4 Апрель, 2015
Электротехническая сталь в России
Электротехническая сталь в России
Сплав железа с кремнием в промышленности использовали еще в прошлом веке (см., например, [1]), но его магнитные и электрические свойства впервые исследовали английские ученые В. Баррет, В. Браун и Р. Гадфилд в 1900 г. [2]. Они отметили, что введение до 2,5 % кремния значительно повышает магнитную проницаемость материала и доводит ее до значений, типичных для электролитического железа. Образцы сплавов и результаты своих измерений они передали в Германию на завод Круппа для выяснения возможности практического применения. От Круппа эти образцы получил Е. Гумлих, который в 1902 г. проверил результаты английских исследователей и дополнил их своими [3]. Е. Гумлих обратил внимание на высокое электросопротивление сплава железа с кремнием и первым высказал предположение о положительном влиянии этого явления на снижение потерь от вихревых токов в электротехническом железе. Важным явилось то, что Е. Гумлих не ограничился исследованиями, он довел свою идею до промышленной реализации. Фирмой «Капито и Клайн» была выплавлена партия динамного и трансформаторного железа и проведена прокатка его в листы. Первая промышленная партия электротехнического железа с добавками кремния была выпущена в 1905 г. [4]
До Первой мировой войны почти все листовое железо для русских электротехнических заводов поставлялось из-за границы, преимущественно из Германии. Лишь небольшая его часть изготовлялась в Домбаровском районе Польши. С занятием Польши неприятельскими войсками русским электротехническим заводам пришлось закупать необходимое им листовое железо либо в Англии, либо в Швеции, что по условиям транспорта и валюты рождало массу затруднений. Поэтому уже с осени 1914 г. ряд металлургических заводов Урала (Верх-Исетский [5], Лысьвенский [6]) сделали попытку освоения производства электротехнического железа. Технология его изготовления в то время была достаточно подробно освещена в специальной литературе, так что уже первые опыты дали хорошие результаты [5, 6].
В дальнейшем лишь один Верх-Исетский завод перешел от стадии опытов к промышленному производству динамного железа [7], остальные заводы отказались от работы в этом направлении в основном из-за военных заказов. Весной 1915 г. была выпущена первая партия электротехнического железа, а в конце этого года началось производство железа с повышенной магнитной проницаемостью [8].
К производству динамного железа подошли от кровельного, имеющего магнитные потери P1,0/50 = 4,72 Вт/кг [8]. Казалось, нужно только соответствующим образом изменить мартеновский процесс и отжиг, чтобы получить электротехническое железо необходимого качества. Однако потребовалось определенное время, чтобы научиться контролировать технологический процесс. Необходимо было обеспечить нужные химический состав и температуру отжига, наладить испытания магнитных и механических свойств готовой продукции. На Верх-Исетском заводе к новому производству подошли основательно: велись тщательные исследования получаемого железа, для чего были созданы магнитная и металлографическая лаборатории.
Проблема производства электротехнического железа для России приобретала особое значение еще и потому, что намеченная на 1916 г. премия имени К. Ф. Сименса имела тему «Способы улучшения магнитных свойств железа, применяемого на русских заводах для электротехнических машин и трансформаторов» [9]. На заседании VI (электротехнического) отдела РТО 15 октября 1916 г. соответствующий теме доклад сделал инж. Л. В. Залуцкий.

Ввиду отсутствия технических условий на электротехническое железо в России в первое время потребитель заявлял свои требования по магнитным свойствам в договоре на поставку. В то же время сразу после возникновения электротехнического отдела Военно-промышленного комитета наряду с другими была создана комиссия по листовому железу для динамомашин и трансформаторов. Ознакомившись детально с положением дела, комиссия пришла к заключению, что необходимо, считаясь с обстоятельствами военного времени, выработать на поставку листового электротехнического железа временные облегченные технические условия. За основу были взяты требования, которые предъявляли к листовому железу заграничные покупатели до войны, с рядом небольших послаблений, на которые электротехнические заводы могли временно согласиться. Комиссия полагала, что введенные на время войны облегченные  технические условия не будут препятствовать развитию русской промышленности в последующее время.
Проект временных технических условий был представлен на рассмотрение особого совещания, созданного из представителей всех заинтересованных заводов, петроградских втузов и VI (электротехнического) Отдела Императорского РТО. Совещание внесло ряд дополнений и редакционных поправок, большинство из которых было принято единогласно. Временные технические условия были утверждены на заседании бюро Электротехнического отдела 19 января 1916 г. [10].
Из временных технических условий в отношении листового железа для динамомашин следовало: «величина потерь, измеренная в аппарате доктора Эпштейна при Вмакс = 10000 гауссов, частоте 50 периодов в секунду и синусной кривой приложенного напряжения не должна превосходить 3,5 ватт на 1 кг при толщине листа 0,5 мм». Соответствующая величина для трансформаторного железа равнялась 1,85 Вт/кг и 1,6 Вт/кг для толщины 0,35 мм.
На основе временных технических условий Акционерное общество Верх-Исетских горных и механических заводов в 1916—1917 гг. заключило договоры на поставку электротехнического железа для динамомашин с акционерными обществами «Динамо», «Сименс — Шуккерт», Электромеханических сооружений и др. Всего в 1915—1917 гг. Верх-Исетским заводом было изготовлено 6500 динамного железа, причем 65,8 % продукции удовлетворяло требованиям временных технических условий [7, 11].
Освоение производства трансформаторного железа продвигалось с большими трудностями. Так, 16 октября 1916 г. инженер Ф. Власов сообщал управляющему Верх-Исетским округом: «При прокатке последней плавики трансформаторного железа листы большей частью рвались, а полученные же листы крайне грубы, ломаются при первом изгибе, что неприемлемо с точки зрения механических требований, предъявляемых к железу». Далее излагаются результаты исследований и высказывается просьба о проведении новых опытов.
В марте 1917 г. были получены образцы трансформаторного железа, удовлетворявшие временным техническим условиям. Несмотря на это 25 мая 1917 г. управляющий Верх-Исетским заводом С. Гайль сообщает о приостановке производства трансформаторного железа «ввиду общего нарушения порядка заводской жизни, так как даже налаженное производство кровельного и динамного железа еле удавалось поддерживать. Выяснение причин, влияющих на случайно хорошие результаты, не продвинулось за последние три месяца вперед, само же производство все еще не налажено, полагаю поэтому, что от заключения сделок на трансформаторное железо следует временно воздержаться».
Наконец в 1918 г. производство вообще прекратилось по чисто экономическим соображениям. По данным Е. Г. Шрамкова [7], который проводил магнитные испытания на Верх-Исетском заводе, всего за этот период было выпущено 100 т трансформаторного железа со средними потерями Р1,0/50 = 1,62 Вт/кг по результатам 23 испытаний.
Остро встал вопрос о производстве электротехнического железа в советское время. Уже в 1921 г. VIII Всероссийский электротехнический съезд утвердил «Технические условия для листовой электротехнической стали» [12], разработанные секцией заводского строительства Центрального электротехнического совета. Было обращено внимание, что сплав железа с кремнием является сталью. Соответствующие значения магнитных потерь ограничены величинами: 3,3 Вт/кг для динамной стали толщиной 0,5 мм и 1,6 Вт/кг для трансформаторной стали толщиной 0,35 мм. В дальнейшем комиссия по нормам для листового электротехнического железа при Ленинградском отделении ЦЭС пришла к выводу, что нормы в некоторых положениях следует облегчить. В частности, значения магнитных потерь для динамной и трансформаторной стали снизили соответственно до 3,5 и 1,7 Вт/кг [13].

Опытные работы по восстановлению на Верх-Исетском заводе производства динамной стали начались в конце 1923 г. [14, 15], а в феврале 1924 г. была изготовлена первая партия, результаты испытания которой приведены в [16]. Завод быстро восстанавливал свое хозяйство и уже в 1924—1925 финансовом году достиг уровня 1913 г. 30 марта 1927 г. была запущена первая прокатная клеть нового динамного цеха. С началом его работы потребности страны в динамной стали были обеспечены.
Общее повышение уровня научных исследований в СССР в средине 20-х годов способствовало разработке проекта первого промстандарта «Сталь листовая электротехническая» [17]. В это же время значительно возрос интерес к исследованию магнитных свойств и методом испытания электротехнической стали [18—21].
В мае 1928 г. для разработки технологии производства трансформаторной стали на Верх-Исетском заводе была организована металлургическая лаборатория во главе с инженером С. А. Эльготом [22, 23]. В первой половине 1928 г. выплавлено шесть опытных мартеновских плавок с содержанием кремния от 3,5 до 4,5 % [24]. Плановое производство трансформаторной стали намечалось начать с января 1929 г. после пуска первой электропечи, купленной за границей. Однако электропечь пустили только в июле. Идя навстречу электротехнической промышленности, Верх-Исетский заводе c февраля 1929 г. приступил к выплавке трансформаторной стали в мартеновских печах. Всего в этом году было отлито 1900 т слитков. Электропечь же работала с большими перебоями, с её помощью было отлито лишь 25 т. В те годы за границей трансформаторную сталь плавили только в электропечах. Поэтому одной из важнейших была проблема получения высококачественной трансформаторной стали в мартеновских печах [25, 26]. Весь последующий опыт работы Верх-Исетского завода показал, что мартеновским способом можно получать трансформаторную сталь высокого качества.
Первая трансформаторная сталь не отличалась высокими свойствами, и мартеновский и электропечной металл имел средние магнитные потери около 1,70 Вт/кг при толщине листа 0,35 мм. Постепенно доля электропечного металла возрастала, улучшалось его качество. Так, в 1930 г. в мартенах выплавлено 1400 т, а в электропечах 3723 т металла; в 1931 г. весь металл отливали в электропечах.
В апреле 1931 г. состоялась 1 Всесоюзная научно-техническая конференция по трансформаторной стали [27]. К этому времени было произведено 5500 т трансформаторной стали. Конференция обобщила опыт работы, отметила комплексность обсуждаемой проблемы и необходимость объединения усилий инженеров и научных работников самых разных специальностей. Над проблемой работали металлурги, физики и химики из Свердловска, Москвы, Ленинграда и других городов страны. Подключение к работе большого количества коллективов привело к лавинообразному возрастанию количества научных публикаций по трансформаторной стали в начале 30-х годов (см., например, библиографию в [4]).
В 1931 г. газета «Правда» писала: «Коллективом ИТР и рабочими трансформаторного отдела Московского электрозавода выпущен образцовый трансформатор для МОГЭС. При постройке применены исключительно советские материалы. Импортное легированное железо заменено железом Верх-Исетского завода. ВИЗ, ветеран русской металлургии, первый включился в борьбу за освобождение Союза от импортной зависимости».
Итоги периода освоения производства трансформаторной стали были подведены в [28]. Предстояла длительная работа по систематическому повышению качества трансформаторной стали.

Список литературы

1. Kelly J. Us Patent N 570310, 1896, Oct. 26.
2. Barrett W. F., Brown W., Hadfield R. A. Researches on the electrical conductivity and magnetic permeability of upwards of one hundred different alloys of iron.— J. Inst. Elec. Eng., 1902, vol. 31.
3. Lumlich E. Uber das Verhaltnis der magnetischen Eigenschaften zum eiektrischen Zeitvermogen magnetischer Materialien.— ETZ, 1902, N 23.
4. Меськин В. С. Ферромагнитные сплавы, М.— Л.: ОНТИ, 1937.
5. Маренин Н. А. Динамо-железо и производство его в России.— Вестник инженеров, 1916, № 10 и № 12.
6. Залуцкий Л. В. Свойства железа для электрических машин и трансформаторов.— Электричество, 1916, № 1, № 2 и № 3.
7. Шрамков Е. Г. Производство электротехнического листового железа в России.— Технико-экономический вестник, 1921, № 2.
8. Епифанов Н. О. Производство электротехнического железа, на Верх-Исетском заводе.— Электричество, 1926, № 7.
9. Электричество, 1916, № 5—6.
10. Временные технические условия на поставку листового электротехнического железа.— Электричество, 1916, № 4.

Автор: Стародубцев Ю. Н., кандидат физико-математических наук
Источник: Журнал Электричество 1991, №1 стр. 82 - 83

Все права сохранены  ©  Старые журналы для энергетиков

Перепубликация материалов возможна только с устного или письменного разрешения администрации сайта!