Производство электротехнических марок стали

 

Параметры работы разнообразных электротехнических машин (трансформаторов, генераторов, электродвигателей, преобразователей энергии, приборов и др.), их технические характеристики и экономичность работы в значительной степени определяются качеством сталей, с применением которых они изготовлены. Применение качественных электротехнических сталей позволяет сэкономить в объеме страны огромное количество электроэнергии.

НЛМК является одним из основных поставщиков в нашей стране сталей электротехнических марок. Электротехнические стали изготавливаются главным образом в виде листов рулонов и резаной ленты.

Различают анизотропную (трансформаторную) и изотропную (динамную) электротехнические стали.

Анизотропные электротехнические стали имеют ярко выраженную текстуру, то есть структуру зерен с преимущественной ориентацией в направлении прокатки. Электротехническая анизотропная сталь, благодаря своим свойствам, широко применяется в электротехнической промышленности для производства различных видов трансформаторов (силовые, распределительные), в магнитных цепях электрических машин, переключающих устройств, а некоторые марки используются для изготовления мощных силовых трансформаторов с витыми магнитопроводами.

Изотропные электротехнические стали характеризуются одинаковостью электромагнитных свойств по всем направлениям, что достигается формой зерен с однообразной структурой во всех направлениях. Такие стали применяются в основном для изготовления магнитопроводов вращающихся машин всех видов: асинхронных электродвигателей постоянного тока, сварочных и силовых трансформаторов, дросселей, реле и др., где магнитный поток не вращается, но охватывает все направления в плоскости пластины, что делает применение анизотропной стали неэффективным.

Технологии выплавки электротехнических марок стали (как трансформаторной, так и динамной) идентичны. Выплавка стали производится в кислородных конвертерах КЦ-1 емкостью – 160 т. Особенности технологии выплавки заключаются в получении заданного химического состава – оптимальной концентрации основных легирующих компонентов (кремния, алюминия). Во время плавки трансформаторной стали для придания структуре анизотропных свойств, ее насыщают азотом.

Выплавленная сталь разливается на УНРС криволинейного или вертикального типа и прокатывается на стане горячей прокатки ПГП. Отличительной чертой горячей прокатки изотропной (динамной) стали является более низкая температура нагрева слябов под прокатку (1150 – 1260 ⁰С). Низкая температура горячей прокатки обуславливает сохранение структуры стали, обладающей изотропными свойствами.

Горячая прокатка трансформаторной стали производится при более высоких начальных температурах – 1300 – 1350 ⁰С, для обеспечения формирования анизотропной текстуры проката. Основные различия при производстве электротехнических сталей заключены в схемах холодной прокатки и видах термической обработки.

Промышленное производство холоднокатаной анизотропной (трансформаторной) стали в ПАО «НЛМК» освоено в 1960 году, и осуществляется в ПТС, по следующей технологии.

Горячекатаный подкат толщиной 2,5 мм и шириной 1040 мм, задается в непрерывные агрегаты сернокислотного травления, где производится удаление окалины с поверхности полосы и обрезка ее кромок. После травления полосы, смотанные в рулоны, направляются па первую холодную прокатку на непрерывный 5-ти клетевой стан 1200, где они прокатываются на толщину 0,60 – 0,75 мм.

Рисунок 13 – Непрерывный пяти клетевой стан 1200 ПТС

 

После первой холодной прокатки металл направляется на обезуглероживающий отжиг в агрегаты непрерывного отжига ПТС, где полоса предварительно обезжиривается, так как во время прокатки происходит загрязнение ее поверхности техническими маслами, а затем отжигается в увлажненной азото-водородной атмосфере при температуре до 870 ⁰С. В результате такой термообработки массовая доля углерода в стали значительно снижается (примерно в 10 раз) и не превышает 0,004 %, что придает прокату необходимую пластичность и обеспечивает необходимую зеренную структуру и магнитные свойства готовой стали.

Затем производится обработка рулонов (обрезка кромок до ширины полосы 950 – 1000 мм) на агрегатах подготовки рулонов.

Вторая холодная прокатка осуществляется на 4-х валковом одноклетевом реверсивном стане и двух 20-ти валковых станах до конечной толщины (0,50 мм, 0,35 мм, 0,30 мм и 0,27 мм в зависимости от сортамента готовой продукции). После второй холодной прокатки производится вырезка некондиционных по толщине и дефектных участков полос на агрегатах подготовки.

Затем металл направляется на агрегаты обезжиривания и нанесения термостойкого покрытия. Термостойкое покрытие служит для предотвращения спекания витков рулона при последующем высокотемпературном отжиге, а также для формирования грунтового слоя, который в дальнейшем взаимодействуя с электроизоляционным раствором, образует электроизоляционное покрытие.

Высокотемпературный отжиг производится в колпаковых печах в водородной атмосфере при нагреве до 1150 ⁰С, в процессе которого формируется необходимая структура и магнитные свойства стали.

Затем стальные рулоны направляются на агрегаты нанесения электроизоляционного покрытия, где происходит удаление избытков термостойкого покрытия и нанесение электроизоляционного раствора, с дальнейшей термообработкой (выпрямляющий отжиг) при температуре до 850 ⁰С.

Обработанные рулоны поступают на агрегаты резки, где согласно заказам, подвергаются подрезке кромки, порезке на ленту или лист. Готовая продукция упаковывается и отгружается потребителю.

Для обеспечения потребителей электромашиностроения электротехнической изотропной (динамной) сталью в 1986 г. на комбинате ввели в эксплуатацию специализированный цех – ЛПЦ-5 (ПДС). С его вводом комбинат стал самым крупным в Европе предприятием по производству электротехнической стали. Технология холодной прокатки динамной стали включает в себя следующие операции.

Исходной заготовкой служит горячекатаный подкат толщиной 2,0 – 2,5 мм и шириной 1020 – 1230 мм. Технологический цикл производства холоднокатаного проката в ПДС предусматривает подготовку горячекатаных полос с инспекцией качества поверхностей и подогрев рулонов высоколегированных сталей перед подготовкой. При обработке металла на агрегате подготовки производится обрезка передних и задних концов полос, вырезка дефектных участков и укрупнение рулонов.

Затем, металл (в первую очередь с высоким содержанием кремния) подвергается термообработке в агрегате нормализации при температуре до 1050 ⁰С для улучшения магнитных свойств готовой стали. При производстве некоторых марок стали термообработка горячекатаного подката может не проводиться. Далее металл задается в непрерывный агрегат травления в соляной кислоте, где с поверхности полос удаляется окалина, которая была образована на поверхности полос при горячей прокатке.

После травления металл прокатывается на непрерывном 4-х клетевом стане 1400 холодной прокатки на толщину 0,35 – 1,0 мм. После холодной прокатки полосы, смотанные в рулоны, проходят обработку в агрегатах подготовки холоднокатаных рулонов, где производится обрезка передних и задних утолщенных концов полос.

Рисунок 14 – Непрерывный четырех клетевой стан 1400 ПДС

 

Рулоны поступают на дрессировочную клеть 1400 «Кварта», где производится холодная прокатка полос с критическими обжатиями. Затем металл направляется на обработку в агрегаты непрерывного отжига с печами – тандем (печь с двумя раздельными камерами выдержки), где подвергается очистке, обезжириванию, термической обработке с использованием комбинированных обезуглероживающе-рекристаллизационных отжигов в азото-водородной атмосфере при температурах до 1050 ⁰С, с последующим нанесением электроизоляционных покрытий, обладающих термостойкостью, маслостойкостью, хладостойкостыо и улучшающих штампуемость металла.

Далее рулоны готовой стали подвергаются роспуску и обрезке кромок на агрегатах продольной резки на размеры в соответствии с заказами потребителей. После порезки готовая продукция упаковывается и отгружается потребителям.

Электротехническая изотропная (динамная) сталь может поставляться без электроизоляционных покрытий, а также с органическими и полуорганическими покрытиями на основе лаков отечественного и зарубежного производства.