Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Описание сплава 11
1.2 Назначение выплавляемой сплава 11
1.3 Технологическая схема производства тончайшей аморфной ленты 13
1.4 Выбор оборудования для выплавки 13
1.5 Работа электропечи ИСВ-0,04 17
1.6 Устройство и работа электропечи ИСВ-0,49 19
1.7 Получение аморфной ленты на разливочной машине «Урал» 22
1.8 Сырьевые материалы, необходимые для выплавки 24
1.9 Контроль качества продукции 24
2 РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Технологические параметры выплавки 26
2.2 Материальный баланс плавки 27
2.3 Тепловой расчет печи 31
2.4 Расчёт энергоёмкости оборудования 37
3 ВОЗМОЖНЫЕ ДЕФЕКТЫ КОНЕЧНОГО ПРОДУКТА ПРОИЗВОДСТВА
3.1 Общие сведения о дефектах конечного продукта производства 39
3.2 Клиновая разнотолщиность ленты 39
4 ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ ПРОИЗВОДСТВА АМОРФНОЙ ЛЕНТЫ 40
5 ВОЗМОЖНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОДЕРНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА... 42
6 ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
6.1 Общие требование охраны труда 43
6.1.1 Организационные мероприятия 43
6.1.2 Технические мероприятия по охране труда 44
6.1.3 Охрана окружающей среды 44
6.1.4 Условия труда 45
6.2 Анализ опасных производственных факторов 47
6.2.1 Опасные механические факторы 47
6.2.2 Электрический ток 47
6.3 Анализ вредных производственных факторов 48
6.3.1 Физические факторы 48
6.3.2 Шум 48
6.3.3 Вибрация 49
6.3.4 Электромагнитные поля и излучения (неионизирующие излучения) 49
6.3.5 Световое излучении 50
6.3.6 Химические факторы (вредные вещества) 50
6.4 Правовые, нормативно -правовые организационные основы безопасности жизнедеятельности 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 58
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 59
В 1960 г. группой исследователей из Калифорнийского технологического института в рамках исследований по получению новых структур металлических сплавов, обладающих повышенными механическими свойствами, были проведены ряд экспериментов по их быстрому охлаждению. Оказалось, что в некоторых случаях кристаллическая решётка в металле вообще отсутствует, а расположение атомов характерно для бесструктурного, аморфного тела.
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 [22, с. 328].
Затвердевание с образованием аморфной структуры принципиально возможно для всех металлов и сплавов. Однако, легче всего аморфизуются сплавы благородных (золото, серебро, платина) и переходных (железо, кобальт, магний, хром, никель) металлов с добавками - аморфообразующими элементами (углеродом, бором, фосфором, кремнием).
Аморфные сплавы обычно содержат в себе до 80 % одного или нескольких переходных металлов и 20 % аморфообразующих элементов (металлоидов), добавляемых для образования и стабилизации аморфной структуры. Металлоиды понижают скорость охлаждения с сотен тысяч или миллионов градусов в секунду до тысяч и даже сотен градусов в секунду (для некоторых сплавов) так, чтобы в результате образовалась аморфная фаза, а так же оказывают влияние на физические свойства сплавов. На термическую стабильность аморфных сплавов оказывает наибольшее влияние кремний и бор, наибольшей прочностью обладают сплавы с бором и углеродом, а коррозионная стойкость зависит от концентрации хрома и фосфора.
Сверхвысокие скорости охлаждения для получения аморфной структуры можно реализовать различными способами. Общим в них является необходимость обеспечения скорости охлаждения не ниже 106 К/с [21, с. 195].
Известны следующие методы::
- катапультирования капли на холодную пластину;
- распыление струи газом или жидкостью;
- центрифугирование капли или струи;
- расплавление тонкой пленки поверхности металла лазером с быстрым отводом тепла массой основного металла;
- сверхбыстрое охлаждение из газовой среды и другие.
Использование этих методов позволяет получать ленту различной ширины и толщины, проволоку и порошки.
Наиболее эффективными способами промышленного производства аморфной ленты являются: охлаждение струи жидкого металла на внутренней
(центробежная закалка) или внешней (закалка на диске) поверхностях вращающихся барабанов или прокатка расплава между холодными валками, изготовленными из материалов с высокой теплопроводностью, например из меди (рисунок 1).
Расплав, полученный в индукционной печи, выдавливается нейтральным газом из сопла и затвердевает при соприкосновении с поверхностью вращающегося охлаждаемого тела (холодильника) [28, с. 376].
Различие методов состоит в том, что в методах центробежной закалки и закалки на диске расплав охлаждается только с одной стороны. Основной проблемой является получение достаточной степени чистоты внешней поверхности, которая не соприкасается с холодильником. Метод прокатки расплава позволяет получить хорошее качество обеих поверхностей ленты, что особенно важно для аморфных лент, используемых для головок магнитной записи. Для каждого метода имеются свои ограничения по размерам лент, поскольку есть различия и в протекании процесса затвердевания, и в аппаратурном оформлении методов. Наибольшая ширина достигается методом прокатки. Метод закалки на диске, для которого требуется более простая аппаратура, позволяет в широких пределах изменять ширину ленты в зависимости от размеров плавильных тиглей.
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 [25, с. 165].
Следствием такой аморфной структуры являются необычные магнитные, механические, электрические свойства и коррозионная стойкость аморфных металлических изделий. Например, наряду с высокой магнитной мягкостью - такой, что уровень электромагнитных потерь с высокой магнитной индукцией оказывается существенно ниже, чем во всех известных кристаллических сплавов (такой комплекс свойств ещё называют аномальной намагничеваемостью). Эти материалы проявляют исключительную высокие механические характеристики: твёрдость и прочность при растяжении. В ряде случаев имеют близкий к нулю коэффициент теплового расширения, а их удельное электросопротивление в три - четыре раза выше его значения для железа и сплавов с кристаллической структурой. Наконец, некоторые из изделий с аморфной структурой являются в высшей степени коррозионно-стойкими.
Аморфные магнитосплавы имеют целый ряд преимуществ:
- низкие удельные потери;
- высокое электрическое сопротивление;
- отличные электромагнитные характеристики в широком диапазоне частот (до 1 Мгц);
- возможность дальнейшей миниатюризации и повышения эффективности электронных устройств;
- снижение искрового тока и подавление шумов;
- экономия электроэнергии;
- более короткий (на 25%) цикл производства изделий из аморфных лент по сравнению с пермаллоями, что снижает энергетические затраты заводов - изготовителей;
- экологически достаточно чистое производство изделий из аморфных материалов по сравнению, например, с ферритами.
Сегодня металлургия, пожалуй, одна из самых востребованных энергетикой отраслей. Именно металлургические компании поставляют энергетикам составляющие любых «механизмов» - от мельчайшей электроники до крупногабаритных агрегатов.
ПАО «Ашинский металлургический завод» - одно из старейших предприятий металлургической отрасли России, основанное в 1898 году, давно сотрудничает с производителями электротехнической продукции; специалисты отрасли знакомы с его продукцией, которая в своем роде уникальна - это тончайшая электротехническая стальная лента, лента из аморфных и нанокристаллических сплавов, магнитопроводы для различного применения.
Производство аморфной и нанокристаллической ленты на Ашинском металлургическом заводе до сих пор является уникальным в России. Ее производство основано на сверхбыстрой закалке расплавленного металла, в результате чего получается лента толщиной 25-30 мкм., структура которой сравнима с жидкостью, то есть не имеет кристаллической решетки, при этом прочностные характеристики сравнимы с алмазом. Изделия из аморфных сплавов имеют достаточно низкие магнитные потери и высокую магнитную проницаемость в сравнении с изделиями из традиционных материалов, таких, как электротехническая сталь, ферриты и прецизионные сплавы.
Сегодня цех по производству аморфных сплавов является производственным участком полного цикла, включающим в себя выплавку сплава, его разливку, изготовление магнитопроводов.
Производимые сплавы различного химического состава (на основе железа, кобальта, никеля) имеют широкую область применения: это электронная промышленность, счетчики электроэнергии, преобразовательная техника, сварочное оборудование, приборы средств связи и радиолокации, закалочные трансформаторы, трансформаторы тока и напряжения.
Так, аморфные и нанокристаллические сплавы марок 2НСР, 9КСР, 30КСР, 82К3ХСР, 84КХСР, 5БДСР, 1СР по ТУ 14-123-149-2009 используются для изготовления магнитопроводов, при этом ленты из сплавов марок 82К3ХСР и 84КХСР могут применяться в качестве электромагнитных экранов. Припойная лента 75Н13ХСР, 82Н7ХСР, 71Н18ХСР, 92НСР, 85НХ15СР применяется для пайки металлоконструкций из коррозионностойких сталей. В 2011 году освоено производство аморфной коррозионностойкой ленты марки 25НХСР, которая используется в пленочных нагревательных устройствах.
Учитывая высокий уровень изношенности электротехнического оборудования в России, необходимость повышения его надежности, постоянный рост энергопотребления, тенденции к энергосбережению, потребуется замена устаревшего оборудования, ввод новых высокоэффективных трансформаторных мощностей. И в этом случае применение магнитопроводов из аморфных и нанокристаллических сплавов - это значительный шаг в сторону снижения потерь, точности измерений и обеспечения стабильности работы электротехнического оборудования. В связи с этим вопросы использования аморфных материалов должны быть замечены исследователями и разработчиками оборудования и новых технологий в энергетике, основные направления развития которой определены в Энергетической стратегии России и стратегии развития энергомашиностроения на период до 2030 года [18, с. 584].
Проанализировав деятельность ЭСПЦ-1 можно сделать вывод об уникальности данной продукции, незначительного количества конкурентов на отечественном рынке и наличии существенного и стабильного спроса на отдельные виды продукции.
В настоящее время эффективность деятельности цеха высокая (о чём говорит величина рентабельности - 52% (показатель для металлургического предприятия очень высокий)) и при этом имеется положительная тенденция к её повышению, причина этого в том, что в связи с развитием электронной, машиностроительной промышленности и электроэнергетики увеличивается спрос на продукцию цеха. При анализе объемов наглядно видно приросты производства за последние годы:.
В настоящее время все острее встаёт вопрос о техническом переоснащении цеха, так как большая часть оборудования цеха сильно устарела морально и физически.
В ходе проделанной работы были описаны: характеристики сплава 9КСР, его назначение и применение, оборудование и технология его производства. Были произведены расчёты: тепловой расчёт плавки, расчёт энергоёмкости оборудования, материальный баланс плавки, нормирование технологических процессов. Также в работе были изложены мероприятия для повышения качества продукции, мероприятия по охране труда и охране окружающей среды.
По итогам работы можно сделать вывод о том, что продукция ЭСПЦ-1 (в частности лента марки 9КСР и магнитопроводы на её основе) прочно занимает свою нишу на отечественном рынке, а также представлена за рубежом. При сравнении с зарубежными аналогами продукция ЭСПЦ-1 в качестве уступает незначительно, но ощутимо уступает в цене. Это можно объяснить более высокой оснащённостью зарубежных предприятий современными техникой и технологией.
В результате проделанной работы можно сделать вывод о том насколько процесс производства продукции на основе аморфной ленты является сложным, наукоёмким и затратным, но конечный результат того стоит.
1 Альтгаузена, А.П. Электротермическое оборудование / А.П. Альтгаузена. - Справочник под редакцией- М.: Энергия, 2007. - 617 с.
2 Белов, С.В. Безопасность жизнедеятельности / С.В. Белов. - М.: «Высшая школа» 2002.- 356 с.
3 Борисов, В.Т. Сверхбыстрая закалка жидких сплавов / В.Т. Борисов. - М.: Металлургия, 2000. - 357 с.
4 Влияние деформации на нанокристаллизацию аморфных сплавов // Тез. докл. Второй Всероссийской конференции по наноматериалам / Аронин, А. С., Абросимова, Г. Е., Добаткин, С. В., Матвеев Д. В. и др. «НАНО 2007». Новосибирск, 2007. - 44 с.
5 Гойхенберг, Ю. Н. Структура и магнитные свойства аморфных сплавов в зависимости от степени кристаллизации / Ю. Н. Гойхенберг, В. Е. Рощин, С. И. Ильин. - Вестник ЮУрГу. №14. 2011.- 24 - 28 с.
6 Должностные инструкции работника ПАО «АМЗ». - 57 с.
7 Ефимов, Ю.В. Метастабильные неравновесные сплавы / Ю.В. Ефимов, Г. Варлимонт, Г.Г. Мухин, под ред. Ю.В. Ефимова- М.: Металлургия,
2000. - 383 с.
8 Зиньковский, М.М. Техника безопасности и производственная санитария. - М.: Металлургия, 1998. - 126 с.
9 Золотухин, И.В. Стабильность и процессы релаксации в металлических стеклах / И.В. Золотухин, Ю.В. Бармин - М.: Металлургия, 1991. - 158 с.
10 Золотухин, И.В. Физические свойства аморфных металлических материалов - М.: Металлургия, 1986. - 176 с.
11 Ильинский, Б.Д. Охрана труда на предприятиях черной металлургии- М.: Металлургия, 1999. - 256 с.
12 Карпова, Б.Д. Справочник по гигиене труда под редакцией / Б.Д. Карпова, В.Е. Ковшило,- Л.: Медицина, 2001. - 448 с.
13 Карнаух, Н.Н. «Безопасность труда в основных производствах» М.: Металлургия, 2001. - 357 с.
14 Кекало, И.Б. Аморфные металлы-М.: Металлургия, 2000. - 425 с.
15 Ковренистый, Ю.К. Объемно-аморфизующиеся сплавы и наноструктурные материалы на их основе //Металловедение и термическая обработка металлов. 2005. - 14 с...30