Производство изотропной электротехнической стали

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.

Изотопная электротехническая сталь по способу производства бывает горячекатаная и холоднокатаная. Горячекатаную сталь производят, главным образом, методом горячей прокатки листов на двухвалковых столах. Она имеет низкий уровень магнитных свойств, не обеспечивающих коэффициент заполнения пакетов магнитопривода выше 0,93. С развитием непрерывной разливки стали, пуском в эксплуатацию непрерывных высокоскоростных широкополосных станов горячей и холодной прокатки, использованием проходных печей для обезуглероживания и отжига 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 большой скоростью. Внедрение непрерывных линий позволяет механизировать и автоматизировать процессы, в результате чего достигается высокая производительность труда.

1. Общая часть

1.1 Патентная проработка

Таблица 1. Патенты на изотропную электротехническую сталь

1.2 Обоснование строительства отделения

Обработка электротехнических сталей на агрегатах непрерывного действия позволяет добиться однородности свойств металла и ускорения технологических процессов, высокую степень механизации и автоматизации, что приводит к увеличению производительности труда и уменьшению цены изделия. Рекристаллизационный отжиг является, составной частью длинной цепи технологических переделов электротехнической стали, поэтому строительство термического отделения для отжига целесообразно осуществлять в системе цеха, проводящего, полный цикл обработки электротехнической стали[8].

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 (магнитомягких) сталей требуется высокая магнитная проницаемость (=B/H) 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. Потери на вихревые токи тем меньше, чем выше электрическое удельное сопротивление.

Наиболее простым магнитомягким 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 легирование железа элементами повышающими удельное электросопротивление. Уровень магнитных свойств электротехнических сталей в значительной степени зависит от способа их изготовления, содержания, хранения, толщины листов, лент, характера структуры и текстуры металла.

2.2 Выбор марок стали

Для снижения магнитных потерь сталь легируют кремнием или кремнием и алюминием и другими элементами. В зависимости от содержания основного легирующего элемента — кремния, стали подразделяются на пять групп (ГОСТ 21 427.2−83).

Таблица 1. Типы электротехнических сталей[9]

К четвертой группе легирования принадлежат, стали с содержанием кремния от 2,8 до 3,8% (масс.).

Таблица 2. Химический состав изотропной электротехнической стали (содержание углерода приведено до проведения обезуглероживающего отжига)[8]

Таблица 3. Магнитные и механические свойства холоднокатаных электротехнических изотропных сталей

2.3 Влияние легирующих элементов и примесей на свойства стали

Влияние кремния (Si)

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

Кремний уменьшает растворимость углерода и азота в стали и снижает склонность её к магнитному старению.

Вредное влияние кремния проявляется в снижении величины магнитной индукции насыщения.

Зависимость магнитной индукции от содержания кремния указана на рисунке 1.

Рис. 1. Зависимость магнитной индукции от содержания кремния Введение в сталь только 1% (по массе) кремния снижает магнитное старение до 6 — 8%.

Сталь с содержанием 2% кремния и 0,002% (по массе) углерода становится чисто ферритной, что обеспечивает получение в металле крупного зерна феррита проведением отжига при 1100C без фазовой перекристаллизации.

Влияние углерода (C)

Углерод является одной из наиболее вредных примесей в электротехнической стали. Зависимость магнитной индукции от содержания углерода указана на рисунке 2.

Н,(1,4) кА/м³

Рис. 2. Влияние примеси углерода на кривые намагничивания железа Снижение содержания углерода в стали на 0,015% в исследуемом интервале 0,03−0,05% способствуют уменьшению удельных потерь на 0,5 Вт/кг и повышению магнитной индукции на 0,15 Тл.

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

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

Выплавлять электротехническую сталь следует с возможно низким содержанием углерода, но снижение его в стали до 0,03 -0,02% сопровождается интенсивным насыщением ее кислородом и азотом.

Влияние алюминия (Al)

Действие алюминия во многом аналогично действию кремния, так как он увеличивает электросопротивление и снижает индукцию насыщения почти в той же степени, что и кремний. Сталь становится ферритной при 1% (масс.) содержания алюминия. Однако укрупнение зерна феррита наблюдается до температуры отжига 800 C. Алюминий резко снижает растворимость кислорода, и его используют как раскислитель.

В то же время алюминий ухудшает, технологичность стали при горячей и холодной прокатках. Уже при 0,08% (масс.) алюминия наблюдается образование большого количества дефектов на кромках горячекатаных полос.

Повышение концентрации алюминия ухудшает так же качество поверхности холоднокатаных полос. Зависимость удельных потерь от концентрации кислорастворимого алюминия в стали, указана на рисунке 3.

Рис. 3. Изменение удельных потерь в зависимости от концентрации кислорастворимого алюминия в стали С повышением содержания растворимого алюминия в металле до 0,03 0,05% (масс.) удельные потери возрастают до максимального значения, при дальнейшем увеличении содержания алюминия они снижаются. Изменение связанного азота от концентрации кислорастворимого алюминия в стали, указано на рис. 4.

Рис. 4. Изменение связанного азота от концентрации кислорастворимого алюминия в стали Влияние азота (N₂)

Азот оказывает более вредное действие, на магнитные свойства электротехнической стали, чем углерод. Ухудшение Н_c и P происходит благодаря образованию мелкодисперсных нитридов и карбидов.

Влияние меди и никеля (Cu, Ni)

В процессе выплавки медь и никель переходят в раствор, так как они окисляются слабее железа. Увеличение содержания меди до 0,5% (масс.) приводит к снижению технологичности, обработки стали при прокатке 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 Ni — 0,15% и Cu — 0,20% не более изменения очень незначительны.

Влияние хрома (Cr)

Хром существенно ухудшает магнитные свойства металла, что объясняется образованием в стали устойчивых карбидов из — за большего сродства его к углероду, чем к железу. Концентрация хрома в стали не должна превышать 0,1% (масс.).

Влияние титана (Ti)

Титан используют как модификатор. Он является сильным нитридообразующим элементом. Титан оказывает вредное влияние на свойства стали, так как он образует мелкие включения — нитриды и окислы, препятствующие развитию процессов рекристаллизации в стали.

Влияние фосфора (P)

Положительное влияние фосфора на уровень магнитных свойств, связано с его рафинирующим действием. Он обладает большим сродством с кислородом, что способствует очистке стали от этой же вредной примеси, действие которой проявляется в образовании устойчивых мелкодисперсных оксидов (Al₂O₃, SiO₂ и т. п.) ухудшающих магнитные свойства стали.

В условиях производства изотропной стали, фосфор при нормализации способствует уменьшению удельных потерь и выхода марочности 2411 и 2412, содержащих 2,8 — 3,8% (масс.) кремния.

При обезуглероживающе — рекристаллизационном отжиге в стали с содержанием фосфора P=0,015% и кремния Si=2,8 — 3,8% (по массе) происходит улучшение магнитных свойств, но незначительно.

Влияние примесей Дисперсные включения размерами в диапазоне 0,1−1,0 мкм, т. е. включения размеров, соизмеримых с толщиной границ доменов, оказывают наибольшее негативное влияние, способствуют росту потерь на гистерезис.

Включения оксидов кремния и алюминия, образующиеся при внутреннем окислении в процессе термической обработки, способствуют значительному ухудшению магнитных свойств стали. Основная причина ухудшения магнитных свойств, вследствие включений оксидов и образования окисных пленок на поверхности термически обрабатываемых полос, связана с обеднением легирующими элементами кремнием и алюминием — твердого раствора .

изотропный электротехнический сталь термический

2.4 Технологический процесс

Принципиальная технологическая схема производства холоднокатаной электротехнической стали 4 группы легирования в условиях ЛПЦ — 5 представлена в таблице 4.

Таблица 4. Технологическая схема производства электротехнической стали

Выплавка. Выплавка стали осуществляется в кислородных конверторах вместимостью 160 тонн. Получают сталь (марки 0401) следующего химического состава: 0,04 — 0,05% С; 2,8 — 3,8% Si; 0,2 — 0,3% Mn; 0,3 — 0,5% Al; 0,002% P; 0,005% S; 0,1% Cr; 0,1% Cu; 0,01% Ti; 0,03% Ni; 0,01% N.

Для выплавки стали применяют металлическую шихту, состоящую из передельного чугуна и стального лома. В качестве шлакообразующих используют известь и железорудные окатыши. Для продувки плавок применяют кислород чистотой не менее 99,5%.

Раскисление и легирование металла производят в сталеразливочном ковше. Металл в ковше обрабатывается синтетическими шлаками. Для раскисления применяют металлический марганец марок МР — 1, МР — 2, алюминий первичный или алюминий марки АВ — 97, ферросилиций марки ФС — 65, феррофосфор.

Непрерывная разливка. Защиту металла в сталеразливочном, промежуточном ковшах и в кристаллизаторе от вторичного окисления и азотирования осуществляют засыпкой шлакообразующей смесью. Защиту струи металла из сталеразливочного ковша в промежуточный, из промежуточного ковша в кристаллизатор осуществляют металлопроводом с подводом струи металла под уровень.

Охлаждение слябов. Горячие слябы кремнистой стали после непрерывной разливки характеризуют повышенной склонностью к трещинообразованию. В результате исследований определены скорости охлаждения слябов средне — и повышеннолегированной стали при транспортировке по рольгангу, а также режимы термической обработки поверхности слябов на складе и во время подготовки монтажа плавок перед посадкой слябов в методические печи стана горячей прокатки.

Нагрев слябов. Условие для выбора температуры нагрева слябов определяется необходимостью предотвратить растворение включений фаз ингибиторов AlN, MnS, и тем самым затруднить возможность образования текстуры (110)[001] в процессе рекристаллизационного отжига полос конечной толщины. В результате исследований определены температуры нагрева слябов t_н=1160…1250C, конца горячей прокатки t_кп=850…880 C, смотки горячекатаных полос в рулоны t_см=600…650 C для полос толщиной 2,5 и 2,2 мм соответственно.

Нормализация горячекатаных полос. Подготовленные горячекатаные рулоны подвергаются термической обработке в агрегате нормализации. Печь для нормализации состоит из камер нагрева, выдержки и охлаждения. Температура нагрева и выдержки до 850 С. скорость прохождения полосы в агрегате нормализации толщиной 2,2 мм и шириной 1100 мм составляет на участках 12 — 25 м/с.

Холодная прокатка. Холодная прокатка производится на четырех клетьевом стане 1400 на конечную толщину 0,5 мм. Оптимальные режимы обжатий Е_опт=70.75% при холодной прокатке изотропной стали. Обеспечивается достижение высокого уровня магнитных свойств и минимальной магнитной анизотропии.

Термическая обработка в агрегате непрерывного отжига с проходной печью общей длиной 260 м включает в себя обезуглероживающий отжиг при t=830 C (камера обезуглероживающего отжига длиной 160 м) и высокотемпературный рекристаллизационный отжиг при температуре не более 1050 C (камера рекристаллизации 25 м).

Для предотвращения возникновения внутреннего окисления в процессе нагрева при отжиге полос изотропной стали проходные печи желательно оборудовать переходными тамбурами с целью исключения свободного перетока газа из камеры нагрева в камеру обезуглероживания и затем в камеру рекристаллизационного отжига[11].

2.4.1 Технология производства изотропной электротехнической стали

1. Выплавка стали в ККЦ — 1.

2. Непрерывная разливка стали в ККЦ — 1.

3. Горячая прокатка на толщину 2,2 — 2,0 мм в ЛПЦ — 3.

4. Подготовка горячекатаных рулонов в ЛПЦ — 5.

5. Нормализация горячекатаного подката в ЛПЦ — 5.

6. Травление горячекатаных полос в ЛПЦ — 5.

7. Холодная прокатка (до толщины 0,5 — 0,35 мм) в ЛПЦ — 5.

8. Подготовка холоднокатаных рулонов.

9. Обезуглероживающий и рекристаллизационный отжиг, нанесение электроизоляционного покрытия в ЛПЦ — 5.

10. Порезка, упаковка, отгрузка.

2.4.2 Обработка холоднокатаных полос в агрегате непрерывного отжига и нанесение электроизоляционного покрытия

Обработке в линии агрегатов непрерывного отжига подвергаются холоднокатаные полосы после подготовки.

Очистка полосы от технологических смазок в линии агрегата производится:

1. обезжиривание полосы,

2. промывка полосы в щеточно — моечной машине,

3. окончательная промывка полосы в промывочной ванне,

4. сушка полосы горячим воздухом.

Для обезжиривания полосы могут использоваться моющие растворы на основе следующих технических моющих средств: температура обезжиривающих растворов не должна быть менее 80 C, замену обезжиривающих растворов производят при массовой концентрации механических примесей в растворах более 1,0 г/дм³.

Промывка полосы в щеточно — моечной машине осуществляется с помощью капроновых щеток. Количество щеток не менее четырех. Температура промывной воды должна быть не менее 70 С.

Окончательная промывка производится в промывочной ванне путем подачи на полосу сверху и снизу химочищенной воды.

Отбор проб обезжиривающего раствора осуществляется технологическим персоналом один раз в смену.

Термообработка без записи скорости транспортировки полосы не допускается. Скорость движения ленты в агрегате непрерывного отжига выбирается в зависимости от содержания углерода в стали. Время обезуглероживания или скорость движения ленты в агрегате выбрана с расчетом времени диффузии (табл.5).

Таблица 5. Скорость движения полосы в агрегате непрерывного отжига

2.4.3 Принцип функционирования агрегата термической обработки

Агрегат термической обработки можно условно разделить на три участка: входной, центральный и выходной.

Входной участок Обвязанные рулоны с весом до 30 т устанавливаются 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 витка. Оператор обрезает обвязочную полосу ручными пневматическими ножницами.

Благодаря вращению рулона полоса поддается 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.

Передний конец полосы после обработки подается со скоростью ввода (30 м/мин) на сварочную машину для роликовой сварки сопротивления, благодаря вращению разматывателя и тянущих роликов.

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

Во время сварки двух полос входной участок агрегата остановлен, в то 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, что входной накопитель, который был опустошен во время ввода новой полосы и во время сварки. Для обеспечения нормального функционирования и обеспечения соответствующего количества полосы в печи обработки, мог заново наполнится 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 обеспечивается центрирующими роликами, а так же направляющими роликами, установленные в тележке накопителя.

Центральный участок Установка обезжиривания предназначена для обезжиривания, очистки, сушки поверхности полосы.

На входе установки полоса центрируется центрирующими роликами и прежде всего обрабатывается в ванне электролитического обезжиривания, где находятся 4 пары электродов, которые получают электропитание с тиристорных преобразователей. Температура ванны 80 С.

Рабочая среда выливается из ванны электролитического обезжиривания через спускное отверстие, находящееся выше уровня электродов в ванне рециркуляции растворов, откуда раствор подается насосами в ванну обезжиривания.

Качество используемого в ванне раствора контролируется датчиком проводимости, по сигналу которого обеспечивается подача нового раствора автоматически.

Для обеспечения деконцентрации раствора и для компенсации потерь при испарении, необходима подача химически чистой воды.

При превышении установленной допустимой степени загрязнения раствора из ванны обезжиривания и резервуара рециркуляции.

Раствор фильтруется на входе резервуара, проходя через перфорированный лист и затем выполняется более тонкая фильтрация сетчатыми фильтрами на всосе насосов.

Раствор из резервуара рециркуляции очищается от нерастворимых жиров методом постоянной циркуляции между ванной рециркуляции и сепаратором. Раствор оставшийся на поверхности полосы, удаляется двумя парами отжимающих роликов с каучуковым покрытием.

Из ванны электролитического обезжиривания полоса подается на моечно-щеточную машину, на которой удаляются остатки раствора на поверхности, с использованием промывочной воды, подающейся на полосу (сверху и снизу) через шланги. Данная машина позволяет выполнить также очистку полосы щетками и «промокнуть» роликами с каучуковым покрытием. Окончательная промывка полосы для удаления обезжиривающего раствора выполняется в промывочной ванне поливанием полосы (сверху и снизу) водой через шланг. Две пары роликов с каучуковым покрытием выполняют «промокание» полосы. Для промывки используется очищенная вода. Температура в ванне 80 — 90 C. После такой обработки две поверхности сушатся постоянными потоками горячего воздуха, подаваемого вентиляторами, выполнение этого процесса происходит при проходе воздуха через короб подогрева. Ввод полосы на установку очистки, выполняется с помощью двух цепей приводом, проходящих через все ванны. Поддерживание натяжения на установке обезжиривания и на входном накопителе обеспечивается натяжным устройством и дефлекторным роликом.

Таблица 6. Параметры исходных полос

Скорость транспортировки полосы на входном участке:

максимальная — 60 м/мин, заправочная — 30 м/мин.

максимальная скорость полосы в печи — 45 м/мин.

максимальная скорость на выходном участке — 60 м/мин.

Печь Тандем Печь предназначена для термообработки полосы. Режим термообработки обезуглероживающе — рекристаллизационный отжиг.

Рис. 5. Режим термической обработки изотропной электротехнической стали четвертой группы легирования а) в) б) г) Рис. 6. Структура изотропной электротехнической стали четвертой группы легирования:

а) вдоль прокатки после термической обработки; б) поперек прокатки после термической обработки; в) вдоль прокатки до термической обработки; г) поперек прокатки до термической обработки Обезуглероживание Полоса заправляется в печь с помощью заправочной штанги. Через роликовый затвор полоса проходит во входной водоохлаждаемый тамбур и далее в первую камеру нагрева с помощью литых электронагревателей, расположенных на поду, своде и боковых стенах камеры, полоса нагревается до температуры 830 C.

Первая камера нагрева разделена на 4 зоны регулирования. В первых трех зонах температура регулируется по сигналу от термопар.

В четвертой зоне температура нагрева полосы регулируется по сигналу от пирометра, измеряющего истинную температуру полосы. Кроме того, предусмотрена возможность регулирования температуры в зоне по сигналу от температуры термопары.

Точность регулирования полосы составляет 10 C. Мощность электронагревателей в зонах регулируется с помощью тиристорных выключателей.

Полоса, нагревается в первой камере нагрева до температуры 830 C, поступает в первую камеру выдержки. Эта камера обогревается с помощью литых электронагревателей. Камера разделена на 9 зон регулирования температуры, которая осуществляется по сигналу от термопары. Температура полосы в первой камере выдержки измеряется с помощью двух оптических термометров с точностью 10 C установленных в зонах № 12 и № 13.

Степень обезуглероживания (отношение содержания углерода на входе к содержанию его на выходе из печи обезуглероживания) будет равна 10 для содержания углерода на выходе более 0,3%, если меньше 0,3%, то степень обезуглероживания может быть меньше 10, но во всех случаях будет обеспечено содержание углерода в полосе на выходе из печи 0,03 — 0,05%.

Обезуглероживание полосы осуществляется во влажном азотоводородном газе (точка росы 30 — 50 C), с содержанием (50 — 75% H₂). Азотоводородный газ, подаваемый в первую камеру выдержки и камеру нагрева, предварительно увлажняется в 5 увлажнителях. Каждый состоит из термически теплоизолированного резервуара с водой, оборудованного электронагревателями. Температура нагрева воды регулируется с помощью термостатов.

Увлажненный газ вводится в первую камеру нагрева и первую камеру выдержки по всей ширине печи с помощью перфорированных труб, которые установлены под полосой по всей длине этих камер с шагом 16 м.

Рекристаллизация После обезуглероживания полоса из первой камеры выдержки через первый разделительный тамбур переходит во вторую камеру нагрева. Здесь, с помощью литых электронагревателей, установленных на поде и своде камеры, полоса нагревается до температуры 1020 C.

Вторая камера нагрева представляет собой одну зону регулирования. В этой зоне температура нагрева полосы регулируется по сигналу от оптического пирометра, измеряющего истинную температуру полосы. Кроме того предусмотрена возможность регулирования температуры в зоне по сигналу от термопары. Точность регулирования температуры полосы 10 C. Мощность электронагревателей регулируется с помощью тиристорных выключателей. Полоса нагревается во второй камере нагрева до 1020 C, поступает во вторую камеру выдержки в которой выдерживается при температуре в течение заданного времени.

Эта камера обогревается с помощью литых электронагревателей.

Вторая камера выдержки разделена на три зоны регулирования. Регулирование температуры в каждой зоне осуществляется по сигналу от термопары.

Температура полосы на входе из второй камеры выдержки измеряется и регулируется оптическим пирометром с точностью 10 C.

Рекристаллизация полосы происходит в среде сухого азотоводородного газа HN_x, содержащего 7 — 15% H₂.

Точка росы азотоводородного газа на входе в печь ниже или равна 40C.

Сухой газ вводится во вторую камеру нагрева и во вторую камеру выдержки по всей длине этих камер с шагом приблизительно равным 16 м.

После рекристаллизации полоса из второй камеры выдержки через второй разделительный тамбур переходит в камеры регулируемого и струйного охлаждения.

В камере регулируемого охлаждения с помощью водоохлаждаемых труб полоса охлаждается до температуры 750 C в атмосфере азота. Воздух, переходя по трубам воздушного охлаждения, охлаждает полосу, нагреваясь при этом сам. В камере струйного охлаждения с помощью блоков струйного охлаждения полос в атмосфере азота охлаждается до температуры 100 C. Азот, выходя из труб с большой скоростью, обдувает полосу, которая при этом охлаждается, а азот нагревается. Азот, проходя через водоохлаждаемые теплообменники, отдает свое тепло охлаждающей. Циркуляция азота организуется с помощью циркуляционных вентиляторов. Точка росы азота на входе в камеры охлаждения ниже или равна 40 C. В камере струйного охлаждения полосы, скорость охлаждения не регулируется. Температура полосы измеряется и регистрируется на выходе из камеры регулируемого охлаждения с помощью оптического пирометра.

Из камеры струйного охлаждения полоса через выходной тамбур с роликовым затвором выходит из печи.

Транспортировка полосы через печь осуществляется по роликам изготовленным из жаропрочной стали. Ролики камер нагрева, выдержки и регулируемого охлаждения имеют керамическую оболочку.

Печные ролики приводятся во вращение с помощью индивидуальных приводов. При работе печи на уровне полосы поддерживается давление 3 мм водного столба.

Конструкция печи и организация газовых потоков исключает образование взрывоопасных газовых смесей в камерах печи вследствие появления в них кислорода и окисления полосы.

Конструкция печи, газовый режим и вытяжные зонты исключают появление водорода под крышей здания цеха.

На печи установлены пять свечей: две — основные, три — продувочные.

Основные предназначены для удаления из печи отработанной атмосферы и регулирование давления в рабочем пространстве печи. Эти свечи установлены на входе в камеры нагрева № 1 и № 2. Продувочные свечи предназначены для удаления печной атмосферы, при продувке печи азотом. Две продувочные свечи установлены на входе в камеры нагрева № 1 и № 2, третья продувочная свеча — на входе в камеру охлаждения. После выхода из печи полоса поступает в горизонтальный холодильник, в котором она охлаждается воздушными струями до температуры 60 C. Холодный воздух всасывается вентилятором из цеха, а нагретый выбрасывается из холодильника в цех.

Для обеспечения свободного теплового расширения печного каркаса, печь установлена на катковые опоры. Каркас печи жестко прикреплен к эстакаде в средней части первой камеры нагрева.

Камера нагрева 1 и выдержки 1, камера нагрева 2 и выдержки 2, камера регулируемого и струйного охлаждения имеют следующую длину:

1 камера нагрева…32,85 м

1 камера выдержки…160,0 м

2 камера нагрева…10,8 м

2 камера выдержки…25,2 м

1 камера регулируемого охлаждения…13,7 м

2 камера струйного охлаждения…13,3 м Нанесение электроизоляционного покрытия Раствор покрытия из рабочего бака установки нанесения покрытия с помощью насоса подается через форсунку на верхнюю сторону полосы перед верхним отжимным роликом и стекает в поддон под нижним отжимным роликом. Нижний ролик должен быть постоянно погружен в раствор. Из поддона раствор самотеком поступает в рабочий бак.

Таблица 7. Технологические параметры растворов покрытия

Нанесение растворов на полосу осуществляется с помощью пары роликов.

После нанесения покрытия полоса направляется в печь сушки.

Температурный режим по зонам печи сушки:

— для раствора типаТ_1…9=(35 050) C;

— для растворов типа иТ_1.6=(42 525) C;

Т_7.8=(40 025) C.

Полосы стали после отжига и покрытия сматываются в рулоны массой до 30 тонн.

Печь сушки Печь сушки состоит из камеры нагрева, выдержки и воздушного холодильника.

Камера нагрева предназначена для нагрева полосы до 450 C при покрытии ее Al₂PO₄ и до 650 C — Mg₃(PO₄)₂ с целью испарения воды из применяемых растворов. Затем полоса выдерживается при данной температуре в течение 30 секунд минимум.

До 400 C полоса в печи проходит со свободным провисанием, начиная с 400 C полоса касается роликов.

Сушка полосы осуществляется тепловым излучением электрических нагревательных элементов.

Далее полоса поступает в воздушный горизонтальный холодильник, который предназначен для охлаждения полосы с максимальной температуры 650 C до 60 C и состоит из трех частей.

Струи воздуха обдувают полосу со всех сторон, охлаждая ее. Полоса с высушенным покрытием в камере нагрева и в камере выдержки транспортируется через воздушный холодильник по не приводным поддерживающим роликам.

Натяжение полосы:

при разматывании — 370 — 1500 дН, при смотке — 590 — 3000 дН, в печи термообработки 59 — 375 дН, в печи сушки покрытия 148 — 870 дН.

Выходной участок Если не используется установка нанесения покрытия, полоса отклоняется дефлекторным роликом перед входом на натяжное устройство.

Емкость выходного накопителя достаточна для выполнения операций удаления намотанного рулона.

Максимальная скорость выходного участка опустошения выходного накопителя — 60 м/мин. Скорость автоматически уменьшается до скорости обработки после того, как накопитель будет пустой.

На входе натяжного устройства последовательно расположены маркировочное устройство, толщиномер, устройство для измерения характеристик стали.

Удаление сварочного шва выполняется гильотинными ножницами. Наматывание полосы в рулон выполняется с использованием автоматического устройства контроля кромок.

Намотанный рулон автоматически позиционируется на барабане моталки таким образом, чтобы свободный конец полосы был прижат на рулоне подъемниками разгрузочной тележки.

Прижимной ролик отводится и барабан моталки сужается, что позволяет выполнить объем рулона разгрузочной тележки и доставку рулона на посты взвешивания и обвязки.

Затем рулон подается на приемный стеллаж разгрузочной тележкой, откуда рулон забирается мостовым краном цеха.

2.4.3 Базовая программа термообработки полос в агрегате непрерывного отжига Термообработка проводится по базовым программам (табл. 8)

Таблица 8. Базовые программы термической обработки полос в АНО

Примечание к таблице 9:

1. N₂ + H₂ — увлажненная азото-водородная газовая смесь, NH_х — сухая азото-водородная смесь.

2. давление газа в зонах печи — не менее 1 мм вод. Ст.

3. при обезуглероживающе — рекристаллизационном отжиге проводится обезуглероживание (выдержка в камере обезуглероживания) при температурах, определяемых в зависимости от содержания кремния и алюминия из соотношения t=780+22(Si+Al) C, (группа легирования 2,3,4).

2.5 Технико-экономическое обоснование выбранной технологии

Выбранная термическая обработка обеспечивает снятие внутренних напряжений, обезуглероживание, удаление вредных примесей, рекристаллизацию с образованием равноосных недеформированных зерен в заданных кристаллографических направлениях.

Обезуглероживание осуществляется во влажной азотно-водородной атмосфере по реакции: C+H₂O=CO+H₂.

Во время обезуглероживания происходит окисление кремния и алюминия и возможно окисление железа. Из термодинамических условий протекания реакции окисления видно, что окисление кремния и алюминия происходит всегда, однако большая разница в коэффициенте диффузии этих элементов и углерода делает возможным реакцию обезуглероживания.

Скорость обезуглероживания определяется скоростью химической реакции на поверхности и скоростью диффузии углерода. Если константа скорости велика по сравнению с коэффициентом диффузии, то значение критерия БИО стремится к бесконечности и процесс определяется только диффузией углерода. С увеличением концентрации Н₂О значение критерия БИО возрастает и не зависит от содержания водорода. Это указывает на то, что окисление углерода по реакции идет необратимо и скорость процесса не замедляется при увеличении концентрации водорода. Сплошная пленка окислов кремния на поверхности образовываться не может, так как диффузия у кремния в 150 000 раз меньше, чем диффузия углерода и кремния в условиях непрерывного отжига не успевает продиффундировать к поверхности. При содержании водяного пара около 7,5% (объем.) процесс обезуглероживания концентрата переходит в диффузионную область. Следовательно, дальнейшее увеличение концентрации Н₂О не приведет к ускорению обезуглероживания. Оптимальное содержание водорода в смеси определяется требованием исключения окисления железа.

Данная температура обезуглероживания выбирается из соображения, что она обеспечит необходимую скорость диффузии, и этот процесс будет происходить в однофазной области.

Необходимую диффузию нам обеспечит и выбранная скорость транспортировки полосы. Для четвертой группы легирования приемлема скорость 355 м/мин и время обезуглероживания — порядка 6 минут. Полоса нагревается до температуры 830 C.

этап — рекристаллизация

Она проводится для того, чтобы сформировать необходимую зеренную структуру. Оптимальным для стали, является размер зерна 100−200 мкм. Если в зоне обезуглероживания (830 C) зерно имеет размер 50−70 мкм, то в зоне рекристаллизации (1020 C) оно вырастет более чем в два раза.

Газовый режим

На свойства стали помимо температуры отжига, влияет и количество влаги в защитном газе, поэтому необходимо назначить такой газовый режим, который удовлетворял бы, предъявляемой стали требованиям. На основании многих экспериментов можно считать таким режимом следующий расход газа в зонах обезуглероживания — 240 м³/час, расход газа в зонах рекристаллизации — 150 м³/час. Расход воды на увлажнение защитного газа — 30 кг/час.

По данному температурно-газовому режиму предположительно будет получена изотропная электротехническая сталь с удельными ватными потерями P_1,5/50 = (2,9 — 3,1 Вт/кг.), что будет отвечать уровню зарубежных аналогов[11].

3. Контроль качества готовой продукции

За партию готовой рулонной изотропной электротехнической стали принимают один рулон одной плавки одного отжига после обработки в агрегате непрерывного отжига и нанесения электроизоляционного покрытия. Номер партии должен состоять из семи разрядов. Два первых разряда — порядковый номер агрегата термообработки, третий разряд — группа легирования, остальные — порядковый номер рулона-партии.

Отбор проб на аттестационные испытания

Отбор контрольных карт от каждой партии для определения магнитных свойств, производится технологическим персоналом под контролем ОТК на агрегате непрерывного отжига перед смоткой полос в рулон. Отбор карт производится от начала рулона-партии. Длина контрольной карты 1500 — 1600 мм.

Контрольная карта маркируется номером партии, номером плавки и номером рулона. При порезке карт на эпштейновские полоски эта маркировка сохраняется.

Проба для испытания магнитных свойств должна состоять из 2-х одинаковых частей:

а) образец 1 состоит из полосок (30 ± 0,2)? (305 ± 0,5) мм, вырезанных вдоль направления прокатки;

б) образец 2 состоит из полосок того же размера, вырезанных поперек прокатки.

Кромочные полоски в образец не включают. Общая масса каждого образца 0,5 кг.

Для определения удельного электросопротивления электроизоляционного покрытия от контрольной карты поперек направления прокатки отрезается одна полоска шириной 30 — 60 мм и длиной, равной ширине рулона.

Для определения прочности сцепления покрытия с металлом вырезают образец шириной (30,0 ± 0,2) мм и длиной, равной ширине полосы.

Отбор проб на периодические испытания

К периодическим испытаниям относятся испытания механических свойств (?_т, ?_в, ?₄, HV5, гибы), коэффициент старения, коэффициент заполнения.

Назначение плавки на контроль механических свойств осуществляет технологическая группа ЛПЦ-5 при подготовке паспорта плавки (с отметкой «контроль мех. свойств») на каждой 10-й плавке.

Для испытания на механические свойства из отобранного отрезка вырезают 12 образцов (6 вдоль направления прокатки и 6 поперек направления прокатки) размером (20,0 ± 0,1)? (210,0 ± 0,5) мм. Шесть образцов вырезают на расстоянии (30 — 90) мм от кромки, шесть — из середины образца.

Если результаты испытаний образцов стали не отвечают требованиям ГОСТ 21 427.2 — 83 или ТУ, то производится повторное испытание (переиспытание) на удвоенном количестве образцов.

Ответственность за правильный отбор, разделку, маркировку образцов и передачу их в лабораторию несет технологический персонал цеха.

Контроль за правильностью отбора, разделки, маркировки осуществляется контролером ОТК. На все образцы контролером ОTK выписывается сопроводительная карточка установленного образца.

В сопроводительной карточке на образце отмечается: по какому ГОСТ или ТУ будет поставляться металл, группа легирования (марка), а для испытаний на магнитные свойства — массовая доля кремния и алюминия.

Приемка образцов в лаборатории НТЦ ЭТО производится с отметкой в журнале и фиксированием замечаний по качеству образцов.

При приемке проверяется наличие штампа ОТК, маркировка, количество образцов, геометрические размеры (толщина, ширина, длина), образцы должны быть без видимых заусенцев.

Приемка образцов в лаборатории для испытаний, несоответствующих требованиям ГОСТ 21 427.2 — 83 и ГОСТ 12 119– — 80, не допускается.

Определение электромагнитных и механических свойств, линейных размеров, качества электроизоляционного покрытия производится в соответствии с ГОСТ 21 427.2. — 83 и ГОСТ 12 119– — 80.

Производится статистический контроль механических, свойств стали на основе расчетов ССУ по химическому составу, при этом, корректировку таблиц и уравнений производит НТЦ ЭТО по результатам периодических испытаний мехсвойств на каждой десятой плавке разных групп легирования.

Результаты аттестационных испытаний выдаются лабораторией в ССУ; периодических — виде справок в согласованном порядке.

Аттестация магнитных свойств производится лабораторией магнитных измерений НТЦ ЭТС по JIS C25550−86, DIN 50 462, ч.1−6, ASTM A343−74, А344−72 в зависимости от требований контракта. Маркировка и заполнение сертификатов по качеству производится в соответствии с требованиями контракта.

Доставка проб от агрегатов к местам разделки и в лабораторию осуществляют в условиях, исключающих механические повреждения образцов[8].

4. Контроль качества электротехнической стали

4.1 Методы определения углерода по ГОСТ 12 344– — 2003

Настоящий стандарт устанавливает газообъемный, кулонометрический методы и метод инфракрасной спектроскопии определения общего углерода и графита в углеродистой стали и нелегированном чугуне при массовой доле углерода и графита от 0,01 до 5,0%.

Погрешность результата анализа (при доверительной вероятности 0,95) не превышает предела ?, приведенного в табл. 1 и 2, при выполнении следующих условий:

— расхождение результатов двух (трех) параллельных измерений нe должно превышать (при доверительной вероятности Р =0,95) значения d₂ (d₃) приведенного в табл. 1 или 2;

— воспроизведенное в стандартном образце значение массовой доли углерода не должно отличаться от аттестованного более чем на допускаемое (при доверительной вероятности Р =0,85) значение ?, приведенное в табл. 1 или 2.

При невыполнении одного из вышеуказанных условий проводят повторные измерения массовой доли углерода. Если и при повторных измерениях требования к точности результатов не выполняются, результаты анализа признают неверными, измерения прекращают до выявления и устранения причин, вызвавших нарушение нормального хода анализа.

Расхождение двух средних результатов анализа, выполненных в различных условиях (например, при внутрилабораторном контроле воспроизводимости), не должно превышать (при доверительной вероятности Р = 0,95) значения d_k, приведенного в табл. 1, 2[12].

Таблица 9. Результаты анализа первого испытания

Таблица 10. Результаты анализа второго испытания.

ГАЗООБЪЕМНЫЙ МЕТОД

Сущность метода:

— метод основан на сжигании навески стали или чугуна в токе кислорода при 1250—1350 °С с последующим поглощением образующегося диоксида углерода раствором гидроксида калия (натрия).

Массовую долю углерода определяют по разности первоначального объема газа и объема газа, полученного после поглощения диоксида углерода раствором гидроксида калия (натрия)[12].

КУЛОНОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД

Сущность метода:

— метод основана на сжигании навески пробы в токе кислорода при температуре 1250 — 1350 °C, поглощении образовавшегося диоксида углерода поглотительным раствором с определенным начальным значением рН и последующем измерении на установке для кулонометрнческого титрования, необходимого для восстановления исходного значения рН количества электричества, которое пропорционально массовой доле углерода в навеске пробы[12].