Проект термического отделения для обезуглероживающего и рекристаллизационного отжига изотропной электротехнической стали третьей группы легирования в толщине 0.5 мм в условиях ЛПЦ-5 АО НЛМК

Общая часть

2 Введение

Изотропная электротехническая сталь применяется для производства электромашин, магнитопроводов, реле, дросселей, генераторов, преобразователей энергии.

В настоящее время в связи со значительным улучшением качества этой стали, объем производства и использования значительно вырос.

Изотропная электротехническая сталь по способу производства бывает горячекатаная и холоднокатаная. Горячекатаную сталь производят главным образом методом горячей прокатки листов на двухвалковых станах с нижним приводным валиком. Она имеет низкий уровень магнитных свойств и качество поверхности, не обеспечивающее коэффициент заполнения пакетов магнитопровода выше 0,93. С развитием непрерывной разливки стали, пуском в эксплуатацию непрерывных высокоскоростных широкополосных станов горячей и холодной прокатки, использование проходных печей для обезуглероживания и рекристаллизации металла, доля горячекатаной электротехнической стали в общем объеме производства быстро уменьшается. Себестоимость холоднокатаной стали значительно ниже, чем горячекатаной.[1]

В процессе обработки на агрегате непрерывного действия рулоны ленты разматывают и протягивают через печь по опорным роликам при этом обеспечивается однородность свойств металла, все процессы протекают с большей скоростью. Внедрение непрерывных линий позволяет механизировать и автоматизировать процессы, в результате чего достигается высокая производительность труда.

1.2. Задание по курсовому проекту

Проект термического отделения для обезуглероживающего и рекристаллизационного отжига изатропнотехнической стали третий группы легирования в толщине 0,5 мм в условиях ЛПЦ-5 АО НЛМК годовая программа
120'000 тон.

1.3. Обоснование строительства отделения

Изотропные электротехнические стали, с толщиной 0,5 мм, являются основным материалом для изготовления магнитоактивных частей машин, вырабатывающих или преобразующих электроэнергию.

Улучшение магнитных свойств изотропных электротехнических сталей приводит к экономии электроэнергии. Поэтому во многих странах ведутся интенсивные исследования и делаются значительные капитальные вложения в оборудование и совершенствование технологии изготовления этих сталей.

Строительство отделения обеспечивает правильное расположение цехов, участков источников снабжения водой, газом, а также удовлетворяет основному техническому решению, проектированию цеха, и основным технико-экономическим показателям.

2. Техническая часть.

2.1 Требования предъявляемые к изотропной стали.

По условиям работы электротехнических сталей требуется высокая магнитная проницаемость и малые потери энергии при перемагничивании.

Потери энергии при перемагничивании зависят от площади петли гистерезиса, то есть от остаточной индукции и коэрцитивной силы. Для уменьшения площади петли гистерезиса при высокой магнитной индукции должна быть получена очень маленькая коэрцитивная сила.

Наиболее простым магнито-мягким материалом является очень чистое железо.
Но удельное электрическое сопротивление его мало, поэтому оно может применяться там, где удельное сопротивление роли не играет. Кроме того железо подвержено магнитному старению. Поэтому для изотропной стали необходимо легирования железа элементами повышающими удельное электросопротивление. Уровень магнитных свойств электротехнических сталей в значительной степени зависит от способа получения, хранения, толщины листов, характера структуры и текстуры металла.

2.5. Технологический процесс.

Выплавку стали, с содержанием 0,8-3,2% кремния, проводят в электродуговой печи или кислородном конвекторе. После горячей прокатки на толщину 2,0-3,0 мм, с нормализацией или без нее, проводят однократную холодную прокатку на конечную толщину. В дальнейшем холоднокатаный металл подвергается электронно-лучевой обработке, в результате чего полоса нагревается до определенной температуры. Мощность электронного пучка и доза облучения выбирается с учетом температуры нагрева полосы. Продолжительность облучения зависит от размера зерна в стали перед обезуглероживающим отжигом. После радиационно-термической проработке проводится обезуглероживающий отжиг полосы в интервале температур 800-8500С с точкой росы +20-300С в азото-водородной атмосфере и конечный рекристаллизационный отжиг при температуре 1000-11000С

Терморадиационная обработка ускоряет диффузионные процессы, интенсифицирует структурно-фазовые превращения, приводит к модификации облучаемого материала. Нагрев металла пучком электронов уменьшает разнозернистость, способствует развитию текстурных компонент, благоприятных с точки зрения магнитных свойств, ориентировок.[4]

Сталь третьей группы легирования подвергалась горячей прокатке на толщину 2,25 мм, нормализации при температуре 8500С с последующим травлением поверхности полосы в соляно-кислотном растворе. Затем осуществлялась холодная прокатка на толщину 0,5 мм и радиационно- термическая обработка пучком электронов с заданной мощностью и до определенной температуры. После этого образцы обезуглероживали при 8200С с точкой росы +250С в атмосфере содержащей 95%N2+5%H2 до содержания углерода
0,05%. Конечный рекристаллизационный отжиг проводился при температуре
10500С в сухом защитном газе 7 мин. В результате такой обработки получен размер зерна в пределах 180-220 мкм.[4]

Принципиальная технологическая схема производства холоднокатаной электротехнической стали 3 группы легирования в условиях ЛПЦ-5 представлена в таблице 1.

Таблица 1.

Принцип функционирования агрегата термической обработки. Агрегат термической обработки можно условно разделять на три участка: входной, центральный и выходной.

Входной участок.

Обвязанные рулоны с весом до 30т. устанавливается мостовым краном на стеллажи, находящиеся с обеих сторон загрузочной тележки.

Рулон автоматически центрируется по высоте перед разматывателем и устанавливается загрузочной тележкой на барабан разматывателя (d=600 мм.).

Затем тележка отводится в исходное положение. Барабан разматывателя расширяется, прижимной ролик опускается на рулон для поддерживания первого ветка. Оператор обрезает обвязочную полосу пневматическими ножницами.

Благодаря вращению рулона полоса подается на тянущие ролики. Ролики прижимаются и полоса перемещается на позицию гильотинных ножниц. Эти ножницы используются для обработки переднего и заднего конца полосы, и если надо для удаления дефектных участков [5].

Передний конец полосы после обработки (конец 37 стр.) подается со скоростью ввода (30м/мин) на сварочную машину для роликовой сварки сопротивления.

Центровка полосы осуществляется с помощью передних боковых направляющих сварочной полосы и сварочной машины.

Во время сварки двух полос входной участок агрегата остановлен, во время когда полоса продолжает разматываться в печи тепловой обработки.

После сварки двух полос входной участок включается в нормальный режим работы, для подачи полосы на центральный участок. Подача полосы выполняется с такой скоростью, чтобы входной накопитель мог заново наполниться до максимума.

Максимальная скорость входного участка для накопления входного накопителя должна быть 60 м/мин.

Данная скорость автоматически уменьшается до скорости обработки после накопления накопителя.

Перемещение в накопителе обеспечивается рольгангом и разделительными плечами.

Центровка полосы по отношению к продольной оси агрегата обеспечиваются центрирующими роликами, а также направляющими роликами, установленными в тележке накопителя.

2.2 Выбор марок стали

К третьей группе легирования, принадлежат, стали с содержанием кремния
1,8-2,8% (масс)

Таблица 2

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СТАЛЕЙ 3-Й ГРУППЫ ЛЕГИРОВАНИЯ изотропной электротехнической стали по ГОСТ 21427.2-83 ( % массовый.)
|Мар-|C |Si |Mn |Al |P |S |Cr |Ni |Cu |N2 |Ti |O2 |
|ка | | | | | | | | | | | | |
|стал| | | | | | | | | | | | |
|и | | | | | | | | | | | | |
|2311|0.04|1.6-|0.1-|0.3-| |0.01|0.2 |0.3|0.3|0.015|0.025|0.005|
|. | |1.9 |0.3 |0.6 |0.03| | | | | | | |
|2312| | | | | | | | | | | | |
|. | | | | | | | | | | | | |

Механические свойства должны соответствовать следующим требованиям [2].

Таблица 3

Магнитные свойства холоднокатаных электротехнических изотропных сталей

ГОСТ 2142.2-83.
|Марка стали|Р1,5/50, |В2500, |(В, |R |(, % |(в, МПа |Кст, % |
| |Вт/кг |Тл |Тл. | | | | |
|2311 |4,4 |1,54 |0,16 |1 |37 |30-60 |(4 |
|2312 |4,0 |1,56 |0,16 |1 |37 |30-60 | |

2.3. Влияние элементов на свойства стали

Влияние углерода (С)

Углерод является наиболее вредной примесью в электротехнической стали.

Рис.1 Влияние примеси углерода на кривые намагничивания железа.

Снижения углерода в стали на 0,015% в исследуемом интервале 0,03-0,05% способствует уменьшению удельных потерь на 0,5Вт/кг. И повышению магнитной индукции на 0,15Тл.[1]

Степень влияния углерода на магнитные свойства зависит от формы его выделения в твердом растворе в виде цементита.

Наиболее неблагоприятное влияние на магнитные свойства оказывает выделение углерода в форме структурно свободных карбидов, расположенных внутри зерен феррита.

Форма выделений углерода зависит от скорости охлаждения металла при горячей обработке. Медленное охлаждение способствует выделению углерода, а также дисперсных частиц и фиксации углерода в твердом растворе. Последующее выделение углерода из твердого раствора вызывает магнитное старение.

Выплавлять электротехническую сталь нужно как можно с меньшим содержанием С, но снижение его в стали до 0,03-0,02% сопровождается интенсивным насыщением ее кислородом и азотом.[1]

Влияние кремния(Si)

Легирование кремнием повышает магнитную проницаемость в слабых и средних магнитных полях, уменьшает коэрцетивную силу, потери на гистерезис и вихревые токи.

Кремний уменьшает растворимость С и азота в стали и снижает склонность к ее магнитному старению. [1]

Вредное влияние кремния проявляется в снижении величины магнитной индукции насыщения.

Зависимость магнитной индукции от содержания кремния указана на рис.2

Рис.2. Зависимость магнитной индукции от содержания кремния

Введение в сталь только 1% кремния снижает магнитное старение до 6-8%.

Сталь содержащая 2% кремния и 0,002% углерода становится чисто ферритной, что обеспечивает получение в металле крупного зерна феррита проведением отжига при 11000С без фазовой перекристаллизации.[1]

Влияние алюминия.

Действие алюминия во многом аналогично действию кремния, так как он увеличивает электросопротивление и снижает индукцию насыщения почти до той же степени, что и кремний. Сталь становится ферритной при 1% алюминия.

В то же время алюминий ухудшает технологичность стали при горячей и холодной прокатках. Уже при 0,08% алюминия наблюдается большое количество дефектов на кромках горячекатаных полос. Повышение концентрации алюминия ухудшает качество поверхности холоднокатаных полос.

Рис.3 Изменение удельных потерь в зависимости от концентрации кислоростворимого алюминия в стали.

С повышением содержания растворимого алюминия в стали до 0,03-0,05% удельные потери возрастают до максимального значения, при дальнейшем увеличении содержания алюминия они снижаются.[1]

Влияние азота.

Азот оказывает более вредные действия на магнитные свойства стали, чем углерод ухудшения Uc и Р. происходит благодаря образованию мелко дисперсных нитридов и карбидов. Не менее вредно сохранения азота в твердом растворе, в феррите являющегося причиной магнитного старения стали.

В стали этой группы легирования, легированной (кремний, алюминий, титан с азотом) связаны в стойкие нитриды. Это препятствует магнитному старению металла.

Влияние меди и никеля

В процессе выплавки медь и никель в раствор, так как они окисляются слабее железа. Увеличение содержания меди до 0,5% приводит к снижению технологичности обработки стали при прокатки и к возникновению поверхностных трещин.

При небольших присадках никеля улучшаются пластические свойства стали при горячей и холодной прокатке. Влияние никеля и меди на магнитные свойства стали при концентрации никеля-0,15% и меди-0,2% незначительные.[1]

Влияние хрома

Хром существенно ухудшает магнитные свойства металла, что объясняется образованием в стали устойчивых карбидов из-за большого сродства его к углероду, чем к железу. Концентрация хрома в стали не должна превышать
0,1%.[1]

Влияние титана

Титан используют как модификатор. Он является сильным нитрообразующим.
Титан подавляет склонность металла к старению и сохранение высокого уровня магнитных свойств при содержании титана не более 0,02%.[1]

Влияние фосфора

Положительное влияние фосфора на уровень магнитных свойств связано с его расширяющим действием. Он обладает большим сродством с кислородом, что способствует очистки стали от этой же вредной примеси, действие которой проявляется в образовании устойчивых мелкодисперсных оксидов ухудшающих магнитные свойства стали. В условиях производства изотропной стали фосфор при нормализации способствует уменьшению удельных потерь и выхода марочности 2311 и 2312 содержащих 1,8-2,8% кремния.

При обезуглероживающе-рекристаллизационном отжиге в стали с содержанием фосфора 0,015% и кремния 1,8-2,8% происходит улучшение магнитных свойств но незначительно.

2.4 Влияние различных факторов обработки, на улучшение технологических свойств изотропной электротехнической стали.

Улучшение магнитных свойств изотропных электротехнических сталей является основным способом приводящим к экономии электроэнергии.

Поэтому во всех развитых странах для повышения качества этих сталей ведутся интенсивные исследования и делаются значительные капитальные вложения в оборудование и совершенствование технологии.

Исследования по совершенствованию технологии производства изотропных электротехнических сталей проводят совместно АО НЛМК и ЛГТУ.

3.Расчет оборудования и проектирование отделения.

3.1 Технико-экономическое обоснование выбора основного, дополнительного и вспомогательного оборудования.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5

МЕНЮ

ИНТЕРЕСНОЕ