Технология изготовления листовой электротехнической стали

| Категория реферата: Рефераты по технологии
| Теги реферата: рефераты, бесплатные дипломы
| Добавил(а) на сайт: Lancov.

[pic]

Направление прокатки>> Направление прокатки>>

Рис.4. Ребровая (а) и кубическая (б) текстуры электротехнической стали
Анизотропия магнитных свойств трансформаторной стали учитывается при производстве трансформаторов. Конструкция должна быть такова, чтобы магнитный поток в ней совпадал с направлением прокатки, т. е. с направлением наименьших ваттных потерь и максимальной магнитной индукции.
Для изготовления электрических машин и аппаратов с круговым магнитным потоком трансформаторная сталь со значительной анизотропией магнитных свойств не применяется. В настоящее время освоено производство малотекстурованной холоднокатаной трансформаторной стали толщиной 0,35 и
0,5 мм, у которой разница в значениях магнитных свойств вдоль и поперек листа невелика.
В кубической текстуре (100) [100] грань куба—плоскость (100) — совпадает с плоскостью прокатки, а ребро куба — направление [100]—совпадает с направлением прокатки. Таким образом, в сталях с кубической текстурой вдоль и поперек прокатки ориентируются ребра куба — направления легкого намагничивания [100], а направление средней трудности намагничивания [110] находится под углом 45° к направлению прокатки. Следовательно, магнитные свойства у сталей с кубической текстурой одинаковы вдоль и поперек направления прокатки или мало зависят от направления прокатки. Это позволяет без значительных потерь изменять направление магнитного потока Е трансформаторах и электрических машинах. Холоднокатаную трансформаторную сталь прокатывают с меньшими допусками, чем горячекатаную. Она имеет более чистую и гладкую поверхность, что позволяет улучшить конструкцию трансформаторов. При холодной прокатке трансформаторной стали предъявляют повышенные требования к допускам по ширине и толщине, а также по геометрии полос. Волнистость и коробоватость, характеризующие плоскостность готовой стали, не допускаются. От плоскостности листов зависит коэффициент заполнения объема при изготовлении магнито-проводов.
В настоящее время для травления подката трансформаторной стали применяют сернокислотные растворы (150-200 г/дм3) при температуре 75-95° С. В эти растворы добавляют поваренную соль из расчета 40-50 г/дм2.
При определении производительности непрерывных травильных линий и установлении скорости движения полосы необходимо учитывать, что скорость травления трансформаторной стали ниже, чем углеродистой, так как из-за повышенного содержания окислов кремния в окалине требуется более длительное пребывание полосы в травильном растворе.
На ряде заводов скорость движения полосы трансформаторной стали на непрерывных травильных линиях находится в пределах 20-40 м/мин. Скорость травления можно значительно увеличить применением комбинированного метода очистки поверхности полосы от окалины, при котором окалина предварительно механически разрыхляется и частично удаляется.
При травлении трансформаторной стали сернокислотный раствор насыщается кремнием, в результате чего выделяется кремневая кислота, затрудняющая процессы травления металла и извлечения железного купороса из отработавших растворов. При переработке отработавших растворов кремневая кислота задерживает выпадение кристаллов железного купороса.
В связи с указанным для нормальной работы травильного и купоросного отделений при круговом процессе использования травильных растворов необходимо предварительно выделять из них кремневую кислоту.
Холодная прокатка трансформаторной стали на отечественных заводах осуществляется на одноклетевых реверсивных, трехклетевых и пятиклетевом непрерывных и многовалковых станах. Обязательным условием прокатки трансформаторной стали с большим обжатием является наличие мощного прокатного оборудования пятнклетевых непрерывных либо одноклетевых многовалковых станов и применение высокоэффективных технологических смазок.
Сопоставление данных о силовых условиях деформации трансформаторной и малоуглеродистой сталей на одном и том же стане при относительно одинаковых условиях прокатки позволяет сделать вывод, что давление и расход энергии при прокатке трансформаторной стали на 10-15% больше, чем при прокатке малоуглеродистой стали.

[pic] Обжатие, %

Рис.5 . Изменение удельного давления при холодной прокатке кремнистой стали.

При увеличении содержания кремния в стали значительно повышается сопротивление металла деформации. Удельное давление металла на валки при холодной прокатке стали с содержанием 4% Si; в четыре раза, а с содержанием
3,5 Si в 2,5 раза больше, чем при прокатке стали 1 % Si.
На рис.5. и в табл.6 показаны величины удельного давления при холодной прокатке кремнистой стали.
Принятые при холодной прокатке трансформаторной стали интенсивные обжатия в первом пропуске (35-45%) в результате значительной деформации обеспечивают нагрев полосы до 100- 150° С, что благоприятно влияет на процесс прокатки рулона в последующих пропусках, так как нагрев полосы до такой температуры
(в результате деформации) приводит к значительному снижению сопротивления деформации при прокатке.

ТАБЛИЦА 6. УДЕЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ ПРИ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКЕ КРЕМНИСТОЙ СТАЛИ
|Обжатие, |Удельное давление, кгс/мм2, при содержании Si, % |
|% | |
| |1 |2.5 |3.1 |3.5 |4 |4.3 |
|10 |32 |52 |60 |80 |105 |185 |
|20 |- |- |- |- |- |290 |
|25 |- |- |- |- |- |360 |
|30 |45 |62 |75 |105 |225 |- |
|40 |- |- |- |- |340 |- |
|60 |60 |88 |160 |305 |- |- |

Для обезжиривания полосы после холодной прокатки могут быть применены различные способы, в том числе электролитический, химический, ультразвуковой.
В настоящее время для обезжиривания рулонов химическим способом применяют растворы следующего состава, г/дм3:

Сода кальцинированная…50

Тринатрийфосфат………..20

Каустическая сода….……5

Эмульгатор ОП-7…….…..3

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ХОЛОДНОКАТАНОЙ ТРАНСФОРМАТОРНОЙ СТАЛИ

Решающее влияние на качество холоднокатаной трансформаторной стали оказывает термическая обработка - предварительный, промежуточный и окончательный высокотемпературный отжиги.
Изменения магнитных характеристик трансформаторной стали при термической обработке вызываются: а) изменением формы углерода (лучшие свойства получаются, когда углерод находится в виде графита); б) выгоранием углерода и дегазацией металла; в) увеличением размеров зерен; г) рекристаллизацией наклепанной стали (при которой происходит снятие внутренних напряжений, изменение величины зерен и их ориентация).
Промежуточный рекристаллизационный отжиг холоднокатаной трансформаторной стали необходим для снижения твердости ленты после
Рис.6.Протяжная печь для нормализации рулонов трансформаторной стали:
1,2—камеры нагрева и охлаждения соответственно первого передела холодной прокатки. Опыт работы показал, что такой отжиг трансформаторной стали в колпаковых печах с различной защитной атмосферой практически не влияет на снижение содержания углерода в стали.
Высокотемпературный отжиг холоднокатаной трансформаторной стали проводится в колпаковых печах при 1100-1200° С в вакууме или в сухом водороде.
При высокотемпературном отжиге происходит укрупнение зерен феррита, коагуляция включений, изменение формы углерода и уменьшение количества вредных примесей в стали.
В последние годы для обезуглероживания и окончательного отпуска трансформаторной стали строили башенные и горизонтальные печи, характеризующиеся высокой производительностью, позволяющие проводить значительное обезуглероживание металла.
В современном производстве подката из трансформаторной стали предусматривается технологический передел слитков большой массы в слябы на блюмингах или слябингах либо получение слябов с установок непрерывной разливки стали с использованием стали, содержащей 2,9-3,2% Si. При производстве катаных слябов слитки в колодцевые печи загружаются горячим всадом с температурой поверхности слитков при посадке 800-950° С.
Продолжительность нагрева слитков в зависимости от температуры всада 7-10 ч, имея в виду, что не менее 75% общего времени должно расходоваться на томление слитков при температуре выдачи. Прокатанные слябы в потоке обжимных станов подвергаются зачистке на машинах огневой зачистки, после чего подвергаются термической обработке (отжигу) при температуре 750° С с загрузкой слябов в печь горячим всадом. Охлаждение садки после отжига должно быть замедленным со скоростью 40-50° С. Регламентированный режим нагрева и охлаждения слябов кремнистой стали исключает образование трещин из-за значительных термических напряжений.
При необходимости дополнительной зачистки поверхностных дефектов на слябах ее осуществляют на остывших слябах на адъюстаже.
Слябы перед прокаткой на широкополосном стане нагреваются в зависимости от химического состава трансформаторной стали до 1200-1400° С. Преимуществом использования полунепрерывных станов для прокатки рулонного подката является возможность регулирования числа проходов и величины обжатия в зависимости от химического состава стали, температуры сляба и толщины рулонного подката. Перед чистовой группой клетей температура раската толщиной 18-25 мм должна быть в пределах 950- 1050° С, температура конца прокатки не ниже 850° С и температура полосы при смотке на моталку не выше
600° С.
Толщина рулонного горячекатаного подката определяется режимом его прокатки на стане холодной прокатки и конструкцией стана. Обычно толщина подката равна 2,5 мм.

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНОЙ ДИНАМНОЙ СТАЛИ

Развитие производства электротехнических сталей характеризуется увеличением выпуска холоднокатаной динамной стали и сокращением производства горячекатаной динамной стали.
У холоднокатаной динамной стали по сравнению с горячекатаной значительно точнее размеры толщины, более высокая планшетность, лучшее состояние поверхности, отсутствует окалина. Более высокие параметры качества холоднокатаной динамной стали при изготовлении электромашин позволяют получить более высокий коэффициент заполнения, обеспечивающий значительную экономию электроэнергии и возможность в ряде случаев увеличить мощность электромашин при сохранении их масс и габаритов. Этому способствует незначительная анизотропия магнитных свойств холоднокатаной стали, т. е. разница в магнитных свойствах листов в направлении прокатки и в перпендикулярном направлении.
Применение холоднокатаной динамной стали в рулонах позволяет значительно сократить расход металла на изготовление деталей машин и аппаратов в результате рационального раскроя полосы и организовать их производство на высокопроизводительных автоматических и полуавтоматических линиях.
Более высокое качество поверхности холоднокатаной динамной стали по сравнению с горячекатаной обеспечивается прокаткой рулонов протравленного подката на современных непрерывных или реверсивных станах холодной прокатки, в то время как горячекатаная листовая динамная сталь прокатывается пакетами на клетях горячей прокатки устаревшей конструкции с применением тяжелого ручного труда.
Прокатка на станах горячей и холодной прокатки рулонов, кроме значительного увеличения производительности по сравнению с листовой прокаткой горячекатаного металла, способствует получению проката с более стабильными свойствами, так как создаются постоянные условия при обработке большого количества металла на различных технологических операциях.

ПЛАСТИЧНОСТЬ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛИ

Листы холоднокатаной малотекстурованной стали при испытании на хрупкость должны выдерживать не менее 10 гибов для сталей Э1100, Э1200 и Э1300 и не менее 5 гибов для сталей Э3100, Э3200.
Число гибов, которое выдерживают образцы этой стали, превышает приведенные нормы.
Ударная вязкость стали с 1 % Si равна 12 кгс м/см2. Механические свойства электротехнической стали (в отожженном состоянии) зависят от содержания кремния .
Высокая пластичность холоднокатаной динамной стали с содержанием до 2% Si определяет возможность прокатывать эту сталь на высокопроизводительных непрерывных и реверсивных станах холодной прокатки, без существенного снижения их производительности по сравнению с прокаткой малоуглеродистой стали.
Технология производства холоднокатаной динамной стали должна обеспечивать получение листовой и рулонной стали: а) с минимально возможными удельными потерями и максимально возможной индукцией; б) с минимально возможной анизотропией магнитных свойств; в) пластичность, точность прокатки и чистота поверхности должны соответствовать заданным стандартами или техническими условиями.
Решающее влияние на магнитные свойства стали оказывает химический состав.
Сейчас динамную сталь выплавляют с 1,3- 1,8% Si. Выплавка стали с содержанием кремния ближе к верхнему пределу позволяет снизить удельные потери на 0,1-0,2 Вт/кг. При повышении содержания кремния в стали увеличивается ее способность к текстурообразованию и, следовательно, к увеличению анизотропии. Чем меньше газов и неметаллических включений содержит динамная сталь, тем лучше ее магнитные свойства. Следует, поэтому рекомендовать вакуумирование жидкой стали в ковше, что позволяет снизить в ней количество углерода и уменьшить содержание газов.
Разливка динамной стали в современных цехах осуществляется в крупные слитки массой 5-12 т. Возможно применение слитков массой до 24 т.
Подготовка поверхности слитков, слябов и подката динамной стали не отличается от принятой в производстве углеродистой стали.
Существенное влияние на магнитные свойства холоднокатаной динамной стали оказывает технология ее передела в цехах холодной прокатки.

ТАБЛИЦА 7. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ.
|Si, % |,кгс/см2 |, кгс/мм2 |, % |
|1 |32 |20 |54 |
|1,5 |36 |24 |45 |
|2,0 |40 |29 |45 |
|2,5 |46 |33 |42 |

ТАБЛИЦА 8. СХЕМА ПРОКАТКИ ПОЛОСОВОЙ ДИНАМНОЙ СТАЛИ

|№ |Толщина полосы,|Обжатие за |Суммарн|Передел текучести,|
|пропус|мм |пропуск |ое |кгс/мм2 |
|ка | | |обжатие| |
| | | |, % | |
| |До |После |Абсолютн|Относите| |До |После |
| |пропус|пропуск|ое, мм |льное, | |пропуска|пропуска |
| |ка |а | |мм | | | |
|1 |2 |1,3 |0,7 |35 |35 |38 |72 |
|2 |1,3 |0,95 |0,35 |27 |52,7 |72 |80 |
|3 |0,95 |0,7 |0,25 |26 |65 |80 |85 |
|4 |0,7 |0,58 |0,12 |17 |71 |85 |87 |
|5 |0,58 |0,5 |0,08 |14 |75 |87 |88 |

Протравленные рулоны после обрезки кромок и промасливания прокатывают на заданную толщину за один пропуск через стан.
Высокая пластичность динамной стали и относительно небольшое сопротивление деформации позволяют холодную прокатку этой стали производить с суммарным обжатием до 80%, без промежуточного отжига.
Холодная прокатка динамной стали с содержанием кремния до 2% производится из рулонного горячекатаного подката толщиной 2-2,5 мм в один передел. В табл. 96 приведена схема прокатки рулонной динамной стали с начальной толщины 2 мм до 0,5 мм на пятиклетевом стане холодной прокатки.
Замерами энергосиловых параметров работы пятиклетевого непрерывного стана
1200 при прокатке малоуглеродистой стали (08кп, СтЗ) и динамной стали установлено, что при прокатке последней при прочих равных условиях удельный расход электро-энергии составлял 123-128 кВт-ч/т, а при прокатке малоуглеродистой стали 90-115 кВт-ч/т, т. е. в 1,1-1,4 раза больше.
Решающее влияние на магнитные свойства динамной стали имеет со, держание углерода, поэтому наряду с мерами, принимаемыми в сталеплавильных цехах по снижению содержания углерода в слитках, высокие магнитные свойства динамной стали обеспечиваются специальной обезуглероживающей обработкой. Эта обработка может быть осуществлена при обезуглероживающем отжиге горячекатаных рулонов в непрерывных агрегатах, где отжиг производится в обезуглероживающей среде, подобной применяемым в производстве холоднокатаной трансформаторной стали.
Обезуглероживающая термическая обработка усиливает анизотропию магнитных свойств динамной стали, что видно из данных таблицы 9.
ТАБЛИЦА 9. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА СТАЛИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
.
|Вид термической обработки |Удельные |Магнитная |
| |потери, |индукция, |
| |Вт/кг |Гс |
| |Р10 |Р15 | |
|Без обработки………………… |1,84 |4,16 |15600 |
| |1,84 |4,24 |15500 |
|Черный отжиг(775-825 град.С в | | | |
|течение 40ч)………………….. |1,82 |4,10 |16000 |
| |1,95 |4,47 |15650 |

В числителе указаны магнитные свойства для продольных образцов, а в знаменателе - для поперечных.
** По Международной системе СИ 1 Гс == 10~4 Тл.
Для окончательной термической обработки – отжига холоднокатаной динамной стали - могут применяться колпаковые и проходные термические печи. При термической обработке стопы рулонов в колпаковых печах (температура отжига
880-940° С, выдержка 12 ч, охлаждение под колпаком до 650° С, а затем под муфелем до 200° С) обеспечиваются заданные магнитные свойства, но при этом в результате некоторой деформации части витков рулонов отожженные рулоны следует подвергать дрессировке.
Для снятия напряжений в металле после дрессировки проводят повторный отжиг металла. Это связано с дополнительной загрузкой прокатного оборудования, отжигательных печей и с нерациональным удлинением технологического процесса производства стали.
Второй отжиг рулонов после дрессировки осуществляли при 750° С и выдержке
12 ч с последующим охлаждением под муфелем до 200° С. В связи с этим в новых цехах для производства холоднокатаной динамной стали термическая обработка рулонов после холодной прокатки осуществляется в проходных печах.
Наряду с листовой динамной сталью массового применения для изготовления некоторых крупных электромашин необходима сталь с еще меньшими удельными потерями.
При одинаковой толщине листа и одинаковом химическом составе наибольшее влияние на удельные потери оказывает величина зерна (чем оно крупнее, тем ниже удельные потери).
Рост зерна при отжиге в значительной степени зависит от величины обжатия полосы на последнем переделе при холодной прокатке. Наиболее крупные зерна вырастают в случае применения так называемых «критических обжатий», величина которых для динамной стали находится в пределах 8-10%.
Повышение температуры отжига также способствует росту зерна, уменьшает остаточные напряжения и искажения решетки, поэтому по мере повышения температуры нагрева при отжиге коэрцитивная сила и удельные потери снижаются.
Однако при этом следует иметь в виду, что в стали с содержанием до 2,0% Si даже при минимальном содержании углерода при 950-1000° С происходит фазовое превращение ее во всем объеме. Переход через критические точки при нагреве и охлаждении обычно сопровождается измельчением зерен.
При отжиге в проходной печи лучшие магнитные свойства получаются при отжиге ниже температуры фазового превращения. Повышение температуры отжига с 960 до 1100° С приводит к увеличению удельных потерь на 3-5%. Снижение содержания углерода с 0,050 до 0,020% уменьшает удельные потери на 20-25%.
Эффективным мероприятием в отношении снижения удельных потерь является применение прокатки с небольшим суммарным обжатием (критическая деформация). Наилучшие результаты получаются при сочетании обезуглероживания и критической деформации.
На электротехническую тонколистовую и ленточную сталь ГОСТ предусматривает выпуск стали трех классов, определяющихся условиями производства - горячекатаная изотропная (1-й класс), холоднокатаная изотропная (2-й класс) и холоднокатаная анизотропная (3-й класс). В каждом из указанных классов оговаривается содержание кремния, которое фиксируется соответствующим шифром. Так, например, в холоднокатаной изотропной стали цифровой шифр для стали с различным содержанием кремния будет:
Цифровой шифр……. 1 2 3 4 5
Содержание Si, %…..до 0,4 0,4-0,8 0,8-1,2 1,8-2,8

2,8-3,8

Холоднокатаная анизотропная сталь изготовляется только с содержанием кремния в пределах 2,8-3,8% и имеет один цифровой шифр - 4.
Для каждой из включенных в стандарт марок стали оговорены магнитные характеристики, определяющие качество листовой и ленточной стали по величине удельных потерь и индукции в определенной толщине проката, обозначаемые соответствующим цифровым индексом. Комплекс перечисленных выше характеристик электротехнической стали, определяющих структурное состояние, содержание кремния, характер и уровень магнитных свойств, обозначается цифрой из четырех знаков: первый знак - класс по структурному состоянию; второй знак - содержание кремния; третий знак - основная нормируемая характеристика; четвертый- уровень магнитных нормируемых характеристик для соответствующей группы сталей. Для примера приведено условное обозначение холоднокатаной листовой анизотропной стали с удельными потерями Р1,5/50 не более 1,0 Вт/кг-3415. Стандарт оговаривает также разделение электротехнической стали на листовую горячекатаную, листовую холоднокатаную и ленту холоднокатаную, а также для холоднокатаной стали с поверхностью, покрытой электроизоляционным покрытием и без покрытия. В зависимости от точности размеров по толщине прокат может поставляться нормальной точности
(Н) и повышенной точности (П). Предусматривается, в соответствии с требованиями потребителя, поставка электротехнической листовой и ленточной стали с термической обработкой и без нее. Листовая холоднокатаная сталь поставляется листами или рулонами толщиной 0,35; 0,5 и 0,65мм, шириной 750,
900 и 1000 мм и длиной листов для соответствующей толщины и ширины 1500-
2000 мм. Лента поставляется той же толщины и шириной от 170 мм до 500 мм-
Горячекатаная листовая сталь по ГОСТу может изготовляться толщиной в пределах 0,1-1 мм, шириной 500-1000 мм и длиной для соответствующих толщины и ширины в пределах 600-2000 мм.
Допуски по толщине листового и ленточного проката определяются в зависимости от степени точности и ширины проката. Так, например, холоднокатаная листовая сталь толщиной 0,35 мм при ширине листа 750 мм должна иметь предельные отклонения по толщине: для проката нормальной точности ±0,03 мм, а для проката повышенной точности ±0,02 мм. Стандарт включает также параметры качества по точности размеров ширины и длины, по плоскостности, ребровой кривизне для ленты и рулонов. Для соответствующих классов стали оговорены требования по качеству поверхности. Достижение установленных стандартом требований к качеству соответствующих видов электротехнической стали определяют специфические условия и технологию производства этой стали.
Комбинированный агрегат для обработки холоднокатаной динамной стали приведен на рис.7.