارد.