Оглавление.
1. Общая часть
1.1 Введение
1.2 Задание по курсовому проекту
1.3 Обоснование строительства отделения
2.Техническая часть
2.1 Требования предъявляемые к изотропной стали
2.2 Выбор марок стали
2.3 Влияние элементов на свойства стали
2.4 Влияние различных факторов обработки на улучшения технологических свойств ИЭС 3-й группы легирования.
2.5 Технологический процесс
2.6 Технико-экономическое обоснование выбранной технологии.
3. Расчет оборудования и проектирования отделения.
3.1 Технико-экономическое обоснование выбора основного, дополнительного и вспомогательного оборудования.
3.2 Расчет электрических нагревательных элементов.
3.3 Тепловой расчет термоагрегата.
3.4 Расчет количества оборудования.
3.5 Расчет производственных площадей, планировка, грузопотоки.
3.6 Определение количества и типов приборов контроля.
4. Механизация и автоматизация.
5. Организация труда и управление отделением.
6. Экономическая часть.
6.1 Расчет капитальных вложений по группам основных фондов.
6.2 Расчет капитальных вложений в нормируемые оборотные средства.
6.3 Баланс использования рабочего времени.
6.4 Расчет фонда заработной платы.
6.5 Калькуляция себестоимости термической обработки
7. Охрана труда. Охрана природы.
8. Список используемой литературы. Общая часть1.1 Введение
Изотропная электротехническая сталь применяется дляпроизводства электромашин, магнитопроводов, реле, дросселей, генераторов,преобразователей энергии.
В настоящее время в связи со значительным улучшениемкачества этой стали, объем производства и использования значительно вырос.
Изотропная электротехническаясталь по способу производства бывает горячекатаная и холоднокатаная.Горячекатаную сталь производят главным образом методом горячей прокатки листов надвухвалковых станах с нижним приводным валиком. Она имеет низкий уровеньмагнитных свойств и качество поверхности, не обеспечивающее коэффициентзаполнения пакетов магнитопровода выше0,93. С развитием непрерывной разливки стали, пуском в эксплуатацию непрерывныхвысокоскоростных широкополосных станов горячей и холодной прокатки,использование проходных печей для обезуглероживания и рекристаллизации металла,доля горячекатаной электротехнической стали в общем объеме производства быстроуменьшается. Себестоимость холоднокатаной стали значительно ниже, чемгорячекатаной.[1]
В процессе обработки наагрегате непрерывного действия рулоны ленты разматывают и протягивают черезпечь по опорным роликам при этом обеспечивается однородность свойств металла,все процессы протекают с большей скоростью. Внедрение непрерывных линийпозволяет механизировать и автоматизировать процессы, в результате чегодостигается высокая производительность труда.1.2. Задание по курсовому проекту
Проект термического отделениядля обезуглероживающего и рекристаллизационного отжига изатропнотехническойстали третий группы легирования в толщине 0,5 мм в условиях ЛПЦ-5 АОНЛМК годовая программа 120'000 тон.1.3. Обоснование строительства отделенияИзотропные электротехнические стали, с толщиной 0,5 мм, являются основнымматериалом для изготовления магнитоактивных частей машин, вырабатывающих илипреобразующих электроэнергию.
Улучшение магнитных свойствизотропных электротехнических сталей приводит к экономии электроэнергии.Поэтому во многих странах ведутся интенсивные исследования и делаютсязначительные капитальные вложения в оборудование и совершенствование технологииизготовления этих сталей.
Строительство отделенияобеспечивает правильное расположение цехов, участков источников снабженияводой, газом, а также удовлетворяет основному техническому решению,проектированию цеха, и основным технико-экономическим показателям.2. Техническая часть.2.1 Требования предъявляемые к изотропной стали.
По условиям работы электротехнических сталейтребуется высокая магнитная проницаемость и малые потери энергии приперемагничивании.
Потери энергии при перемагничивании зависят отплощади петли гистерезиса, то есть от остаточной индукции и коэрцитивной силы.Для уменьшения площади петли гистерезиса при высокой магнитной индукции должнабыть получена очень маленькая коэрцитивная сила.
Наиболее простым магнито-мягким материалом являетсяочень чистое железо. Но удельное электрическое сопротивление его мало, поэтомуоно может применяться там, где удельное сопротивление роли не играет. Крометого железо подвержено магнитному старению. Поэтому для изотропной стали необходимолегирования железа элементами повышающими удельное электросопротивление.Уровень магнитных свойств электротехнических сталей в значительной степенизависит от способа получения, хранения, толщины листов, характера структуры итекстуры металла.2.5. Технологический процесс.
Выплавку стали, с содержанием 0,8-3,2% кремния, проводят в электродуговойпечи или кислородном конвекторе. После горячей прокатки на толщину 2,0-3,0 мм, с нормализацией илибез нее, проводят однократную холодную прокатку на конечную толщину. Вдальнейшем холоднокатаный металл подвергаетсяэлектронно-лучевой обработке, в результате чего полоса нагревается доопределенной температуры. Мощность электронного пучка и доза облучениявыбирается с учетом температуры нагрева полосы. Продолжительность облучениязависит от размера зерна в стали перед обезуглероживающим отжигом. Послерадиационно-термической проработке проводится обезуглероживающий отжиг полосы винтервале температур 800-8500С с точкой росы +20-300С вазото-водородной атмосфере и конечный рекристаллизационный отжиг при температуре1000-11000С
Терморадиационная обработка ускоряет диффузионные процессы, интенсифицируетструктурно-фазовые превращения, приводит к модификации облучаемого материала.Нагрев металла пучком электронов уменьшает разнозернистость, способствуетразвитию текстурных компонент, благоприятных с точки зрения магнитных свойств,ориентировок.[4]
Сталь третьей группы легирования подвергалась горячей прокатке на толщину 2,25 мм, нормализации притемпературе 8500С с последующим травлением поверхности полосы всоляно-кислотном растворе. Затем осуществлялась холодная прокатка на толщину 0,5 мм ирадиационно-термическая обработка пучком электронов с заданной мощностью и доопределенной температуры. После этого образцы обезуглероживали при 8200Сс точкой росы +250С в атмосфере содержащей 95%N2+5%H2до содержания углерода 0,05%.Конечный рекристаллизационный отжиг проводился при температуре 10500Св сухом защитном газе 7 мин. В результате такой обработки получен размер зернав пределах 180-220 мкм.[4]
Принципиальная технологическаясхема производства холоднокатаной электротехнической стали 3 группы легированияв условиях ЛПЦ-5 представлена в таблице 1.
Таблица 1.
Предел
Вид обработки. Наименование
Подготовка горячекатаных рулонов.
С укреплением рулонов и обрезкой кромки.
Нормализация.
Отжиг горячекатаного подката.
Травление.
С дробеструйной обработкой без обрезки кромки.
Холодная прокатка.
На конечную длину или промежуточную толщину.
Подготовка холоднокатаных рулонов.
Подготовка с обрезкой кромки и обрезкой концов.
Термообработка.
Обезуглероживающий и рекристаллизационный отжиг + электроизоляционное покрытие.
Принцип функционирования агрегата термической обработки. Агрегат термическойобработки можно условно разделять на три участка: входной, центральный ивыходной.
Входной участок.
Обвязанные рулоны с весом до 30т. устанавливается мостовым краном настеллажи, находящиеся с обеих сторон загрузочной тележки.
Рулон автоматически центрируется по высоте перед разматывателем и устанавливаетсязагрузочной тележкой на барабан разматывателя (d=600 мм.).
Затем тележка отводится в исходное положение. Барабан разматывателярасширяется, прижимной ролик опускается на рулон для поддерживания первоговетка. Оператор обрезает обвязочную полосу пневматическими ножницами.
Благодаря вращению рулона полоса подается на тянущие ролики. Роликиприжимаются и полоса перемещается на позицию гильотинных ножниц. Эти ножницыиспользуются для обработки переднего и заднего конца полосы, и если надо дляудаления дефектных участков [5].
Передний конец полосы после обработки (конец 37 стр.) подается со скоростьюввода (30м/мин) на сварочную машину для роликовой сварки сопротивления.
Центровка полосы осуществляется с помощью передних боковых направляющихсварочной полосы и сварочной машины.
Во время сварки двух полос входной участок агрегата остановлен, вовремя когда полоса продолжает разматываться в печи тепловой обработки.
После сварки двух полос входной участок включается в нормальный режимработы, для подачи полосы на центральный участок. Подача полосы выполняется стакой скоростью, чтобы входной накопитель мог заново наполниться до максимума.
Максимальная скорость входного участка для накопления входного накопителядолжна быть 60 м/мин.
Даннаяскорость автоматически уменьшается до скорости обработки после накоплениянакопителя.
Перемещение в накопителе обеспечивается рольгангом и разделительнымиплечами.
Центровка полосы по отношению к продольной оси агрегата обеспечиваютсяцентрирующими роликами, а также направляющими роликами, установленными втележке накопителя.2.2 Выбор марок стали
К третьей группе легирования, принадлежат, стали ссодержанием кремния 1,8-2,8% (масс)
Таблица 2
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СТАЛЕЙ 3-ЙГРУППЫ ЛЕГИРОВАНИЯ изотропной электротехнической стали по ГОСТ 21427.2-83 ( %массовый.)
Мар-ка стали
C
Si
Mn
Al
P
S
Cr
Ni
Cu
N2
Ti
O2
2311.
2312.
0.04
1.6-1.9
0.1-0.3
0.3-0.6
0.03
0.01
0.2
0.3
0.3
0.015
0.025
0.005
Механическиесвойства должны соответствовать следующим требованиям [2].
Таблица 3
Магнитные свойства холоднокатаных электротехническихизотропных сталей ГОСТ 2142.2-83.
Марка стали
Р1,5/50,
Вт/кг
В2500,
Тл
sВ,
Тл.
R
d, %
sв, МПа
Кст, %
2311
2312
4,4
4,0
1,54
1,56
0,16
0,16
1
1
37
37
30-60
30-60
£4 2.3. Влияние элементов на свойствастали
Влияниеуглерода (С)
Углерод является наиболее вредной примесью вэлектротехнической стали.
Рис.1 Влияние примеси углерода на кривыенамагничивания железа.
Снижения углерода в стали на 0,015% в исследуемоминтервале 0,03-0,05% способствует уменьшению удельных потерь на 0,5Вт/кг. Иповышению магнитной индукции на 0,15Тл.[1]
Степень влияния углерода на магнитные свойствазависит от формы его выделения в твердом растворе в виде цементита.
Наиболее неблагоприятное влияние на магнитныесвойства оказывает выделение углерода в форме структурно свободных карбидов,расположенных внутри зерен феррита.
Форма выделений углерода зависит от скоростиохлаждения металла при горячей обработке. Медленное охлаждение способствуетвыделению углерода, а также дисперсных частиц и фиксации углерода в твердомрастворе. Последующее выделение углерода из твердого раствора вызываетмагнитное старение.
Выплавлять электротехническую сталь нужно как можнос меньшим содержанием С, но снижение его в стали до 0,03-0,02% сопровождаетсяинтенсивным насыщением ее кислородом и азотом.[1] Влияние кремния(Si)
Легирование кремнием повышает магнитнуюпроницаемость в слабых и средних магнитных полях, уменьшает коэрцетивную силу,потери на гистерезис и вихревые токи.
Кремний уменьшает растворимость С и азота в стали и снижает склонностьк ее магнитному старению. [1]
Вредное влияние кремния проявляется в снижениивеличины магнитной индукции насыщения.
Зависимость магнитной индукции от содержания кремнияуказана на рис.2
Рис.2. Зависимость магнитной индукции от содержаниякремния
Введение в сталь только 1% кремния снижает магнитноестарение до 6-8%.
Сталь содержащая 2% кремния и 0,002% углеродастановится чисто ферритной, что обеспечивает получение в металле крупного зернаферрита проведением отжига при 11000С без фазовойперекристаллизации.[1]Влияние алюминия.
Действие алюминия во многом аналогично действию кремния, так как онувеличивает электросопротивление и снижает индукцию насыщения почти до той жестепени, что и кремний. Сталь становится ферритной при 1% алюминия.
В то же время алюминий ухудшает технологичность стали при горячей ихолодной прокатках. Уже при 0,08% алюминия наблюдается большое количестводефектов на кромках горячекатаных полос. Повышение концентрации алюминияухудшает качество поверхности холоднокатаных полос.
Рис.3 Изменение удельныхпотерь в зависимости от концентрации кислоростворимого алюминия в стали.
С повышением содержания растворимого алюминия в стали до 0,03-0,05%удельные потери возрастают до максимального значения, при дальнейшем увеличениисодержания алюминия они снижаются.[1]Влияние азота.
Азот оказывает более вредные действия на магнитные свойства стали, чемуглерод ухудшения Uc и Р. происходит благодаря образованию мелкодисперсных нитридов и карбидов. Не менее вредно сохранения азота в твердомрастворе, в феррите являющегося причиной магнитного старения стали.
В стали этой группы легирования, легированной (кремний, алюминий, титанс азотом) связаны в стойкие нитриды. Это препятствует магнитному старениюметалла.Влияние меди и никеля
В процессе выплавки медь и никель враствор, так как они окисляются слабее железа. Увеличение содержания меди до0,5% приводит к снижению технологичности обработки стали при прокатки и квозникновению поверхностных трещин.
При небольших присадках никеля улучшаются пластические свойства сталипри горячей и холодной прокатке. Влияние никеля и меди на магнитные свойствастали при концентрации никеля-0,15% и меди-0,2% незначительные.[1]Влияние хрома
Хром существенно ухудшает магнитныесвойства металла, что объясняется образованием в стали устойчивых карбидовиз-за большого сродства его к углероду, чем к железу. Концентрация хрома встали не должна превышать 0,1%.[1]Влияние титана
Титан используют как модификатор. Онявляется сильным нитрообразующим. Титан подавляет склонность металла к старениюи сохранение высокого уровня магнитных свойств при содержании титана не более0,02%.[1]Влияние фосфора
Положительное влияние фосфора на уровеньмагнитных свойств связано с его расширяющим действием. Он обладает большимсродством с кислородом, что способствует очистки стали от этой же вреднойпримеси, действие которой проявляется в образовании устойчивых мелкодисперсныхоксидов ухудшающих магнитные свойства стали. В условиях производства изотропнойстали фосфор при нормализации способствует уменьшению удельных потерь и выходамарочности 2311 и 2312 содержащих 1,8-2,8% кремния.
При обезуглероживающе-рекристаллизационномотжиге в стали с содержанием фосфора 0,015% и кремния 1,8-2,8% происходитулучшение магнитных свойств но незначительно.2.4 Влияние различных факторов обработки, на улучшение технологическихсвойств изотропной электротехнической стали.
Улучшение магнитных свойств изотропных электротехнических сталей являетсяосновным способом приводящим к экономии электроэнергии.
Поэтому во всех развитых странах для повышения качества этих сталей ведутсяинтенсивные исследования и делаются значительные капитальные вложения воборудование и совершенствование технологии.
Исследования по совершенствованию технологии производства изотропныхэлектротехнических сталей проводят совместно АО НЛМК и ЛГТУ.
В данном разделе рассмотрены патенты на способы получения изотропнойэлектротехнической стали третьей группы легирования толщиной 0,5 мм с повышенноймагнитной индукцией в сильных полях при минимальной ее анизотропии и низкимиудельными потерями. Целью этих изобретений является интенсификация процессатермической обработки и улучшения магнитных свойств изотропнойэлектротехнической стали.
N п/п
Страна
Классификация и индекс
Наименование источника.
Наименование статьи авторы и дата опубликования.
Краткое содержание и основные положения статьи.
1
2
3
4
5
6
1
2
Россия
Россия
МКИ6 С21D8/12
МКИ6 C21D8/12
Патент N 2079559/02
Заявка на патент N94003489/02
Способ получения изотропной электротехнической стали.
Франценюк Л.И.
Шаршаков И.М.,
Логунов В.В.,
Гвоздев А Г.,
Карманов В.П.
АО НЛМК
Опубликовано 20.05.97. Бюл.N14
Способ получения стали с высокими электромагнитными свойствами и повышенной изотропией Франценюк И.В.,
Казаджан Л.Б.,
Настич В.П.,
Лосев К.П.,
Миндлин Б.И.,
Парахин В.И.
АО НЛМК
Опубликовано 10.10.95 Бюл.N28
Изобретение относится к металлургии, в частности к производству специальных сталей и сплавов, а именно к получению холоднокатаной изотропной электротехнической стали. Для улучшения магнитных свойств электротехнической стали, содержащей 0.6-3.2%SI, 0.3-0.6%Al, 0.01-0.05%C, после окончательного рекристализационного отжига на поверхность полосы стального листа наносят кремний содержащий порошок с обработкой ее электронно-лучевым способом и последующей термической обработкой, обеспечивающим получение в стали 8,5-8,0% кремния.
Использование: получение холоднокатаной полосы толщиной 0,5 мм из изотропной электротехнической стали с содержанием в масс. %: 0.8-3.3 Si, 0.1-0.5 Al, 0.03-0.06 C, 0.1-0.5Mn, 0.005-0.15 P, серы не более 0,006, хрома и никеля не более 0,006 каждого, меди не более 0,15, железо остальное по технологии с использованием агрегата непрерывного отжига. После холодной прокатки полосы в линии АНО обезжиривают, промывают и подвергают в проходной печи обезуглероживающему отжигу при температуре 800-10500С в азотоводородной атмосфере с регламентированным уменьшением по мере снижения концентрации углерода в металле отношения содержания паров воды к содержанию водорода Рн2о : Pн от 0,26 до 0,006, а нагрев до температуры начала обезуглероживания осуществляют в атмосфере с соотношением РНО.: РН. равным 0,4-0,6
1
2
3
4
5
6
3
4
Россия
Россия
МКИ6 C21D2/12
МКИ6
С21D8/12
Заявка на патент N94003490/02
Патент N4901799/02
Способ получения изотропной электротехнической стали.
Франценюк И.В.,
Франценюк Л.И.,
Гофман Ю.И.,
Рябов В.В.,
Настич В.П.,
Миндлин Б.И.,
Шаршаков И.М.,
Гвоздев А.Г.,
Логунов В.В.,
Заверюха А.А.,
Карманов В.П..
АО НЛМК Опубликовано 20.05.95 Бюл.N26
Способ получения электротехнической стали.
Гольдштейн В.А.,
Ницкая С. Г., Мизин В. И.
Эйнгорн Э. Я.,
Ивашин В.И.,
. Настич В.И.
Калинин В.И.
Миндлин Б.И.,
АО НЛМК
Опубликовано 27.09.95.БюлN27
Изобретение относится к области изыскания новых способов получения стали, в частности к получению изотропной электротехнической стали. В листах или рулонах толщиной 0,5 мм с повышенной магнитной индукцией. В сильных полях при минимальной ее анизотропии и низкими удельными потерями. Целями изобретения является интенсификация процесса термической обработки и улучшение магнитных свойств изотропной стали. Поставленная цель достигается проведением обезуглероживающего отжига радиоционно-термической обработки, потоком релятивистских электронов, позволяющих нагревать полосу с высокой скоростью в интервале 600-12000С. Эту обработку проводят после холодной проводят после холодной прокатки с последующим обезуглероживающим-рекристализационным отжигом, магнитная индукция увеличивается 0,05 Тл.
Способ включает горячую и холодную прокатку в промежуточной толщине 2,8-0,6мм проводят термическую обработку со скоростью 100-10000С/с на регламентируемых участках протяженностью, определяемой по зависимости: L=LИЗ(1-S/100)mA, где LИЗ-наминальная длина изотропного участка номинальная длина изотропного участка
Номинальная длина изотропного участка; S — величина обжатия при окончательной прокатке, %, А и100 постоянные коэффициенты, А абсолютная ошибка измерения, относительная величина которой равна 10%. Затем проводят окончательную прокатку с обжатием 40-87% и обезуглероживающий и высокотемпературные отжиги
5
Россия
МКИ6 C21D8/12
Патент N92010506/02
Способ изготовления изотропной и релейной электротехнической стали
Цырлин М. Б
Соколовский Н. Я
Николаев И.Н.
НПО Эста
.Опубликовано 09.07 95 Бюл.N19
.Изобретение относится к производству электротехнической стали и нелегированной тонколистовой стали. Предложенный способ включает в себя: горячую прокатку, двухкратную прокатку, с промежуточными и заключительными рекристаллизационными отжигами, содержание углерода в стали поддерживают в диапазоне 0,002-0,015%, а степень деформации второй холодной прокатки выполняют равной 0,6-1,2%
3.Расчет оборудования и проектирование отделения.3.1 Технико-экономическое обоснование выбора основного, дополнительного ивспомогательного оборудования.
Основное оборудование- это оборудование на котором выполняются основныеоперации термической обработки: печи, агрегаты с различными источниками тепла,установки для прямого нагрева током, оборудование для закалки.
Дополнительное оборудование служит для выполнения операций обработки:травильные баки, моечные машины, дробеструйные аппараты, оборудование дляконтроля продукции, сварочное оборудование.
Вспомогательное оборудование служит для получения контролируемых атмосфер.
Теплоэнергетическое силовое оборудование: двигатели, вентиляторы,компрессоры, насосы холодильные установки, трубопроводы, электросеть.[6]
Подъемно-транспортное оборудование включает в себя следующие виды краныи подъемники всех типов, конвейеры, транспортеры, электро-и мотокары, механизмызагрузки и разгрузи.
Применение в качестве основногооборудования агрегата непрерывного отжига, работающему по непрерывному режиму,более рационально, так как это увеличивает выпуск готовой продукции, повышаетпроизводительность агрегата, ускоряет процесс обезуглероживания, уменьшаетрасход тепла и потери металла. Поэтому в термических отделениях целесообразностроить и применять оборудование непрерывного действия.
В отделении непрерывного отжига в качестве источника тепла применяютэлектроэнергию. Это позволяет осуществлять тепловой режим термической обработкис точностью ±5%. Кроме того электрическиетермические печи имеют регулируемый тепловой режим. Срок службы электрическихпечей более длительный. Значительно облегчено обслуживание печи, так какотсутствует система боровов, труб, а также высокая культура производства и гигиенытруда.[6]3.2 Расчет электрических и нагревательных элементов.
Источником тепла в печи являютсяэлектронагреватели. Общая установочная мощность электронагревателей составляет6600 кВт.
Мощность одного электронагревателя 240 кВт: РНОМ=240 кВт
Так как мощность печи превышает 15 кВт, то печь конструируют трехфазной.Мощность одной фазы определяется по формуле:
РФ=РН/3=240/3=80 кВт (1)
Фазовое напряжение на концах нагревателя:
U=U/3=380/3=220В (2)Сила токапроходящего через нагреватель
I=103РФ/UФ=10 *80/220=363.6 А (3)
Сопротивление электронагревателей
Рф=Uф/103 Pф=2202/103*80=0.6Ом (4)
Выбираем ленточный электронагреватель. Нагревательные элементы должныобеспечивать бесперебойную длительную службу при заданном тепловом режиме.[7]
Поэтому необходимо выбирать материал в зависимости от максимальнойтемпературы нагрева и характера среды.
По таблице 4[7] выбираем материал Х20Н80Т3.
Толщина ленты определяется по следующей формуле
а=103Р2фr/2m(m+1)U2фn, (5)
Где r=1,31 Ом мм2/мудельное сопротивление материала (таблица 4 [2])
n=0,7 Вт/см2-удельнаяповерхностная мощность нагревателя.
M=8 -12-отношение ширины ленты к ее толщине, выбираем m=12
А=1058021,31/2*12(12+1)*22020,7=3,4мм (6)
По таблице 6 [9] принимаем максимальное значение а=3,2мм.
Длина нагревателя
L1=Rab/r=0.6*3.2*38.4/1.31=56.26 (7)
Длина трех нагревателей
Lобщ=l1*3=56.26*3=168.84 м (8)
Масса трех нагревателей
G=a*b*lобщg103, где (9)
g=8,4г/см3-плотность(табл.4[2])
G=3.2*38.4*168.84*8.4*10-3=174.28
кг
Проверяем поверхностную нагрузку
n=50*Рф /(а+b)*l1=50*80/(3.2+38.4)56.28=0.7 (10)
Сравнивая поверхностную нагрузку, рассчитанную с допустимой (таб.2[9])видно что она находится в пределах допустимой.
Ленточные элементы сопротивления располагаются обычно зигзагом настенках, своде и поде печи.[9]
Расстояние внутри зигзагов Р принимаем 17 мм. Высоту зигзагов принимаемравной 200 мм.,тогда А=183 мм.
Р — расстояние внутри зигзагов.
В — высота зигзага.
А — высота зигзага между центрами закругленной ленты.
И — шаг зигзага
Длина одного зигзага:
Lзигзага=2p*Р+2А, мм. (11)
Lзигзага=2