Проект участка по производству монокристаллов GSGG-Nd3 (диаметр 20мм, длинна 150мм) производительностью 100 штук в год.

РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ Проект участка по производству монокристаллов GSGGNd3 диаметр 20 мм, длинна 150 мм производительностью 100 штук в год. Исполнитель Руководитель Консультант по экономической части Москва 1998 г. План участка Вскрытие тары с Gd2O3 Взвешивание

Gd2O3 Вскрытие тары со Sc2O3 ПрокаливаниеВзвешивание Sc2O3 Вскрытие тары с Ga2O3 Взвешивание Ga2O3 Вскрытие тары с Nd2O3 Взвешивание Nd2O3 Затравление Отжиг Отрыв кристаллаРост кристалла Извлечение кристалла

Крепление кристаллаРезка кристаллаПиццеин Смешение с новымПиццеин Очистка пиццеинаПиццеин Съем заготовки Маркировка и упаковкаКонтроль оптического качестваПротирка кристалла Оглавление. 1. Введение. 1. Структура проекта. 2. Литературный обзор. 3. Выбор метода выращивания. 4. Характер оборудования. 5. Обоснование места размещения.

2. Технологическая схема. 3. Технологический расчет производства. 1. Исходные данные. 2. Расчет числа ростовых установок. 3. Расчет количества реактивов. 4. Расчет количества этилового спирта. 5. Расчет количества ацетона. 6. Расчет других расходных материалов. 7. Сводная таблица расходных материалов. 16 4.

Основное оборудование 1. Установка КРИСТАЛЛ-1. Описание установки. 2. Основные технические характеристики установки Кристалл-2. Печь КО-5. Вспомогательное оборудование, приспособления и материалы. 6. Строительная часть. 7. Экономическая часть. 1. Технико-экономическое обоснование расширения опытно-экспериментального производства на базе

ИОФРАН путем строительства нового участка по производству монокристаллов гадолиний-скандий-галлиевого граната в количестве 100 штук в год. 2. Режим работы участка и расчет эффективного времени работы оборудования. 3. Расчет стоимости основных фондов и капитальных затрат. 1. Определение стоимости строительства зданий и сооружений. 2. Определение стоимости оборудования. 25 7.3.3.

Определение капитальных затрат. 4. Расчет численности рабочих и фонда заработной платы. 1. Определение баланса времени работы среднесписочного рабочего. 2. Определение числа рабочих и фонда заработной платы. 3. Расчет штата и фонда заработной платы персонала участка. 5. Расчет проектной себестоимости продукции. 28 7.5.1.

Определение годовой потребности в сырье, материалах, энергии. 2. Планово-заготовительные цены на сырье и материалы. 3. Определение стоимости электроэнергии. 4. Расчет амортизационных отчислений. 5. Смета расходов по содержанию и эксплуатации оборудования. 6. Смета цеховых расходов. 7. Проектная калькуляция себестоимости продукции.

8. Структура полной себестоимости единицы продукции. 6. Основные технико-экономические показатели участка. 8. Охрана труда и техника безопасности. 1. Введение. 2. Токсикологическая характеристика и взрыво-пожароопасные свойства применяемых веществ. 3. Меры безопасности при работе с вредными веществами.

4. Категорирование помещений. 5. Электробезопасность. 1. Меры безопасности при работе с ростовой установкой. 2. Меры безопасности при работе с печью КО-6. Производственная санитария. 1. Рабочее помещение. 2. Освещение. 3. Вентиляция. 35 8.6.4.

Отопление. 5. Водоснабжение и канализация. 7. Пожарная безопасность. 8. Режим личной безопасности. 9. Охрана окружающей Среды. 1. Классификация веществ по степени опасности. 2. Утилизация твердых отходов. 10. Заключение. 11. Приложение 12. Литература. 1. Введение.

Кристаллы со структурой граната занимают первое место в квантовой электронике в качестве активных сред лазеров ближнего ИК диапазона. Гранаты выгодно отличаются от многих других классов лазерных материалов изотропией свойств, высокой механической прочностью теплопроводностью, химической однородностью. Среди лазерных гранатов большое практическое значение приобрел иттрий-алюминиевый гранат с неодимом YAGNd3. На основе этого кристалла создано большое число импульсных и непрерывных лазеров для линий связи,

измерения расстояний, научных исследований, технологических целей. Но иттрий-алюминиевый гранат обладает и рядом недостатков, которые вынуждают искать новые среды для твердотельных лазеров, сочетающие в себе хорошие спектроскопические и генерационные свойства, высокую технологичность и др. Одним из таких кристаллов является гадолиний-скандий-галлиевый гранат. Существенным его преимуществом является лучшее согласование спектра поглощения со спектром излучения

лампы накачки что обеспечивает существенное, в 1.5-3 раз, повышение КПД генерации. Кроме того, кристаллы GSGG выращиваются при температуре на 100С ниже, чем YAG и со скоростями в четыре раза более высокими чем кристаллы иттрий-алюминиевого граната, из-за близкого к единице коэффициента распределения неодима. Поэтому целью данного проекта является проектирование участка по производству 100 монокристаллов гадолиний-скандий-галлиевого граната

Gd3Sc2Ga3O12, легированного Nd3 GSGGNd, в год с содержанием неодима 2 атомных процента. Размеры кристаллов 20150 мм. 2. Структура проекта. Проект содержит разделы, дающие полное описание и расчет производства. В литературном обзоре дана характеристика производства и производимой продукции, основные области ее применения, физико-химические основы производства.

На основании этих сведений в разделе Выбор метода выращивания проводится сравнительный анализ различных методов роста и выбирается оптимальный метод выращивания монокристаллов GSGG. В последующих разделах приводятся технологическая схема производства и ее подробное описание технологический расчет производства основное и вспомогательное оборудование основные характеристики оборудования дана калькуляция полной себестоимости продукции и рассчитаны технико-экономические показатели участка план

участка с оптимальным, с точки зрения охраны труда и технологии, размещением оборудования рассмотрены меры по охране труда и защите окружающей среды. 3. Литературный обзор. Из многочисленных диэлектрических материалов, использующихся для возбуждения генерации стимулированного излучения, соединения со структурой граната занимают особые места, они являются самыми применяемыми в квантовой электронике. Спектрально генерационные исследования этих кристаллов были начаты

в середине 60-х годов. К настоящему времени уже насчитываются 30 наименований, генерирующими активаторами в которых являются как Ln3 Nd3, Dy3, Ho3, Er3, Tm3, Yb3, так и ионы группы железа Cr3, Ti4, Ni3. Наиболее широко используются гранаты с ионами Nd3, стимулированное излучение которых с низким порогом и высокой эффективностью возбуждения при 300 К и повышенных температурах на волнах как основного рисунок 1.1, так и дополнительных и каналов активатора.

Рисунок 1.1. Схема уровней Nd3. Гранат имеет кубическую решетку. Пространственная группа Ia3d элементарная ячейка содержит восемь формульных единиц, то есть 160 ионов рисунок 1.2 Ионы кислорода образуют объемоцентрированную плотнейшую упаковку, в пустотах которой располагаются катионы. Формула граната может быть записана в следующем виде A3B2C3O12, где фигурные скобки обозначают додекаэдрические, квадратные октаэдрические и круглые тетраэдрические

положения. Катионы, находящиеся в этих положениях характеризуются соответственно точечной симметрией и координацией по кислороду 8, 6 и 4. Фрагмент структуры граната, демонстрирующий расположение координационных полиэдров, приведен на рисунке 1.3. Анионные полиэдры, образующие структуру, искажены по сравнению с идеальными за счет сил электростатического взаимодействия между ионами. степень искажения координационных полиэдров зависит от размера катионов и различна для разных гранатов. додекаэдр октаэдр тетраэдр

Рисунок 1.2. Структура ячейки граната. Рисунок 1.3. Расположение координационных полиэдров в структуре граната. Распределение катионов в структуре граната определяется главным образом их ионными радиусами, хотя в ряде случаев проявляют себя и такие факторы как предпочтение катионами определенных позиций, обусловленное тенденцией образования ковалентных связей с анионами, электростатическое взаимодействие ионов и поляризация

анионов. Однако влияние электронного строения ионов и перечисленных выше факторов, большинстве случаев не столь существенно, как размер ионов, и образование структуры граната определяется в основном, геометрическим фактором. Как и все гранаты, по своим свойствам GSGG изотропен, то есть показатель преломления не зависит от направления распространения и поляризации света. Кристалл оптически прозрачен в диапазоне 240-600 нм, имеет высокую твердость и хорошие тепловые свойства.

GSGG плавится конгруэнтно при 2133 K. Наиболее современным методом выращивания GSCCNd3 является метод Чохральского с использованием иридиевых тиглей, атмосферы состоящей из смеси N2, CO2 или O2 при нормальном давлении, со скоростью вытягивания 1.5-3 ммчас и скоростью вращения 10-20 обмин, в направлении 111 или 110. Основные физико-химические свойства гадолиний-скандий-галлиевого граната приведены в таблице 1.1. Таблица 1.1. Основные свойства

GSGGNd3. Химическая формулаGd3Sc2Ga3O12Nd3Конгруэнтно плавящийся состав Gd2.957Sc1.893Ga3.15O12Эффективный коэффициент распределения Nd30.7Концентрация Nd32 ат.Область оптической прозрачности0.24-0.6 мкмТемпература плавления 2133 КПараметр элементарной ячейки1.2567 нмПлотность6.5 гсм3Твердость по Моосу8.5КТР9.310-6 К-14. Выбор метода выращивания.

Для получения монокристаллов GSGG возможно использование следующих методов выращивания метод Бриджмена-Стокбаргера метод зонной плавки гибридный метод метод Чохральского. В случае метода Бриджмена-Стокбаргера рисунок 1.4. контейнер в виде ампулы или лодочки с расплавом медленно перемещается в печи с градиентом температуры. В результате кристалл растет у более холодного конца ампулы или лодочки.

Для этого метода характерен прямой контакт кристалла со стенками контейнера, что в случае лазерных кристаллов недопустимо, так как материал контейнера, попадая в расплав, захватывается фронтом кристаллизации и в кристалле создаются центры рассеивания. Кроме того, в следствие неравенства единице коэффициента распределения Nd3, концентрация последнего по длине кристалла будет сильно изменятся, что так же крайне нежелательно. Рисунок 1.4. Схема метода Бриджмена-Стокбаргера 1 контейнер 2 нагреватель 3 расплав 4

растущий кристалл. Сущность метода зонной плавки заключается в том, что материал плавится лишь на небольшом участке, который перемещается от затравки по всей шихте. Вариант метода бестигельной зонной плавки со световым нагревом изображен на рисунке 1.5. Излучение ксеноновой лампы сверхвысокого давления 6, помещенной в фокус нижнего эллипсоидного отражателя 7, концентрируется в фокусе верхнего эллипсоидного отражателя 1, где происходит расплавление исходного

поликристаллического материала 2. Для плавной регулировки светового потока, поступающего в фокус верхнего отражателя, служит так называемая световая заслонка. Заслонка в крайнем нижнем положении полностью отрезает излучение ксеноновой лампы от верхнего отражателя. При плавном подъеме заслонки световой поток плавно нарастает, что позволяет безударно нагревать поликристаллический стержень исходной шихты. Так как выращивание происходит на воздухе, то в кристалле сохраняется кислородная

стехиометрия, что является важным условием получения высококачественных оксидных кристаллов. Рисунок 1.5. Схема метода бестигельной зонной плавки со световым нагревом 1,7 эллипсоидные отражатели 2 стержень исходной шихты 3 кристалл 4 печь отжига 5 световая заслонка 6 ксеноновая дуговая лампа Применения этого метода обусловлено рядом его достоинств. Так, отсутствие тигля избавляет растущий кристалл от загрязнения материалом контейнера, позволяет выращивать

монокристаллы тугоплавких оксидных соединений на воздухе. Для выращивания не требуются дорогостоящие иридиевые тигли, не нужно создавать защитную атмосферу, необходимую для роста с тиглем. Метод позволяет существенно экономить дорогостоящие реактивы, так как в процессе роста используется практически вся шихта, а не 20-40 как в методе Чохральского. Отсутствие процедур наплавления, а также небольшой объем расплава позволяют существенно

экономить электроэнергию и охлаждающую воду. Но метод зонной плавки обладает и рядом недостатков, которые не позволяют его использовать для получения промышленных лазерных кристаллов неравномерность концентрации Nd3 по длине кристалла, не обеспечивается структурное совершенство кристаллов. Кроме того этим методом нельзя получить крупные кристаллы диаметр выращенных кристаллов составляет 5-8 мм, а длина от 20 до 50 мм. Рисунок 1.6. Схема гибридного метода 1 токовводы 2 ленточный нагреватель 3

поликристалл 4 расплав 5 монокристалл 6 печь отжига 7 затравка Сущность гибридного метода заключается в том, что кристалл вытягивается из расплава, находящегося в нагреваемом формообразователе, при непрерывной подаче шихты в расплав. Один из вариантов гибридного метода с использованием ленточного нагревателя представлен на рисунке 1.6. Для получения крупных кристаллов гранатов высокого оптического качества используют в основном метод

Чохральского рисунок 1.7 В этом случае нет прямого контакта кристалла с контейнером, но материал последнего все же загрязняет кристалл. Это происходит вследствие того, что из-за высокой температуры плавления GSGG приходится использовать иридиевые контейнеры. При этих температурах иридий окисляется и его оксид, попадая на расплав и кристалл, разлагается с выделением иридия. Но использование инертной атмосферы и технологических приемов можно свести этот процесс к минимуму.

Неравномерность концентрации Nd3 по длине можно уменьшить выращивая монокристалл из большого количества расплава, выбирая из тигля не больше 50 расплава. Таким образом для производства монокристаллов GSGGNd3 выбран метод Чохральского. 5. Характер оборудования. Установка Кристалл-2 предназначена для роста кристаллов методом Чохральского. Этот метод является основным и практически единственным методом роста лазерных кристаллов

гадолиний-скандий-галлиевого граната, поскольку он обеспечивает максимальный контроль, за процессом роста, а следовательно и очень высокое качество выращиваемых кристаллов, что в данном случае и необходимо. Рисунок 1.7. Схема выращивания из расплава по методу Чохральского 1 весовой датчик 2 водоохлаждаемый шток 3 центрирующее устройство 4 внутренний шток с кристаллом 5 кристалл 6 расплав ж 6. Обоснование места размещения.

Участок предполагается разместить в Москве в составе отдела роста лазерных кристаллов в Институте Общей Физики Российской Академии Наук ИОФ РАН. В ИОФРАНе имеются необходимое для этого производства электроснабжение, которое может обеспечить установки электрическим током нужной мощности. Электроэнергия поступает от Мосэнерго. В ИОФРАНе имеется собственная система оборотного водоснабжения.

Помимо этого в ИОФРАНе можно высвободить под данное производство площадь, что даст возможность избежать затрат на строительство и ускорить ввод участка в строй. Эти три фактора значительно снижают капитальные затраты на подготовку производства. Также имеются налаженные связи с поставщиками сырья и потребителями готовой продукции. Выбор места производства так же обусловлен наличием в

Москве соответствующего кадрового потенциала технология производства монокристаллов гранатов постоянно совершенствуется и для повышения эффективности производства необходима научно-исследовательская база, в качестве таковой выступает ИОФРАН. Кроме того это производство малоотходно, экологически безопасно и достаточно компактно, что позволяет разместить его в мегаполисе. 7. Технологическая схема. Исходным сырьем для производства

GSGGNd3 являются оксиды гадолиния, скандия, галлия, неодима. Химическая чистота определяет как структурную однородность кристаллов и их свойства, так и возможность получения монокристаллов. Сырь должно иметь марку ОСЧ. 1. Прокаливание исходных реактивов. Для этого их переносят в платиновые стаканы 1001001 контейнеры 1,2,3,4. Стаканы с реактивами помещаются в печь КО-14 и прокаливаются при 12000С в течении 24 часов.

2. Взвешивание реактивов. Обезвоженные реактивы навешиваются в стеклянных бюксах чашки 1,2,3,4 согласно технологическому расчету. Взвешивание производится на электронных весах Sartorius E 5500 S. 3. Перемешивание навесок. Навески реактивов переносятся в емкость для перемешивания типа пьяная бочка. Для улучшения перемешивания в барабан для перемешивания помещают несколько тефлоновых палочек длиной 50 мм и диаметром 10 мм. Заполненный барабан коэффициент заполнения 0,3 закрывается и

устанавливается в смеситель. Частота вращения смесителя 20 оборотов в минуту, время смешения 24 часа. 4. Взвешивание шихты. Далее взвешивают необходимое для загрузки в тигель чашка 5 количество шихты на весах Sartorius E 5500 S и смешивают в платиновом стакане с этиловым спиртом, беря такое его количество, чтобы получилась сметанообразная смесь. На одну загрузку шихты для роста берется 50 г спирта. 5. Прессовка шихты в таблетки. Полученную смесь шихта пластификатор прессуют на гидравлическом прессе

П-10 в таблетки диаметром 50 мм и толщиной 20 мм, выдерживая под давлением около 50 атмосфер порядка 5-10 секунд. 6. Твердофазный синтез. Полученные таблетки помещают в платиновый стакан контейнер 5, который затем помещается в муфельную печь КО-14 и выдерживается 24 часа при 12000С. 7. Загрузка таблеток в тигель. После охлаждения печи таблетки загружаются в Ir контейнер 60603 тигель 1. 8. Подготовка установки к наплавлению шихты в тигель.

Загруженный Ir тигель помещают по центру индуктора и окружают тепловыми экранами из керамики на основе ZrO2. Ростовая камера герметизируется и откачивается до давления 10 3 мм.рт.ст. сначала форвакуумным насосом НВР-16Д, а затем турбомолекулярным насосом 01АБ-1500-ОЧ. Давление контролируется по термопарной части вакуумметра ВИТ-3. После откачки в ростовую камеру из баллона напускается смесь азота и кислорода 1-3 объемных до

атмосферного давления. Азот служит защитной средой предотвращающей разрушение Ir контейнера, вследствие окисления при высоких температурах, а кислород предотвращает разложение и испарение Ga2O3. 9. Наплавление шихты в тигель. После создания инертной атмосферы подается вода на охлаждение индуктора и стенок камеры, в ЭВМ установки вводится режим нагрева и включается питание индуктора. Контроль проведения процесса производится с помощью

ЭВМ и постоянного наблюдения. 10. Охлаждение установки. По достижении температуры плавления производится плавный сброс мощности на индукторе в течении 9 часов. После охлаждения ростовую камеру откачивают для удаления азота и заполняют воздухом. Время одного цикла 7 10 составляет 15 часов. 11. Подготовка установки к росту. Контейнер устанавливается по центру индуктора и окружается тепловым экраном.

Со стороны смотрового окна ростовой камеры в экране оставляется отверстие с таким расчетом, чтобы можно было наблюдать за местом соприкосновения кристалла и зеркала расплава. К сапфировому затравкодержателю, с помощью платино-родиевой проволоки крепится затравочный кристалл, ориентированный в направлении 111. Затравкодержатель укрепляется на штоке. Шток центрируется по бумажной мишени, помещенной по центру тигля.

После этого ростовая камера герметизируется, откачивается до 10 3 мм.рт.ст. и заполняется смесью азота, углекислого газа и кислорода. Подается вода на охлаждение индуктора, штока и корпуса установки. В ЭВМ вводятся параметры роста. После этого подается питание на индуктор. 12. Затравление. В установке Кристалл-2 предусмотрена возможность автоматического затравления под управлением ЭВМ. Но в целях повышения выхода годной продукции затравление производит сам оператор.

Делается это по двум причинам. Во-первых, при нагреве установки за счет теплового расширения возможно нарушение центровки штока. Чтобы устранить влияние биения штока вытягивают более длинную шейку, чем при нормальном затравлении и кристалл сам выходит на тепловой центр тигля. Если этого не сделать, то возможен спиральный рост кристалла. Во-вторых, из-за наличия в ростовой камере следов кислорода, небольшая часть иридия окисляется.

Летучий оксид иридия попадает на зеркало расплава и там разлагается с выделением частиц иридия. которые окисляются на поверхности расплава. Чтобы избежать загрязнения ими кристалла делают перетяжку, то есть вначале резко расширяют кристалл. и расширенная часть собирает с поверхности расплава частицы иридия. Затем снова сужают диаметр и ведут нормальный рост. Сам процесс затравления состоит в следующем. Опуская шток, определяют по показаниям весового датчика

момент касания затравкой расплава. После этого проводят операции по устранению влияния биения штока и удалению частиц иридия с зеркала расплава как описано выше, и управление ростом передается ЭВМ установки. 13. Рост кристалла. Рост кристалла происходит полностью в автоматическом режиме. ЭВМ отслеживает длину кристалла и регулирует его диаметр по скорости увеличения веса кристалла. соответствующим образом изменяя мощность на индикаторе. В установке использован

ПИД-регулятор типа Р-17. Скорость вытягивания 2 ммчас. Частота вращения штока 15 оборотов в минуту. 14. Отрыв кристалла от расплава. При достижении кристаллом заданной длины ЭВМ автоматически начинает уменьшение диаметра, увеличивая нагрев. В момент отрыва кристалла от расплава подается звуковой сигнал. 15. Отжиг. После отрыва кристалл поднимают на 1-2 см от зеркала расплава и отключают механизм вытягивания.

В ЭВМ закладывается режим отжига. Температуру постепенно снижают до комнатной в течении 25 часов. 16. Извлечение кристалла из установки. По достижении комнатной температуры из ростовой камеры откачивается азот и напускается воздух. Рабочая камера вскрывается. Разбирается ростовой узел. и снятый кристалл поступает на обработку. 17. Подготовка установки к выплавлению остатка расплава из тигля.

Тигель с остатком расплава устанавливается вверх дном на керамической подставке. а под ним устанавливается керамический стакан тигель 2. В качестве тигля 2 желательно использовать стаканы, уже пришедшие в негодность. Тигель закрывается экранами. Установка герметизируется. откачивается. заполняется азотом. Включается водяное охлаждение индикатора и стенок камеры. После этого подается питание на индуктор. 18. Выплавление остатков расплава из тигля.

Тигель нагревается до температуры чуть ниже температуры плавления расплава в течении 1,5 часов. Затем, после небольшой выдержки 15-20 минут следует резко повысить температуры плавления расплава. При этом расплав выливается в тигель 2. 19. Охлаждение установки. Затем установку охлаждают, откачивают азот, напускают воздух и извлекают очищенный контейнер. 20. Взвешивание иридиевого тигля. Очищенный контейнер сначала взвешивают для фиксирования потери иридия.

затем он поступает на операцию 7. 21. Очистка керамического тигля. Керамический тигель очищается просто скалыванием из него расплава, который идет в отход. 22. Очистка ростовой камеры. После демонтажа тепловых экранов ростовая камера трижды протирается ветошью, смоченной в этиловом спирте. После этого установка готова к повторению процесса, начиная с операции 8. 23. Резка кристалла. Распилка кристалла производится на распилочном станке. алмазным диском с внешней режущей

кромкой. На столике станка кристалл крепится с помощью пиццеина. От кристалла отрезаются торцевые конусы , образовавшиеся при выходе на диаметр и при отрыве кристалла от расплава. 24. Промывка кристалла. После резки кристаллы отмываются от следов пиццеина и абразивов путем протирания ватой, смоченной в ацетоне. 25. Уничтожение отходов. Накопленные на операциях 22 и 24 ветошь и вата собираются в полиэтиленовые пакеты и сжигаются.

26. Контроль оптического качества. Отмытые кристаллы поступают на контроль оптического качества. Визуальным контролем отбраковываются кристаллы, имеющие трещины и посторонние включения. Наименее дефектная часть бракованных кристаллов может быть использована для изготовления затравок. 27. Взвешивание кристалла. Готовый качественный кристалл взвешивают для указания веса в журнале. 28. Запись в журнале. Указываются параметры выращенного кристалла.

29. Маркировка и упаковка. Годные кристаллы маркируются биркой, упаковываются в полиэтиленовые пакеты и поступают на участок по изготовлению лазерных элементов. 8. Технологический расчет производства. 9. Исходные данные. Исходными данными для технологического расчета проекта являются конгруэнтно плавящийся состав Gd2.957Sc0.043Sc1.85Ga0.15Ga3O12 количество кристаллов 100 штук в год размер кристалла 20150 мм плотность 6500

кгм3 выход годной продукции на стадии роста 60 доля используемого расплава 40 скорость роста 2 ммчас содержание Nd3 в готовой продукции 2 ат 10. Расчет числа ростовых установок. Из пункта 7.2. см. ниже следует, что эффективное время работы одной установки составляет 5617 часов в год. Таблица 3.1. Определение продолжительности роста кристалла Наименование операцииВремя, ч.Наплавление шихты в тигель15Подготовка к росту1Разогрев6Рост85Отжиг25Извлечение

кристалла0.5Выплавление остатков расплава 3Протирка установки0.5Прочее1Итого137 Так как на полный цикл роста с отжигом выращенного кристалла, включая загрузку, наплавление шихты, сам рост и т.п занимает 137 часов, то на одной установке за один год можно вырастить кристалл. С учетом процента выхода годных кристаллов 60 25 штук. Чтобы обеспечить годовой выпуск 100 штук необходимо соответственно 4 установки.

11. Расчет количества реактивов. Допустим, что кристалл имеет форму цилиндра и двух конусов. Тогда масса готового кристалла Масса шихты, необходимая для роста кристаллов в течении одного года, с учетом процента выборки расплава составит При этом для получения кристаллов высокого качества невыбранный расплав и бракованные кристаллы повторно не используются. Поскольку необходимо вырастить кристалл GSGGNd3 с содержанием последнего 2 ат то формула будет следующей

Gd2.897Nd0.06Sc1.893Ga3.15O12. Уравнение реакции Учитывая равновесный коэффициент распределения Nd в GSGG равен 0.7, получаем массу навески оксида неодима, необходимого для приготовления шихты 2.07 кг. 12. Расчет количества этилового спирта. Этанол используется при прессовании шихты. Норма расхода НШИХТЫ 0.01 лцикл. Этанол также используется для протирки ростовой камеры перед началом цикла. Норма расхода НКАМ. 0.5 лм2. Поверхность ростовой камеры .

Расход спирта в одном технологическом цикле Годовой расход спирта 13. Расчет количества ацетона. Ацетон применяется для отмывки полученных кристаллов от загрязнений после различных технологических операций. Норма расхода на один кристалл НАЦЕТОНА 0.0056 лшт. При допущении что все кристаллы выходят годными получим годовой расход ацетона 14. Расчет других расходных материалов. Для создания инертной атмосферы в ростовой камере используется азот.

Норма расхода 1 баллон на 10 заполнений ростовой камеры. На каждый выращенный кристалл приходится 3 заполнения наплавление, рост и выплавление остатков. При этом годовой расход составит 50 баллонов в год. Для крепления затравки к штоку используется Pt-Rh проволока 1мм. Норма расхода 50 мм на 1 затравку. Итого в год израсходуется

При чистке ростовой камеры используется ветошь, норма расхода 0.01 м2цикл или 1.64 м2 в год. Для отмывки кристаллов используется вата в количестве 0.25 кг в год. 15. Сводная таблица расходных материалов. Таблица 3.2. Наименование материалаЕд.изм.Потребность на годОксид гадолиния ОСЧкг75.17Оксид неодима ОСЧкг2.07Оксид скандия ОСЧкг18.69Оксид галлия

ОСЧкг42.57Спирт этиловыйл183Ацетон техническийл1Азотбаллон50Проволока Pt-Rh 1ммм8.2Ветошьм21.64Ватакг0.25Масло индустриальное 20л20Алмазный инструментшт.2 16. Основное оборудование Для получения активных лазерных элементов лазерных элементов необходимы кристаллы высокого качества, что и достигается при использовании установки Кристалл-2, обеспечивающей рост по методу Чохральского.

17. Установка КРИСТАЛЛ-2. 18. Описание установки. Установка Кристалл-2 предназначена для выращивания диэлектрических монокристаллов методом Чохральского. Установка состоит из следующих составных частей Кристаллизатор предназначен для размещения теплового блока и проведения процесса роста. Агрегат высоковакуумный предназначен для создания вакуума в кристаллизаторе.

Включает в себя турбомолекулярный насос 01АБ-1500-004 и форвакуумный насос НВР-16Д. Преобразователь ВПЧ-60-800 служит для преобразования трехфазного переменного тока частотой 50 Гц в однофазный частотой либо 2.4 кГц либо 8 кГц и вместе с конденсаторными батареями и индуктором образует систему стабилизированного разогрева тигля в диапазоне температур от 2000С до 20500С Пульт управления служит для управления процессом выращивания в ручном и автоматическом режиме.

Шкаф силовой осуществляет подачу 3-х фазного переменного тока в электросистему установки. Газораспределительный блок осуществляет подачу газа в ростовую камеру установки. Стойка управления вакуумной системы осуществляет управление работой высоковакуумного агрегата и изменения вакуума в установке. Представляет собой комплект приборов, помещенных на отдельной стойке. Блок охлаждения служит для распределения воды и охлаждения всех водоохлаждаемых систем установки.

19. Основные технические характеристики установки Кристалл-2. Установка изготовлена в соответствии с 1.043.059 ТУ. Установка изготовлена в исполнении ЧХЛ категории 4 по ГОСТ 15-150-69. Температура воздуха в помещении и его относительная влажность должны соответствовать нормам Н 587-75 и быть температура зимой 2050С летом 2350С относительная влажность не более 80 .

Питание установки осуществляется от сети трехфазного тока с нулевым проводом напряжением 380 В, частоты 50 Гц. Нормы качества электроэнергии по ГОСТ 13109-67. Потребляемая мощность не более 80 кВтчас. Для нормальной эксплуатации установки необходимо подавать питьевую воду ГОСТ 2874-73, очищенную не хуже 10 класса по ГОСТ 17216-71 со следующими параметрами давление 0.20.05

Мпа температура не более 200С расход воды не более 5 м3час. К установке должна быть подведена магистраль сливной канализации с диаметром условного прохода не менее 50 мм. Конструкция рабочая камеры обеспечивает работу в диапазоне давлений от 6.610-3 Па до 40 кПа. Привод перемещения верхнего штока обеспечивает диапазон регулирования рабочей скорости перемещения не менее 0.5 10 10 ммчас точность поддержания рабочей скорости перемещения в течении часа 0.5

скорость ускоренного перемещения 15010 мммин. Привод вращения верхнего штока обеспечивает диапазон регулирования частоты вращения 2 40 обмин. точность поддержания скорости вращения не хуже 1. Скорость ускоренного перемещения нижнего штока 22020 ммчас. Установка обеспечивает стабилизированный разогрев тигля в диапазоне 200 20500С. Стабилизация теплового режима косвенная по напряжению на индукторе.

Точность стабилизации напряжения на индукторе при температуре 20500С не хуже 0.05 при колебаниях в сети 5. Система управления нагревом тигля диаметром растущего кристалла обеспечивает как автоматическое управление напряжением на индукторе на базе ЭВМ Электроника-60, так и ручное. Датчик веса кристалла системы стабилизации диаметра кристалла обеспечивает максимальный измеряемый вес не более 16 кг погрешность измеряемого веса не более 1 чувствительность не хуже 0.1 г.

На установке обеспечивается автоматическое включение двигателя и генератора преобразователя ВПЧ после кратковременного до 3-х секунд отключения питания силовых цепей. Все измеряемые или заданные параметры процесса индуцируются на пульте управления по вызову оператора. 20. Печь КО-14. Применяется при прокаливании реактивов для исходной шихты. Печь имеет камеру кубической формы из огнеупорных шамотных кирпичей.

Вся футеровка располагается в корпусе, который представляет собой сварную конструкцию из стального листа. Нагревание печи осуществляется с помощью силитовых нагревательных стержней. Для поддержания требуемой температуры и компенсации старения нагревательных элементов подключен трансформатор, имеющий 9 ступеней регулировки. Переключение осуществляется с помощью ступенчатого переключателя. Таблица 4.1. Основные технические данные печи КО-14.

Наименование параметранорма1. Главные габаритные размеры, ммдлина480ширина380высота4302. Габаритные размеры камеры, ммдлинна250ширина150высота1003. Мощность подключения, кВт44. Рабочее напряжение, В35-1005. Номинальная температура, 0С13006. Количество нагревательных элементов77. Время разогрева до номинальной температуры, ч58. Расход электроэнергии на холостом ходу, кВтчас3 21.

Вспомогательное оборудование, приспособления и материалы. Полный перечень вспомогательного оборудования, приспособлений и материалов дан в таблице 5.1. Таблица 5.1. Перечень вспомогательного оборудования. НаименованиеЕдиница измеренияКоличество Вытяжной шкаф IZSшт.1Весы электронные циферблатные Sartorius-5500Sшт.1Пресс гидравлический

П-10шт.1Отрезной станок К-86-11шт.1Гониометр ГС-1шт.1Смеситель типа пьяная бочкашт.1Платиновый стакан 1001001шт.1Шпательшт.5Щипцышт.8 в годБюкс стеклянный шт.1 в годМерный стаканшт.4 в годТигель иридиевый 60603шт.1Керамический тигельшт.4Емкость для сбора отходовшт.3Перчатки резиновыешт.1Рукавицы хб.пара100 в годПакет полиэтиленовый пара 4 в годБланк паспорташт.200 в годСтол лабораторныйшт.1Стол письменныйшт.5Стол обеденныйшт.1Стулшт.19Шкафшт.3Шкаф для одеждышт.2Сейфшт.2Диваншт.4Бланк рабочего журналашт.4Авторучкашт.3Карандашшт.4 в годОчки защитныешт.2

в год Некоторые характеристики вспомогательного оборудования. Весы электронные циферблатные Sartorius-5500S. Обеспечивают точность навески 0.01 г. Пресс гидравлический П-10. В качестве рабочей жидкости применяется минеральное масло. Диапазон развиваемых давлений 20 100 кгссм2. 22. Строительная часть. Проектируемый участок производства должен обеспечить выполнение следующих основных технологических

операций хранение исходных компонентов шихты и работу с ними взвешивание, смешивание, прессование и т.д. выращивание кристаллов обработку выращенных кристаллов с целью получения лазерных элементов. Участок занимает помещение общей площадью 1812 м. Он расположен в одноэтажном здании с жб капитальными стенами. Перегородки, окружающие механическое отделение, являются звукоизолирующими.

Для отдыха персонала предусмотрено соответствующее помещение, в котором располагаются обеденный стол, стулья и диваны. В помещениях роста и механическом предусмотрена приточно-вытяжная вентиляция. Проходы между оборудованием достаточны для беспрепятственного передвижения персонала. Ворота и двери предусматривают вынос оборудования в разобранном виде. В помещении предусмотрено несколько выходов на случай аварийных ситуаций.

На участке не предусмотрены помещения для исходных реактивов и готовой продукции, так как их объем довольно мал и они хранятся в специальном шкафу для исходных реактивов и готовой продукции. Основываясь на технологической схеме и технике безопасности можно предложить следующий план участка. Он показан на рисунке 6.1. Таблица 6.1. Спецификация к плану участка. ОбозначениеНаименованиеКоличествоАОтделе ние ростаБКабинет начальника участкаВКомната отдыхаГСанузелДКоридорЕМеханическое

отделениеЖРаздевалка1Установка Кристалл-242Стол лабораторный13Стол письменный54Стол обеденный15Стул196Шкаф37Шкаф для одежды28Сейф29Диван410Шкаф вытяжной IZS111Пресс гидравлический П-10112Печь КО-14113Смеситель типа пьяная бочка114Отрезной станок К-86-11115Гониометр ГС-1116Весы электронные циферблатные Sartorius-5500S123. Экономическая часть. 24. Технико-экономическое обоснование расширения опытно-экспериментального

производства на базе ИОФРАН путем строительства нового участка по производству монокристаллов гадолиний-скандий-галлиевого граната в количестве 100 штук в год. За всю историю развития лазерной техники вплоть до настоящего времени самыми широко используемыми лазеры ИК диапазона, так как излучение именно этих длин волн обладает наименьшим рассеянием в атмосфере и обеспечивает наиболее полную передачу информации и энергии. Это обусловило применение лазеров

ИК диапазона в военных системах мгновенной связи, дальномерных приборах, системах заблаговременного определения вида и концентрации паров ОВ в установках Туча. Лазерные элементы на основе монокристалла гадолиний-скандий-галлиевого граната применяются для изготовления лазерных установок с длиной волны генерации 1.06 мкм. Эти установки широко применяются в научных целях.

Научные учреждения покупают чаще всего лазерные элементы и сами делают лазерные установки. Поскольку лазерные установки работают в данном случае с предельными нагрузками, то спрос на лазерные элементы со стороны научных предприятий достаточно велик. Основными потребителями являются институт ИОФРАН и ФИАН, расположенные в г. Москве, использующие лазеры на

GSGGNd3 как универсальное средство накачки других типов лазеров, что предопределяет возможность расположения участка по производству GSGG на базе ИОФРАНа. В настоящее время появился второй тип покупателей лазерных элементов. Это производители конечного лазерного оборудования, например для медицины, для бытового применения. Данное производство довольно перспективно и в ближайшем будущем потребует роста выпуска лазерных элементов. В настоящее время при общем кризисе сложно найти покупателя дорогостоящего оборудования, каким является

лазерная установка, но потребность в ней заставляют многих делать вклад в модернизацию производства. В этом и заключаются скрытые потребности в выпускаемом моим участком изделии. Для производства лазерных монокристаллов высокого качества необходимы особо чистые исходные вещества. Поэтому в качестве поставщика выбирается сырья свердловский завод химреактивов. Изделия из драгоценных металлов поставляются зеленоградским заводом.

Электроэнергией институт снабжает организация Мосэнерго. На предприятии ИОФ РАН используют оборотную воду и так как участок тоже подключен к оборотному водоснабжению вода не входит в расчеты. 25. Режим работы участка и расчет эффективного времени работы оборудования. Так как технологический процесс не может быть прерван в любое время без ущерба для производимой продукции и ввиду длительности протекающих процессов, применяется непрерывный режим работы участка.

При восьми часовой смене, количество смен в сутки три. Календарный план рабочего времени ТК 365 дней 365 24 8760 часов. Номинальный фонд рабочего времени в производствах с непрерывным режимом работы равен календарному ТН ТК 8760 часов. Эффективный фонд рабочего времени оборудования определяется путем исключения из номинального фонда времени длительности простоя оборудования во всех видах

ППР и по технологическим причинам. Таблица 7.1. Нормы пробега и простоя оборудования в ремонте. Наименование Нормы пробега оборудования между ремонтами, чНормы простоя оборудования в ремонте, чоборудованиятекущими ТТсредними ТСРкапитальными ТКтекущем РТсреднем РСРкапитальном РКРостовая установка Кристалл-2500 43800168 500Количество текущих ремонтов Время простоя оборудования в текущих ремонтах ПТ nТ

РТ 87 168 14616 часов. Время простоя оборудования в капитальных ремонтах ПК 1 РК 500 часов. Время простоя оборудования за год часа. Время простоя по технологическим причинам составляет ТО 120 чгод. Эффективный фонд рабочего времени ТЭФ ТК - ТРЕМГОД - ТО 8760 - 3023 - 120 5617 часов 234 дня.

26. Расчет стоимости основных фондов и капитальных затрат. 27. Определение стоимости строительства зданий и сооружений. Затраты на строительство зданий и сооружений определяются по укрупненным показателям в зависимости от типа зданий и их объема. Так как строительство ведется в городе Москве, территориальный коэффициент равен 1.0. Результаты расчета стоимости приведены в таблице 7.2.

Таблица 7.2. Расчет стоимости строительства здания. Наименование зданияОбъем, м3Стоимость строительных работСтоимость санитарно- и электро- технических работ, рубм3Об.сто-им.сан. и эл техн работ,Полная стоим. стр-ва здания, за 1 м3, руб.об. стоим тыс. руб.отопл. и вентил.водопр. и канализ.электроосвеще-ниевсегоруб.руб.Зд ание участка864 200172.8543121036818316828. Определение стоимости оборудования.

Таблица 7.3. Прейскурантная стоимость оборудования. Наименование оборудованияКол-воСтоимость оборудования, руб.единицыобщая1Установка Кристалл-24250000102Стакан платиновый59637481853Тигель иридиевый4 1355054200Итого1102385 Поскольку в спецификации указано только основное и наиболее дорогостоящее вспомогательное оборудование, то к итогу по таблице 7.3. необходимо добавить стоимость неучтенного оборудования, затраты на доставку

оборудования, заготовительно-складские работы, стоимость запчастей, стоимость монтажа оборудования, КИП и их монтажа. Затраты рассчитываются по укрупненным показателям. Таблица 7.4. Итоговая стоимость оборудования. Наименование расходовСтоимость, руб.Примечания1. Прейскурантная стоимость11023852. Неучтенное оборудование22044720 от строки 13. Итого13228324. Транспортные, заготовительные и складские расходы105829 8 от строки 35.

Итого14286916. Монтаж оборудования17143312 от строки 57. Трубопроводы714355 от строки 58. КИП и их монтаж14286910 от строки 59. Спец. работы14286910 от строки 5Всего195730729. Определение капитальных затрат. В величину капитальных затрат кроме основных фондов включаются внеобъектные затраты подготовка территории строительства, содержание дирекции строящегося объекта, подготовка кадров и т.п которые составляют 5

от суммы основных фондов. Расчет капитальных затрат по участку приведен в таблице 7.5. Таблица 7.5. Основные фонды и капитальные затраты. НаименованиеСтоимость основных фондов, руб.Внеобъектные затраты, руб.Капитальные затраты, руб.Здание1831689158192326Оборудование19 57307978652055172Итого214047510702322474 9830. Расчет численности рабочих и фонда заработной платы.

31. Определение баланса времени работы среднесписочного рабочего. В производстве заняты две категории рабочих. Операторы установок и наладчики работают в непрерывном режиме по 8 часов в смену, обработчики в прерывном по 8 часов в смену. Баланс времени работы одного среднесписочного рабочего приведен в таблице 7.6. Таблица 7.6. Примерный баланс времени работы одного среднесписочного рабочего в днях в среднем.

Затраты времениНепрерывное производство, длительность смены 8 часов1. Календарное время3652. Выходные дни 913. Праздничные дни 4. Номинальный расход рабочего времени2745. Планируемые невыходы 5.1. Отпуск24 5.2. Болезнь7.5 5.3. Декретный отпуск2 5.4 Выполнение гос. обязанностей1 5.5 Прочие невыходы по разрешению администрации0.56.

Время работы одного среднесписочного рабочего239 32. Определение числа рабочих и фонда заработной платы. Численность основных производственных рабочих определяется по нормам обслуживания установок данные предприятия. Расчет по фонду заработанной платы основных и вспомогательных рабочих приведены в таблице 7.7. 33. Расчет штата и фонда заработной платы персонала участка.

Таблица 7.8. Расчет штата и фонда заработной платы персонала участка. ДолжностьКатегорияК-воСреднемесячная зарплата, руб.Среднегодовая зарплата, руб.Годовой ФЗП, руб.Нач. участкаИТР110001200012000Нач. сменыИТР3 9001080032400УборщикМОП2 500600012000Всего2880056400 Таблица 7.7. Расчет числа и заработной платы рабочих. Наиме-Систе-Расчет числа рабочихРасчет фонда заработной платынование профес-ма оп- латы иТарифныйЧисло

рабоч-Число смен вЯвочноеЧисло днейЧисло дней ПереходныйЗамена невы-Списочное числоСредне- месячнаяСредне годовая Всего годовой фондсийусловия трударазрядих в сменусуткичисло рабочихработы пр-ва в годработы рабочего в годукоэффициентходоврабочихзарплата тыс. руб.зарплатазарплаты, тыс. руб.1. Производственные рабочие1.1 Оператор ростовой установкиПВ ВР 5 8 3 24 322 239 1.35 6 32 0.7 8.4 268.81.2 Обработчик кристалловПВ

ВР 5 1 1 1 322 239 1.35 1 2 0.7 8.4 16.8Итого285.62. Вспомогательные рабочие по уходу и надзору за оборудованием.2.1. Наладчик оборудованияПВ ВР 3 2 3 6 322 239 1.35 2 8 0.5 6 482.2 Дежурный электрик П 4 1 3 3 322 239 1.35 2 5 0.6 7.2 362.3 Дежурный слесарь П 4 1 3 3 322 239 1.35 2 5 0.6 7.2 36Итого120Всего405.6 34.

Расчет проектной себестоимости продукции. 35. Определение годовой потребности в сырье, материалах, энергии. Расчет потребностей в сырье и материалах приведен в разделе 3. В год требуется вырастить 100 кристаллов GSGG массой 320 грамм каждый. Кроме этого при выращивании одного кристалла теряется 3.44 г Ir. Таблица 7.9. Определение годовой потребности в сырье и материалах.

Наименование сырья и материаловЕд. измеренияНорма расхода на единицу продукции, кгшт.Объем производства в год, штукВсего сырья и материалов в год, кгОксид гадолиния ОСЧкг0.7510075.17Оксид неодима ОСЧкг0.021002.07Оксид скандия ОСЧкг0.1910018.69Оксид галлия ОСЧкг0.4210042.26Проволока Pt-Rh 1мммм821008200Иридийг3.28100328Этанол ректификатл1.83100183Ацетон техническийл0.01100136.

Планово-заготовительные цены на сырье и материалы. Планово-заготовительные цены поданным предприятия приведены в таблице 7.10. Таблица 7.10. Планово-заготовительные цены на сырье и материалы. НаименованиеЕдиница измеренияЦена за единицу измерения, рубОксид гадолиния ОСЧкг60000Оксид неодима ОСЧкг80000Оксид скандия ОСЧкг135000Оксид галлия

ОСЧкг50000Проволока Pt-Rh 1ммм800Иридийг120Этанол ректификатл30Ацетон техническийл1037. Определение стоимости электроэнергии. По данным ИОФ РАН, электроэнергия поступает от Мосэнерго по цене 0.42 рубкВтч. Стоимость годового расхода электроэнергии составляет рубгод 38. Расчет амортизационных отчислений. По данным предприятия норма амортизационных отчислений составляет

на основное оборудование 14 , на здания и сооружения 2.7. Таблица 7.11. Расчет амортизационных отчислений. НаименованиеСтоимость основных фондов, руб.Норма амортизации, Сумма амортизационных отчислений, руб.Производственное здание1831682.74946Оборудование195730714 27402339. Смета расходов по содержанию и эксплуатации оборудования.

Таблица 7.12. Смета расходов по содержанию и эксплуатации оборудования. Статьи расходовСумма, руб.Примечания1. Содержание и расходы по эксплуатации оборудования 1.1. Зарплата рабочих по уходу и надзору за оборудованием120000из табл. 7.7. 1.2. Отчисления на социальное стра-хование4920041 от ст. 1.1. 1.3. Смазочные, обтирочные материалы, малые запчасти и др.

60005 от ст. 1.1.Итого по статье 11752002. Текущий ремонт оборудования978655 от стоимости3. Амортизация оборудования274023из табл. 7.11Итого по статьям 1-35470884. Прочие расходы5470910 от суммы расходов по ст. 1-3Всего по смете601797На один кристалл6018 40. Смета цеховых расходов. Таблица 7.13. Смета цеховых расходов. Статьи расходаСумма, руб.Примечания1. Зарплата персонала участка56400табл.

7.8.2. Отчисления на социальное страхование2312441 табл 7.8.3. Содержание производственных зданий и сооружений91585 от стоимости4. Текущий ремонт производственных зданий и сооружений54953 от стоимости5. Амортизация производственных зданий и сооружений4946 табл. 7.11.6. Расходы по охране труда10140025 от ФЗПИтого по статьям 1 62005237.

Прочие расходы2005210 от суммы по ст.1-6Всего по смете220575На один кристалл2206 41. Проектная калькуляция себестоимости продукции. Таблица 7.14. Проектная калькуляция себестоимости монокристаллов GSGGNd3, массой 320 грамм, годовой выпуск 100 штук в год. Статьи калькуляцииЕд. изм.Планово-заготовительная цена, руб.

Затраты на годовой выпускСебестоимость ед. продукции, руб.шт.В процентах от полной себесто-кол-восумма, руб.норма расходасумма, руб.имости 1. Сырье и материалы 1.1 Оксид гадолиниякг6000075.1745102000.7545102 1.2. Оксид неодимакг800002.071656000.021656 1.3. Оксид скандиякг13500018.6925231500.1925232 1.4. Оксид галлия кг5000042.5721130000.4321130 1.5. Проволока

Pt-Rhм8008.668800.0168.8 1.6. Иридийг120 328393603.28394 1.7. Этанол ректификатл3018354901.8355 1.8. Ацетон техническийл101100.010.1Итого93636909363 72. Возвратные отходыкг7000010674200001.0674200Итого по статьям 1-2.1943690194373. Электроэнергия МВтч4201160.14872421160148724. Зарплата произв. рабочих28560028565. Отчисления на соц. страх.1170961171Итого по статьям 4-5.40269640276.

Расходы на освоение производства.285602867. Расходы по содержанию и эксп. оборуд.60179760188. Цеховые расходы2205752206Итого цеховая себестоимость.85093285099. Общезаводские расходы109276109310. Прочие производственные расходы21855219Итого производственная себестоимость38156913815711. Внепроизводственные расходы76314763Итого полная себестоимость38920053892042. Структура полной себестоимости единицы продукции. Таблица 7.15.

Структура полной себестоимости единицы продукции. Статьи калькуляцииСтоимость,руб. к итогу1. Сырье и материалы за вычетом отходов1943749.92. Энергия на технологические цели487212.53. Зарплата производственных рабочих с начислениями402710.34. Расходы на подготовку и освоение производства, расходы по содержанию и эксплуатации оборудования, цеховые расходы, износ приспособлений и прочие специальные расходы850921.95.

Общезаводские и прочие производственные расходы13123.46. Внепроизводственные расходы7632.0 Итого3892010043. Основные технико-экономические показатели участка. Поскольку производимое изделие имеет специфическое применение и производится исключительно по заказу, то можно считать реализационные расходы не существенными.

Транспортные расходы на доставку сырья на участок и готовой продукции к потребителю тоже не существенны, т.к. объем производства не велик, а размеры лазерных кристаллов очень малы. Цена изделия будет равна себестоимость плюс норма прибыли. Допустим последнюю равной 25. Тогда цена одного элемента будет равной 48650 рублей. Годовой выпуск готовой продукции в рублевом эквиваленте будет равен 100 48650 4865000 руб.

Прибыль от реализации одного кристалла будет равной норме прибыли, а именно 25 от себестоимости, что соответствует 9730 руб и годовая прибыль 973000 руб. Поскольку изделие, под которое создавался этот проект не имеет крупного промышленного производства, а изготавливается для потребностей науки либо по заказу, либо чаще всего на собственном оборудовании например ИОФ РАН, то сравнение с базовым производством не представляется возможным за неимением такового.

Не возможно сравнить эти технико-экономические показатели с производством в ИОФ РАНе, т.к. все технические параметры и расценки взяты оттуда. Все технико-экономические показатели сведены в таблице 7.16. Таблица 7.16. Сводная таблица основных технико-экономических показателей. Наименование показателяЕдиница измеренияЗначение показателя1Годовой выпуск продукцииа в натуральном

выражениишт.100б в оптовых ценахруб.4865000в по себестоимостируб.38920052Численность работающих всегочел.58в т.ч. а рабочихчел.52 б ИТР, служ МОПчел.63Производительность трудаа одного работающегоруб.чел.67104б одного рабочегоруб.чел.748464Капитальные затратыруб.22474985Удельные капитальные затратыруб.шт.224756Основные фондыруб.21404757Нормируемые оборотные средстваруб.4280958Полная себестоимость единицы продукциируб.шт.389209Полная себестоимость годового выпускаруб.389200510Оптовая цена единицы продукциируб.шт.4865011Прибыль

годоваяруб.97300012Рентабельность а производства23 б продукции2013Срок окупаемости капиталовложенийгод4.614Коэффициент общей экономической эффективности инвестиций 0.22 Рентабельность производства ЭФ определяют как отношение годовой валовой прибыли ПВ к стоимости основных производственных фондов ФО и нормируемых оборотных средств ОН. Кроме того необходимо добавить затраты по смежным и обслуживающим цехам

Рентабельность продукции ЭПР определяют как отношение валовой прибыли от реализации единицы продукции к ее полной себестоимости С Срок окупаемости инвестиций Т определяют как отношение общего объема капитальных вложений К по проектируемому объекту к сумме годовой валовой прибыли ПВ от реализации продукции с учетом затрат по смежным и обслуживающим цехам

Коэффициент общей экономической эффективности Е это обратная величина по отношению к сроку окупаемости 44. Охрана труда и техника безопасности. 45. Введение. В химической промышленности. где человек имеет дело с вредными для его здоровья веществами, горючими жидкостями, различными газами, высоковольтными установками и сложнейшим оборудованием особенно остро встают вопросы охраны труда. Необходимо, повсеместно, на всех предприятиях обеспечивать выполнение норм

и внедрять современные средства техники безопасности с тем, чтобы сократить производственный травматизм и профессиональные заболевания. Мероприятия по охране труда направлены на решение следующих задач предупреждение возникновения аварийных ситуаций взрыв, авария снижение уровня производственного травматизма обеспечение производственной санитарии и личной гигиены с целью предупреждения профессиональных заболеваний Для решения этих задач необходимо знать свойства веществ, применяемых в данном производстве соблюдать

правила техники безопасности при работе с веществами, опасными для здоровья людей соблюдать правила техники безопасности при работе с электроустановками. 46. Токсикологическая характеристика и взрыво-пожароопасные свойства применяемых веществ. В проектируемом производстве используются Gd2O3, Nd2O3, Sc2O3, Ga2O3 в мелкодисперсном виде, C2H5OH и ацетон в жидкой фазе.

Gd2O3. При непосредственном введении в кровь возникает резкое, но временное, замедление свертываемости крови. Из-за чего оксид гадолиния сильно раздражает поврежденные кожные покровы. В качестве средств защиты используются респираторы типа Лепесток и перчатки. Рабочие должны периодически подвергаться медосмотрам с целью выявления профессиональных заболеваний. Пожаровзрывобезопасен. ПДКРЗ 4 мгм3. Nd2O3.

Свойства аналогичны свойствам Gd2O3. ПДКРЗ 6 мгм3. Sc2O3. Свойства аналогичны свойствам Gd2O3. ПДКРЗ 4 мгм3. Ga2O3. Ингаляционное воздействие галлий-содержащего аэрозоля вызывает у человека поражения почек. Отмечается протеанурия, азотемия, нарушение клиренса мочевины. При отравлении отмечается рвота, понос. В качестве средств защиты используются респираторы типа

Лепесток и перчатки. Пожаровзрывобезопасен. ПДКРЗ 3 мгм3. C2H5OH. Имеет наркотическое действие на организм человека. Вначале вызывает возбуждение, а затем паралич нервной системы. При длительном воздействии на организм человека могут возникнуть тяжелые расстройства нервной системы, печени и сердечно-сосудистой системы. Пожаровзрывоопасные свойства

ЛВЖ температура вспышки 150С температура воспламенения 3350С область воспламенения 3.6 об. НКПВ 19 об. ВКПВ температурные пределы воспламенения 110С НТПВ 410С ВТПВ. ПДКРЗ 1000 мгм3. Ацетон. Имеет наркотическое действие. Последовательно поражает все отделы нервной системы. При вдыхании накапливается в организме, что увеличивает вероятность хронических заболеваний.

Пожаровзрывоопасные свойства ЛВЖ температура вспышки -180С температура воспламенения 5470С область воспламенения 2.8 об. НКПВ 11.8 об. ВКПВ температурные пределы воспламенения -200С НТПВ 60С ВТПВ. ПДКРЗ 200 мгм3. 47. Меры безопасности при работе с вредными веществами. В качестве исходных веществ используются Gd2O3, Nd2O3, Sc2O3, Ga2O3. Они представляют собой тонкодисперсные порошки, поэтому существует опасность попадания

их дыхательные пути. При работе с ними следует принимать меры, препятствующие образованию пыли. Все работы с этими веществами следует проводить в вытяжном шкафу. Меры защиты 1. Все работы должны проводится в спец. одежде халатах. 2. Токсичные жидкости следует хранить в местах, исключающий случайный доступ. Посуда, содержащая эти жидкости должна содержать предупреждающую маркировку.

3. Необходимо применять средства индивидуальной защиты такие как респиратор Лепесток, резиновые перчатки, защитные очки из оргстекла особенно при резке и обработке кристаллов. 4. При попадании пыли внутрь обеспечить пострадавшему свежий воздух, провести промывание желудка 2 - ным раствором соды, дать пострадавшему успокоительное. 48. Категорирование помещений. Согласно ОНТП 24-86 помещения участка относятся к следующим категориям

по пожаровзрывоопасности отделение роста, механическое отделение категория Г отделение контроля и упаковки категория В пожароопасная остальные помещения участка категория Д. Степень огнестойкости здания, где расположен участок 2, что ограничивает число этажей до 8 и площади этажа между противоположными стенами здания. По классу взрывоопасности помещение отделения контроля и упаковки относится к классу В-1б. К этому классу относятся помещения, в которых возникновение взрывоопасных

смесей ЛВЖ с воздухом возможно лишь в аварийных ситуациях. ЛВЖ имеются в небольших количествах, недостаточных для создания общей взрывоопасной концентрации, и работа с ними проводится без применения открытого огня. 49. Электробезопасность. По опасности поражения людей электрическим током помещения участка относятся к помещениям без повышенной опасности 1 класса помещение сухое, влажность 75, температура 18-230С, нет

электропроводящей пыли. В помещениях класса В-1б допускается установка электрических машин в защищенном и брызгозащитном исполнении, электрических светильников и других приборов в закрытом исполнении. 50. Меры безопасности при работе с ростовой установкой. В производстве применяется ростовая установка Кристалл 2 с индукционным нагревом и питанием от сети 380 В 50 Гц а также блоком управления, позволяющим задавать мощность генератора, скорости вытягивания и

вращения кристалла. Во избежании несчастных случаев при поражении электрическим током, установки заземлены и занулены, внутренние провода имеют изоляцию. Перед началом работы проверяется надежность изоляции. Вблизи рабочих мест имеются средства пожаротушения огнетушители ОУ-5, асбестовое полотно. 51. Меры безопасности при работе с печью КО-14. К работе с печью может быть допущен персонал прошедший инструктаж по технике безопасности на

рабочем месте и имеющий квалификационную группу не ниже 1. Питание печи осуществляется от сети 220 В 50 Гц. Все токопроводящие детали защищены от случайного прикосновения ограждениями и снимать их разрешается только при проведении ремонтных работ. Во избежании поражения электрическим током корпус заземлен и занулен. 52. Производственная санитария. 53. Рабочее помещение.

В помещении участка могут находится одновременно 16 человек. Площадь участка 216 м2, объем 864 м3. Таким образом на человека приходится SУД 13.5 м2, VУД 54 м3, что соответствует установленным санитарным нормам SнУД 4.5 м2 и VнУД 1.5 м3. 54. Освещение. В помещении участка используется искусственное освещение. На рабочих местах предусмотрено местное освещение.

55. Вентиляция. Вентиляция на участке естественная и приточно-вытяжная. Имеется один вытяжной шкаф. 56. Отопление. Имеется центральное водяное отопление, обеспечивающее в холодное время года температуру 17 22 0С. 57. Водоснабжение и канализация. На участке предусмотрено хозяйственно-питьевое водоснабжение, источником которого является городской водопровод, и оборотное водоснабжение для производственных нужд.

Канализация оборудуется гидрозатвором, исключающим попадание вредных веществ в городскую канализацию. 58. Пожарная безопасность. В целях пожарной безопасности на участке имеются огнетушители ОП-5 и ОУ-5, асбестовые покрывала, пожарный водопровод. Средствами оповещения служат пожарная сигнализация и телефон. 59. Режим личной безопасности. Все сотрудники обеспечиваются спецодеждой халат.

При выполнении работ, требующих СИЗ, используются респиратор типа Лепесток, резиновые перчатки, защитные очки из оргстекла. Для защиты глаз от светового излучения расплава необходимо следить за целостностью светофильтров на смотровом окне ростовой камеры, в тоже время, можно использовать специальные приспособления. Новыми работники проходят вначале вводный, затем первичный инструктаж по технике безопасности и стажировку

на рабочем месте. Один раз в 6 месяцев должны проводится повторный инструктаж и аттестация персонала. ИТР следует не реже 1 раза в год сдавать экзамен по технике безопасности. Все инструктажи фиксируются в специальных журналах. 60. Охрана окружающей Среды. 61. Классификация веществ по степени опасности. Абсолютная опасность . W- годовая потребность кг.

Относительная опасность . Таблица 9.1. Классификация веществ по величине токсичности. ВеществоПДК, мгм3W, кггодВQiGd2O3375.1725.060.57Nd2O362.070. 368.12 10-3Sc2O3418.694.670.11Ga2O3342.2614.090 .32C2H5OH10001460.1463.29 10-3Ацетон2000.793.9510-38.91 10-5Таким образом вещества можно расположить в следующей последовательности по уменьшению токсичности Gd2O3, Ga2O3, Sc2O3, Nd2O3, C2H5OH, Ацетон. 62. Утилизация твердых отходов.

Отходами данного производства являются твердый GSGG из невыбранного остатка расплава, ветошь и вата. Так как GSGG представляет собой соединение, содержащее дорогостоящие редкоземельные элементы, его целесообразно направлять на переработку на предприятия по производству соединений РЗЭ. Вату и ветошь необходимо сдавать для переработки на предприятия вторсырья. Таким образом, проектируемое производство является практически безотходным и экологически чистым.

63. Заключение. Спроектирован участок по производству 100 монокристаллов GSGGNd в год. Для этого, при 60 выхода годной продукции, требуется четыре установки. Годовая потребность в сырье составляет Полная себестоимость одного кристалла составляет 38920 руб. Производство является экологически чистым, а отходы поступают на переработку. 64. Приложение 1. Спецификация к чертежу установки

Кристалл-2. поз.ОобзначениеНаименованиеКолПримечание Сборочные единицы.13.368.018Ввод высокочастотный123.385.021Охладитель153. 623.054-02Шкаф163.805.061-01Камера183.86 7.261Пульт газорегулирования1114.125.375Обшивка1124 .125.468Обшивка1134.125.468-01Обшивка115 4.192.212Кронштейн1164.192.212-01Кронште йн1194.135.041Опора6214.137.993Каркас122 4.137.996Рама1174.128.208Кожух1141.128.2 08-01Кожух1254.225.138-02Привод1304.225. 187Привод1183.867.232Пульт дистанционного управления129 4.315.165Шток284.225.200-06Мотор-редукто р139 4.474.766Трубопровод1414.496.000Стекло

смотровое1424.553.052Индуктор150-128 Детали.101-173 Стандартные изделия.181-186 Материалы. Спецификация к чертежу датчика веса. поз.ОобзначениеНаименованиеКолПримечание Сборочные единицы.23.546.010Формирователь133.860.0 16Преобразователь144.106.727Корпус154.10 6.778Корпус164.127.973Кожух184.128.095Кр ышка194.230.000Муфта1Детали.137.152.147П рокладка2147.423.613Втулка4157.425.593Кр ышка1167.752.026Зажим2177.723.038Шайба центрирующая1187.732.071Контакт2208.035. 588Крестовина1218.131.014Стол1228.154.43 3Крышка1238.221.148Втулка2248.241.713Кол

ьцо1258.311.054Ось1268.318.287Ось-винт22 78.603.912Прокладка3288.603.912-01Прокла дка3298.934.161Гайка2308.934.161-01Гайка 1317.054.060Планка6327.770.009Магнит335- 60 Стандартные изделия.Материалы.61Провод НВ-0.2-II-500 ГОСТ-17515-722 м62Провод НВ-0.5-II-500 ГОСТ-17515-720.4 м63Резина пластина губчатая II гр 10 ТУ 38-105867-15 1210.005 кг 65. Литература. 1. Eugenii V. Zharikov, Crystals of scandium garnets for solid state lasers in

Solid State Lasers and New Laser Materials, Proc. SPIE, p. 46-68. 2. J.Haisma, J.L.C. Daams, A.F.D. Jong, B.H. Koek and J. W.F. Maes, J. Crystal Growth, vol 102, 1990, pp. 1014-1034. 3. Жариков Е.В. Редкоземельные скандиевые гранаты Вопросы материаловедения. Тр. ИОФАН. 1990. Т. 26. с.

50-78. 4. Справочник по лазерам. под ред. Прохорова А.М т.1. -М.1978. 5. Каминский А.А. Физика и спектроскопия лазеров М.1986. 6. Каминский А.А Осико В.В Неорганические лазерные материалы с ионной структурой Изв. АН СССР сер. Неорг. мат т.3 1967. 7. Осико В.В Прохоров А.М Щербаков И.А. Активные Среды твердотельных лазеров

Изв АН СССР сер. Физ т.44 - 1986. 8. Формуляр установки Кристалл-2. 9. Справочник химика т.2,3 - М.1962. 10. Вредные вещества в промышленности. Справочник. под ред. Сараева Н.В М.1978. 11. Справочник. Предельно-допустимые концентрации в воздухе и воде вредных веществ Л.1975. 12. Паспорт лаборатории 405 корп. Д ИОФ РАН.

13. Правила установки электрооборудования М.1985. 14. Строительные нормы и правила. Производственные здания. СНИП 1985. 15. Методические указания по определению технико-экономических показателей технологических процессов в курсовых работах и проектах МХТИ.1989.