Hierro y acero conductivo

En la naturaleza, el hierro se encuentra en varios compuestos con oxígeno (FeO, Fd2O3, etc.). Es extremadamente difícil aislar el hierro químicamente puro de estos compuestos. En términos de propiedades eléctricas y magnéticas, el hierro químicamente puro está cerca del hierro purificado de impurezas por el método electrolítico (hierro electrolítico). La cantidad total de impurezas en el hierro electrolítico no supera el 0,03%.

Las principales impurezas del hierro son: oxígeno (O2), nitrógeno (N2), carbono (C), azufre (C), fósforo (P), silicio (Si), manganeso (Mn) y algunas otras. La mayoría de las impurezas ingresan al hierro desde el mineral y el combustible.

El silicio y el manganeso se introducen específicamente en el hierro como desoxidantes. Se combinan fácilmente con el oxígeno y forman óxidos, que en el hierro fundido (acero) flotan hacia la superficie en forma de escoria y se eliminan. Esto mejora las propiedades mecánicas de los aceros, pero, al permanecer en pequeña cantidad en el acero, reducen su conductividad eléctrica.

El azufre y el fósforo son impurezas nocivas. Al entrar en el hierro y el acero a partir del mineral y el combustible, provocan la fragilización de los aceros.Los gases (nitrógeno y oxígeno) también son impurezas nocivas, ya que deterioran las propiedades eléctricas y magnéticas del hierro y el acero.

Una impureza que reduce drásticamente la conductividad eléctrica del hierro es el carbono. Las aleaciones de hierro con carbono se llaman aceros. Además del carbono, los aceros también contienen otros elementos que se introducen específicamente para obtener determinadas propiedades (elementos de aleación).

Las cualidades técnicas del hierro son aceros bajos en carbono, cuyo contenido de carbono varía de 0,01 a 0,1%. En los aceros estructurales, el carbono está contenido en una cantidad de 0,07 a 0,7%, y en herramientas y otros aceros especiales (aleados), de 0,7 a 1,7%.

Hierro y acero: los materiales conductores más baratos y accesibles con alta resistencia a la tracción mecánica, pero su uso está limitado por las siguientes desventajas.

El hierro y el acero tienen baja resistencia a la corrosión, es decir, se oxidan fácilmente en el aire, se oxidan. Además, tienen un elevado resistencia (p = 0,13 — 0,14 ohmios x mm2/m) en comparación con el cobre y el aluminio. La resistencia eléctrica del hierro y el acero a la corriente alterna aumenta mucho porque el hierro y el acero son materiales magnéticos… Por lo tanto, la corriente se desplaza en gran medida desde la parte media del conductor a su superficie (efecto de superficie).

Para reducir este efecto y la magnitud de la resistencia eléctrica a la corriente alterna, se intenta utilizar aceros con la menor permeabilidad magnética posible.

Para la producción de alambre de acero, se utiliza acero con un contenido de carbono de 0,10 a 0,15%, que tiene las siguientes propiedades: densidad 7,8 g / cm3, punto de fusión 1392 — 1400ОС, resistencia máxima a la tracción 55 — 70 kg / mm2, alargamiento relativo 4 — 5%, resistencia 0,135 — 146 ohm hmm2 / m, coeficiente de temperatura de resistencia α = +0.0057 1/°C.

Para protegerlos de la corrosión atmosférica, los alambres de acero se cubren con una fina capa de cobre o zinc (0,016 — 0,020 mm).

Los alambres y varillas de acero también se utilizan como núcleos en alambres bimetálicosproporcionando ahorros significativos en cobre conductor. Los conductores bimetálicos se utilizan en dispositivos eléctricos (llaves de cuchillo, contactores, etc.).

Arroz. 1. Sección transversal de un alambre bimetálico

Arroz. 2. Sección transversal del alambre bimetálico de acero y aluminio: 1 — alambre de aluminio, 2 — alambre de acero

El alambre de acero galvanizado con alta resistencia mecánica a la tracción (130 — 170 kg / mm2) se utiliza como núcleo en alambres de acero y aluminio para aumentar su resistencia mecánica a la tracción.