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°С). Низкая температура горячей прокатки обуславливает сохране­ние структуры стали, обладающей изотропными свойствами.

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

П ромышленное производство холоднокатаной анизотропной (трансформаторной) стали в ОАО «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 на первую холодную прокатку на непрерывный 5-ти клетевой стан 1200, где они прокатываются на толщину 0,6-0,75 мм.

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°С. 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 полосы950­1000мм) 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°С, 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°С.

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°С 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.

Агрегат непрерывного травления ПДС

Непрерывный 4-х клетевой стан 1400 ПДС

Готовая продукция ПДС

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°С, с последующим нанесением электроизоляци­онных покрытий, обладающих термостойкостью, маслостойкостью, хладостойкостью 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.