Проект термического отделения высокотемпературного отжига анизотропной электротехнической стали

Гипероглавление:
Аннотация
1. Общая часть1.1 Введение
1.2 Требования, предъявляемые к электротехническим анизотропным сталям согласно ГОСТ 21427.1 – 83
1.3 Патентный поиск
1.4 Обоснование строительства отделения
2. Технологическая часть2.1 Выбор марки стали
2.3.1 Текстура анизотропной электротехнической стали
2.3.2 Фазовые и структурные превращения в анизотропной электротехнической стали
2.3.3 Процесс образования ребровой текстуры в электротехнических сталях
2.4 Технологический процесс
2.4.1 Технико — экономическое обоснование выбранной технологии
3.2 Тепловой расчет термоагрегата
3.3 Расчет электрических нагревателей
3.4 Расчет количества оборудования по нормам времени и укрупненным показателям
3.5 Расчет производственных площадей, планировка отделения
4. Влияние скорости нагрева на величину зерна перед вторичной рекристаллизацией
4.2 Метод исследования микроструктуры
6. Организация труда и управление отделением6.1 Научная организация труда в проектируемом отделении
6.2 Управление проектируемым объектом
7. Экономическая часть7.1 Расчет капитальных вложений
7.1.1 Капитальные затраты на возведение здания
7.1.2 Капитальные затраты на возведение сооружений
7.1.3 Капитальные затраты на силовые машины и силовое оборудование
7.1.4 Капитальные затраты на рабочее оборудование
7.3 Определение штатов обслуживающего персонала
7.3.1 Баланс использования рабочего времени
7.4 Расчет фонда заработной платы
7.4.1 Фонд заработной платы рабочих, работающих по сменам
7.4.2 Фонд заработной платы ИТР
7.5 Калькуляция себестоимости термической обработки
8. Безопасность жизнедеятельности8.1 Краткая характеристика производственных зданий
8.1.1 Перечень основного и вспомогательного оборудования
8.2 Мероприятия по защите производственного персонала от опасностей и вредностей
8.3 Специальные требования безопасности при эксплуатации колпаковых печей
8.4 Расчёт сопротивления заземляющего устройства
9. Гражданская оборона9.1 Оценка устойчивости здания термического отделения к воздействию ударной волны
Библиографический список
--PAGE_BREAK--    продолжение
--PAGE_BREAK--1. Общая часть1.1 Введение


Электротехнические стали являются основным классом магнитно мягких материалов, используемых в машиностроении и трансформаторостроении. Широкое применение электротехнических сталей в этой области техники обусловлено высоким уровнем магнитных свойств и относительно низкой стоимостью по сравнению с другими магнитно мягкими материалами.

При непрерывном развитии техники, быстром увеличении производства электроэнергии значительно расширяется, область применения электротехнической стали. Сама технология производства электротехнической стали значительно изменилась. Рулонная холоднокатаная текстурованная и нетекстурованная доминирует над листовой горячекатаной сталью. Созданы и проектируются, новые марки стали с улучшенными магнитными свойствами.

Высокие магнитные свойства готовой электротехнической анизотропной стали, обеспечивается наличием в стали совершенной кристаллографической текстуры (110) [001] (ребровая текстура, текстура Госса), которая формируется в процессе вторичной рекристаллизации при высокотемпературном отжиге. Для протекания вторичной рекристаллизации необходимо, во-первых, создание уже при горячей прокатке стали определённой структурной и текстурной неоднородности и, во-вторых, наличие в металле дисперсных частиц ингибиторной фазы.

Получение необходимой кристаллографической текстуры в электротехнической анизотропной стали, достигается посредством реализации механизма структурной наследственности. Ингибиторная фаза задерживает нормальный рост зёрен, позволяя реализоваться процессу вторичной рекристаллизации.

В настоящее время существует три основных варианта производства электротехнической анизотропной стали: сульфидный, нитридный, сульфанитридный. Эти варианты отличаются химическими составами и режимами обработки.

Сульфидный вариант самый распространённый. Ингибиторной фазой в данной стали, является сульфид марганца. Основными технологическими операциями при производстве стали, по сульфидному варианту являются ограничение концентрации марганца, высокотемпературный нагрев перед горячей прокаткой, горячая прокатка, две холодные прокатки, разделённые рекристаллизационным отжигом. Конечная десульфурация металла до содержания серы 0,002%производится при высокотемпературном отжиге. Готовая сталь имеет магнитную индукцию в поле 800 А/м – 1,81 – 1,84 Тл.

Сталь нитридного варианта имеет повышенное содержание углерода, азота и меди. Ингибиторной фазой является нитрид алюминия. Основные операции после горячей прокатке – первая холодная прокатка, вторая холодная прокатка и высокотемпературный отжиг. Магнитная индукция в поле 800 А/м –1,85 – 1,89 Тл. При этом способе содержание азота в стали, колеблется в пределах 0,006 – 0,010%, алюминия 0,010 – 0,020%, а содержание серы, кислорода и других примесей должно быть минимальным (около 0,002 – 0,003%).Существенным отличием стали нитридного варианта от сульфидного является более низкий нагрев металла перед горячей прокаткой: (1250 °С, против 1400 °С).

Сталь сульфо-нитридного варианта имеет повышенное содержание (по сравнению с сульфидными) углерода и алюминия. Основные операции после горячей прокатки – нормализация, однократная холодная прокатка, обезуглероживающий отжиг и высокотемпературный отжиг. Магнитные индукции в поле 800 А/м – 1,89 – 1,94 Тл – являются самыми высокими дляготовой стали, что обеспечивается за счёт формирования сверхплотной дисперсной ингибиторной фазы в процессе термообработок (а не при горячей прокатке) и мощного силового воздействия на текстуру стали, каковой является однократная прокатка. Принципиально важным в данной технологии является наличие высокотемпературного нормализирующего отжига (1120 °С – 1150 °С) с жёстко регламентированным режимом охлаждения.

Производство холоднокатаной электротехнической анизотропной стали, получает все большеераспространение за рубежом. В больших количествах холоднокатаная сталь производится в США, Великобритании, ФРГ, Франции, Японии и Швеции.

По выпуску электротехнической анизотропной стали Россия занимает одно из ведущих мест в мире. Из нее делают сердечники для трансформаторов. Сердечники подвергаются перемагничиванию переменными токами. Изготовление сердечников из хорошо текстурованных сталей позволяет сократить габариты и вес трансформаторов, повысить их коэффициент полезного действия.

На первом месте в России по выпуску электротехнической анизотропной стали, находится Новолипецкий металлургический комбинат. Качество стали, выпускаемой НЛМК, удовлетворяет требованиям мировых стандартов. НЛМК экспортирует электротехническую анизотропную сталь во многие страны мира.

Повышение качества стали, связано, прежде всего, с уменьшением общих удельных потерь. Чтобы уменьшить эти потери детали машин и трансформаторов изготавливают из тонких листов толщиной от 0,15 до 0,35 мм. Эти листы имеют электроизоляционную оболочку. Применяют различные типы изоляций на поверхности анизотропных электротехнических сталей [1].

Электроизоляционное покрытие наносится с целью улучшения магнитных характеристик стали, уменьшения общих удельных потерь в стали, снижения шума в сердечниках трансформаторов большой мощности и размеров [1].

В целях более рационального использования электротехнической анизотропной стали, механизации, и автоматизации технологических процессов изготовления трансформаторов требуется, чтобы сталь готовилась в виде ленты. Ввиду этого электротехническая промышленность требует поставлять сталь в виде ленты. [1]. Ввод нового, более современного оборудования, а также совершенствование технологии выплавки стали, и других мероприятий способствует, значительному улучшению качества анизотропной электротехнической стали.


    продолжение
--PAGE_BREAK--1.2 Требования, предъявляемые к электротехническим анизотропным сталям согласно ГОСТ 21427.1 – 83


Изделия из электротехнической стали, работают в переменных магнитных полях, следовательно, генерируются вихревые токи. Они подвергаются быстрому перемагничиванию. Одним из основных требований, предъявляемых к электротехническим сталям, является минимальная величина потерь мощности на возбуждение вихревых токов и подмагничивание, отнесённая к единице массы стали – это ваттные потери или удельные потери. Свойства стали, определяются величиной и формой зёрен, текстурой, которые зависят от химического состава металла, от величины обжатий при холодной и горячей прокатке и термообработки. У электротехнической анизотропной стали большая величина магнитной проницаемости.

Электротехническую анизотропную сталь подразделяют:

по точности изготовления по толщине:

нормальной точности – Н,

повышенной точности – П

по точности изготовления по ширине:

нормальной точности,

повышенной точности – Ш;

по неплоскостности: на классы 1 и 2;

по серповидности (для рулонной стали и ленты):

нормальной точности,

повышенной точности – С;

по виду покрытия:

без покрытия (с металлической поверхностью),

без электроизоляционного покрытия (без дополнительного нанесения изоляции, но с грунтовым слоем) – БП,

с электроизоляционным термостойким покрытием – ЭТ,

с изоляционным покрытием, не ухудшающим штампуемость – М (мягкое),

с электроизоляционным термостойким покрытием, улучшающим штампуемость – ТШ,

электроизоляционным нетермостойким покрытием, улучшающим штампуемость – НШ;

по коэффициенту заполнения стали с покрытием на группы: А и Б;

по уровню остаточных напряжений:

с нормированными напряжениями – ОН,

без нормирования напряжений.

Рулонную сталь изготовляют толщиной 0,15, 0,27; 0,30; 0,35; 0,50; 0,70 и 0,80 мми шириной 650, 700, 750, 800, 865 и 1000 мм.

Размеры листов должны соответствовать указанным в таблице 1.
Таблица 1. Размеры листов


Резаную ленту изготовляют толщиной 0,15, 0,27; 0,30; 0,35 и 0,50 мм, шириной 90; 170; 180; 190; 200; 240; 250; 300; 325; 360; 400; 465 и 500 мм.

К основным требованиям относится также фиксированное содержание химических элементов, включений. Сталь должна содержать как можно меньшее количество вредных примесей.

В настоящее время во всех странах принят следующий химический состав электротехнической анизотропной стали в слитках (слябах):
Таблица 2. Содержание элементов в стали



Таблица 3. Влияние величины зерна на магнитные свойства электротехнической анизотропной стали



Листы, рулонную сталь и ленты изготавливают с обрезными кромками. Предельные отклонения рулонной стали и листов не должны превышать по ширине: нормальной точности +0,5%; повышенной точности +1,0 мм. Предельные отклонения листов по длине не должны превышать 0,5%.




Таблица 4. Предельные отклонения по ширине ленты



Масса одного отрезка в рулоне ленты должна быть не менее массы, вычисленной из расчёта 0,5 кг на 1 мм ширины ленты. Предельные отклонения по толщине стали должны соответствовать указанным в таблице 5.
Таблица 5. Предельные отклонения по толщине стали



Телескопичность рулонов не должна превышать: 5 мм – при ширине стали до 500 мм; 7 мм – при ширине стали 500 мм и более.

Отдельные витки не должны выступать более чем на пятикратную толщину стали. Один – два внутренних или наружных витка могут выступать над поверхностью торца рулона. Внутренний диаметр рулона должен быть (500 ± 10) мм. Наружный диаметр рулонов лент должен быть не более 1200 мм,рулонной стали – не более 1300 мм. Серповидность рулонной стали и ленты на 1 метр длины должна соответствовать таблице 6.
Таблица 6. Серповидность рулонной стали и ленты на 1 метр длины


Сталь изготовляют:

толщиной 0,15, 0,27; 0,30 и 0,35 мм – с покрытиями ЭТ и БП;

толщиной 0,50 мм – с покрытиями М, ТШ и НШ;

толщиной 0,70 мм – без покрытия и с покрытиями ТШ и НШ;

толщиной 0,80 мм – без покрытия.

Поверхность стали должна быть без ржавчины, отслаивающейся плёнки и окалины. Не допускается, на поверхности стали, изготовляемой без электроизоляционного покрытия, наличие налёта порошкообразных веществ, препятствующих нанесению изоляции. На поверхности стали, допускаются цвета побежалости и отпечатки глубиной или высотой, не превышающей 0,5 суммы предельных отклонений по толщине.

Основные требования по магнитным свойствам, предъявляемые к электротехнической анизотропной стали приведены в таблице 7.

В сталях с кубической текстурой анизотропия магнитных свойств минимальна. В настоящее время расширяется производство холоднокатаного листа с ребровой текстурой, а также с кубической.

Коэффициент старения по удельным магнитным потерям не должен превышать для стали марок 3311, 3411, 3412, 3413, 3414 и 3415 – 4%; для стали марок 3404, 3405, 3406, 3407, 3408 и 3409 – 2%. В случае превышения норм коэффициента старения сталь допускается аттестовывать маркой, соответствующей уровню потерь, измеренных на образцах после старения.
Таблица 7. Основные требования, предъявляемые к электротехнической анизотропной стали по ГОСТ 21427.1-83



Электроизоляционное термостойкое покрытие стали (ЭТ), нейтральное к трансформаторному маслу при 100 °С и маслостойкое при 150 °С, должно удовлетворять следующим требованиям:

толщина на одной стороне – не более 5 мкм;

коэффициент сопротивления – не менее 10 Ом × см2;

сохранять электроизоляционные свойства после нагрева до 800 °С в течение трёх часов в нейтральной атмосфере или после выдержки при температуре (820 ± 10) °С в течение трёх минут на воздухе;

не отслаиваться при изгибе образца.

Электроизоляционное термостойкое покрытие, улучшающее штампуемость (ТШ), должно удовлетворять требованиям:

не отслаиваться при изгибе образца;

иметь коэффициент сопротивления не менее 1,0 Ом × см2 (ТШ1);

сохранять указанное значение коэффициента сопротивления после нагрева до 700 °С в течение полутора часов в нейтральной атмосфере или 2 минуты на воздухе. Электроизоляционное нетермостойкое покрытие, улучшающее штампуемость (НШ), должно удовлетворять требованиям:

не отслаиваться при изгибе образца;

иметь коэффициент сопротивления не менее 20 Ом × см2 (НШ20);

сохранять указанное значение коэффициента сопротивления после нагрева до 200 °С в течение 24 часов.

Листы, рулонную сталь и ленты принимают партиями. Партия должна состоять из одного рулона, пачки листов или бунтов ленты из стали одной марки, одного размера и сопровождаться документом о качестве в соответствии с ГОСТ 7566 – 81. Контроль размеров, разнотолщинности, неплоскостности, серповидности, состояния поверхности и кромок, испытаний на перегиб, магнитных свойств, остаточных напряжений, качества покрытия проводят на каждом рулоне и пачке. Ленту и листы, полученные при разрезке одного рулона на заданную ширину и длину, испытывают как один рулон. Рулон, состоящий из стали двух партий, потребитель контролирует как один рулон. Определение коэффициента старения, коэффициента заполнения и сохранности электроизоляционных свойств покрытия изготовитель проводит периодически не реже одного раза в квартал на десяти рулонах или пачках. При получении неудовлетворительных результатов периодических испытаний, испытания переводят в приёмосдаточные до получения положительного результата на трёх партиях подряд. При изменении основных составов или технологии нанесения электроизоляционного термостойкого покрытия проводят типовые испытания нейтральности к трансформаторному маслу и маслостойкости на одном рулоне или пачке. При получении неудовлетворительных результатов проверки хотя бы по одному из показателей повторную проверку по нему проводят по ГОСТ 7566 – 81.

Для проведения испытаний от начала и конца каждого рулона отрезают длиной 1500 – 2000 мм, от пачки отбирают равномерно по высоте два листа. Размеры стали, проверяют измерительным инструментом, обеспечивающим необходимую точность измерения: толщину – микрометром (ГОСТ – 6507 90 или ГОСТ 4381 – 87), ширину – металлической линейкой (ГОСТ 427 – 75) или другими средствами измерения соответствующей точности.

Толщину каждого из отобранных для контроля отрезков или листов измеряют в четырёх точках, расположенных посередине каждой стороны отрезка или листа на расстоянии не менее 20 мм от кромок. Толщина в каждой измеряемой точке должна соответствовать установленным нормам. Разнотолщинность проверяют по результатам измерения толщины. Серповидность измеряют метровой линейкой в местах наибольшего отклонения боковой кромки отрезка ленты от прямой линии. Отклонение от плоскостности (неплоскостность), серповидность и разнотолщинность определяют по ГОСТ 26877 – 86.

Коэффициент заполнения стали должен соответствовать нормам, указанным в таблице 8.
Таблица 8. Коэффициент заполнения стали



Таблица 9. Влияние содержания неметаллических включений на магнитные свойства электротехнической анизотропной стали



Магнитные свойства стали марок 3405, 3406, 3407, 3408 и 3409 определяют на двух образцах, изготовленных отдельно из каждого отобранного отрезка. Марку стали, устанавливают по образцу, имеющему худшие магнитные свойства.

Полосы, составляющие образец, перед определением магнитных свойств должны быть подвергнуты отжигу. Рекомендуемый режим отжига: нагрев до температуры (800 – 820) °С с пребыванием до 10 минут в атмосфере, предохраняющей от окисления, или 3 минуты на воздухе, или отжиг в муфельной печи в нейтральной атмосфере при 780 – 800 °С, выдержка 1 час, охлаждение с печью до 300 °С.

При возникновении разногласий нагрев до температуры 800 – 820 °С с пребыванием в нейтральной защитной атмосфере от 1,5 до 3 минут для стали с электроизоляционным покрытием, не ухудшающим штампуемость, и стали без электроизоляционного покрытия и от 1,5 до 3 минут на воздухе для стали с электроизоляционным термостойким покрытием. Магнитные свойстваопределяет в аппарате Эпштейна по ГОСТ 12119-80. Для определения остаточных напряжений от любого отрезка отрезают образец испытаний магнитных потерь в листовых аппаратах по ГОСТ 12119 – 80. Остаточные напряжения по разности магнитных потерь до и после отжига образца, отнесённой к магнитным потерям отожжённого образца.

Для определения коэффициента старения образец после определения магнитных свойств подвергают старению по режиму: нагрев до 120 °С, выдержка 120 часов и вновь определяют удельные магнитные потери.

Коэффициент старения (Кст), %, вычисляют по формуле
Кст = (Р2 — Р1)/Р1 × 100,(1)
где Р1 и Р2 – удельные магнитные потери до и после старения.

Для определения прочности сцепления покрытия с металлом образец плотно прижимают к стержню диаметром 20 мм и плавно изгибают на 90° вокруг стержня. Образец считается выдержавшим испытания, если с его наружной стороны нет трещин и отслоений покрытия. Отслоения и трещины определяются визуально. Коэффициент заполнения определяют на образце, составленном не менее чем из 100 взятых для определения магнитных свойств полос, с которых перед испытанием снимают заусенцы. Образец спрессовывают равномерно по всей поверхности под давлением 0,35 Н/мм2. Высоту спрессованного образца измеряют с погрешностью не более 0,1 мм в четырёх противоположных местах. За высоту принимают среднее арифметическое результатов четырёх измерений.

Коэффициент заполнения (К) вычисляют по формуле
К=m/V× q, (2)
где m– масса образца, кг, определённая с погрешностью не более 0,005 кг;

V– объём образца после опрессовывания, определённый по результатам измерения пачки, м3;

q– плотность стали, кг/м3.

Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение

Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение – по ГОСТ – 7566 – 81 с дополнениями. Отдельные отрезки в рулоне должны быть соединены стыковой сваркой. Витки рулона в месте сварки не должны выступать более чем на пятикратную толщину стали и должны быть отмечены. Толщина сварки в месте сварки не должна увеличиваться более чем на ⅓ номинальной толщины. Резаную ленту, смотанную на одну моталку, допускается упаковывать без прокладок между рулонами. Допускается упаковывание в одну пачку листов и смотка в рулон двух полос разных партий одной марки и одного размера при условии надёжного разделения партий. На внутренний и наружный виток рулона и ленты наклеивают этикетки с указанием товарного знака предприятия – изготовителя, марки стали. Рулоны и пачки листов упаковывают в тару, обеспечивающую сохранность продукции, в соответствии с нормативно – технической документацией. Прокат транспортируется транспортом всех видов в соответствии с правилами перевозки грузов,действующими на транспорте данного вида. Транспортирование стали, железнодорожным транспортом, производят в крытых вагонах, на платформах или полувагонах всеми видами отправок.

Методика испытаний электроизоляционных покрытий электротехнической стали на нейтральность к трансформаторному маслу

Испытания проводят, путём выдержки пакета пластин стали с исследуемым покрытием в сосуде с трансформаторным маслом при температуре (100 ± 1) °С течение 1000 часов. Масса пакетов полос размером 280× 30 мм составляет 0,5 кг, масса масла – 0,3 кг. Одновременно проводится при тех же условиях старения проб чистого масла. Покрытие считается нейтральным к трансформаторному маслу, если тангенс угла диэлектрических потерь, кислотное число и содержание водорастворимых кислот и щелочей для масла, в котором находилась сталь с покрытием, не увеличились более чем на 15% по сравнению с характеристиками состаренного чистого масла.

Методика испытаний электроизоляционных покрытий электротехнической стали на маслостойкость

Маслостойкость электроизоляционного покрытия электротехнической стали, оценивается после выдержки в течение 168 часов пакета пластилин стали массой 0,5 кг и размером 280 × 30 мм в сосуде, содержащем 0,4 кг трансформаторного масла при температуре (150 ± 2) ºС. После выдержки пластины образца обезжириваются, и проверяется прочность сцепления покрытия со сталью при изгибе и коэффициент сопротивления изоляционного покрытия.
    продолжение
--PAGE_BREAK--1.3 Патентный поиск


Сведения по патентному поиску патентов по теме проекта за последние 4 года, т.е. за 1999 – 2004 года, представлены в таблице 10.


Таблица 10. Патентная проработка


    продолжение
--PAGE_BREAK--1.4 Обоснование строительства отделения


Важнейшими характеристиками, определяющими, качество анизотропной электротехнической стали, являются: высокая магнитная проницаемость и магнитная индукция, низкие удельные магнитные потери [2].

Резкое снижение ваттных потерь достигается путем повышения чистоты металла и получения совершенной текстуры в процессе передела литого металла на лист; в текстурированной стали ваттные потери более чем в два раза ниже, чем в нетекстурированных листах. Высокие электромагнитные свойства, низкие удельные ваттные потери и высокая магнитная индукция обусловливаются совершенной ребровой (110)[001] или кубической (100)[001] текстурой.

Наиболее распространенные анизотропные стали с ребровой текстурой (110)[001], в которых преимущественное направление намагничивания совпадает с направлением прокатки. Основным процессом, обуславливающим получение указанной текстуры, является вторичная рекристаллизация. В холоднокатаной анизотропной стали, вторичная рекристаллизация протекает при соответствующей термообработке – высокотемпературном отжиге (ВТО). В результате ВТО получают кристаллографическую магнитную текстуру высокой степени совершенства и оптимальный размер зерна. Кроме того, ВТО обеспечивает рафинирование металла от примесей и исключение возможности образования дисперсных частиц, снижающих магнитные свойства [2].

Таким образом, наличие отделения ВТО в прокатных цехах по производству анизотропной электротехнической стали, обосновывается необходимостью получения требуемых магнитных характеристик в стали.



2. Технологическая часть2.1 Выбор марки стали


Анизотропная электротехническая сталь, как и другие электротехнические стали, относится к классу ферромагнитных магнитно-мягких сплавов, которые характеризуются узкой петлей гистерезиса, малой коэрцитивной силой, высокой магнитной индукцией и проницаемостью, низкими потерями на гистерезис и вихревые токи. Она применяется в различных машинах и приборах, которые работают в переменных магнитных полях. Это говорит о том, что работа, затрачиваемая на перемагничивание, должна быть минимальной, так как она обуславливает потерю мощности и снижает коэффициент полезного действия машины [3]. Развитие электротехнической промышленности и радиотехники обусловило весьма широкое, и разнообразное использование анизотропной электротехнической стали, в связи, с чем в каждом отдельном случае к металлу предъявляют различные дополнительные требования [3]. Свойства анизотропной электротехнической стали, в значительной степени определяются чистотой по неметаллическим включениям, величиной и формой зерен, кристаллографической текстурой листа, которые, в свою очередь зависят, от особенностей химического состава стали и термообработки. С увеличением размеров зерен удельные потери снижаются. Границы зерен всегда имеют искаженную структуру (кристаллографическую решетку) и в промежутках между зернами распределяется магнитотвердая прослойка цементита и неметаллических включений, поэтому границы являются препятствием для прохождения магнитного поля [3]. Химический состав анизотропной электротехнической стали (заводской) после выплавки и после проведения высокотемпературного отжига приведен в таблице 11.


Таблица 11. Химический состав стали после выплавки и после проведения ВТО



Удельное электрическое сопротивление марок готового проката 3404 – 3414 составляет: 0,45 – 0,50 Ом × мм2/м; для марки 3311 составляет: 0,40 Ом × мм2/м.

Удельные ваттные потери Р1,5/50 для марок 3411 – 3414 составляет: 1,30 – 1,03 Вт/кг.

Магнитная индукция при намагничивании в магнитном поле для марок 3413 – 3415 В2500 составляет: 1,85 – 1,90 А/м.

Коэффициент старения по удельным магнитным потерям для марок 3404 – 3414 не более 6. Коэффициент заполнения в пакете составляет: 94 – 97%.

Плотность стали, марки 3311 составляет: 7650 кг/м3, а для марок 3404 – 3414 составляет: 7750 кг/м3.
2.2 Магнитные свойства
Электротехнические железокремнистые стали относятся к классу ферромагнитных магнитно мягких сплавов, которые характеризуются узкой петлей гистерезиса, малой коэрцитивной силой, высокой магнитной индукцией и проницаемостью, низкими потерями на гистерезис и вихревые токи, а также минимальными общими удельными потерями. Ферромагнетиками называются твердые вещества, обладающие при не слишком высоких температурах самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий – магнитного поля, деформации, изменения температуры.

Ферромагнетики в отличие от слабомагнитных диа — и парамагнетиков являются сильномагнитными средами: внутреннее магнитное поле в них может в сотни и тысячи раз превосходить внешнее поле.

Большой вклад в экспериментальное изучение свойств ферромагнетиков внес А. Г. Столетов. В своей докторской диссертации он исследовал зависимость намагниченности мягкого железа от напряженности магнитного поля. Предложенный им способ заключался в измерении магнитного потока в ферромагнитных кольцах при помощи баллистического гальванометра.

Ферромагнитные материалы в большой или меньшей степени обладают магнитной анизотропией, т.е. свойством намагничиваться с различной степенью трудности в различных направлениях.

Магнитные свойства ферромагнитных материалов сохраняются до тех пор, пока их температура не достигнет значения, называемого точкой Кюри. При температурах выше точки Кюри ферромагнетик ведет себя во внешнем магнитном поле как парамагнитное вещество. Он не только теряет свои ферромагнитные свойства, но у него изменяется теплоемкость, электропроводимость и некоторые другие физические характеристики.

Точка Кюри для различных материалов различна:

— для железа +770 С;

— для никеля +365 С;

— для кобальта +1130 С.

При намагничивании ферромагнетиков происходит небольшое изменение их линейных размеров, т.е. увеличение или уменьшение их длины с одновременным уменьшением или увеличением поперечного сечения. Это явление называется магнитострикцией, оно зависит от строения кристаллической решетки ферромагнетика.


2.3 Формирование структуры и текстуры анизотропной электротехнической стали
Свойства анизотропной электротехнической стали, в значительной степени определяются величиной и формой зерен, кристаллографической текстурой листа, которые в свою очередь зависят, от особенностей химического состава стали и термообработки.

С увеличение размера зерен оптимальные удельные потери снижаются. Границы зерен всегда имеют, искаженную кристаллическую решетку и в промежутках между зернами распределяется магнитотвердой прослойкой цементита и неметаллических включений, поэтому границы зерен являются препятствием для прохождения магнитного поля. Наряду с уменьшением магнитных и общих удельных потерь при увеличении размера зерен несколько возрастают электрические потери [3].


    продолжение
--PAGE_BREAK--2.3.1 Текстура анизотропной электротехнической стали
У поликристаллических материалов, кристаллы которых ориентированы случайно, магнитные свойства в различных направлениях практически одинаковы. В процессе производства листовой холоднокатаной трансформаторной стали в ней создается преимущественная ориентировка кристаллов — текстура стали, вызывающая анизотропию магнитных свойств. Текстура характеризуется совмещением диагональной плоскости куба с плоскостью прокатки и ориентацией ребра куба вдоль направления прокатки. Благодаря тому, что в решетке железа ребро куба является направлением легкого намагничивания вдоль направления прокатки, при такой текстуре магнитные свойства будут тем лучше, чем резче выражена текстура.

Следовательно, лучшие магнитные характеристики холоднокатаной трансформаторной стали получаются в направлении прокатки. В направлении, перпендикулярно прокатке, т. е. под углом 90° к направлению прокатки, располагается диагональ грани куба, т. е. направление более трудного намагничивания, и в этом направлении сталь обладает значительно худшими магнитными свойствами. Чем более текстурована сталь, тем выше анизотропия магнитных свойств. Холоднокатаная трансформаторная сталь имеет в направлении прокатки меньшие потери на гистерезис и вихревые токи и более высокую магнитную индукцию, чем горячекатаная сталь. Это объясняется текстурой стали. Высокие магнитные свойства холоднокатаной трансформаторной стали объясняются также крупным зерном феррита, которое получается в результате высокотемпературного отжига. Различают электротехническую сталь с ребровой текстурой или текстурой Госса и электротехническую сталь с кубической текстурой. В ребровой текстуре (110) [100] диагональная плоскость куба (110) совпадает с плоскостью прокатки, а направление — ребро куба [100] совпадает с направлением прокатки. Таким образом, направление легкого намагничивания в решетке железа [100] совпадает с направлением прокатки, направление трудного намагничивания [111] находится под углом 45° к направлению прокатки, а направление среднего намагничивания [110] — под углом 90° к направлению прокатки. Следовательно, магнитные свойства стали с ребровой текстурой зависят от направления, в котором они измеряются. Более высокая магнитная индукция и низкие ваттные потери у такой стали будут в направлении холодной прокатки.


2.3.2 Фазовые и структурные превращения в анизотропной электротехнической стали
Анизотропная электротехническая сталь является сталью ферритного класса, так как содержит около 0,04 (% масс.) углерода и около 3 (% масс.) кремния после выплавки.

После горячей прокатки в структуре стали под микроскопом можно наблюдать 3 – 5% продуктов распада аустенита, в виде перлитных строчек.

Следом за горячей прокаткой проводятся первая холодная прокатка и обезуглероживающий отжиг. При этом отжиге содержание углерода снижается до количества не выше 0,04 (% масс.), поэтому при дальнейшей обработке фазовые превращения в стали, не происходят. В результате лазерной обработки получается термодинамически неравновесная структура в объеме зоны, так и в объеме всего металла.

Неравновесность выражается в различие ориентировок (текстуре) и размере зерен, в различном содержании дефектов кристаллического строения и частиц неметаллических включений.

Большое значение имеет анизотропия электротехнических свойств магнитного материала, которая должна быть минимальной. Важной характеристикой анизотропной электротехнической стали, является ее склонность к старению в процессе работы в магнитах, т.к. старение приводит к увеличению потерь и ухудшению показателей работы трансформаторов.

При изготовлении трансформаторов важное значение имеют не только «внутреннее» качество материала, но и внешние параметры. Весьма жесткие требования предъявляются к качеству поверхности листа. Не допускаются грубые и средние поверхностные дефекты, окалина, царапины и т.д. Качество трансформаторов во многом зависит от технологии их изготовления. Важной является возможность отжига магнитопровода после штамповки листа и сборки, снижение толщины изоляционного покрытия. Применение термостойкого покрытия позволяет отжигать магнитопровод для снятия наклепа после штамповки и улучшения электротехнических свойств на 5 – 10%.

В настоящее время широкое развитие получил рулонный способ производства электротехнических сталей. Рассмотрим, влияние легирующих элементов на свойства электротехнической анизотропной стали.

Кремний

Легирование железа кремнием производится с целью изменения его магнитных и электрических свойств путем увеличения удельного электросопротивления, уменьшения констант магнитной кристаллографической анизотропии и магнитострикции, укрупнения величины зерна, энергичного раскисления жидкого металла в процессе выплавки и некоторой графитизации углерода [4].


Рис. 1. Диаграмма Fe– Si
Введение кремния в железо приводит к существенному увеличению удельного электросопротивления стали, большему, чем при введении других легирующих элементов. Так, при изменении содержания кремния от 1% до 4% удельное электросопротивление сплава возрастает в 2,5 раза, что приводит к соответствующему уменьшению потерь на вихревые токи [1]






Рис. 2. Влияние кремния на максимальную магнитную проницаемость mmax: 1 – отжиг при температуре 1000 °С; 2 – 1300 °С в водороде; 3 – 1300 °С вводороде с последующим охлаждением в магнитном поле)
Кремний ограничивает g-область на диаграмме «железо-кремний», а уже при 2,0 – 2,5 % стабилизирует a-твердый раствор. Это создает возможность, нагрева стали до высоких температур без фазовой перекристаллизации. Являясь сильным графитообразующим элементом, кремний способствует обезуглероживанию a-твердого раствора, переводя углерод из цементита в графит. Кремний способствует также росту зерна в процессе отжига.

Все это приводит к снижению величины коэрцитивной силы и тем самым к снижению потерь на гистерезис [1].

При содержании кремния около 6,5 (% масс.) имеет место наибольшее значение магнитной проницаемости (рис. 2), что связано с близким к нулю значением магнитострикции и малой постоянной магнитной анизотропии (рис. 3 и рис. 4).






Рис. 3. Влияние легирующих элементов на константу магнитной кристаллографической анизотропии (к1 )
К недостаткам кремния относится отрицательное действие на магнитную индукцию насыщения ( снижает) и механические свойства стали (рис. 5 и рис. 6).



Рис. 4. Влияние легирующих элементов на магнитострикцию насыщения (lS) железа




Рис. 5. Влияние легирующих элементов на индукцию насыщения (Bs) железа
Также снижается при введении кремния точка Кюри для сплавов железо – кремний.

Введение кремния положительно сказывается на коэффициенте магнитного старения, который снижается с 6 – 8 процентов при содержании кремния один процент до 2 – 3 процентов при содержании кремния 4 процента. Увеличение содержания кремния приводит, также к резкому снижению температурного коэффициента электрического сопротивления стали.

В связи с понижением пластичности при увеличении содержания кремния в стали, а также увеличением твердости и хрупкости, для холоднокатаных марок стали, используют содержание кремния не более 3,8 – 4 (% масс.), а для горячекатаных – не более 4,8 (% масс.).






Рис. 6. Влияние состава на температуру перехода из вязкого состояния в хрупкое для сплавов железо-кремний
Большое влияние кремний оказывает на механические, и технологические свойства стали, повышая предел текучести, предел прочности и твердость. Одновременно с повышением твердости, кремний сильно увеличивает хрупкость, что затрудняет холодную прокатку, и обработку стали. Поэтому сплавы с содержанием кремния больше 4,6 (% масс.) не имеют практического применения, несмотря на то, что удельные потери с дальнейшим повышением содержания кремния продолжают уменьшаться.

С возрастанием содержания кремния размеры ферритных зерен уменьшаются.Так, например, в горячекатаной электротехнической стали после высокотемпературного (1120°С – 1150°С) отжига в вакууме наблюдается следующая зависимость величины ферритных зерен от содержания кремния приведенная в таблице 12.




Таблица 12. Зависимость величины ферритных зёрен от содержания кремния



Углерод

Углерод является наиболее вредной примесью в электротехнической стали. С увеличением содержания углерода снижается проницаемость в слабых и средних полях, растет коэрцитивная сила, снижается магнитная индукция. Присутствие нескольких сотых долей процента углерода расширяет (a+ g) – область и сдвигает границы между (a+ g) – и a– областями к 5 – 6 (% масс.) Si(рис. 7). Наличие a«gпревращения может приводить к возникновению фазового наклепа, измельчению зерна и нарушению кристаллической текстуры, а следовательно, к росту коэрцитивной силы и снижению магнитной проницаемости. При малых количествах углерод, образуя твердый раствор с железом, увеличивает электрическое сопротивление сплавов, снижая потери на вихревые токи. Однако при этом возрастают потери на гистерезис и коэрцитивная сила.


Рис. 7. Влияние содержания углерода на положение фазовых областей a, a+ g, gдля сплавов железо-кремний


Степень отрицательного влияния углерода на свойства стали, определяется не только его содержанием в материале, но и формой, в которой он находится в сплаве, и дисперсностью включений карбидов. Коэрцитивная сила при изменении вида углерода как структурной составляющей может измениться в два раза. Когда углерод переходит из цементита в графит, магнитные свойства улучшаются [1].

В то же время при содержании в стали около 0,09% (масс.) углерода интенсифицируется развитие первичной рекристаллизации с образованием мелкозернистой структуры и обеспечивается формирование при окончательном отжиге совершенной ребровой текстуры.

Присутствие 0,02 – 0,05 процента углерода приводит к образованию при горячей прокатке аустенитной фазы, что является ключевым фактором в управлении процессами формирования ингибиторных фаз в сталях. Он оказывает существенное влияние на структуру, магнитные и пластические свойства анизотропной электротехнической стали.

При снижении содержания углерода в готовом листе магнитные свойства улучшаются. Большое значение имеет содержание углерода перед окончательным высокотемпературным отжигом. Увеличение содержания углерода даже до 0,05 (% масс.) вызывает значительное снижение магнитной индукции и увеличение удельных потерь. Ухудшение свойств листа при увеличении содержания углерода более 0,04 (% масс.) объясняется недостаточным обезуглероживанием при рекристаллизационном отжиге.

С увеличением содержания углерода размеры зерен феррита в анизотропной электротехнической стали, уменьшаются и в связи с этим ухудшатся магнитные свойства. Требуется значительное повышение температуры отжига, чтобы устранить вредное влияние углерода на рост зерен феррита.

Выделение углерода в горячекатаной анизотропной электротехнической стали в форме структурно-свободных карбидов оказывает вредное влияние не только на магнитные, но также и на пластические свойства. Присутствие на границах зерен структурно-свободных карбидов приводит к повышенной и неоднородной хрупкости (устраняется повторным отжигом в вакууме при температуре 800 – 900 °С.

Хром

Хром вносится в сталь с исходной шихтой, ферросилицием, а также при восстановлении окислов хрома из магнезитохромитовых огнеупоров футеровки печи. Повышение концентрации хрома в стали с 0,03 до 0,12 (%масс.) приводит к увеличению удельных потерь на 2 – 3 (%масс.) и незначительному увеличению магнитной индукции. Хром затрудняет обезуглероживание листа при отжиге. Карбиды хрома препятствуют росту зерен. Наиболее четко вредное влияние хрома проявляется на свойствах холоднокатаного листа толщиной 0,35 мм.Допустимым содержанием хрома считают 0,06% (масс.) [5].

Марганец

Марганец влияет на электрические и магнитные свойства электротехнических сталей: снижает индукцию насыщения, увеличивает константу магнитной кристаллографической анизотропии, обеспечивает рост удельного электрического сопротивления на 0,7 – 0,8 Ом × мм на каждый один процент вводимого марганца. Как карбидообразующий элемент марганец несколькоповышает потери на гистерезис [1].

Ощутимо влияние марганца на электротехнические свойства листа при его содержании в металле более 0,10 (% масс.). Марганец оказывает влияние на образование максимального количества аустенита при температуре 1150 °С. Увеличение аустенита заметно при небольших добавках марганца. Марганец является вредной примесью в анизотропной электротехнической стали и его удалению из плавки следует уделять большое внимание. Содержание марганца оказывает заметное влияние на фазовый состав стали. В результате фазовых превращений возникают напряжения в металле, и происходит измельчение зерен феррита. Как первое, так и второе ухудшает, магнитные свойства стали.

Марганец, как и углерод, стабилизирует g– фазу.

Введение марганца способствует повышению пластичности стали, обеспечивая, таким образом, возможность дополнительного легирования стали кремнием при сохранении хорошей технологичности и повышении магнитныхсвойств.

В анизотропной электротехнической стали обычно содержится 0,1 – 0,3 (% масс.)марганца [1].

Никель

Никель является, неизбежной примесью любой стали, т.к. его удаление из плавки невозможно ни при каких переделах. Он расширяет γ – область и в электротехнической стали, действует в направлении ухудшения ее свойств. При увеличении содержания никеля от 0,05 до 0,15 (% масс.) установлено незначительное ухудшение свойств листа. В настоящее время содержание никеля в электротехнической стали незначительно, и ограничивается 0,1 (% масс) [5].

Медь

С повышением содержания меди наиболее значительно изменяется магнитная индукция в слабых и средних полях. Медь увеличивает удельные потери, начиная с содержания 0,3 (% масс.) и особенно с 0,5 (% масс.). При выделении меди в чистом виде или в виде сернистых соединений образуются гетерогенные смеси, ухудшающие магнитные свойства анизотропной электротехнической стали [5].

Фосфор

Фосфор является активным структурно формирующим элементом, положительно влияющим на рост зерна феррита в железе и связанные с этим структурно чувствительные магнитные характеристики. Он повышает удельное электросопротивление железа, что должно оказывать положительное влияние на вихревую составляющую удельных потерь.

При концентрациях в пределах содержания в электротехнических сталях целиком входит в состав твердого раствора и не образует фосфидов.

С увеличением фосфора до 0,33% (масс.) средний линейный размер зерна увеличивается в два раза.

Фосфор резко сужает g– область в сплавах железо-кремний.

Фосфор существенно повышает удельное электросопротивление стали: с увеличением содержания фосфора до 0,33 (% масс.) удельное электросопротивление стали, увеличивается на 40 (% масс.).

С увеличением содержания фосфора площадь петли гистерезиса уменьшается, соответственно снижаются гистерезисные потери. Потери на вихревые токи также уменьшаются.

Магнитная проницаемость стали, увеличивается с увеличением содержания фосфора. На индукцию насыщения фосфор влияет незначительно.

Положительное влияние фосфора на уровень магнитных свойств связано с его рафинирующим действием. Он обладает большим сродством к кислороду, что способствует очистке, стали от этой вредной примеси.

Было изучено влияние фосфора, на уровень механических характеристик стали в отожженном состоянии. С увеличением содержания фосфора все прочностные характеристики стали повышаются.

Фосфор более интенсивно, чем кремний, упрочняет сталь. При содержании фосфора 0,33 (% масс.) холодная прокатка затрудняется из-за повышения жесткости металла. В связи с этим целесообразно содержание фосфора в стали ограничить пределом 0,12 – 0,20 (% масс.) [1].

Сера

По мере увеличения содержания серы в листах наблюдается повышение коэрцитивной силы, удельных потерь и снижение магнитной индукции в средних полях. Максимальная магнитная проницаемость по мере возрастания содержания серы также заметно снижается. С увеличением содержания серы размеры зерен феррита уменьшаются.

Вредное влияние серы можно объяснить тем, что при застывании анизотропной электротехнической стали, сера полностью выделяется из жидкого раствора в виде включений сернистого железа, сернистого марганца и ряда других соединений. Выделившиеся включения являются барьерами, препятствующими нормальному росту зерен феррита при отжиге.

Сера приводит к ухудшению не только магнитных свойств, но и технологичности стали вследствие красноломкости. С повышением в металле серы с 0,014 (% масс.) до 0,025 (% масс.) увеличиваются удельные потери на 0,5 Вт/кг [4].

Алюминий

Алюминий – активный раскислитель. При производстве электротехнической стали, алюминий используют наряду с кремнием. Кроме того, он способствует, росту зерна кремнистой стали и выделению углерода в форме графита. Алюминий увеличивает электросопротивление, уменьшает склонность стали к старению, а также резко уменьшает растворимость в стали кислорода и, в меньшей степени, азота. В то же время алюминий увеличивает хрупкость. Действие алюминия во многом аналогично действию кремния. Сталь становится ферритной при одном проценте алюминия. Однако укрупнение зерна феррита алюминием наблюдается до температуры отжига 850 °С.

При высокотемпературном отжиге (1100 °С – 1150 °С) магнитные свойства анизотропной электротехнической стали, при легировании алюминием, ухудшаются в связи с окислением алюминия и образованием глинозема. Размер зерна феррита в листах после ВТО заметно уменьшается с увеличением содержания алюминия. Это объясняется тем, что при ВТО в условиях недостаточной защиты металла от окисления образуются оксиды и нитриды алюминия, препятствующие, нормальному росту зерен феррита и ухудшающие магнитные свойства стали. Он также подавляет, склонность стали к старению благодаря связыванию азота в прочные нитриды.

Нитриды алюминия тормозят нормальный рост зерен, создавая условия для протекания вторичной рекристаллизации с образованием ребровой текстуры.

Алюминий, широко применяется, при производстве анизотропной стали по нитридному варианту, его влияние (при содержании 0,01 – 0,03 % масс.) связано с его способностью, образовывать с азотом трудно растворимые соединения – нитриды. Дисперсные нитриды алюминия, выделяясь в процессе нагрева, тормозят нормальный рост зерен, создавая условия только для роста ребровых зерен и, обеспечивая, таким образом, протекание вторичной рекристаллизации с образованием текстуры (110) [001]. Следовательно, при выплавке анизотропной электротехнической стали, предназначаемой для ВТО в вакууме, следует стремиться к тому, чтобы содержание алюминия в ней было минимальным. В этом случае алюминий не следует применять ни в предварительном, ни в окончательном раскислении. В ферросилиции, применяемом, для раскисления анизотропной электротехнической стали, содержание алюминия не должно превышать 0,6 – 0,8 (% масс.).

Алюминий резко снижает растворимость в стали кислорода.

Алюминий, ухудшает, технологичность стали при горячей и холодной прокатках. Уже при 0,08 (% масс.) алюминия наблюдается образование большого количества рванин на кромках горячекатаных полос. Повышение концентрации алюминия ухудшает также качество поверхности холоднокатаных полос.

В целом, полезное действие алюминия (в пределах 0,01 – 0,02 % масс.) связано с его положительным влиянием на текстурообразование [1].

Титан

Титан является вредной примесью в электротехнической стали. Он образует стабильные мелкодисперсные включения TiNи TiO2. Так же, как Al2O3, они стойки к высоким температурам отжига. То есть удаление этих фаз при ВТО практически невозможно.

На практике в промышленной анизотропной электротехнической стали, содержится 0,05 – 0,08 (% масс.) Ti. Поскольку титан имеет большое сродство к азоту, чем алюминий и кремний, то весь он будет находиться в виде нитридов, количество которых, не достаточно для того, чтобы титан был ответственным за текстурообразование. А наличие нескольких ингибиторов вследствие различных температур растворения и коагуляции отрицательно сказывается на процессе текстурообразования.

Кислород

Вредное действие кислорода проявляется в образовании мелкодисперсных оксидов (Al2O3, SiO2и т.д.), ухудшающих магнитные свойства стали. Кроме того, кислород может привести к образованию под корковых пузырей [4].

Водород

Отжиг листа в токе сухого водорода повышает электротехнические свойства листа, то есть способствует его обезуглероживанию и рафинированию от вредных примесей. Однако после того как водород выполнил свою функцию, его следует удалять из стали путем длительной выдержки или подогрева до 100 °С – 200 °С. Наличие водорода в металле вызывает изменение энергетических уровней атомов и переходов их из одного энергетического состояния в другое, что сопровождается ухудшением механических и магнитных свойств листа.

Азот

Влияние азота на качество анизотропной электротехнической стали весьма велико. Азот вызывает химическую и структурную неоднородность, может явиться причиной рваной кромки, измельчает зерно, портит текстуру и ухудшает электротехнические свойства листа. Увеличение содержания азота в готовом листе в десять раз (от 0,002 до 0,02 % масс.) увеличивает коэрцитивную силу и потери на гистерезис соответственно в 4 и 6 раз. Увеличение концентрации азота ведет к уменьшению магнитной индукции, а также к резкому расширению петли гистерезиса.

Азот является наиболее вредной примесью в стали. Азот увеличивает коэрцитивную силу, и удельные потери в стали благодаря образованию мелкодисперсных нитридов и карбонитридов. Сохранение же азота в твердом растворе (феррите) приводит, к магнитному старению стали. Это обусловлено выделением из пересыщенного твердого раствора метастабильного (Fe16 N2) и стабильного (Fe4 N) нитридов железа.

Азот используется, при производстве электротехнической стали по нитридному варианту. Выделение азота в виде нитридов в интервале протекания собирательной рекристаллизации при окончательном отжиге обеспечивает стабилизацию матрицы, и протекание вторичной рекристаллизации в анизотропной стали. Увеличение концентрации азота до 0,010% способствует совершенствованию текстуры и повышению магнитных свойств [4].

Неметаллические включения

Для оценки влияния примесей на магнитные свойства необходимо учитывать размеры включений и напряжения, которые создаются вокруг включений.

Неферромагнитные включения, находящиеся в ферромагнитном окружении, увеличивают магнитостатическую энергию, которая является наибольшей, когда размеры включений соизмеримы с шириной доменных стенок (доли микрометра). На рисунке показано изменение коэрцитивной силы от диаметра включений углерода.

Также магнитные свойства ухудшаются из-за наличия зоны искажений матрицы вблизи включений из-за различия коэффициентов термического расширения. Зона искажений может быть в несколько раз больше размера включений, и в этой зоне имеется повышенная плотность дислокаций. Из-за магнитоупругой энергии ферромагнетика происходит возрастание коэрцитивной силы. Наиболее вредными включениями по этой причине являются AlN, Si2N4, Al2O3, цементит и т.д.






Рис. 8. Зависимость коэрцитивной силы от размера включений углерода
Зависимость общих потерь от содержания примесей является более сложной. Если потери от гистерезиса возрастают с увеличением включений при одной дисперсности, то потери от вихревых токов, как правило, уменьшаются. Это связано с искажением доменной структуры и уменьшением размеров доменов.

Установлено также влияние примесей на структуро – и текстурообразование и магнитные свойства стали посредством их воздействия на твердость, то есть на уровень внутренней энергии при деформации.


    продолжение
--PAGE_BREAK--2.3.3 Процесс образования ребровой текстуры в электротехнических сталях
Первичная рекристаллизация приводит только к появлению в текстуре четкой компоненты {110} , но при этом последняя не является доминирующей. Превращение этой компоненты в основную происходит на стадии вторичной рекристаллизации, во время которой центры {110} растут быстрее, чем центры других ориентировок. Чтобы это произошло, границы основной массы зерен должны быть стабилизированы дисперсными частицами вторых фаз [6].

Необходимо чтобы частицы стабилизировали матрицу только до определенной температуры. Выше этой температуры выделения должны растворяться, чтобы могла начаться вторичная рекристаллизация. Количество и дисперсность выделений должны быть достаточными, чтобы задержать преждевременный массовый рост зерен, но и не чрезмерно большими, чтобы это препятствие снялось при высокотемпературном нагреве, иначе будет происходить «перестабилизация» матрицы. Существенны и требования к скорости растворения дисперсных частиц. Во избежание массового роста зерен скорость растворения выделений должна быть небольшой.

Таким образом, правильный выбор состава сплавов и технологических режимов обработки, обеспечивающих оптимальную стабилизацию структуры – важнейшее условие получение ребровой текстуры.

Формирование ребровой текстуры в электротехнической стали – результат протекания вторичной рекристаллизации [7].

Одним из условий для протекания вторичной рекристаллизации с образованием ребровой текстуры является торможение нормального роста зерен (так называемая «стабилизация матрицы»), которое в принципе может осуществляться:

а) при наличии дисперсной неметаллической фазы;

б) в условиях сегрегации примесных атомов на границах зерен;

в) под воздействием канавок термического травления (эффект толщины);

г) в условиях текстурного торможения.

В промышленной анизотропной электротехнической стали, стабилизация матрицы осуществляется включениями второй фазы.

Другим условием является исключение α↔γ – превращений при окончательном отжиге листов. Для развития процесса текстурообразования необходим определенный режим холодной прокатки, причем наиболее важное значение имеет степень деформации (ε) при последней прокатке. Оптимум ε приходится на 40 – 70% обжатия (при больших и особенно при малых обжатиях текстура ослабляется почти до полного подавления при деформациях, близких к кристаллическим).

Вторичная рекристаллизация в электротехнической стали сопровождается резким изменением преимущественной ориентировки от рассеянной многокомпонентной с главными составляющими типа {111} и {112} ± 15° к однокомпонентной {110} . В случае когда условия отжига неблагоприятны для развития вторичной рекристаллизации, например при высокой температуре, или большой скорости нагрева, в образующейся текстуре все равно усиливается составляющая {110} . Повышение термической устойчивости дисперсной фазы, которая обеспечивает протекание вторичной рекристаллизации, приводит к получению текстуры {110} с уменьшенным рассеянием.

В ходе первичной рекристаллизации зерна {110} возникают позже зёрна других ориентировок. Образование ребровой текстуры в анизотропной электротехнической стали, объясняется ориентационной зависимостью скорости роста кристаллитов. Т.е. в текстуре, которая создается после завершения первичной рекристаллизации листа, зерна {110} обладают более высокой эффективной подвижностью границ, что позволяет наиболее крупным из этих зерен в ходе нормального роста перед началом вторичной рекристаллизации превзойти по размеру зерна других ориентировок.

Ребровая текстура образуется при вторичной рекристаллизации вследствие того, что при окончательном отжиге на стадии первичной рекристаллизации и нормального роста зерен в ней формируется такая преимущественная ориентировка, при которой зерна {110} имеют границы с наиболее высокой эффективной подвижностью. Текстура матрицы, обеспечивающая развитие вторичной рекристаллизации с формированием текстуры {110} , должна состоять из 35 – 38% зерен с ориентировкой {111} , 48 – 50% {112} , 5 – 7% {110} и 7 – 10% {110} [10].

Следует обратить внимание на роль дисперсной фазы и сегрегации примесей на границах в обеспечении отбора ориентировок зерен, превращающихся в зародыши вторичной рекристаллизации. Частицы дисперсной фазы не только задерживают нормальный рост зерен, вызывая развитие вторичной рекристаллизации, их тормозящее действие обеспечивает сохранение текстуры, способствующей ускоренному росту крупных зерен с точной ориентировкой {110} и, следовательно, превращению в зародыши вторичной рекристаллизации именно этих зерен. Для получения ребровой текстуры существенно сохранение текстуры матрицы и во время вторичной рекристаллизации. Если ослабление тормозящей силы, связанное с растворением дисперсных частиц, окажется слишком значительным, в участках еще сохранившейся матрицы будет интенсивно развиваться нормальный рост зерен, что уменьшит скорость роста центров вторичной рекристаллизации с точной ориентировкой {110} вследствие изменения текстуры в этих участках. Кроме того, это приведет к возникновению зародышей вторичной рекристаллизации с ориентировкой, отклоняющейся от {110} .

Таким образом, отбор ориентировок крупных кристаллитов, происходящий на стадии их превращения в зародыши вторичной рекристаллизации во время нормального роста зерен, обеспечивает возможность образования ребровой текстуры при вторичной рекристаллизации в электротехнической стали. Формирование ребровой текстуры при вторичной рекристаллизации определяется не только избирательным ростом, но и ориентированным зарождением [7].

Зародыши вторичной рекристаллизации с ориентировкой {110} возникают, в листах холоднокатаной стали в подповерхностных слоях на глубине около 1/6 от толщины листа. На этих горизонтах поперечного сечения оказываются усиленной составляющая {111} текстуры матрицы вторичной рекристаллизации и уменьшенным средний размер зерна. В средних слоях листа условия менее благоприятны для формирования зародышей вторичной рекристаллизации. Благодаря этому в листе с удаленным поверхностным слоем вторичная рекристаллизация замедляется, а рассеяние ребровой текстуры возрастает. Крупные зерна {110} , находившиеся в подповерхностном слое горячекатаной полосы, при холодной прокатке и первичной рекристаллизации вновь дают зерна с точной ориентировкой {110}, которые в ходе высокотемпературного отжига и становятся зародышами вторичной рекристаллизации.

Образование ребровой текстуры при вторичной рекристаллизации в анизотропной электротехнической стали, обусловлено тем, что при нормальном росте, предшествующем вторичной рекристаллизации, кристаллиты с точной ориентировкой {110} растут быстрее зерен с другими ориентировками. Благодаря этому большинство зародышей вторичной рекристаллизации имеет точную ориентировку {110} . Кроме того, и в ходе вторичной рекристаллизации центры с точной ориентировкой {110} растут быстрее центров с отклоняющейся ориентировкой. Основная причина ускоренного роста зерен {110} как на инкубационном периоде, так и в ходе развития вторичной рекристаллизации – благоприятная текстура матрицы вторичной рекристаллизации, главная составляющая которой {112} обеспечивает границам зерен {110} повышенную эффективную подвижность [7].


    продолжение
--PAGE_BREAK--2.4 Технологический процесс


Технология производства анизотропной электротехнической стали – сложный процесс в черной металлургии, в котором сочетаются процессы выплавки, пластической деформации (горячей и холодной) и термической обработки. Рассмотрим, основные этапы технологического процесса производства анизотропной электротехнической стали.

Электротехническая анизотропная сталь по сортаменту, магнитным свойствам, типу и коэффициенту сопротивления покрытия должна соответствовать требованиям контрактов и заказов.

Технические требования, правила приемки, методы испытаний, маркировка, упаковка, транспортирование и хранение должны соответствовать отечественным и зарубежным стандартам (ГОСТ 21427.1-83, GB/T2521-1996, ТУ 14-106-612-2001, ТУ 14-106-700-2003, ТУ 14-106-618-2001, ТУ 14-106-553-2001, EN10107, ASТМ А876М, JIS 2553, DIN 46400/3 и др.).

Для производства электротехнической анизотропной стали используются: горячекатаный подкат из ЛПЦ-3 выплавки ККЦ-1, холоднокатаный или обезуглероженный подкат толщиной 0,70 мм обработанный по схеме ККЦ-1 — ЛПЦ-3 — ЛПЦ-2.

Холоднокатаный подкат должен удовлетворять следующим требованиям:

— неплоскостность полосы после прокатки должна быть не более 6 мм на 1 м;

— в поперечном сечении толщина в середине и в точке, отстоящей от кромки на расстоянии 15 мм, не должна иметь разницу более 0,02 мм;

на прокатанной полосе не допускаются отпечатки валков глубиной (высотой) более 0,02 мм, сквозные дыры;

— толщина на концевых участках полос должна быть не более 0,75 мм для подката толщиной 0,70 мм. Длина утолщенных участков должна составлять не более 30 м (контролируются по диаграммам толщины).

— прокатанный рулон должен быть обвязан по периметру обручной лентой и замаркирован с сохранением исходного номера перед прокаткой. Подмотка в исходный рулон участков из других рулонов запрещается.

— телескопичность рулона должна быть не более 10 мм, отдельные витки не должны выступать более, чем на 5 мм.

Каждый рулон, поступающий в травильно-прокатный участок из ЛПЦ-3, взвешивается на весах вальцовщиком по сборке и перевалке валков. Масса рулонов записывается в паспорт плавки и журнал учета массы рулонов вальцовщиком по сборке и перевалке валков

1. Выплавка в кислородно-конверторных печах ККЦ-1.

Выплавка анизотропной стали, производится в конверторных печах кислородно-конверторного цеха

2. Горячая прокатка слябов в ЛПЦ-3 на полосу толщиной 2,5 мм.

Нагрев под горячую прокатку в ЛПЦ – 3 производится в методических печах строго поплавочно. Слябы прокатываются на стане «1320». В черновой клети семь проходов. Обжатие с 150 до 15 мм. Температура начала прокатки 1100 °С, температура конца прокатки 910 °С. Чистовая клеть с печными моталками в 3 прохода, обжатие с 15 до 2,5 мм. Скорость прокатки 3,6 – 7,2 м/с. Температура конца прокатки полосы должна быть в пределах 890 ºС – 920 °С. После прокатки лента подвергается душированию для предотвращения образования цементита третичного, который охрупчивает сталь. Готовые рулоны передаются по подземному цепному транспортеру в цех холодной прокатки

ЛПЦ – 2. Готовая горячекатаная полоса должна отвечать следующим требованиям:

·                   Номинальные размеры (толщина 2,5 ± 0,1 мм, ширина 870 + 15 мм);

·                   Продольная разнотолщинность в пределах одной полосы (1000 + 15) мм;(1050 + 15) мм не должна превышать 0,15 мм;

·                   На поверхности полосы не допускаются вкатанная окалина, плены, грубые отпечатки валков, рванины, заворот кромки, царапины механического происхождения и другие дефекты.

3. Холодная прокатка, термическая обработка и покрытие анизотропной электротехнической стали толщиной 0,35 мм осуществляется в соответствии с технологической инструкцией ТИ 05757665-ЛПЦ 2-16-2004.

Для производства электротехнической анизотропной стали используются: горячекатаный подкат из ЛПЦ-3 выплавки ККЦ-1, холоднокатаный или обезуглероженный подкат толщиной 0,70 мм обработанный по схеме ККЦ-1 — ЛПЦ-3 — ЛПЦ-5.

Горячекатаный подкат должен соответствовать требованиям ТУ-14-106-595-2004.

Массовая доля химических элементов в литой анизотропной электротехнической стали, выплавленной и разлитой согласно ТК 1-3-5-117, должна соответствовать, изложенным в табл. 13
Таблица 13. Химический состав литой стали



·                   * — На 10 % плавок допускается массовая доля углерода 0,032 — 0,034

·                   **- На 15 % плавок допускается массовая доля кремния 3,16 — 3,20

3.2 Горячекатаные рулоны в ЛПЦ-2 обрабатываются по следующей технологической схеме:

Травление с обрезкой кромки;

Травление выполняется в непрерывном травильном агрегате, включающем четыре ванны:

1.                 220 – 180 г/л H2SO4+ 120 г/л FeSO4;

2.                 220 – 180 г/л H2SO4+ 120 г/л FeSO4;

3.                 190 – 130 г/л H2SO4+ 120 г/л FeSO4;

4.                 160 – 120 г/л H2SO4+ 120 г/л FeSO4.

В ванну присаживается ингибитор 1,5 кг/м³, температура 75 ºС – 95 °С. После травления производится промывка сначала в холодной, затем в горячей воде; очистка поверхности осуществляется в чистильно-моечной машине.

В процессе травления старший травильщик оценивает качество металла по технологической пластичности, состоянию кромок, серповидности, неплоскостности и при необходимости отбирает образцы для предъявления виновнику и для анализа в лабораторию металловедения и металлофизики Инженерного центра.

После травления полоса проходит промывочные ванны с холодной и горячей водой, ЩММ с металлическими щетками и сушильное устройство. После травления, непосредственно перед сверточной машиной, полоса должна быть сухой, иметь ровный матовый цвет по всей поверхности и соответствовать эталону.

Ширина полос после НТА должна соответствовать заданию ПРО ЛПЦ-2. При удовлетворительном состоянии кромки горячекатаного подката обработка металла в линиях НТА может производиться без подрезки кромок после травления.

Для удаления кромочных дефектов производится обрезка кромок полосы дисковыми ножницами. Подрезка кромок должна быть симметричной. Симметричность подрезки проверяется измерением ширины обрезаемых кромок с обеих сторон полосы. Разница между шириной левой и правой кромок при измерении на расстоянии не менее 20 м от концов полос должна быть не более 5 мм.

Первая холодная прокатка.Первая холодная прокатка производится на толщину (0,70±0,02) мм, для конечной толщины 0,27 — 0,35 мм, и на толщину (0,75±0,03) или (0,85±0,03) мм для конечной толщины 0,50 мм. Скорость прокатки на выходе из 5-ой клети должна быть не более 7 м/с. Продольная разнотолщинность полосы не должна превышать 0,02 мм.

Толщина на концевых участках полос должна быть не более 0,75 мм для подката толщиной 0,70 мм и не более 0,90 мм для подката толщиной 0,85 мм. Длина утолщенных участков должна составлять не более 30 м (контролируются по диаграммам толщины).

Защитные атмосферы

Для технологических целей в термических агрегатах используются водород и азотный защитный газ.

Водород, поступающий в ЛПЦ-2, должен удовлетворять следующим требованиям :

— массовая доля кислорода не более 0,0008 % (8 ppm);

— массовая концентрация щелочи не более 0,005 г/м3;

— массовая доля влаги не более 20,5 ррm (точка росы минус 55 °С);

— давление на выходе со станции не ниже 430 мм вод.ст. (4,3 кПа).

Азотный защитный газ, поступающий с газозащитной станции, должен удовлетворять следующим требованиям :

— массовая доля кислорода не более 0,0010 % (10 ррm);

— массовая доля водорода,5 — 5,0 %;

— массовая доля азота,5 — 95,0 %;

— массовая доля влаги не более 10,6 ррm (точка росы минус 60 °С);

— давление азотного газа на выходе с газозащитной станции не менее 600 мм вод.ст. ( 5,9 кПа);

— давление азотного газа после регулятора давления должно быть не менее 200 мм вод.ст. (2 кПа).

Контроль параметров защитных атмосфер производится с записью на диаграмме.

Азот, поступающий с кислородного производства, должен удовлетворять следующим требованиям:

— массовая доля кислорода не более 0,0010 % (10 ppm);

— массовая доля влаги не более 10,6 ppm (точка росы минус 60 °С);

— давление азотного газа должно быть 0,20 — 0,35 кгс/см2 (20 — 35 кПа).

Обезуглероживающий отжиг. Обезуглероживающий отжиг проводится на агрегатах непрерывного отжига.

Обезжиривание полосы в линиях агрегатов непрерывного отжига производится в следующей последовательности:

— Химическое обезжиривание в первой ванне.

— Очистка полосы капроновыми щетками с подачей на полосу обезжиривающего раствора. Количество работающих щеток не менее трех штук.

— Химическое обезжиривание в последующих трех ваннах.

— Очистка полосы капроновыми щетками с подачей на полосу горячей воды.

— Промывка водой.

— Отжим полосы.

Процесс химического обезжиривания производится только при полностью заполненных раствором ваннах.

Температура раствора и температура воды в щеточно — моечной машине должны быть 60 — 90 °С.

В ванну промывки подается вода с температурой 60 — 90 °С.

Температура задания по зонам печи:

зона 1(800±10) °С; зона 2 — 5(870±10) °С;

зона 6 — 8(830±10) °С; зона 9 — 10(850±10 °С;

зона 11 — 12(870±10) °С; зона 13(800±10) °С.

Температура полосы на выходе из камеры нагрева должна быть (790±20) °С по показаниям пирометра частичного излучения.

При выходе из строя одной тепловой зоны в камере нагрева или двух зон в камере выдержки и регулируемого охлаждения обезуглероживающий отжиг продолжается до первой остановки агрегата на ремонт, при этом температура полосы на выходе из камеры нагрева должна быть (790±20) °С. Указанная температура полосы обеспечивается за счет повышения температуры задания по зонам печи.

Влажность печной атмосферы, измеренная в начале каждой секции камеры выдержки по ходу печи должна быть:

1 — я секция — (15–20) г/м3;

2 — я секция — (12–19) г/м3;

3 — я секция — (13–17) г/м3.

Расход газа по камерам.

Камера нагрева от 100 до 500 м3/ч.

Камера выдержки — не менее 1800 м3/ч, в том числе:

Первая секция

— не менее 600 м3/ч, при этом через увлажнитель газа не менее 400 м3/ч;

— на смешение с увлажненным газом после скруббера до печи не менее 200 м3/ч

Вторая секция

— не менее 600 м3/ч, при этом через увлажнитель газа — не менее 300 м3/ч;

— на смешение с увлажненным газом после скруббера до печи — не менее 300 м3/ч;

Третья и четвертая секции (в сумме)

— не менее 600 м3/ч, при этом через увлажнитель газа — не менее 300 м3/ч;

— на смешение с увлажненным газом после скруббера до печи — не менее 300 м3/ч.

Подача газа в 3 — ю секцию осуществляется в шахматном порядке.

В каждую секцию подача технологического газа осуществляется рассредоточено: не менее чем восемью равными объемами.

Камера ускоренного охлаждения — не менее 600 м3/ч.

Массовая доля углерода после обезуглероживания должна быть не более 0,004 %.

Подготовка рулонов после обезуглероживающего отжига

Подготовка обезуглероженного металла производится на АР — 3 или АР — 1.

Обрезка боковых кромок производится по заданию ПРО ЛПЦ — 2 на заданную ширину с допуском ±5 мм.

На кромках полос не должно быть рванин глубиной более 5 мм, зазубрин, заворотов кромки.

Намотка полос на барабан моталки производится с максимально возможным натяжением. Передача на вторую холодную прокатку рулонов с рыхлой и телескопической смоткой не допускается. В случае получения по какой — либо причине рыхлой или телескопической смотки рулоны подвергаются повторной перемотке.

Отдельные витки не должны выступать более 5 мм, внутренний диаметр рулона должен быть (500±10) мм.

Вторая холодная прокатка производится на толщину (0,255±0,01) мм, (0,285±0,01) мм, (0,325±0,01) мм и (0,470±0,02) мм для номинальной толщины готовой стали 0,27 мм, 0,30 мм, 0,35 мм и 0,50 мм соответственно.

Вторая холодная прокатка проводится:

— на реверсивном стане на толщины 0,27 мм, 0,30 мм, 0,35 мм и 0,50 мм;

— на 20 — ти валковом стане № 3 на толщины 0,27 мм, 0,30 мм, 0,35 мм;

— на 20 — ти валковом стане № 2 на толщины 0,30 мм, 0,35 мм и 0,50 мм.

После второй холодной прокатки полоса должна отвечать следующим требованиям:

-толщина (0,40 – 0,02) мм;

-продольная разнотолщинностъ – не более 0,02 мм;

-поперечная разнотолщинность – не более 0,01 мм;

-длина конца толщиной свыше 0,42 мм должна быть не более 10 м.

Подготовка рулонов после второй холодной прокатки с вырезкой некондиционных по толщине производится на АР — 1, АР — 4, АНО — 5 и АНО — 6 со сваркой «встык».

Обработка полос в линиях АНО — 5 и АНО — 6

При обработке металла в линиях АНО — 5 и АНО — 6 производится обезжиривание, выпрямляющий отжиг и нанесение термостойкого покрытия. Обезжиривание полосы в линии печи производится в следующей последовательности:

Химическое обезжиривание.

Приготовление обезжиривающего раствора производится на централизованном узле приготовления растворов. Для приготовления раствора используются технические моющие средства МС — 15 и СМ — 15 или их аналоги, прошедшие промышленные испытания с положительным результатом. Массовая концентрация общей щелочи в приготовленном растворе на основе МС — 15, СМ — 15 должна быть 1,0 — 2,2 г/дм. Температура обезжиривающего раствора не менее 60 °С.

Очистка полосы производится капроновыми щетками с подачей на полосу обезжиривающего раствора.

Промывка полосы производится горячей водой с температурой не менее 70°С и затем холодной водой с температурой не более 50 °С. Сушка полосы производится горячим воздухом.

Температура задания по зонам печи:
Т1 — Т4 =(590±10) °С; Т5 — Т13=(550±10) °С.
Включение зон печи производить после заправки печи полосой, закрытия люков и ложных окон всей печи.

Скорость движения полосы должна быть не более 35 м/мин.

Расход защитного газа, м3/ч :

— в камере нагрева — 200 — 300;

— в камере выдержки — не менее 100;

— в камере ускоренного охлаждения — не менее 300.

Подачу газа в камеры печи производить при достижении температуры по зонам 300 — 350 °С.

Средняя плотность термостойкого покрытия на обеих сторонах полосы должна быть 15 — 18 г/м2.

Обработка полос в АЗП — 1, АЗП — 2 и АЗП — 3

Перед нанесением термостойкого покрытия металл обезжиривается на АНО — 3, АНО — 4. Скорость движения полосы не более 0,80 м/с. Транспортировка полосы в линии агрегатов производится непрерывно.

Остановки агрегатов разрешаются только для перезаправки полосы в головной и хвостовой частях, при очистке наносящих роликов и ванны покрытия от налипшей суспензии.

Суммарная токовая нагрузка при смотке полосы в рулон должна быть:

— АЗП — 1 — 0 — 500 А;

— АЗП — 2 — 0 — 230 А;

— АЗП — 3 — 0 — 300 А.

Нанесение суспензии на полосу производится гуммированными роликами.

Высокотемпературныйотжиг (ВТО)

Отжиг рулонов толщиной 0,27 мм и 0,35 мм производится в печах

СГВ — 16.20, СГН — 16.25, толщиной 0,50 мм — в печах СГВ — 16.20,

СГН — 16.25, СГВ — 20.12.5.

Газовый режим отжига:

Перед пуском печь продувается азотным защитным газом с содержанием водорода 4,5 — 5,0 %.

Отжиг производится в атмосфере водорода с расходом, м3/ч:

— при нагреве до (1000±25) °С — 60;

— при нагреве от (1000±25) °С до (1150±25) °С — 40;

— при выдержке (1150±25) °С — 40.

Давление водорода в печи должно быть не менее 20 мм вод.ст.

Газовый режим на стендах с управлением через ЭВМ.

Газовый режим отжига задается на персональном компьютере и в течение всего отжига поддерживается автоматически. В период нагрева до (1100±25) °С используется азотно — водородная атмосфера. Состав атмосферы указан в таблице 14.
Таблица 14. Состав атмосферы при нагреве до 1100 °С



Суммарный расход атмосферы при нагреве до (1100±25) °С поддерживается автоматически в пределах 30 — 50 м3/ч.

При нагреве с (1100±25) °С до (1150±25) °С производится плавный переход на 100 % водород и уменьшение суммарного расхода атмосферы до 20 — 30 м3/ч.

Расход водорода при выдержке (1150±25) °С в пределах 20 — 30 м3/ч. Перед снятием колпака, за четыре часа до распаковки, печь продувается азотным защитным газом или азотом.

Температурный режим отжига для металла толщиной 0,30 мм; 0,35 мм; 0,50 мм:

— нагрев с произвольной скоростью до (400±25) °С;

— нагрев со скоростью 25 °С за 1 час от (400±25) °С до (600±25) °С;

— выдержка при (600±25) °С — 10 часов;

— нагрев со скоростью 25 °С за 1 час от (600±25) °С до (850±25) °С;

— нагрев со скоростью 25 °С за 2 часа от (850±25) °С до (1000±25) °С;

— нагрев с максимальной скоростью от (1000±25) °С до (1150±25) °С;

— выдержка при температуре (1150±25) °С — 30 часов;

— охлаждение под колпаком с произвольной скоростью до температуры (220±25) °С по отстающей зоне для металла толщиной 0,30 мм и (150±25) °С для металла толщиной 0,35 и 0,50 мм.

— охлаждения рулонов после распаковки печи не менее 36 ч.

Обработка полос в агрегатах электроизоляционного покрытия.

Полосы толщиной 0, 27 мм, 0,30 мм, 0,35 мм и 0,50 мм обрабатываются в линиях АЭИП — 1 — 5.

Очистка полосы от избытка окиси магния производится в ЩММ капроновыми щетками, количество работающих щеток — не менее трех.

Температура подаваемой на полосу воды должна быть не ниже 40 °С. После очистки полоса поступает через одну пару отжимных роликов в камеру сушки. Полоса должна быть сухой на входе в ванну покрытия. Очищенная и высушенная полоса не должна иметь белого налета.

При нанесении электроизоляционного покрытия применяется алюмомагнийфосфатный раствор на основе АМФ — 2М по ТУ — 2149 — 068 — 10964029 — 2000 или его аналоги, прошедшие промышленные испытания с положительным результатом.

Температура раствор а в ванне покрытия должна быть в пределах 25 — 60 °С.

Плотность электроизоляционного раствора в ванне агрегатов изоляции должна быть не менее 1440 кг/м3.

Выпрямляющий отжиг полос.

Температура задания по зонам печи должна быть:

— для агрегатов изоляции № 1, 2, 4
Т1=(775±25) °С; Т2 — 10=(840±20) °С;
— для агрегатов изоляции № 3, 5
Т1=(600±50) °С; Т2=(650±50) °С; Т3=(750±50) °С; Т4 — 10=(840±20) °С.
Скорость движения полосы должна быть:

на агрегатах изоляции № 1, 2, 4:

— для полосы толщиной 0,27 мм — не более 55 м/мин;

— для полосы толщиной 0,30 мм — не более 50 м/мин;

— для полосы толщиной 0,35 мм — не более 45 м/мин;

— для полосы толщиной 0,50 мм — не более 35 м/мин;

на агрегатах изоляции № 3, 5:

— для полосы толщиной 0,27 мм — не более 38 м/мин;

— для полосы толщиной 0,30 мм — не более 33 м/мин;

— для полосы толщиной 0,35 мм — не более 28 м/мин;

— для полосы толщиной 0,50 мм — не более 25 м/мин.

Расход защитного азотного газа или азота на печь должен быть не менее 800 м3/ч.

Толщина концов рулона после обработки в АЭИП должна быть не более 0,265 мм; 0,295 мм; 0,335 мм и 0,485 мм для номинальной толщины готовой стали 0,27 мм; 0,30 мм; 0,35 мм и 0,50 мм соответственно.

Обработка рулонов в АР — 5, АР — 12 и АР — 13

При обработке в агрегатах резки рулонов, обработанных на АЭИП, производятся следующие операции:

— обрезка боковых кромок на ширину в соответствии с заказами;

— сварка подмоток «встык», разница в толщине свариваемых полос не более 0,03 мм.

— вырезка утолщенных участков, превышающих требования ГОСТа по толщине, участков низкомарочного металла;

— вырезка дефектных участков, имеющих балл качества 3, 6, 9, и формирование отгрузочного рулона (в случае, если дефект расположен периодически по длине рулона или его вес превышает 50 % веса рулона, дефектный участок не вырезается);

— объединение вырезанных дефектных участков, а также годных участков, не имеющих отгрузочного веса;

— обрезка металла объединенных рулонов, имеющих кромочные дефекты, на ширины 750 мм и 860 мм;

— перемотка рулонов с целью удаления участков с отклонениями по толщине и участков низкомарочного металла по данным непрерывного контроля свойств и толщины по длине рулонов, участков с дефектами, формирование рулонов по массе, доработка рулонов и отбор проб;

— с переднего и заднего конца каждой смотки отбираются аттестационные пробы с фиксацией верхней стороны полосы по обработке на АР. Пробы маркируются: № плавки, № партии с отметкой «начало» или «конец» и предаются к контрольному столу для измерения толщины, неплоскостности и оценки качества поверхности. Маркировка наносится на верхнюю сторону полосы по АР в соответствии со схемой приведенной в приложении А3.

Результаты последних испытаний считаются окончательными и указываются в сертификате качества при отгрузке.

7. Маркировка, упаковка и отгрузка продукции.

Маркировка и упаковка готового металла производится согласно ТУ 05757665 — ЛПЦ2 — 19 — 2003, ГОСТ 75 — 66 — 81 и дополнительных требований контрактов и заказов.

8. Контроль технологии производства и качества холоднокатаной ленты.

Контроль технологии и качества обрабатываемого металла производится УТК, ЦТЛ и технологическим персоналом ЛПЦ — 2 в соответствии с пунктом 25 ТИ 10б. ПХЛ.2 — 16 — 97.

9. Метрологическое обеспечение

Перечень средств измерений, предназначенных для контроля технологического процесса и готовой продукции приведен в табл. 15.




Таблица 15. Перечень средств измерений



10. Охрана окружающей среды

Охрана поверхностных водных источников

При производстве анизотропной электротехнической стали ЛПЦ — 2 образуются сточные воды, загрязненные: нефтепродуктами, взвешенными веществами, сульфатами, железом.

Для снижения отрицательного влияния на поверхностные водоемы в ЛПЦ — 2 предусмотрено:

— станция нейтрализации производственных сточных вод;

— усреднитель производственных сточных вод;

установка по разложению масло — эмульсионных стоков.

Далее производственные сточные воды направляются в отстойник — осветитель № 5 площадью 5,5 га и объемом 137000 м3, где они осветляются и направляются на дополнительной осветление в отстойники — осветлители №№ 6, 7. После этого, производственные сточные воды ЛПЦ — 2, со стоками комбината попадают в р. Воронеж.

«Разрешением» № 13 от 21.01.99 г. установлены требования к качеству нейтрализованных сточных вод ПТС, сбрасываемых из усреднителя в отстойник — осветлитель № 5 со следующими показателями, указанными в таблице 16.
Таблица 16. Требования к сточным водам ЛПЦ — 2



Удельные нормативы, предельные объемы образования и рекомендации по использованию и размещению отходов производства и потребления, установленные «Проектом нормативов» образования и лимитов размещения отходов ОАО «НЛМК» на 2000 — 2005 г.г. приведены в таблицах В.3 и В.4

ТИ 05757665 — ЛПЦ2 — 16 — 2004.

В примечаниях к этим таблицам указаны лица, ответственные за учет и передачу отходов.

12. Техника безопасности

Технологические операции, изложенные в настоящей инструкции, должны выполняться в соответствии с правилами безопасности в прокатном производстве, действующими в ПТС, УТК и Инженерного центра инструкциями по технике безопасности.
    продолжение
--PAGE_BREAK--2.4.1 Технико — экономическое обоснование выбранной технологии
С целью получения необходимых магнитных свойств в анизотропной электротехнической стали в колпаковой вакуумно — водородной печи СГН – 16.25 по выбранному режиму проводят высокотемпературный отжиг. Высокие электромагнитные свойства обуславливаются совершенной ребровой текстурой (110) [001], которая образуется в процессе первичной и вторичной рекристаллизации. Как свидетельствуют литературные данные, наиболее совершенная ребровая текстура и высокие магнитные свойства получены при температуре отжига 1120 °С – 1200 °С [1]. В результате отжига при более высоких температурах (1220 °С – 1280 °С) ухудшается текстура и снижаются электромагнитные свойства. Поэтому выбран режим высокотемпературного отжига при 1150 °С в среде водорода. При этом происходит рафинирование металла от вредных примесей (углерод, азот, кислород, сера и др.). Кроме того, металл очищается от неметаллических включений путем их растворения, что снижает удельные ватные потери и повышает индукцию. При отжиге в среде водорода в печи всегда поддерживается положительное давление, исключающее подсос воздуха, поэтому поверхность листа после высокотемпературного отжига получается очень чистой. Таким образом, улучшение текстуры и электротехнических свойств позволяет, применять выбранный режим высокотемпературного отжига в качестве основной технологической операции при термообработке анизотропной электротехнической стали [9].


Рис. 9. Режим термической обработки ВТО



3. Расчет оборудования и проектирование термического отделения3.1 Технико-экономическое обоснование основного, дополнительного и вспомогательного оборудования


Отделение высокотемпературного отжига, как и любое другое отделение, предназначенное для выполнения роли, отведенной ему в технологической цепочке, должно быть оснащено всем необходимым основным и дополнительным оборудованием в зависимости от процессов термической обработки и характера производства. Отделение высокотемпературного отжига предназначено для отжига рулонов анизотропной электротехнической стали. В качестве основного оборудования используется электропечь сопротивления колпаковая вакуумно-водородная СГН – 16.25 – 3/12 – И1. Она предназначена для высокотемпературного отжига рулонов анизотропной электротехнической стали диаметром 1300 мм в два яруса при Т = 1150 °С с управлением температурно-скоростным и газовым режимом отжига. Технические характеристики печи приведены в таблице 17.
Таблица 17. Технические характеристики электропечи


Электропечь сопротивления СГН – 16.25 – 3/12 – И1 отличается высокой производительностью и дает возможность производить термообработку в вакууме, водороде и циклическую обработку в вакууме и водороде. Поэтому данная конструкция печи нашла преимущественное применение, для высокотемпературного отжига рулонов анизотропной электротехнической стали.

Электропечь СГН – 16.25 – 3/12 – И1 рассчитана на единовременную загрузку шести рулонов, расположенных в три стопы по два этажа в каждой. Каждая стопа покрывается цилиндрическим муфелем.

Каждый стенд с колпаком оборудуются своими системами водоохлаждения, газовой, контактными соединениями, трубопроводами для подсоединения к вакуумной системе. Термообрабатывемые рулоны устанавливаются в два ряда на специальные подставки, которые опираются на футеровочный стенд термообработка садки может производиться в водороде или в среде азотоводородного газа.

Работа электропечи осуществляется в следующем порядке:

На жаропрочную подставку устанавливают плоское кольцо из углеродистой стали толщиной не менее 40 мм. Перед установкой на стенд производят кантовку на 180° вокруг горизонтальной оси колец.

Зазор между поверхностью кольца и торцом рулона должен быть не более 5 мм.

На кольцо насыпают равномерный слой отожженного молотого талька толщиной 1,0 мм. На слой талька укладывают четыре полукольца, изготовленные из трансформаторной стали толщиной 0,27 – 0,50 мм, прошедшей высокотемпературный отжиг. Полукольца должны закрывать всю опорную поверхность. Стыки нижней и верхней поры полуколец должны располагаться друг к другу под углом 90°.

Упаковку рулонов на стенды печи СГН – 16.25 производят в два яруса. Рулоны на стенде должны размещаться вертикально с допустимым отклонением не более 2°.

После установки на стенд рулонов на их верхние торцы с перекрытием не менее 100 мм укладывают три полукольца, изготовленные из трансформаторной стали толщиной 0,35 – 0,50 мм, прошедшей высокотемпературный отжиг.

После установки колпака под давлением воды проверяют все водоохлаждаемые полости. При отсутствии воды на сливных шлангах водоохлаждаемые полости продувают сжатым воздухом.

Газовый режим отжига:

·Перед пуском и при нагреве до (40025) °С печь продувают азотным защитным газом с содержанием водорода 4,5 – 5,0 %. При переходе на водород в течении одного часа допускается снижение расхода водорода до 5 м3/ч.

·Отжиг производят в атмосфере водорода с расходом, м3/ч: — при нагреве от (40025) °С до (100025) °С – 60; — при нагреве от (100025) °С до (115025) °С – 40; — при выдержке (115025) °С – 40.

В период нагрева до (80025) °С при сливе влаги через гидрозатвор допускается снижение расхода водорода до 25 м3/ч. Факел водородной свечи при пониженном расходе водорода должен гореть. Давление водорода в печи должно быть не менее 20 мм вод. ст. В период последующего охлаждения выхлоп газа на технологической свече перекрывают и расход газа осуществляется через контрольную свечу, факел которой должен гореть, расход водорода при охлаждении 5 – 15 м3/ч.

·Газовый режим на стендах регулируемых через ПК. Газовый режим отжига задается на персональном компьютере и в течении всего отжига поддерживается автоматически. В период нагрева до (110025) °С используется азотно — водородная атмосфера. Для стали толщиной 0,35 содержание водорода при нагреве до 1100 °С составляет 100%. При нагреве с (1100 25) °С до (115025) °С производится уменьшение суммарного расхода атмосферы до 20 – 30 м3/ч. Охлаждение производится в атмосфере водорода, при этом выход водорода осуществляется через дополнительную свечу, факел должен гореть. Давление атмосферы в печи при отжиге не менее 10 мм вод.ст. (100 Па), задается автоматически – прикрытием выходной заслонки или вручную – прикрытием основной свечи.

·                   За четыре часа до распаковки печь продувают азотным защитным газом. Перед снятием колпака производят отключение азотного защитного газа.

Температурный режим отжига:

Режим отжига для металла толщиной 0,30 мм; 0,35 мм; 0,50 мм:

1.                 — нагрев с произвольной скоростью до (40025) °С;

2.                 — нагрев со средней скоростью 25 °С за 1 ч от (40025) °С до (60025) °С;

3.                 — выдержка при (60025) °С – 10 ч;

4.                 — нагрев со средней скоростью 25 °С за 1 ч от (60025) °С до (85025) °С;

5.                 — нагрев со средней скоростью 25 °С за 2 ч от (85025) °С до (100025) °С;

6.                 — нагрев с максимальной скоростью от (100025) °С до (115025) °С; — выдержка при температуре (115025) °С – 30 ч;

7.                 — охлаждение под колпаком с произвольной скоростью до температуры (22025) °С по отстающей зоне для металла толщиной 0,30 мм и (15025) °С для металла толщиной 0,35 и 0,50 мм.

Контроль температурно-газового режима отжига осуществляют каждые 2 часа.

Время охлаждения рулонов после распаковки печи не менее 36 ч.

Электропечи объединены в блок, состоящий из четырех стендов и трех колпаков. Этот блок печей питается от одного трансформатора, обслуживается одним вакуум – насосом и снабжен одним щитком контроля газов.

Электропечь СГН – 16.25 – 3/12 – И1(один стенд и один колпак) состоит из следующих основных узлов:

Нагревательный колпак: состоит из каркаса, футеровки и нагревателей.

Каркас колпака. Каркас колпака выполнен из листового и сортового проката. Нижняя часть каркаса заканчивается «ножом», посредством которого колпак опирается на резиновое уплотнение стенда. К крышке кожуха приварена проушина, предназначенная для транспортирования нагревательного колпака с помощью электромостового крана.

Футеровка колпака. Выполнена из корунда легковесного марки Кл — 1,3, кирпичей Кл — 3, Кл — 4, Кл — 6, Кл — 7. уплотнения электровыводов, свода колпака и рубашек термопар производится муллитокремнеземнистым.рулонным материалом.

Нагреватели. Нагреватели колпака и стенда выполнены из сплава высокого омического сопротивления марки Х23Ю5Т диаметром 10 мм, на стены колпака навешиваются с помощью штырей. Колпак имеет две электрические зоны (Iи II) по 250+25 кВт схема соединения «треугольник».

Каркас стенда сварной, выполнен из листового и сортового проката. По периметру каркаса стенда располагается водоохлаждаемый желоб в который укладывается резиновая прокладка из вакуумной резины для герметичного уплотнения разъема между колпаком и стендом.

Футеровка стенда выполнена из легковесного корунда марки Кл — 1,3 и имеет три опоры из жаропрочного материала для установки на них подставок под термообрабатываемые рулоны.

Стенд имеет одну зону мощностью 150+15 кВт схема соединения «звезда», напряжение питания 380 В, 50 Гц.

Вакуумная система состоит из вакуумных насосов, вакуумных вентилей, трубопроводов. Включение вакуумной системы осуществляется с помощью кнопочных постов, расположенных возле насосов. Контроль за величиной созданного вакуума в печи и проверка натекания осуществляется по показаниям вакуумметров или моновакууметров.

Система газовая включает в себя панель подвода «лиру» и систему отвода газа. На панели размещены вентили, датчики и исполнительные механизмы регуляторов давления и расхода газа.

Управление газовой системы включает регулирование в подколпаковом пространстве электропечь расхода и давления водорода и азота. Управление может осуществляться от управительного вычислительного комплекса (УВК) в дистанционном и автоматическом режимах. При работе от УВК в качестве защитных атмосфер при отжиге рулонов может использоваться азотно-водородная смесь с регулируемым содержанием азота и водорода.

В дистанционном и автоматическом режимах работы в качестве защитной атмосферы при отжиге рулонов используют водород. Азотный газ подается только при падении давления водорода в печи и при ее продувке.

Контроль расхода водорода и азота осуществляется с помощью измерительных преобразователей, подсоединенных с помощью импульсных трубок к сужающим устройствам, расположенных на трубопроводах водорода и азота соответственно.

Система водоохлаждения состоит из системы трубопроводов, вентилей и резиновых рукавов. Контроль наличия охлаждающей воды на стенде и колпаке осуществляется визуально термистом или старшим термистом проката. Охлаждаются разъемы взрывоопасных клапанов, «нож» колпака, паз под вакуумной резиной на стенде.

Система КИПиА обеспечивает поддержание заданных параметров по температуре, расходу водорода, давлению в подколпаковом пространстве, а также выдаче сигналов и соответствующими переключателями при аварийных ситуациях.

Кроме основного оборудования в отделении высокотемпературного отжига имеется дополнительное оборудование – машины для правки подовых плит и два сварочных преобразователя, наличие которого объясняется технологической необходимостью.

Вспомогательное оборудование

1.                 Для получения контролируемых атмосфер;

2.                 Для загрузки и выгрузки – 3 мостовых крана;

3.                 Для замены вышедшего из строя оборудования (складское).


    продолжение
--PAGE_BREAK--3.2 Тепловой расчет термоагрегата


Тепловой расчет термических печей сводится к определению расхода тепла, мощности печи и коэффициента полезного действия. Основой теплового расчета печей является составление теплового баланса, разграничивающего статьи прихода и статьи расхода тепла.

Для расчета теплового баланса печи необходимо определить количество тепла, которое подается в печь и которое расходуется [13]:
Qпр.= Qрасх.(3)
В электропечах Qпр. равно мощности печи, а расходное тепло определяется по статьям
Qрасх. = Qм + Qкл + Qну,(4)
где Qм – тепло, затраченное на нагрев металла, кВт;

Qкл – потери тепла теплопроводностью через кладку, кВт;

Qну – неучтенные потери, кВт.

Тепло, затраченное на нагрев металла, определяется по формуле
Qме= G´(C2tк– С1tн)/r,(5)
где G– масса садки, кг;

r– время нагрева металла, с;

С1, С2 – удельные теплоемкости металла соответственно при начальной и конечной температурах, кДж/(кг ´°С);

tр, tк– начальная и конечная температуры металла, °С.

Потери тепла теплопроводностью через кладку определяем по формуле
Qкл= ,(6)
где qкл– удельный тепловой поток через кладку, Вт/м2;

Fкл– площадь поверхности кладки, м2.

Площадь кладки печи
Fcтен= 2 ´2 ´(4,88 + 1,6) = 25,92 м2

Fсвода= 4,88 ´1,6 = 7,81м2
Расчет плотности теплового потока qметодом последовательного приближения и температур Т1 и Т2 на границах слоев кладки выполняется с применением IBMPSпо программе, приведенной в [14].

Потери тепла через стену


Рис. 10. Схема слоев кладки стены
Кладка печи

1. Огнеупорный слой – корунд:

lк= 0,710 + 0,000118t,

2. Теплоизоляционный слой – минеральная вата

lв= 0,063 + 0,0005t.

Данные, полученные при расчете по программе, приведенной в [14], температур на границах слоев и плотности теплового потока: Т1 = 552,04 °С, Т2 = 61 °С, q= 1351,17 Вт/м2.

Потери тепла через стены определяем по формуле
Q1= q× Fстен, (7)
Подставив имеющиеся данные, получаем

Q1= 1351,17 ´10 — 3 ´25,92 = 35,02 кВт.

Потери тепла через свод


Рис. 11. Схема слоев кладки свода
Данные, полученные при расчете по программе, приведенной в [14], температур на границах слоев и плотности теплового потока: Т1 =699,8 °С, Т2 = 61 °С, q= 791,2 Вт/м2.

Потери тепла через свод определяются по формуле
Q2= q× Fсвода(8)


Подставив имеющиеся данные, получаем

Q2= 791,2 × 10 — 3 × 7,81 = 6,18 кВт.

Потери тепла через стенд принимаются равными 75% от потерей тепла через стены и свод и определяются по формуле
Q3= 0,75 × (Q1+ Q2)(9)
Подставив имеющиеся данные, получаем

Q3= 0,75 × (35,02 + 6,18) = 30,9 кВт.

Общие потери тепла через кладку теплопроводностью определяются по формуле
Qкл= Q1+ Q2+ Q3(10)
Подставив имеющиеся данные, получаем

Qкл= 35,02 + 6,18 + 30,9 = 72,1 кВт.

Неучтенные потери составляют 10% от суммы всех статей расходной части и определяются по формуле
Qну= 0,1 × (Qм+ Qкл)(11)
Подставив имеющиеся данные, получаем

Qну= 0,1 × (239,3 + 72,1) = 31,14 кВт.

Суммарный расход тепла

Qрасх= 239,3 + 72,1 + 31,14 = 342,54 кВт.

Коэффициент полезного действия печи
η =  × 100%,(12)


Подставив имеющиеся данные, получаем

η = 239,3/342,54 × 100% = 69,86%.


    продолжение
--PAGE_BREAK--3.3 Расчет электрических нагревателей


Электронагреватели колпака и стенда мощностью 650 кВт составляют три электрические зоны. Нагревательный колпак имеет две электрические зоны (IIи III) по 250 ± 25 кВт, соединённые в " треугольник ". Стенд имеет одну зону мощностью 150 кВт, соединение в " звезду ". Напряжение питания 380 В, 50 Гц от сети переменного тока. Нагреватели должны работать при температуре 1300 °С в защитной среде. Они должны обеспечить длительную бесперебойную службу при заданном тепловом режиме. Поэтому необходимо выбирать материалнагревательных элементов в зависимости от температуры нагрева и характера среды, в которой должны работать нагреватели [15]. Выбираем:

материал – нихром Х25Ю5А;

удельное сопротивление – r= 1,46 Ом × мм2/м;

плотность – f= 7,19 г/см3.

Первая электрическая зона (стенд).

Однофазная электрическая сеть

Uл= 380 В, Pн= 150 кВт, Tраб=1200 °С, Тмах =1300 °С.

Мощность одного нагревателя
Рф = Рн/n,(13)
где n– число нагревателей, n= 3;

Рф = 150/3 = 50 кВт.

Фазовое напряжение




Uф= Uл(14)

Uф= 380 В.
Сила тока, проходящего через нагреватель
Jф= 103 × Pф/Uф(15)
Jф= 50 × 103/380 = 132 А.

Сопротивление электронагревателя
R= Uф2/1000Рф(16)
R= 2,9 Ом.

Диаметр нагревателя
d= (4 × 105 × r× Pф2/p2× Uф2× Y)1/3,(17)
где r— удельное сопротивление материала, Ом × мм2/м;

Pф– мощность печи, кВт;

Uф– фазовое напряжение, В;

Y– удельная поверхностная мощность нагревателя, Вт/см2;

d= 9,35 мм. Принимаем d= 10 мм.

Длина элемента сопротивления в одной ветви равна
L1= R×S/r= p× d2× R/4 × r;(18)
L1= 3,14 × 102 × 2,9/4 × 1,46 = 155,92 м.

Масса нагревателя равна




M= f× L1× p× d2/4 × 10 — 3 = 88 кг,(19)
где f– плотность нихрома, f= 7,19 г/см3;

L1– длина нагревателя, см;

D– диаметр проволоки, мм.

Удельная поверхностная мощность W, Вт/см2
W= 100 × Рф/F = 100 × Рф/(p× d× L1);(20)
W= 100 × 50/3,14 × 1 × 15592 = 0,102 Вт/см2.

Удельная поверхностная мощность в пределах допустимой (0,102


Рис. 12. Схема проволочного нагревателя: d– диаметр проволоки, D– диаметр спирали, h– шаг спирали, L– длина спирали
Для проволочных элементов сопротивления характерны 2 коэффициента

Кс = D/d– коэффициент сердечника, Кс = 5 [8, c. 9].

Км = h/d– коэффициент плотности намотки, Км = 4 [8, c. 9].


D= Кс × d(21)
D= 5 × 10 = 50 мм.
h= Км × d(22)
h= 4 × 10 = 40 мм.

Длина витка спирали
Lвит= p× D(23)
Lвит= 3,14 × 50 = 157 мм.

Длина выводов нагревателя
Lвыв= В + 100,(24)
где В – толщина стены печи, мм.

Lвыв= 300 + 100 = 400 мм.

Длина проволоки в спирали без вывода определяется по формуле
L1= Lвит× n, (25)
где n– число витков.

Отсюда

n= 155,92 × 103/157 = 993 витка.

Площадь поверхности излучения спирали
Fпов= p× d× L1,(26)




Fпов= 3,14 × 10 × 10 — 3 × 155,92 = 4,9 м2.


    продолжение
--PAGE_BREAK--3.4 Расчет количества оборудования по нормам времени и укрупненным показателям


Расчет основного оборудования производится на основании производственно программы, спроектированного технологического процесса термической обработки, режима работы отделения и фонда времени оборудования.

Необходимо различать календарный, номинальный и действительный фонды времени работы оборудования [16].

Полный календарный фонд времени равен

Фк = 365 × 24 = 8760 ч

Номинальный фонд времени – это количество часов в году в соответствии с режимом работы без учета потерь. Так как термическое отделение высокотемпературного отжига анизотропной электротехнической стали работает непрерывно, то номинальный фонд равен полному календарному, то есть

Фн = Фк = 8760 ч.

Действительный фонд времени равен тому времени, которое может быть полностью использовано для производства. Величина этого фонда равна номинальному фонду с вычетом потерь времени на простой оборудования, связанных с его ремонтом и наладкой
Фд = Фн — (ts— te),(27)
где Ts– технические простои, ч;

Te– технологические простои, ч.

Обычно сумма этих потерь принимается от 4 до 12% от номинального фонда времени [16].

Фд = 8760 — (8760 × 0,12) = 7708 ч.

За основу расчета по укрупненным показателям принимается удельная (часовая) производительность печей. Часовая производительность оборудования определяется по формуле
Q= G/τ,(28)
где Q – часовая производительность, кг/ч;

G – масса садки, кг;

τ – технологическое время, ч.

Q= 45000/250= 180 кг/ч.

Задолженность оборудования, т.е. время, необходимое для термической обработки изделия заданной программы, определяется по формуле
Z= W/Q,(29)
где Z – задолженность оборудования, ч;

W – годовая программа, кг.

Z= 150 × 106/180 = 833334 ч.

Количество единиц оборудования определяется по формуле
Пр = Z/Фд,(30)
где Пр – расчетное количество единиц оборудования, шт;

Фд – действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч.

Пр = 833334/7708 = 108 шт.

Для того, чтобы коэффициент загрузки был в пределах нормы, принимаем, что для выполнения годовой программы в 1500000 тонн необходимо 130 печей.

Принятое количество печей Пп = 130 шт.

Для определения степени загруженности печей во времени рассчитывается коэффициент загрузки по формуле
Кз = Пр/Пп,(31)
Кз = 108/130 = 0,83.

Средний коэффициент загрузки оборудования по цеху должен составлять 75 – 85%. Данный коэффициент удовлетворяет этому условию.

В соответствии с годовой программой и принятым количеством основного оборудования определяем наличие в отделении высокотемпературного отжига дополнительного, силового и подъемно — транспортного оборудования.

К дополнительному оборудованию относятся:

·                   Машина для правки подовых плит (1 шт.);

·                   Сварочный преобразователь (2 шт.).

Силовое оборудование:

·                   Компрессор (2 шт.);

·                   Насос вакуумный (29 шт.);

·                   Аэратор ПАМ — 24 (2 шт.).

К подъемно — транспортному оборудованию относятся:

·                   Клещи полуавтоматические грузоподъемностью 14 тонн (3 шт.);

·                   Мостовые краны (3 шт.).
3.5 Расчет производственных площадей, планировка отделения


Отделение высокотемпературного отжига анизотропной электротехнической стали, представляет собой производственную единицу и входит в состав листопрокатного цеха. Расстановка оборудования в отделении, т.е. планировка, должна производится с учетом соблюдения техники безопасности, наилучшей организации технологического процесса, экономии и обеспечения минимального пути транспортировки.

Проектируемое отделение располагается в отдельном пролете и представляет собой одноэтажное здание, имеющее на плане вид прямоугольника. Каркас здания состоит из металлических колонн и ферм, несущих кровлю. Отделение имеет два въезда шириной 10 метров.

Общая производственная площадь отделения определяется по укрупненным показателям; принятое проектом количество печей умножают на укрупненную норму площади данного цеха
Fп= Пп × f,(32)
где Fп– общая площадь отделения, м2;

Пп – принятое количество печей, шт.;

f – укрупненная норма площади на одну печь, м2.

Укрупненная норма площади на одну печь принимается равной 50 – 90 м2 [17].

Fп= 130 × 70 = 9100 м2.

Проезды и проходы считаются отдельно и составляют 25 – 30% от производственной площади.

Прх = 9100 × 0,3 =2730 м2.

Общая площадь отделения высокотемпературного отжига определяется по формуле
F= Fп+ Прх, (33)
F= 9100 + 2730 = 11830 м2.

Оборудование располагается от стен на расстоянии 1 – 1,5 м, расстояние между печами – 1,5 – 2 м, проезды 3 – 4 м.

Грузопоток изделий, т.е. движение в технологической последовательности должен быть однородным и направленным (без встречных перемещений и пересечений).

В отделении предусмотрены помещения контор начальника отделения, сменных мастеров, а также помещение КИПа. Освещение термических цехов является совмещенным, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным.

Естественная вентиляция имеет важное значение для поддержания необходимых условий в цехе. В дополнение к естественной вентиляции в термических цехах устанавливают механическую. Зимой предусмотрен нагрев воздуха.

Подсобные помещения (магазины, мастерские), склады составляют 60% от производственной площади

Fск= 0,6 × 11830 = 7098 м2.

Общая площадь отделения

Sпр= 11830 + 7098 = 18928 м2.

В отделении бытовые помещения не размещаются. Они располагаются в пристройке цеха, которая делается с боковой стороны. Там находятся гардеробы, умывальные, душевые, туалеты и комнаты отдыха.



    продолжение
--PAGE_BREAK--4. Влияние скорости нагрева на величину зерна перед вторичной рекристаллизацией


4.1 Материал и обработка
В качестве материала исследования была выбрана промышленная анизотропная электротехническая сталь производства НЛМК с толщиной листа 0,35 (табл. 18).
Таблица 18. Химический состав исследуемой стали



Обработка исследуемой стали осуществлялась в промышленных условиях по принятой технологии, включающей выплавку в конверторных печах, горячую прокатку, травление горячекатаного подката, первую холодную прокатку на промежуточную толщину с последующим обезуглероживающем отжигом, вторую холодную прокатку на конечную толщину.

Дальнейшая обработка проводилась в лабораторных условиях. Для этого из холоднокатаной полосы вдоль направления прокатки вырезались образцы размером 15030 мм для исследования фазо — и структурообразования, и 30530 мм для измерения магнитных свойств. Отжиг образцов на вторичную рекристаллизацию проводился в лабораторной трубчатой печи в атмосфере аргона по режиму:

— нагрев до 700 °С с произвольной скоростью;

— с 700 °С до 800 °С со скоростью 50 °С/час;

— с 800 °С до 1050 °С со скоростями 15, 25, 50 °С/час.






Рис. 13. Температурный режим отжига анизотропной электротехнической стали толщиной 0,35 мм.
В процессе отжига производился отбор образцов при температурах: 800, 840, 880, 900, 925, 940, 1000, 1025, 1050 °С (рис. 13). Образцы охлаждались на воздухе.

Режим отжига поддерживался с помощью регулирующего устройства РУ5 — 01М и прибора КСП — 2 — 039. Температура в рабочей зоне печи контролировалась печной термопарой типа ПП и термопарой типа ХА. Рабочая зона печи выбиралась с учетом минимального градиента температур (рис. 14)

Для измерения магнитных свойств образцы стали размерами 30530 мм подвергались высокотемпературному отжигу при 1150 °С в течении 30 часов в промышленной колпаковой печи по принятой технологии.






Рис. 14. График распределения температур по длине печи S


4.2 Метод исследования микроструктуры


Стабильность структуры первичной рекристаллизации на инкубационном периоде аномального роста оценивалась путем исследования микроструктуры.

Исследование микроструктуры проводилось на микрошлифах… Для приготовления микрошлифов несколько образцов размерами 3030 мм собирались в струбцине и предназначенная для шлифа поверхность вначале шлифовалась на наждачной бумаге, затем полировалась на алмазной пасте и окончательно на станке, диск которого покрыт сукном. Сукно смачивают водой, в которой во взвешенном состоянии находились частицы окиси хрома. При достижении зеркальной поверхности шлиф промывался водой, высушивался м подвергался травлению в течении 20 секунд в 4% — растворе азотной кислоты в этиловом спирте.

Микроструктура изучалась на структурном анализаторе EPIQUANTпри увеличении 300, 500 в полуавтоматическом режиме. Размер зерна определялся методом случайных секущих Метод состоит в подсчете пересечений границ зерен случайной секущей. Такой секущей служит средняя линия окуляр — микрометра.

Для определения среднего размера зерен исследуемый образец устанавливают на микроскоп и подсчитывают количество зерен (число пересечений), укладывающихся на всей длине линейки окуляра или определенной ее части. Увеличение микроскопа подбирают таким образом, чтобы на длине линейки окуляра укладывалось не менее 10 зерен. Таких подсчетов делают не менее десяти в различных участках шлифа.

Размер зерна определялся методом секущих оценкой не менее 300 зерен, что обеспечивает погрешность измерений не более 5%. Учет длины секущей Lи количество учтенных зерен nопределялось автоматически. Средний размер зерна определялся по выражению: d=, мкм.

По полученным данным строились зависимости размера зерна от температуры отжига.
4.3 Исследование микроструктуры
Результаты исследования микроструктуры в температурном интервале, предшествующем началу вторичной рекристаллизации, представлены в табл. 18. В результате первичной рекристаллизации структура исследуемой стали получилась равнозернистой и однородной. На начало исследуемого температурного интервала размер зерна в стали составляет 23 — 26 мкм (табл. 18); при повышении температуры отжига наблюдается увеличение среднего размера зерна (нормальный рост), который достигает 32 — 34 мкм. при температуре 1050 °С. Наиболее интенсивно рост зерна происходит в интервалах 800 — 880 °С и выше 960 °С (рис. 15 ), в интервале 880 — 940 °С при скоростях нагрева 15 и 25 °С/час наблюдается постоянство размера зерна, рост зерна при скорости нагрева 50 °С/час не подчиняется этим закономерностям и происходит сравнительно интенсивно во всем исследованном температурном интервале.


Таблица 18. Изменение размера зерна при отжиге стали толщиной 0,35 мм.



Влияние температуры отжига на размер зерна d(скорость нагрева:

1.                 — 15 °С/час;

2.                 — 25 С/час;

3.                 — 50 С/час)

Исследование микроструктуры стали косвенно подтверждает, что при увеличении скорости нагрева снижает стабильность матрицы. При скорости нагрева 15 и 25 °С/час на кривых зависимости размера зерна от температуры характерно наличие участков с практически неизмененным размером зерна. В то же время при скорости нагрева 50 °С/час рост зерна происходит сравнительно интенсивно во всем исследуемом температурном интервале, тому соответствует минимальное значение плотности частиц ингибиторной фазы равное 181013 см — 3.

Изучение кинетики вторичной рекристаллизации показало, что в медьсодержащей стали процесс аномального роста зерна при исследованных режимах обработки протекает полностью. Аномальный рост понижается после частичного растворения включений. Повышение скорости нагрева приводит к торможению как процессов выделения, так и процессов растворения, следовательно, смещению кинетических кривых вторичной рекристаллизации в область более высоких температур.




5. Механизация и автоматизация
Механизация и автоматизация производственных процессов являются основными направлениями в развитии технического прогресса. Работа современных термических цехов немыслима без механизации и автоматизации производственных процессов и широкого применения различной контрольно — измерительной аппаратуры [18].

Схема контрольно — измерительных приборов электропечей типа СГН – 16.25 – 3/12 – И1.: комплект электропечей состоит из четырех стендов и трех колпаков. Подача водорода и азота в каждую электропечь осуществляется с помощью вентилей с электромагнитными приводами. Необходимый вакуум в подколпаковом пространстве каждой печи создается при помощи вакуумного насоса. В процессе работы электропечей производится автоматическое регулирование и запись температуры печи с помощью электронных потенциометров, контроль процентного содержания водорода, кислорода, контроль влажности, контроль горения свечей в каждой электропечи, контроль падения давления водорода в электропечи. Контроль горения свечи осуществляется с помощью многоточечного электронного потенциометра. При прекращении горения свечи загорается соответствующая желтая лампа и звучит сирена.

Для определения процентного содержания кислорода используется газоанализатор типа ГДРП – 3, который подключается к соответствующей печи с помощью ручного вентиля.

Для определения процентного содержания водорода применяют два газоанализатора типа ТП – 1120, каждый из которых подключается к соответствующей печи с помощью ручного вентиля. Измерение влажности в электропечи осуществляются с помощью измерителя влажности типа ИВ – 439 – Х1, подключаемого с помощью ручного вентиля.

Контроль давления водорода в каждой из четырех электропечей осуществляется соответствующим сигнализатором давления, которые при наличии падения давления водорода в печи дают импульс на закрытие вентиля, подающего водород и открытие вентиля, подающего азот и одновременно импульс на звуковую и световую сигнализацию. Открытие затворов, подающих азот или водород в одну из электропечей возможно только при закрытом вакуумном затворе.

Каждая электропечь имеет три электрические зоны. Мощность первой и второй по 250 кВт, третьей – 150 кВт. Нагреватели впервой и второй зоны соединены в «треугольник», третья зона соединена в «звезду».

Нагреватели подсоединяются к блокам управления типа БУ 5127 – 53 А2А и БУ 5126 – 53 А2В, которыеподключаются к сети переменного тока и устанавливаются на щитах станций управления ЩСУ – 1 и ЩСУ – 2.

Катушки контакторов, включающие нагреватели электропечи, питаются постоянным током 220 В, остальные цепи питаются переменным током с напряжением 380 В. Схемой предусмотрено ручное или автоматическое управление нагревателями. Ручное переключение нагревателей производится универсальным переключателем 25 УП. Автоматическое регулирование каждой зоны производится электронным потенциометром. Датчик – термопара: схемой предусмотрена световая сигнализация: при включенных нагревателях – красная лампа, при отключенных – зеленая.

Питание вакуумного насоса, обеспечивающего работу четырех электропечей, осуществляется от станции управления типа БУ 5120, подключенной к сети 380 В переменного тока.

Подключение к сети переменного тока с напряжением 380 В электродвигателя вакуумных насосов осуществляется автоматическими выключателями и рубильником. Автоматический выключатель устанавливается по одному на каждую электропечь, а рубильник приходится один на четыре электропечи.

Работа вакуумного насоса сигнализируется лампой белого цвета. Цепи управляются приводом насоса 220 В переменного тока.

Включение электродвигателя осуществляется контакторами с помощью кнопок управления.

Положение вакуумных затворов сигнализируется лампами красного и зеленого цвета. Схемой предусмотрена блокировка, разрешающая открытие затвора для подключения системы к вакуумному насосу только при закрытых затворах, подающих азот или водород. При открытии вентиля подачи водорода автоматически подается напряжение на нагнетательный элемент свечи. Контроль горения свечей осуществляется с помощью термопары и потенциометра. Контроль процентного содержания водорода, кислорода и влажности осуществляется с помощью газоанализаторов. Питание газоанализаторов производится от сети 220 В переменного тока. Защита цепи управления производится, автоматическим выключателем типа 14 ВА. Для создания необходимого расхода газа через датчики газоанализаторов применяются побудители расхода типа ПМГ – 1. Для подачи напряжения на цепи управления установлен контактор типа 53 СП, выключаемый кнопками управления типа 68 КУ, 69 КУ. Цепи управления каждого газоанализатора подключается к общим цепям управления с помощью системных розеток, и отключаются тумблерными выключателями [19].

Контроль наличия напряжения на цепях управления осуществляется сигнальными лампами красного цвета.

Отбор газа на анализ от той или иной электропечи производится газоанализатором с помощью ручных вентилей. Соединение датчиков с вторичными приборами газоанализаторов необходимо производить экранированным проводом в соответствии с монтажно-эксплуатационными приборными инструкциями.



    продолжение
--PAGE_BREAK--6. Организация труда и управление отделением6.1 Научная организация труда в проектируемом отделении


Научная организация труда (НОТ) базируется на достижениях науки и передовом опыте, целью которого является наилучшее соединение людей и техники в производственном процессе, обеспечение эффективного использования материальных и трудовых ресурсов при непрерывном повышении производительности труда.

Главные направления научной организации труда, применяемые для проекта:

·                   Лучшая организация рабочего места, включающая лучшее обеспечение необходимыми материалами для бесперебойной работы;

·                   Совершенствование обслуживания рабочих мест, уменьшение времени простоев при выдаче заданий и приеме продукции;

·                   Отбор, улучшение и распространение наиболее рациональных трудовых приемов. Передача навыков, опыта, методов работы квалифицированных рабочих новичкам;

·                   Создание благоприятных условий труда путем автоматизации и механизации производственных процессов;

·                   Рационализация режимов труда и отдыха;

·                   Совершенствование нормирования труда;

·                   Укрепление трудовой дисциплины.


6.2 Управление проектируемым объектом


Производственный участок возглавляет начальник участка – старший мастер. Он является оперативным руководителем и организатором работы. Старший мастер подчиняется непосредственно заместителю начальника цеха и отвечает за производственно — хозяйственную деятельность отделения высокотемпературного отжига [20].

В соответствии с действующими положениями старший мастер имеет право:

·                   Производить расстановку рабочих на рабочие места;

·                   Принимать на работу и освобождать от работы рабочих с утверждения начальника цеха;

·                   Премировать рабочих из фонда премирования, выделенного в распоряжение мастера;

·                   Налагать в установленном порядке дисциплинарные взыскания за нарушение дисциплины.

Главными задачами мастера являются: строгое соблюдение технологии, точное выполнение режимов термообработки, обеспечение высокого качества, надежности и долговечности изделий.

Непосредственно у старшего мастера находится в подчинении старший термист. Он руководит загрузкой и разгрузкой печей, их пуском и остановкой, включением и выключением вакуумных насосов; устанавливает и регулирует режим отжига металла. Основной задачей старшего термиста является организация работы участка колпаковых печей в соответствии с требованиями технологии и инструкции по работе оборудования.

Сменному мастеру и старшему термисту подчиняется бригада рабочих, которую возглавляет бригадир. Он отвечает за состояние оборудования и работу бригады на вверенном ему участке.

Начальник отделения и сменные мастера поддерживают тесную связь с технологами цеха, работниками ОТК и цеховой экспресс лабораторией, являющейся филиалом общезаводской металловедческой лаборатории.



7. Экономическая часть7.1 Расчет капитальных вложений


Общая сумма капитальных вложений в балансовую стоимость основных фондов [17]
КОС = КЗ + КС + КСО + КР + КПР,(33)
где КЗ – капитальные затраты на возведение здания, сантехнику, руб.;

КС – капитальные затраты на строительство сооружения, руб.;

КСО – капитальные затраты на силовое оборудование и силовые машины, руб.;

КР – капитальные затраты на рабочие машины и рабочее оборудование, руб.;

КПР – капитальные вложения в прочие основные фонды, руб.


7.1.1 Капитальные затраты на возведение здания
Расчет балансовой стоимости зданий и бытовых помещений производится по укрупненным показателям нормативной стоимости 1 м2 зданий.

Общий объем производственного здания
VПР = SПР × h, м3,(34)
где SПР – производственная площадь, м2;

h – высота, м.

VПР = 8008 × 15 = 120120 м3.

Стоимость 1 м2 производственных зданий составляет 7800 руб., тогда стоимость здания

СПР = 8008 × 7800 = 62462400 руб.

Стоимость санитарно — технических проводок принимается 40% от стоимости строительных работ по зданию [17, c.4]
СС — Т = 0,4 × СПР, руб.;(35)
СС — Т = 0,4 × 62462400 = 24984960 руб.

Площадь и объем конторских помещений по нормам и численности трудящихся. Численность трудящихся 76 человек. Норма площади 2,4 м2 на одного человека, тогда

SА — Б = 2,4 × 76 = 182,4 м2

Высота принимается 3 м.

VА — Б = 182,4 × 3 = 547,2 м3

Стоимость 1 м2 административно — бытовых помещений равна 9000 руб. Общая стоимость административно — бытовых помещений

СА — Б = 182,4 × 9000 = 1641600 руб.

Стоимость санитарно — технических проводок составляет 40 % от стоимости административно – бытовых помещений [17, c. 4]:

СС — Т = 0,4 × 1641600 = 656640 руб.

КЗ = 62462400+ 24984960 + 1641600+ 656640 = 127223040 руб.


    продолжение
--PAGE_BREAK--7.1.2 Капитальные затраты на возведение сооружений
Капитальные затраты на возведение сооружений принимаем 20 % от стоимости производственного здания.

КС = 0,2 × СПР= 0,2 × 62462400= 12492480 руб.(36)
7.1.3 Капитальные затраты на силовые машины и силовое оборудование
Капитальные затраты на силовые машины и силовое оборудование


КСО = N × ЦЭ × n, руб.,(37)
где N – установочная мощность силового оборудования, кВт;

ЦЭ – стоимость 1 кВт установленной мощности, включая монтаж, руб.;

n– количество печей.

КСО = 700 × 80 × 88 = 4928000 руб.
7.1.4 Капитальные затраты на рабочее оборудование
Капитальные затраты на рабочее оборудование
КР = Ц × (1 + sН.Р.) × n,(38)
где Ц – оптовая цена единицы оборудования, руб.;

sН.Р.– коэффициент, учитывающие затраты на транспортно — заготовительные нужды, сооружение фундаментов и монтаж;

n – число единиц оборудования.

Капитальные затраты на печи

КР1 = 191345 × 88 = 16838360 руб.

Капитальные затраты на электромостовые краны

КР2 = 61371,25 × (1 + 0,2) × 3 = 220936,5 руб.

Капитальные затраты на неучтенное оборудование применяем 15 % от капитальных затрат на технологическое оборудование

КР3 = 0,15 × 16838360 = 2525754 руб.

КР = 16838360 + 220936,5 + 2525754 = 19585050,5 руб.

Прочие основные фонды принимаем 20 % от основных фондов

ПОФ = 0,2 × (89745600+ 12492480+ 4928000 + 2525754) =109691834руб.




Таблица 19. Капитальные затраты на возведение зданий и бытовых сооружений



Таблица 20. Капитальные вложения в рабочие машины и рабочее оборудование



Таблица 21. Основной капитал, его структура и амортизационные отчисления



Удельные капитальные вложения определяются отношением полной балансовой стоимости основных фондов отделения к годовому объему производства

КУД = 236442964,5/80000 = 2955,54 руб.


7.2 Энергетика отделения
Расход технологической электроэнергии на единицу оборудования
ЭТ = N × ФД × h× КЗ,(39)
где ЭТ – годовой расход технологической энергии, кВт/ч;

N – установленная мощность печи, кВт;

ФД –фонд времени работы печи в течение года, ч.;

h– коэффициент загрузки;

КЗ – коэффициент загрузки.

ЭТ = 700 × 8322 × 0,6 × 0,84 = 2936002 кВт/ч.

Потребность в электроэнергии силовой (для электродвигателей, механизмов и машин)
ЭС= åКСi× Ni × Фi× КП× ni,(40)
где ЭС – расход производственной энергии в течение года, кВт × ч;

КСi – коэффициент спроса по данной группе потребителей;

Ni– установленная мощность в данной группе потребителей электроэнергии, кВт;

Фi– фактическое время работы данной группы потребителей электроэнергии, ч;

КП – коэффициент текущих простоев (принимается 0,8);

ni– количество единиц оборудования в данной группе потребителе [17].

ЭП (краны) = (0,25 × 50 × 8322 × 0,8) × 3 = 249660 кВт × ч

ЭП (печи) = (0,65 × 700 × 8322 × 0,8) × 88 = 266570304 кВт × ч.

ЭП (вент.) = (0,70 × 30 × 8322 × 0,8) × 3 = 419428,8.

∑ЭП = 267239392,8 кВт × ч.

Затраты электроэнергии на освещение
ЭО = ( F××q× r× hО) / 1000,(41)
где ЭО – годовой расход электроэнергии на агрегате нормализации, кВт × ч;

F– освещаемая площадь, м2;

q– удельное количество ватт на 1 м2;

r– число часов горения в году, при трехсменной работе;

hО– коэффициент одновременного горения для печного зала.

Расход электроэнергии на освещение производственных помещений:

ЭОПР = (8008 × 11 × 4700 × 0,8 / 1000 = 331210,9 кВт × ч.

Расход электроэнергии на освещение бытовых и служебных помещений

ЭОБ = (182,4 × 10 × 4700 × 0,7) / 1000 = 6000,96 кВт × ч.

Общий расход электроэнергии на освещение
ЭО= ЭОПР+ ЭОБ= 331210,9 + 6000,96 = 337211,86 кВт× ч.
Расход потребности отделения в воде

на производственные нужды

V= 287 × 8322 = 2388414 м3;

на хозяйственные нужды этот расход составляет 75 л на 1 человека в смену. Количество этих смен в году составляет 262.

V= 75 × 76 × 262 = 1493400 м3

Расход защитного газа водорода на 1 т. анизотропной электротехнической стали составляет 328 м3. Годовой расход водорода

VВОДОРОД= 328 × 800000 = 26250000 м3,

где 80000 – годовой объём продукции, т.

Расход защитного газа азота на одну тонну анизотропной электротехнической стали составляет 99,4 м3. Годовой расход азота

VАЗОТ= 99,4 × 80000 = 7950000 м3.

Расход сжатого воздуха на 1 т. анизотропной электротехнической стали – 163,7 м 3

VВОЗДУХ= 163,7 × 80000 = 13095000 м3.
Таблица 22. Годовой расход и затраты на различные виды технологической энергии


    продолжение
--PAGE_BREAK--7.3 Определение штатов обслуживающего персонала


На участке применяется трехсменный четырех бригадный график работы при непрерывной рабочей неделе и восьмичасовом рабочем дне. При непрерывной отработке каждой бригадой по четыре дня предусмотрено 48 часов отдыха.
Таблица 23. График выходов на работу


    продолжение
--PAGE_BREAK--7.3.1 Баланс использования рабочего времени
Баланс использования рабочего времени с учетом продолжительности отпуска, режима труда и отдыха, а также с учетом длительности рабочего дня.

Отделение для термической обработки относится к непрерывным производствам. В нем установлено оборудование большой мощности, и так как расход тепловой энергии оборудования велик, то работа в одну или две смены привела бы к большим потерям времени на разогрев агрегата, и ощутимым непроизводственным потерям электроэнергии для поддержания рабочей температуры, при работе на холостом ходу в нерабочие смены. Поэтому в отделении устанавливается круглосуточная работа, т.е. в три смены без междусменных перерывов. При такой организации труда каждая бригада работает в течение восьми часов. После четырех дней работы в одну смену бригада имеет 48 часов отдыха. Чередование смен прямое, т.е. из первой смены бригада переходит во вторую, из второй в третью, из третьей в четвертую.

Отдых бригадам предоставляется не в общеустановленные дни, а в дни, приходящиеся по графику. Работа в праздничные дни и предпраздничные дни производится, так же как и обычно.

Такой график работы не предусматривает регламентированного перерыва для отдыха и приема пищи. Прием пищи осуществляется в рабочее время.

Среднемесячная длительность работы по этому графику на 9,4 часа превышает норму для 41 – часовой рабочей недели. Эта переработка оплачивается как сверхурочная работа.

Потери времени на выходные дни

24 × 365 = 8760 ч;

8760 / 3 = 2920 ч;

2920 / 5 = 584 ч.

Номинальное время работы устанавливается как разность между календарным временем и потерями на выходные дни

2920 — 584 = 2336 ч.

Вычитая потери рабочего времени из номинального времени работы, устанавливаем фактическое время работы и в том числе продолжительность работы в ночное и сверхурочное время.

Все расчеты по балансу рабочего времени находятся в таблице 24.
Таблица 24. Баланс использования рабочего времени




Таблица 25. Штатное расписание рабочих



Таблица 26. Штатное расписание ИТР



Таблица 27. Структура численности трудящихся


    продолжение
--PAGE_BREAK--7.4 Расчет фонда заработной платы


Термическое отделение является производством со строго регламентированным во времени технологическим процессом. Поэтому целесообразно применять повременно — премиальную систему оплаты труда. При выполнении норм выработки и получения продукции необходимого качества устанавливается премия в размере 35 % от тарифной ставки.


7.4.1 Фонд заработной платы рабочих, работающих по сменам
Зарплаты по тарифным ставкам [17]
ТЗ = е × ш × tФ, руб.,(42)
где е – часовая тарифная ставка рабочего 1 — го разряда, руб.;

ш – списочное количество работников, приведенных к первому разряду;

tФ – фактическое время работы по балансу рабочего времени, ч.

ТЗ = 4,03 × 163,08 × 2096 = 1377517,19 руб.

Доплата за работу в ночное и вечернее время принимаем 30 % от тарифной ставки
ТН = 0,3 × е × ш × tН, руб,(43)
где tН – число часов работы в ночное время.

ТН = 0,3 × 4,03 × 163,08 × 899 = 177250,18 руб.

Доплата за работу в выходные дни
ТП = е × ш × tП, руб,(44)
где tП – число часов работы в праздничные дни,

ТП = 4,03 × 163,08 × 73 = 47976,50 руб.

Доплата за работу в сверхурочное время
ТС = 0,5 × е × ш × tС, руб,(45)


где tС – число часов работы в сверхурочное время;

ТС = 0,5 × 4,03 × 163,08 × 65 = 21359,40 руб.

Размер премии составляет 35% от зарплаты по тарифным ставкам при условии выполнения производственного задания
ТПР = 0,35 × ТЗ, руб;(46)
ТПР = 0,35 × 1377517,19 = 482131,01 руб.

Премия за стаж работы составляет 35 % от зарплаты по тарифным ставкам
ТПРС = 0,35 × ТЗ, руб.;(47)
ТПРС = 0,35 × 1377517,19 = 482131,01 руб.

Фонд основной заработной платы
ТОСН= ТЗ+ ТН+ ТП+ ТС+ ТПР+ ТПРС, руб.; (48)
ТОСН = 1377517,19 + 177250,18 + 47976,50+ 21359,40+ 482131,01+ 482131,01= 2588365,29 руб.

Средний часовой заработок работников
ТСР.Ч..= ТОСН / tФ, руб;(49)
ТСР.Ч. = 2588365,29/2096 = 1234,90руб.

Фонд дополнительной зарплаты
ТДОП= ТСР.Ч.× (tОТП+ tОБ), руб;(50)




где tОТП – время ежегодного отпуска, ч;

tОБ– время выполнения государственных и общественных обязанностей.

ТДОП = 1234,90× (192 + 8) = 246980 руб.

Начисления на зарплату для целей социального страхования
ТСТР = 0,26 × (ТОСН + ТДОП), руб;(51)
ТСТР = 0,26 × (2588365,29 + 246980) = 737189,77 руб.

Средняя заработная плата рабочих
Зср = (ТОСН + ТДОП)/в × м, (52)
где в – списочный штат работников;

м – количество месяцев в году.

ЗСР = (2588365,29 + 246980)/(69 × 12) = 3424,33 руб.


7.4.2 Фонд заработной платы ИТР
Основная производственная премия для ИТР составляет 40 % от оклада [9]

ТПР = 0,4 × (46224 + 38280 + 132960 + 27780) = 98097,6 руб.

Премия за стаж работы – 35 % от оклада

ТПРС = 0,35 × (46224 + 38280 + 132960 + 27780) = 85835,4 руб.

Номинальное время работы 250 дней, а фактическое время работы 220 дней. Тогда дневной оклад начальника отделения будет составлять

46224/250 = 184,9 руб.

Сумма месячных окладов сменных мастеров за год составляет 171240 руб. Номинальное время работы составляет 292 дня, а фактическое – 262 дня.

Дневной оклад сменных мастеров

171240/292 = 586,44 руб.

Доплата сменным мастерам за работу в ночное и вечернее время

ТН.В. = (586,44/8) × 0,35 × 899 = 23065,42 руб.

Доплата в праздничные дни

586,44 × 9 = 5277,96 руб.

Таким образом, основная зарплата ИТР составляет

ТОСН = 46224 + 171240 + 98097,6 + 27780 + 85835,4 + 23065,42 + 5277,96 = 457520,38 руб.

Дополнительную заработную плату можно установить по среднедневному заработку

для сменных мастеров

586,44 + (23065,42 + 5277,96)/262 = 694,62 руб.;

для начальника отделения – 187,50 руб.

Если потери времени на ежегодный отпуск составляет для ИТР – 42 дней, то дополнительная заработная плата определяется

Тдоп = (694,62 + 187,50) × 42 = 37049,04 руб.

Начисления для целей социального страхования
ТСТР = (ТОСН + ТДОП) × 0,26, руб.;
ТСТР = (457520,38 + 37049,04) × 0,26 = 128588,05 руб.

Средняя заработная плата ИТР

ЗСР = 451793,38/60 = 7529,89 руб.
Таблица 27. Фонд заработной платы ИТР




Таблица 28. Фонд заработной платы ИТР и рабочих


    продолжение
--PAGE_BREAK--7.5 Калькуляция себестоимости термической обработки


Затраты на сменное оборудование, инструмент, приспособления и оснастку определяются как 1 – 1,5% от общей суммы капитальных вложений в основные фонды [9]

0,012 × 236442964,5= 2837315,57 руб.

Расходы на текущий ремонт определяются как 5% от капитальных затрат на здания, силовые машины и силовое оборудование и рабочие машины и рабочее оборудование

0,05 × 236442964,5= 11822148,22 руб.

Затраты на содержание основных фондов определяются как 11% от стоимости основных фондов

0,11 × 236442964,5= 26008726,10 руб.

Общецеховые расходы равны 5% от прямых материальных затрат (затраты на топливо, электроэнергию, затраты на вспомогательные материалы, на зарплату производственных рабочих)

0,05 × (212294593,3 + 2835345,29) =10756496,93руб.

Общекомбинатовские расходы составляют 28% от передела.

258623027 × 0,28 = 72414447,56

Результаты расчетов занесены в таблицу 29.




Таблица 29. Калькуляция себестоимости термической обработки стали


Приведенные затраты
ЗПР.= С + ЕН × КУ,(53)
где С – себестоимость обработки, руб./т,

ЕН – нормативный коэффициент доходности инвестиций, принимаем 30%,

КУД – удельные капитальные вложения, руб./т.

ЗПРпроект = 4137,97+ 0,3 × 2955,54 = 5024,63 руб./т;

ЗПРбаза = 3959,83+ 0,3 × 2364,43= 4669,16 руб./т
Таблица 30. Технико-экономические показатели



Данный проект является не эффективным по сравнению с базовым. Для повышения экономической эффективности необходимо догружать печи другими марками стали.



    продолжение
--PAGE_BREAK--8. Безопасность жизнедеятельности8.1 Краткая характеристика производственных зданий


Здания цеха термической обработки из несгораемого огнеупорного материала и бетона. Колонны устанавливают рядами в узлах модульных разбивочных осей. Шаг колонн составляет 12 метров. Здание одноэтажное, восемь пролётов. Высота здания 15 м. Площадь здания составляет: 8064 м2. Покрытие здание цеха выполнено в виде железобетонных ферм пролётом 42 метра и ребристых плит типа СПР из бетона марки «300» и «400» с арматурой класса А1 и А4. Наружные стены из бетонных панелей. Внутренние перегородки между пролётами – это трёхслойные металлические панели типа «сэндвич», состоящие из листов профильного металла и утеплителя типа пенополиуретан. Встроенные помещения (пульт управления, машинные залы и пр.) выполнено из сборных объёмных элементов и кирпича с перекрытием из мелких железобетонных плит (марка бетона«300», АРМ. Класса А1). Цех имеет два выхода с одной стороны и два выхода с другой стороны. Размеры двери: 2,1× 1,0 м. Расстояние между эвакуационными выходами составляет 60 метров. Расстояние от наиболее удалённого места до выхода 75 метров, что соответствует СНиП 2.01.02 – 85. Наружные открытые лестницы стальные, шириной – 1 метр, с уклоном не более 1:1, с ограждениями высотой – 1 метр.

Полы из рифленой чугунной плитки.

Естественное освещение отделения – боковое, 15 оконных проёмов с размерами 1,5 × 1,8 в два ряда. Для искусственного освещения применяют газоразрядные лампы ДРЛ 80 со световым потоком 3200 лм. Искусственное освещение подразделяется на рабочее, аварийное, охранное и эвакуационное. Лампы располагаются на потолке в два ряда, с одинаковым расстоянием между ними. Всего – 20 ламп.

Отопление – центральное, водяное, двухтрубное с верхней разводкой и обеспечивает следующие параметры воздуха: температура 19 – 20 °С, относительная влажность – 50 – 60%, подвижность воздуха – 0,2 м/с.

Для предотвращения скопления газа в помещениях имеется вентиляция. Для удаления пыли и токсичных веществ из производственного помещения цех оборудован приточно-вытяжной вентиляцией, а также вытяжной местной вентиляцией для удаления загрязнённого воздуха непосредственно с рабочего места. В отделении предусмотрен вытяжной шкаф для удаления вредных газов и паров легковоспламеняющейся жидкости. Площадь вытяжного проёма с зонтом, открытым с трёх сторон – 1,58 м2. Вытяжка загрязнённого воздуха из помещения осуществляется с помощью вентилятора

Для тушения пожаров используют огнетушители, пожарные краны, песок. В термическом отделении пенные и порошковые огнетушители. Также есть пожарное водоснабжение, которое объединяется с производственным водопроводом.

Для внутреннего пожаротушения в зданиях на лестничных площадках, в коридорах, устанавливают пожарные краны, с расчётом подачи воды в любую точку рабочей зоны. Количество кранов – 10 штук. Расход воды при наружном пожаре принимается в соответствии со СНиП «Водоснабжение. Нормы проектирования». Продолжительность наружного пожаротушения 2,5 часа. Для этого пожаротушения используют пожарный водопровод низкого и высокого давления. Расстояние между гидрантами не более 150 метров, а расстояние от гидрантов до стен зданий не более 120 метров, а от дороги не более 2,5 метра. Степень огнестойкости здания термического отделения в соответствии со СНиП 2.01.02. – 85 вторая, категория по взрывопожарности – Г (R> 90; E> 15; REJ> 45).Для предотвращения распространения пожара здание термического отделения от других зданий противопожарными разрывами. Технологическое оборудование (печи) герметичное, минимальный разрыв – 30 метров, обеспечено газоплотностью муфеля. В помещении устанавливают сигнализацию. Для борьбы с огнём используют воду, в виде тонко, распылённой струи. Нормы расхода воды на пожаротушение для предприятий, в соответствии со СНиП II– 31 – 74 и приведены в таблице 31.
Таблица 31. Нормы расхода воды на пожаротушение для предприятий (СНиП II– 31– 74) [27]


8.1.1 Перечень основного и вспомогательного оборудования
К основному оборудованию относят: машина для правки подовых плит – 1 шт.; сварочный преобразователь – 2 шт.; компрессор – 2 шт.; насос вакуумный – 29 штук; аэратор ПАМ – 24 – 2 шт.; клещи полуавтоматические грузоподъёмностью – 14 тонн (3 штуки); мостовые краны – 3 штуки.


8.2 Мероприятия по защите производственного персонала от опасностей и вредностей


На всех производственных рабочих местах должны работать специалисты, знающие и точно соблюдающие технологический процесс, а также точно исполняющие все требования техники безопасности.

1. Во избежании механических травм все перемещающиеся и вращающиеся элементы должны иметь защитные кожухи и ограждения, препятствующие получению травм.

Повышенная опасность эксплуатации грузоподъемных машин обусловлено следующими факторами:

а) возможностью случайного наезда крана или перемещающего им груза на объекты оборудования;

б) случайным падением перемещаемого груза, например, при неправильной его обвязке или зацепке.

Для обеспечения безопасности при эксплуатации грузоподъёмных машин служат предохранительные приспособления и устройства. Для мостовых кранов – это ограничители подъёма груза, ограничители хода тележки с лебедкой вдоль моста крана и ограничители хода моста по подкрановым путям, которые оборудованы конечными выключателями, разрывающими цепь питания электродвигателя в конце пути; звуковой сигнал для предупреждения людей о движении крана.

2. Для защиты от поражения электрическим током необходимо, чтобы все оборудование было заземлено. Токоведущие части должны быть надежно изолированы, ограждены или недоступно расположены. Необходимо использование предупредительной сигнализации, предупредительных плакатов. При управлении установками желательно пользоваться дистанционным включением и выключением при помощи магнитного пускателя. Применять блокировочные устройства, препятствующие случайному проникновению человека внутрь аппаратуры и устройств, элементы которых находятся под напряжением. При ремонтных работах применять пониженное напряжение питания. Необходимо проводить планово — предупредительные ремонты и профилактические испытания электрооборудования. Все работники при работах связанных с электричеством должны использовать средства индивидуальной защиты: части одежды (резиновые диэлектрические перчатки, боты, брезентовые рукавицы), вспомогательные приспособления (изолирующие площадки, подставки, коврики).

3. Для уменьшения воздействия избыточного тепла и тепловых излучений необходимо теплоизолировать нагретые поверхности, устанавливать экранирующие ширмы, использовать кондиционеры для создания микроклимата в помещениях, по возможности устанавливать дистанционное управление и наблюдение с использованием телекамер, мониторов и компьютеров. Необходимо использование специальной одежды для предохранения рабочих от воздействия теплового излучения и ожога. Для улучшения теплорегуляции организма работающих на данном участке необходим питьевой режим. Для этого необходимо установить аппарат с газированной водой.

4. В данном производстве ослабление шума не может быть достигнута за счет изменения технологии процесса. Следовательно, необходимо применение различных экранов, отражающих звуковые волны, а также установка пультов управления вне зоны технологического агрегата. В целях личной защиты необходимо применение шумозащитных наушников, заглушек, вкладышей.

5. Одним из основных мероприятий по предупреждению взрывов и пожаров является пожарная профилактика, направленная на установление строгого соблюдения работниками требований правил, норм и инструкций по технике безопасности, своевременное устранение неисправностей газового оборудования и газопроводов, недопущение утечек газа.

По всей длине газового тракта необходима установка газоанализаторов, дающих импульс на звуковую сигнализацию. Для предотвращения скопления газа в помещениях, необходимо устанавливать принудительную вентиляцию. Для ликвидации возможных пожаров, объект необходимо оборудовать средствами пожаротушения. В случае возникновения пожара необходима возможность быстрой и безопасной эвакуации людей. Для удаления пыли и токсичных веществ из производственного помещения, необходимо цех оборудовать приточно-вытяжной вентиляцией, а также вытяжной местной вентиляцией для удаления загрязненного воздуха непосредственно с рабочего места. Помимо общецеховых мер необходимо применять индивидуальные средства защиты.



    продолжение
--PAGE_BREAK--8.3 Специальные требования безопасностипри эксплуатации колпаковых печей


1.                 К обслуживанию вакуумно-водородных печей допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие медицинскую комиссию, обученные работе с водородом, изучившие производственно — технологическую инструкцию, имеющие удостоверение на право обслуживания вакуумно-водородных печей и удостоверение на право работы стропальщиком.

2.                 В случае получения травмы немедленно сообщить об этом мастеру. При тяжелом несчастном случае немедленно прекратить все виды работ в данной зоне, сохранить место происшествия в неизменном виде, сообщить об этом мастеру. Работу разрешается начинать после указания мастера.

3.                 В случае необходимости уметь оказывать первую помощь пострадавшему при отравлении газами или пораженному электрическим током.

4.                 Обслуживающий персонал печи должен твердо знать, что подача водорода в печь, содержащую воздух под колпаком, создает условия для образования взрывоопасной гремучей смеси.

5.                 Защитный газ состава 95% азота и 5% водорода обладает удушающими действиями, особо опасно вдыхание чистого азота, аргона и др. инертных не токсичных газов – человек теряет сознание и в течение нескольких минут наступает смерть. Вход в места, где возможно появление инертных газов, разрешен только при работающей вентиляции и отборе проб воздуха на кислород.

6.                 Выполнение работ, не входящих в круг обязанностей термиста проката, старшего термиста, оператора ПУ – термиста проката – допускается только после получения соответствующего инструктажа от сменного мастера непосредственно на рабочем месте с записью в личной книжке.

7.                 Перед началом работы старший термист проката, термисты проката,операторы пульта управления обязаны, принимая смену, ознакомиться с характером и особенностями работы печей. Проверить состояние фланцевых соединений и уплотнений на водопроводах, осмотреть газовые вентили каждой печи, проверить поступление в печи водорода и азотного защитного газа согласно плана отжига.

8.                 Обо всех неполадках, неисправностях термист проката, оператор ПУ обязан сообщить старшему термисту проката, а последний – сменному мастеру.

9.                 Во время работы:

·      Постоянно следить за показаниями и исправной работой контрольно — измерительной аппаратуры, предохранительных устройств;

·      Не допускать применения открытого огня при осмотре колпака, контактных соединений, а также вблизи печи СГН и водопровода;

·      Продувку нагревателей стенда и газовых магистралей производить в защитных очках сжатым воздухом.

Обслуживающий персонал должен твердо знать, что ввод водорода в печь, содержащую под колпаком воздух, создает взрывоопасную смесь.

В случае воспламенения газа, выделяющегося через неплотности газопроводов, принять срочные меры к его тушению путем заделывания неплотностей шнуровым асбестом, обмазкой влажной вязкой глиной.

10.            Перед включением печи в работу необходимо продуть газопровод защитным газом, проверить на воспламенение газ, истекающий из контрольной свечи. Если выходящий газ не воспламеняется, печь запускать в работу запрещается, о чем следует доложить сменному мастеру. Если необходима проверка работы электронагревателей под нагрузкой, включение производить только при создании вакуума с остаточным давлением 30 – 40 мм рт. ст.

После окончания отжига, перед снятием колпака, в печь подать вместо водорода азотный защитный газ с максимальным расходом в течении 4 — х часов. При повторном вакуумировании провести проверку печи на герметичность с целью выявления подсоса в местах ввода термопар. Все места утечки отмечаются мелом.

В случае воспламенения водорода по периметру поднимаемого со стенда колпака необходимо оставить последний в приподнятом состоянии до выгорания водорода, после чего выставить колпак на тумбы с вентилятором. При остановке печи на срок более 5 суток, печь от газовой магистрали отсекается заглушкой.

11.            Ремонтные работы на газопроводах, находящихся под давлением, производить запрещается.

Для проведения ремонтных работ, связанных с огневыми работами, на коллекторе следует сбросить давление и продуть его азотным газом, взять анализ на содержание взрывоопасных газов.

После окончания ремонтных работ лицом, ответственным за их выполнение, делается отметка в журнале заданий. После этого лицо, ответственное за безопасную эксплуатацию печей, дает разрешение на эксплуатацию отремонтированного газопровода.

12.            В случае прекращения подачи водорода с электролизной станции или падения давления в магистрали ниже 30 мм вод. ст., а в отводе от печи – ниже 10 мм вод. ст., автоматические устройства переключают газопровод на подачу защитного газа вместо водорода. При восстановлении нормального давления водорода обратное переключение осуществляется оператором с пульта управления.

13.            В случае прекращения подачи охлаждающей воды на работающие печи необходимо перевести печи с водорода на азот, устранить неисправность и продолжить работу согласно технологической инструкции.

В случае срабатывания предохранительного клапана и выброса газа в атмосферу с печи, работающей с водородом, необходимо продуть печь азотом в течении 4 — х часов, затем устранить неисправность.

В случае возгорания водорода на газопроводе, фланцевом соединении, запорной аппаратуре необходимо принять меры к его тушению, путем заделки неплотностей шнуровым асбестом, подачей азотного защитного газа на поврежденный участок.

Обо всех аварийных ситуациях необходимо докладывать диспетчеру цеха, старшему аппаратчику газозащитной и электролизной станций.

14.            По окончании смены рабочий обязан доложить:

·          Сменщику обо всех неполадках за смену;

·          Мастеру о сдаче смены и полученных от сменщика замечаниях.


    продолжение
--PAGE_BREAK--