Piiteräkset ovat raudan ja piin ferriittisiä seoksia, joilla on magneettisia ominaisuuksia, jotka tekevät niistä hyödyllisiä moottoreissa ja muuntajissa. Piin lisäykset parantavat magneettista pehmeyttä ja lisäävät sähköistä ominaisvastusta. Niillä on myös ei-toivotut vaikutukset, jotka alentavat Curie-lämpötilaa, vähentävät kyllästymismagnetoitumista ja samenevat lejeeringin, kun piilisäyksiä ylittää 2 paino-%. Piin hauraat vaikutukset vaikeuttavat yli 3 painoprosenttia piitä sisältävien piiterästen valmistamista. Piiteräksiä valmistetaan kahdessa muodossa, erittäin teksturoituina raeorientoituneina seoksina ja seoksina, joissa rakeita ei ole suunnattu. Rakeiden suuntaus suoritetaan helpon magneettiakselin kohdistamiseksi.
Korroosion hallinta ja valvonta
Rauta-piianodit toimitetaan yleensä vakiokokoisina, esimerkiksi halkaisijaltaan 50 tai 75 mm:n ja 1,2 tai 1,5 metrin pituisiin kiinteisiin valukappaleisiin, ja ne on täydennetty kaapelin päällä. Nämä anodit on valmistettu valuraudasta, jonka piipitoisuus on korkea, 14–15 %, sekä pieniä prosenttiosuuksia seosaineita, kuten kromia.
Anodeja on saatavana suurennetuilla päillä, joissa langan päät on päätetty ja kapseloitu hartsilla ja lämpökutistuvilla suojakorkilla. Niitä on saatavana "yksi" tai "kaksois" versio, jossa on vastaavasti kaapeliliitäntä toisessa päässä tai yksi kummassakin päässä. Kaksipäiset anodit voidaan toimittaa useissa anodijonoissa yhdellä langalla per merkkijono.
Sentrifugikylmävalettu putkimainen anodi on saatavana myös halkaisijaltaan 55-170 mm ja pituuksina 1,5 ja 2,1 m keskuskaapeliliitännällä. On olemassa tietoja, jotka osoittavat, että kylmävaletut anodit ovat suorituskyvyltään tasaisempia, oletettavasti hienomman ja yhtenäisemmän raerakenteensa vuoksi, ja että kaapeleiden keskikytkentä johtaa korkeampaan anodin massan käyttökerroin, koska loppuvaikutukset eivät johda kaapeliliitännän päiden ennenaikaiseen kulumiseen.
Rauta-piistä, jossa on 4,5 % kromia, on tullut laajimmin käytetty rauta-pii-seos painevirta-anodeissa, mutta sitä tulisi käyttää vain, kun elektrolyytin kloridipitoisuus on merkittävä. Vähäkloridipitoisissa maaperässä kromiseokselle muodostuva sitkeä oksidikalvo, joka tuottaa sen alhaisen kulutusnopeuden merivedessä ja muissa kloridiympäristöissä, voi muuttua erittäin resistiiviseksi ja aiheuttaa näennäisen anodin/maaperän vaurioitumisen.
Rauta{0}}piianodien suurimmat haitat ovat niiden paino ja äärimmäinen hauraus, mikä johtaa korkeisiin kuljetuskustannuksiin ja mahdollisiin rikkoutumiseen valimosta katodisuojauspaikkaan, varsinkin jos tämä sijaitsee ulkomailla. Tätä anodia käytetään edelleen laajalti, koska sen suorituskyky on hyvin vakiintunut ja se kestää vaihtelevia käyttöolosuhteita.
KATODINEN SUOJAUS
TÄRKEIMMÄT PAINETUT VIRTA-ANODIT
Tärkeimmät vaikuttavat virran anodit ovat seuraavat:
VALURAUTA, JOLLA KORKEAN PIISÄTÖSTÖ
Rauta-piianodit koostuvat raudasta perusmetallina, jossa on noin 15 % piitä ja 1 % hiiltä, ja se on edelleen seostettu kromilla (5 %), mangaanilla (1 %) ja molybdeenillä (2 %). Maksimivirtateho on 50 A/m2 ja kulutus on 90-250 g/A/vuosi. Mo-pitoisia anodeja käytetään korkean lämpötilan väliaineissa.
Tyypillinen korkeapiipitoisen valurautaanodin analyysi on esitetty taulukossa 5.8. Yleensä käytetään maakatodisissa suojaussovelluksissa.
Tyypillisen piivaluanodin analyysi
| Elementti | Prosenttiosuus |
|---|---|
| Pii | 14,35 min |
| Hiili | 0,85 max |
| Mangaani | 0,65 max |
| Rauta | Levätä |
METALLIROMU
Sen etuna on halpa ja runsaasti saatavilla. Pehmeän teräsputki- ja kiskoromun sekä valurautaromun kulutusaste vaihtelee. Miedolla teräsromulla kulutusaste on 6,6-9,0 kg/vuosi ja valuraudalla 0,9-9,0 kg/vuosi. Terästä käytetään vanhojen rautateiden, putkien ja rakenneosien muodossa. Teräsromun kulutusaste on yleensä tasainen. Materiaalia on pääsääntöisesti saatavilla pitkien ohuiden osien muodossa, ja riippuen siitä asennetaanko nämä osat vaakasuoraan vai pystysuoraan, ne voivat kohdata maakerrostumia, joiden vastus on erilainen, mikä aiheuttaa epätasaista korroosiota. Valuraudalla on se etu, että se on poikkileikkaukseltaan paksu ja muodoltaan sellainen, että mikä tahansa kappale on enemmän tai vähemmän tasaisen resistiivisen maan päällä. Lisäksi grafiitin pinta paljastuu, kun ulkoinen rauta kuluu. Jäljelle jäävä rauta grafiitin muodossa toimii siksi grafiittianodina.
GRAFIITTIANODIT
Niiden etuna on pitkäkestoinen korroosiosuojaus, alhaiset huoltokustannukset ja korkea hyötysuhde. Tyypillinen anodin virrantiheys on 10,8 - 40,0 A/m2 (1,4 A/ft2). Kulutusaste on 0,225 - 0,45 kg (0,5 - 1,0 lb) vuodessa. Niillä on yleensä lieriömäinen muoto, vaikka on muitakin muotoja.
PLATINATITANI
Näitä anodeja käytetään suolaveteen tai makeaan veteen, jonka johtavuus on erittäin alhainen. Titaani kehittää tarttuvan oksidikerroksen, jolla on korkea sähkövastus. Oksidikerros estää korroosiota toimimalla esteenä. Titaani toimii inerttinä alustana platinalle. Platina kestää erittäin suurta virrantiheyttä ja sitä käytetään yleensä vain pienellä alueella. Platinakerroksen paksuus on yleensä 2,5 mikronia ja sen käyttöiän arvioidaan olevan 10 vuotta. Titaanilevyjä, joiden paksuus on 1-2 mm ja joissa on 2,5-5,0 µm platinakerros, voidaan ladata 10 A/dm2:llä tai vuosien ajan. Halkaisijaltaan 10-25 mm sauvaanodeja käytetään usein suojaamaan astioita, putkia, lauhduttimia, lämpööljyliittimiä jne. Virtatiheydet ovat jopa 50 A/ft2 (540 A/m2). Anodia on kuitenkin käytettävä matalalla jännitteellä.
LYYJYANODIT
Lyijyanodit valmistetaan erilaisista lyijylejeeringeistä, kuten Pb-1Ag-6Sb ja Pb-1Ag-5Sb-1Sn. Lyijyanodin tiheys on 11,0-11,2 g/cm3.
Pb-1Ag-6Sb:n kapasiteetti on 160-220 A/m2 ja kulutus 90 g/vuosi tai 0,009 kg/vuosi virrantiheydellä 10 A/ft2 (108 A/m2). Toisen anodin, joka sisältää 10 % Sn:ää ja 5 % antimonia, kapasiteetti on 500 A/dm2 ja kulutus on 0,3-0,8 kg/vuosi. Tällä seoksella on hyvät mekaaniset ominaisuudet ja se voidaan laajentaa mihin tahansa muotoon. Lyijy-hopea- tai lyijy-platina-anodeja, joiden halkaisija on 7,5 cm, pituus 75 cm ja paino 36 kg tai halkaisija 5 cm, pituus 180 cm ja paino noin 45 kg, käytetään pyöreinä anodien muodossa suojaamaan merirakenteita korroosiolta. Niitä käytetään myös laivojen suojaamiseen.
Muuntajat, sähkö
Ydinmateriaalit
Piiraudan käyttö magneettisena ydinmateriaalina otettiin käyttöön 1900-luvun alussa. Piipitoisella raudalla on suhteellisen korkea läpäisevyys, ja piin aiheuttama resistiivisyyden kasvu auttoi vähentämään loishäviöitä. 1930-luvun loppuun asti ohuita kuumavalssatun piiraudan levyjä, joita usein kutsutaan piiteräkseksi, käytettiin lähes yksinomaan muuntajan ytimissä. Koska kuumavalssatulla piiraudalla on suunnilleen samat magneettiset ominaisuudet kaikkiin suuntiin laminointien tasossa, pinotuille ytimille voitaisiin käyttää yksinkertaista 90 asteen limityskulmaliitosta.
1930-luvun lopulla muuntajia varten kehitettiin uusi materiaali, rakeinen piirauta. Tällä materiaalilla oli parantuneet magneettiset ominaisuudet vierintäsuunnassa, mutta huonommat suorassa kulmassa tähän suuntaan. Kuumavalssattu piirauta koostuu satunnaisesti suuntautuneista kiteistä tai rakeista. Tämä ominaisuus tekee ominaisuuksista samat kaikkiin suuntiin. Raeorientoidussa piiraudassa käytetyt lisäkylmävalssaus- ja lämpökäsittelyprosessit johtavat laminointeihin, joissa suuri osa kiteistä on orientoitunut laminointisuuntaan. Suunnatulla materiaalilla pinottujen hylsyjen kulmissa käytetään usein 45º päittäisliitosta liitoshäviöiden vähentämiseksi. Tällä hetkellä useimmat muuntajat käyttävät raeorientoitunutta materiaalia laminointipaksuuksissa, jotka ovat luokkaa 0,2-0,3 mm.
On mielenkiintoista huomata, että vaikka nykyisillä ytimissä käytetyillä magneettisilla materiaaleilla on kiteinen rakenne, tutkimus- ja kehitystyössä on uusi ei-kiteisten magneettisten metalliseosten luokka. Nämä ovat amorfisia metalleja, joiden amorfinen tila syntyy lejeeringin sulamisen erittäin nopeasta jäähtymisestä.
Amorfisten metalliseosten häviötasot ovat paljon pienemmät kuin rakeisten ydinmateriaalien. Koska näitä materiaaleja valmistetaan kuitenkin tällä hetkellä erittäin ohuena nauhana, niitä on helpompi levittää haavaytimille. Tällä hetkellä tästä materiaalista on valmistettu huomattava määrä jakelumuuntajia, joiden toimintaa seurataan kentällä.
