Технологические особенности производства аморфизирующего сплава марки 2НСР
|
Аннотация
Оглавление
Введение
1 Технологическая часть
1.1 Назначение выплавляемого сплава. Описание сплава
1.2 Технология получения аморфной ленты в ЭСПЦ-1 на ПАО»АМЗ»
1.2.1 Выбор огнеупорных материалов
1.2.2 Выбор шихты для выплавки
1.2.3 Выплавка лигатуры для аморфизирующихся сплавов
1.2.4 Выплавка аморфизирущихся сплавов
1.2.5 Технология плавки в печи ИСВ-0.49 НИ-НЗ
1.2.6 Разливка аморфной ленты
1.2.7 Режимы термической обработки ленты типаТ
1.2.8 Контроль качества продукции
1.2.8.1 Описание и работа комплекса ММК-С-100-5
2. Расчетная часть
2.1 Технологические параметры выплавки
2.2 Материальный баланс плавки 2НСР
2.3 Тепловой расчет печи
2.4 Расчет энергоемкости оборудования
2.5 Нормирование технологических процессов
3. Мероприятия повышения качества выпускаемой продукции
3.1 Требования к слиткам-заготовкам
3.2 Требования к геометрическим параметрам ленты
3.3 Ликвация в структуре слитка
4.ЗАРУБЕЖНЫЕ АНАЛОГИ СПЛАВА 2НСР
5.ВОЗМОЖНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОДЕРНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА
6.ОХРАНА ТРУДА.ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
6.1 Общие требования охраны труда
6.2 Анализ опасных производственных факторов
6.3 Анализ вредных производственных факторов
6.4 Средства коллективной защиты на металлургическом предприятии Заключение
Библиографический список
Приложения
7 Перечень графического материала:
7.1 Химический состав стали 2НСР (плакат)
7.2 Технологический цикл производства (плакат)
7.3. Планировка сталеплавильного цеха (чертеж)
7.4. Индукционная тигельная печь (чертеж)
7.5 Агрегат разливки «Сириус 150/002М» (чертеж)
7.6. Агрегат разливки «Урал» (чертеж)
Оглавление
Введение
1 Технологическая часть
1.1 Назначение выплавляемого сплава. Описание сплава
1.2 Технология получения аморфной ленты в ЭСПЦ-1 на ПАО»АМЗ»
1.2.1 Выбор огнеупорных материалов
1.2.2 Выбор шихты для выплавки
1.2.3 Выплавка лигатуры для аморфизирующихся сплавов
1.2.4 Выплавка аморфизирущихся сплавов
1.2.5 Технология плавки в печи ИСВ-0.49 НИ-НЗ
1.2.6 Разливка аморфной ленты
1.2.7 Режимы термической обработки ленты типаТ
1.2.8 Контроль качества продукции
1.2.8.1 Описание и работа комплекса ММК-С-100-5
2. Расчетная часть
2.1 Технологические параметры выплавки
2.2 Материальный баланс плавки 2НСР
2.3 Тепловой расчет печи
2.4 Расчет энергоемкости оборудования
2.5 Нормирование технологических процессов
3. Мероприятия повышения качества выпускаемой продукции
3.1 Требования к слиткам-заготовкам
3.2 Требования к геометрическим параметрам ленты
3.3 Ликвация в структуре слитка
4.ЗАРУБЕЖНЫЕ АНАЛОГИ СПЛАВА 2НСР
5.ВОЗМОЖНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОДЕРНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА
6.ОХРАНА ТРУДА.ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
6.1 Общие требования охраны труда
6.2 Анализ опасных производственных факторов
6.3 Анализ вредных производственных факторов
6.4 Средства коллективной защиты на металлургическом предприятии Заключение
Библиографический список
Приложения
7 Перечень графического материала:
7.1 Химический состав стали 2НСР (плакат)
7.2 Технологический цикл производства (плакат)
7.3. Планировка сталеплавильного цеха (чертеж)
7.4. Индукционная тигельная печь (чертеж)
7.5 Агрегат разливки «Сириус 150/002М» (чертеж)
7.6. Агрегат разливки «Урал» (чертеж)
Принцип работы индукционных печей основан на поглощении электромагнитной энергии материалом загрузки, размещенной в тигле печи. Нагрев и расплавление металлической шихты происходят вследствие наведения электрического тока путем электромагнитной индукции от магнитного поля, создаваемого индуктором, подключенным к источнику переменной ЭДС.
Компактность электромагнитной системы «индуктор-металл», характерная для индукционных тигельных печей, обусловила развитие на их основе разнообразных конструкций индукционных вакуумных плавильных и нагревательных печей, различающихся расположением индуктора вне или внутри вакуумной камеры. Слив металла из тигля плавильных печей может быть через донное отверстие, путем наклона корпуса печи малых размеров или тигля внутри вакуумной камеры больших габаритов в изложницы или литейные формы.
Нагревательные печи периодического действия в зависимости от способа загрузки изделий могут быть камерные, шахтные, элеваторные; возможно создание печей непрерывного действия. Плавильные печи, работающие без нарушения вакуума в течение всей кампании тигля, называют печами полунепрерывного действия. Такие печи — наиболее сложные агрегаты, имеющие помимо основной (плавильной) вакуумной камеры с индукционной печью ряд вспомогательных шлюзовых камер для загрузки шихты, разливки, подачи изложниц или литейных форм, дозаторы для присадок, устройство для отбора проб и измерения температуры жидкого металла по ходу плавки и другое технологическое оборудование.
Кожух вакуумной камеры изготовляют из немагнитной стали. По требованиям вакуумной гигиены внутреннюю поверхность кожуха хорошо обрабатывают (в некоторых случаях - полируют). При расположении индуктора вне вакуумной камеры кожух представляет собой кварцевую трубу.
Индукционные вакуумные печи работают в условиях среднего вакуума с остаточным давлением от 0,01 до 0,1 Па при нагреве и от 0,1 до 1 Па при плавке.
Индукционные вакуумные печи применяют для плавки черных и цветных металлов и их сплавов из чистых твердых шихтовых материалов на частоте 1 - 2,5 кГц (вместимость до 10-15 т), рафинирования полупродукта на
промышленной частоте (вместимость до 60 т), переплава чистых металлов для фасонного литья (вместимостью до 450 кг). Химически активные и особо чистые материалы получают в индукционных вакуумных печах с так называемым холодным тиглем, представляющим собой медный водоохлаждаемый тигель с продольными разрезами, через которые электромагнитные волны проходят к расплавляемому материалу, не поглощаясь в электропроводном тигле.
В настоящей работе будет рассмотрен аморфизующийся сплав 2НСР выплавленный на индукционной вакуумной печи ИСВ-0,49 НИ-НЗ, из которого в определённых условиях возможно получить аморфное металлическое изделие в виде ленты. Аморфными называют металлические изделия, у которых отсутствует дальний порядок в расположении атомов. Они получили также название металлических стёкол или некристаллических сплавов. Для их приготовления используются различные методы, в основе которых лежит быстрый переход компонентов сплава из жидкого или газообразного состояние в твердое. При этом затвердевание происходит настолько быстро, что атомы вещества оказываются замороженными в тех положениях, которые они занимали, находясь в жидком состоянии.
В аморфных металлических изделиях из-за отсутствия кристаллической решётки отсутствуют дефекты присущие изделиям с кристаллической структурой, такие как: кристаллическая анизотропия, дислокация и вакансии, границы зерен и блоков, двойники и другие.
Аморфные металлические изделия, независимо от концентрации компонентов, представляет собой однофазную систему, состоящую из пересыщенного твердого раствора, атомная структура которого аналогична атомной структуре переохлажденного расплава. Вследствие этого они обладают высокой микро - и макрооднородностью - в них отсутствуют такие источники фазовой неоднородности, как избыточные фазы, ликвация, различного рода сегрегации, то есть сильно отличающиеся по атомному строению и химическому составу объемы.
Следствием такой аморфной структуры являются необычные магнитные, механические, электрические свойства и коррозионная стойкость аморфных металлических сплавов. Наряду с высокой магнитной мягкостью - такой, что уровень электромагнитных потерь в аморфных сплавах с высокой магнитной индукцией оказываются существенно ниже, чем во всех известных кристаллических сплавах. Эти материалы проявляют исключительную высокие механическую твёрдость и прочность при растяжении, в ряде случаев имеют близкий к нулю коэффициент теплового расширения, а удельное электросопротивление в три - четыре раза выше, чем для железа и сплавов Fe - Ni. Наконец, некоторые из аморфных сплавов являются в высшей степени коррозионностойкими.
Существуют два, максимум три, важных для техники класса магнитных аморфных сплавов: это сплавы недоходных металлов с металлоидами (ПМ-М), редкоземельных металлов с переходными (РЗМ-ПМ) и, возможно, переходных металлов с цирконием или гафнием.
Сплавы типа ПМ-М обычно содержат « 80 % Fe, Co или Ni и в качестве остального - такие элементы, как В, С, Si, Р или Al: производятся они в основном путём быстрого охлаждения расплава, хотя и не исключается использование и других способов - таких, как напыление, электроосаждение или химическое осаждение. Входящие в состав сплавов металлоиды необходимы для того, чтобы понизить температуры плавления и обеспечить достаточное быстрое охлаждение расплава ниже его температуры стеклования так, чтобы в результате образовалась аморфная фаза. Стабилизируя аморфное состояние, те же металлоиды радикальным образом изменяют магнитные, механические и электрические свойства сплава. Следствием предполагаемой изотропности структуры аморфных сплавов типа ПМ-М должны быть очень низкие величины коэрцитивной силы и гистерезисных потерь и высокая магнитная проницаемость - свойства, имеющие важное значение для применения этих сплавов в качестве магнитомягких материалов. Эти высокие свойства действительно реализованы для ряда закаленных из жидкого состояния сплавов, и было показано, что для описания их могут быть использованы те же физические модели, что и в случае обычных кристаллических магнитомягких материалов.
Всё выше сказанное справедливо и в отношении разработанных в последнее время аморфных сплавов типа ПМ-Z (Hf). Эти сплавы содержат, как правило - 10% Z или Hf, однако область существования аморфной фазы значительно расширяется при добавке всего лишь нескольких процентов бора. Свойства таких сплавов подобно свойствам сплавов ПМ-М, поэтому используются они в тех же приборах.
Сплавы типа РЗМ-ПМ обычно получаются с помощью ионноплазменного напыления. Свойства их, в частности, низкая величина остаточной намагниченности и большая энергия перпендикулярной анизотропии представляют интерес для применения в устройствах магнитной памяти на цилиндрических доменах (ЦМД).
Имея высокие магнитные и электрические характеристики, аморфные материалы возможно использовать в различных областях электротехнической, электронной и др. промышленности. Аморфная лента может быть использована для резистивных элементов в нагревательных устройствах, например для прокладки «тёплого пола» в помещениях, создания инфракрасных нагревателей. Имея высокую магнитную проницаемость, в том числе даже в нетермообработанном виде, может быть использована для изготовления электромагнитных экранов как отдельных изделий и узлов, так и целых помещений. Аморфная лента широко применяется для изготовления магнитопроводов различного применения: дроссели, реакторы, трансформаторы тока и напряжения, силовые трансформаторы и т.д. Таким образом, будущее изделий с аморфной структурой как материалов для различных магнитных приборов можно считать обеспеченным. Помимо этого, металлические аморфные изделия на основе Ni производятся в течение нескольких лет в виде фольги, используемой в качестве припоев. В отличие от ранее применявшихся для этих целей материалов цельнометаллическая аморфная фольга не содержит, каких либо связующих добавок, что обеспечивает большую прочность паяных соединений, более высокие точность и скорость сборки.
В данной работе рассматривается технология производства аморфизирующегося сплава 2НСР в условиях ПАО «АМЗ», а также производится расчет баланса плавки, режимов работы, тепловой расчет и расчет энергоемкости печи ИСВ-0,49 НИ- НЗ.
Компактность электромагнитной системы «индуктор-металл», характерная для индукционных тигельных печей, обусловила развитие на их основе разнообразных конструкций индукционных вакуумных плавильных и нагревательных печей, различающихся расположением индуктора вне или внутри вакуумной камеры. Слив металла из тигля плавильных печей может быть через донное отверстие, путем наклона корпуса печи малых размеров или тигля внутри вакуумной камеры больших габаритов в изложницы или литейные формы.
Нагревательные печи периодического действия в зависимости от способа загрузки изделий могут быть камерные, шахтные, элеваторные; возможно создание печей непрерывного действия. Плавильные печи, работающие без нарушения вакуума в течение всей кампании тигля, называют печами полунепрерывного действия. Такие печи — наиболее сложные агрегаты, имеющие помимо основной (плавильной) вакуумной камеры с индукционной печью ряд вспомогательных шлюзовых камер для загрузки шихты, разливки, подачи изложниц или литейных форм, дозаторы для присадок, устройство для отбора проб и измерения температуры жидкого металла по ходу плавки и другое технологическое оборудование.
Кожух вакуумной камеры изготовляют из немагнитной стали. По требованиям вакуумной гигиены внутреннюю поверхность кожуха хорошо обрабатывают (в некоторых случаях - полируют). При расположении индуктора вне вакуумной камеры кожух представляет собой кварцевую трубу.
Индукционные вакуумные печи работают в условиях среднего вакуума с остаточным давлением от 0,01 до 0,1 Па при нагреве и от 0,1 до 1 Па при плавке.
Индукционные вакуумные печи применяют для плавки черных и цветных металлов и их сплавов из чистых твердых шихтовых материалов на частоте 1 - 2,5 кГц (вместимость до 10-15 т), рафинирования полупродукта на
промышленной частоте (вместимость до 60 т), переплава чистых металлов для фасонного литья (вместимостью до 450 кг). Химически активные и особо чистые материалы получают в индукционных вакуумных печах с так называемым холодным тиглем, представляющим собой медный водоохлаждаемый тигель с продольными разрезами, через которые электромагнитные волны проходят к расплавляемому материалу, не поглощаясь в электропроводном тигле.
В настоящей работе будет рассмотрен аморфизующийся сплав 2НСР выплавленный на индукционной вакуумной печи ИСВ-0,49 НИ-НЗ, из которого в определённых условиях возможно получить аморфное металлическое изделие в виде ленты. Аморфными называют металлические изделия, у которых отсутствует дальний порядок в расположении атомов. Они получили также название металлических стёкол или некристаллических сплавов. Для их приготовления используются различные методы, в основе которых лежит быстрый переход компонентов сплава из жидкого или газообразного состояние в твердое. При этом затвердевание происходит настолько быстро, что атомы вещества оказываются замороженными в тех положениях, которые они занимали, находясь в жидком состоянии.
В аморфных металлических изделиях из-за отсутствия кристаллической решётки отсутствуют дефекты присущие изделиям с кристаллической структурой, такие как: кристаллическая анизотропия, дислокация и вакансии, границы зерен и блоков, двойники и другие.
Аморфные металлические изделия, независимо от концентрации компонентов, представляет собой однофазную систему, состоящую из пересыщенного твердого раствора, атомная структура которого аналогична атомной структуре переохлажденного расплава. Вследствие этого они обладают высокой микро - и макрооднородностью - в них отсутствуют такие источники фазовой неоднородности, как избыточные фазы, ликвация, различного рода сегрегации, то есть сильно отличающиеся по атомному строению и химическому составу объемы.
Следствием такой аморфной структуры являются необычные магнитные, механические, электрические свойства и коррозионная стойкость аморфных металлических сплавов. Наряду с высокой магнитной мягкостью - такой, что уровень электромагнитных потерь в аморфных сплавах с высокой магнитной индукцией оказываются существенно ниже, чем во всех известных кристаллических сплавах. Эти материалы проявляют исключительную высокие механическую твёрдость и прочность при растяжении, в ряде случаев имеют близкий к нулю коэффициент теплового расширения, а удельное электросопротивление в три - четыре раза выше, чем для железа и сплавов Fe - Ni. Наконец, некоторые из аморфных сплавов являются в высшей степени коррозионностойкими.
Существуют два, максимум три, важных для техники класса магнитных аморфных сплавов: это сплавы недоходных металлов с металлоидами (ПМ-М), редкоземельных металлов с переходными (РЗМ-ПМ) и, возможно, переходных металлов с цирконием или гафнием.
Сплавы типа ПМ-М обычно содержат « 80 % Fe, Co или Ni и в качестве остального - такие элементы, как В, С, Si, Р или Al: производятся они в основном путём быстрого охлаждения расплава, хотя и не исключается использование и других способов - таких, как напыление, электроосаждение или химическое осаждение. Входящие в состав сплавов металлоиды необходимы для того, чтобы понизить температуры плавления и обеспечить достаточное быстрое охлаждение расплава ниже его температуры стеклования так, чтобы в результате образовалась аморфная фаза. Стабилизируя аморфное состояние, те же металлоиды радикальным образом изменяют магнитные, механические и электрические свойства сплава. Следствием предполагаемой изотропности структуры аморфных сплавов типа ПМ-М должны быть очень низкие величины коэрцитивной силы и гистерезисных потерь и высокая магнитная проницаемость - свойства, имеющие важное значение для применения этих сплавов в качестве магнитомягких материалов. Эти высокие свойства действительно реализованы для ряда закаленных из жидкого состояния сплавов, и было показано, что для описания их могут быть использованы те же физические модели, что и в случае обычных кристаллических магнитомягких материалов.
Всё выше сказанное справедливо и в отношении разработанных в последнее время аморфных сплавов типа ПМ-Z (Hf). Эти сплавы содержат, как правило - 10% Z или Hf, однако область существования аморфной фазы значительно расширяется при добавке всего лишь нескольких процентов бора. Свойства таких сплавов подобно свойствам сплавов ПМ-М, поэтому используются они в тех же приборах.
Сплавы типа РЗМ-ПМ обычно получаются с помощью ионноплазменного напыления. Свойства их, в частности, низкая величина остаточной намагниченности и большая энергия перпендикулярной анизотропии представляют интерес для применения в устройствах магнитной памяти на цилиндрических доменах (ЦМД).
Имея высокие магнитные и электрические характеристики, аморфные материалы возможно использовать в различных областях электротехнической, электронной и др. промышленности. Аморфная лента может быть использована для резистивных элементов в нагревательных устройствах, например для прокладки «тёплого пола» в помещениях, создания инфракрасных нагревателей. Имея высокую магнитную проницаемость, в том числе даже в нетермообработанном виде, может быть использована для изготовления электромагнитных экранов как отдельных изделий и узлов, так и целых помещений. Аморфная лента широко применяется для изготовления магнитопроводов различного применения: дроссели, реакторы, трансформаторы тока и напряжения, силовые трансформаторы и т.д. Таким образом, будущее изделий с аморфной структурой как материалов для различных магнитных приборов можно считать обеспеченным. Помимо этого, металлические аморфные изделия на основе Ni производятся в течение нескольких лет в виде фольги, используемой в качестве припоев. В отличие от ранее применявшихся для этих целей материалов цельнометаллическая аморфная фольга не содержит, каких либо связующих добавок, что обеспечивает большую прочность паяных соединений, более высокие точность и скорость сборки.
В данной работе рассматривается технология производства аморфизирующегося сплава 2НСР в условиях ПАО «АМЗ», а также производится расчет баланса плавки, режимов работы, тепловой расчет и расчет энергоемкости печи ИСВ-0,49 НИ- НЗ.
В выпускной квалификационной работе рассмотрена технология производства аморфизирующегося сплава 2НСР в условиях ПАО «АМЗ» на вакуумной индукционной печи ИСВ-0,49 НИ-НЗ. Произведен тепловой, расчет баланса плавки, и расчет энергоемкости работы печи ИСВ-0,49 НИ-НЗ.
Уникальность продукции, выпускаемой ЭСПЦ-1 позволило выпускать такой вид продукции как магнитопроводы, на которые в настоящее время наблюдается повышение спроса.
В настоящее время эффективность деятельности цеха высокая и при этом имеется положительная тенденция к её повышению, причина этого в том, что в связи с развитием электронной и машиностроительной промышленности увеличивается спрос на продукцию цеха. При анализе объемов наглядно видно приросты производства за последние годы.
В настоящее время на данную продукцию поступает заказов выше производственной мощности, что ставит вопрос о расширении производства наращивания мощностей, для удовлетворения потребностей покупателей.
Основные задачи, стоящие перед цехом на 2018 год, это:
Увеличить производственную мощность для выполнения в срок поступающих заказов. Так как динамика роста производства и прогноз на 2018 год показывает увеличение загрузки цеха до 16-20 тонн в месяц.
Четко определить срок изготовления единицы продукции за определенный период времени для согласования сроков поставки потребителю в зависимости от объема заказа.
Развитие технологического процесса направленного на удовлетворение требований потребителей позволяет развиваться цеху в нужном направлении, а также повышать эффективность своей деятельности.
Деятельность цеха направлена на удовлетворение спроса потребителей, очень важно выполнить поступающие заказы в установленные сроки. Цех с этими задачами успешно справляется, благодаря чему ЭСПЦ-1 имеет постоянных клиентов уже на протяжении многих лет, а также привлекаются новые потребители, для которых цех постоянно разрабатывает новые виды и марки магнитопроводов.
Уникальность продукции, выпускаемой ЭСПЦ-1 позволило выпускать такой вид продукции как магнитопроводы, на которые в настоящее время наблюдается повышение спроса.
В настоящее время эффективность деятельности цеха высокая и при этом имеется положительная тенденция к её повышению, причина этого в том, что в связи с развитием электронной и машиностроительной промышленности увеличивается спрос на продукцию цеха. При анализе объемов наглядно видно приросты производства за последние годы.
В настоящее время на данную продукцию поступает заказов выше производственной мощности, что ставит вопрос о расширении производства наращивания мощностей, для удовлетворения потребностей покупателей.
Основные задачи, стоящие перед цехом на 2018 год, это:
Увеличить производственную мощность для выполнения в срок поступающих заказов. Так как динамика роста производства и прогноз на 2018 год показывает увеличение загрузки цеха до 16-20 тонн в месяц.
Четко определить срок изготовления единицы продукции за определенный период времени для согласования сроков поставки потребителю в зависимости от объема заказа.
Развитие технологического процесса направленного на удовлетворение требований потребителей позволяет развиваться цеху в нужном направлении, а также повышать эффективность своей деятельности.
Деятельность цеха направлена на удовлетворение спроса потребителей, очень важно выполнить поступающие заказы в установленные сроки. Цех с этими задачами успешно справляется, благодаря чему ЭСПЦ-1 имеет постоянных клиентов уже на протяжении многих лет, а также привлекаются новые потребители, для которых цех постоянно разрабатывает новые виды и марки магнитопроводов.
