CN1078179A - 在金属、特别是钢热加工时减少氧化皮生成的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种在金属、特别是钢热加工时减少氧化皮生成 的方法，经加热的金属短时间在高压力下塑性变形并 随后卸除应力，钢材在离开辊隙一段路段上被惰性气 体包围着。惰性气体斜对着钢材送进方向吹喷，也可 同时吹入辊隙内的钢材两侧空间。吹喷装置与热加 工设备相接，设有管道供气，通过喷嘴及装置将惰性 气体的输送限制在由轧制工作台、冷却水箱及轧机机 座从壁构件构成的基本上封闭的空间内，对从辊隙出 来的钢材的卸应力区段进行吹喷。

Description

本发明涉及一种在金属、特别是钢热加工时减少氧化皮生成的方法和装置，其中经过加热的金属短时间内在高的压力下塑性变形并随后能够卸除应力。

所有非贵重金属的表面均与其周围大气中的组份发生反应并通过起氧化皮形成一个防腐蚀层，该防腐蚀层保护在其下面的金属，使其不进一步受到腐蚀。空气中的氧气与金属发生反应并形成一个由金属氧化物构成的氧化皮层。该氧化物层是脆的。在金属出现剧烈的机械变形时，该氧化物层轻易断裂并轻易爆裂脱落，在周围大气的影响下又重新形成氧化物层。

在本文开头提及的热加工过程中观察到，微小的氧化皮颗粒从金属表面上大量脱落并以气悬体云形式出现的悬浮物质逸出。例如在热轧机机列中，在每个辊隙的后面均生成大量的氧化铁微粒和（根据合金成份）重金属微粒散发物。这些散发物对环境、特别是对轧钢厂工作人员构成很大负担。迄今，人们试图通过抽吸来控制和消除这些散发物。但为此所需的设备投资费用、如从空气或轧辊的冷却水中滤出悬浮微粒所需的设备费用是相当大的，此外，会丢失大量的钢。

现在发现，如按照本发明在卸应力阶段用惰性气体覆盖金属表面，则可出乎意料地、大大地减少氧化皮的形成。其原因至今尚未明确澄清，不是轻易可掌握的。

设定在金属必须被加热至达致延展状态的高温下，生成氧化皮的化学反应过程加速了，而且是自发进行的。另外还设定，热加工过程开始时在金属上的氧化皮层在变形时断裂并大量脱落。详细观察和鉴定的结果是，经过加热的钢带通过轧机时出现的大量氧化皮散发物显然不能单单来自在加工过程开始时存在于金属表面上的氧化皮层。

在经变形后的金属上很快形成新的氧化皮层这一情况说明，经变形后的金属在卸应力阶段以一定串接方式实现多次氧化皮的形成和脱落过程，因为随着塑性变性也出现一部分弹性变形，而弹性变形导致金属出现一定程度的再度膨胀，在这种再度膨胀中有可能快速交替地出现氧皮层的形成、断裂和脱落过程。

可是，至今对这一情况的发生过程仍没有一个肯定的说法;只有一点是肯定的，即出乎专业人员的预料，在紧随热加工后的一段时间内一在热轧连续的材料时，这相当于离开辊隙后一个一定的路段-覆盖经过热加工变形的金属表面将大大减少氧化皮的形成（更确切地说：大大减少由以悬浮物质形式出现的、脱落的氧化皮微粒构成的云的形成）。

最好是用氮气作为惰性气体，在热轧钢材时在一定的路段上把氮气吹喷到离开了辊隙的材料上。

为了在这种情况下掌握热轧钢材时在轧材离开辊隙后在其内形成由氧化皮微粒和重金属微粒构成的气悬体云的整个关键性区域范围，在热轧钢材时，在一个确定的路段上把隋性气体吹喷到离开了辊隙的钢材上。这一路段在前面所给出的说明的上下文中相当于经过在辊隙中塑性变形的钢带的“卸应力阶段”。情况肯定地表明，显然在这一确定的路段之后自然会形成一层（一般是薄的）氧化皮，但不会出现那些悬浮物散发的情况。

在应用本发明的方法时，隋性气体的吹喷方向最好斜对钢材的送进方向。在一个发展的实施形式中，可确定把惰性气体也吹入辊隙内的、位处轧材侧部的自由空间内。

按照本发明，在塑性变形结束后的卸应力阶段，在各种情况下通过吹入惰性气体对处于热加工过程中的金属进行覆盖都是适当的，在以下的情况中也是如此，诸如自由锻、模锻或热压时的加工过程基本上是在固定不动的情况下进行的，因而，可以通过比较简单的方式使工件和工具周围的空间得到屏蔽，使其与大气隔绝。因此，实施本发明的方法的装置的特征在于，有一个输送惰性气体的装置与金属热加工设备相接，该隋性气体输送装置具有多个朝向加工件的喷咀及装置，这些喷咀及装置把惰性气体的输送限制在加工后的卸应力阶段。最好是该装置具有在卸应力阶段不论在甚么情况下都围住加工件的构件，处于高于大气压的压力下的惰性气体能支持在上述诸构件的内侧上。情况表明，惰性气体需要一定的压力，以便在接近加工件时，惰体气体纵使在自动地受到加热的情况下也能充分密封地和强制地贴近加工件的表面。如果在卸应力阶段中没有至少是尽可能地包围住加工件的条件，惰性气体的这样的压力就不可能建立起来。

只要加工件是以高的（并在增大的）速度通过轧机的轧制钢材，包围的构件可以是轧机的轧机牌坊出口侧的构件。

下面借助附图以热轧带材轧机为例阐明本发明。在附图中：

图1是轧机出口侧部分的示意图;

图2是上侧冷却水箱的俯视图;

图3是下轧制工作台的俯视图;

图4示出在辊隙中的加工过程;

图5是图4所示轧辊和轧材的垂直断面图。

在图1中仅示意地示出了夹持在轧机牌坊1中的工作辊2、3和支承辊4、5的一部分的侧视截面。在图1中，经加热的轧材自左向右通过辊隙6，在图1中所示的、属于轧机的构件位于轧材的出口侧。

在这些构件中，在热轧带材下方设有一个由两部分8a和8b构成的轧制工作台，该轧制工作台带有贴靠在工作辊3上的剥离器（Abstreifer）9，以及在轧制工作台8a下方设有一个冷却水分配器10。由该冷却水分配器喷到工作辊3上的冷却水用11表示。

在图1中，在热轧带材7的上方有一个水箱12，其底侧16在工作辊2的部位设有一个剥离器13。喷向工作辊2的冷却水15的分配器14设在水箱12中。剥离器13阻止冷却水由于其自身重量流落至热轧带材上;冷却水从侧面在牌坊1的机座从壁部位流出并在轧机的下方被排出。

按照本发明，不仅在轧制工作台8的范围内，而且也在上部水箱12的范围内设有吹送氮气的装置，把氮气吹入被工作台和水箱、及它们的剥离器9、13以及牌坊1的侧部构件完全围住的、炽热带材7在离开辊隙6后随即通过的空间。相对于轧制方向横向伸展的管子20通过一根软管21把惰性气体输往一个双管式横向分配器22，该横向分配器22把惰性气体分配给为数很多的、比较细的、带喷咀的管子23，这些带喷咀的管子23的口部24密封地穿过水箱12的底侧16并把斜对热轧带材7的送进方向的惰性气体射流25对准热轧带材7的上表面。

另一条连接软管26把来自管子20的惰性气体输往一个沿热轧带材的送给方向设在水箱12前方的横向分配器27，该横向分配器27设有分布在热轧带材7的宽度上的不同的喷咀开口28并再次喷出斜对热轧带材7的送进方向的惰性气体射流29。相应情况也适用于在距离辊隙6更远处的、通过一根分配管31从管子20供给惰性气体的横向分配器30。

热轧带材7的下表面通过同样方式用惰性气体覆盖住。一个双管式横向分配器42通过一根软管41得到来自管子40的惰性气体并把这些惰性气体分配到为数很多的、分布在轧机的宽度上的、带喷咀的管子43中并进而分配到喷咀44中，喷咀44穿过下轧制工作台8a并使斜对热轧带材7的送进方向的惰性气体射流45对准热轧带材7。

横向分配器48、49通过软管46、47与管子40接通并且也使斜对送进方向的惰性气体射流50、51（穿过轧制工作台8b的相互带间距设置的构件;参见图3）对准热轧带材7的下表面。

图4示意地示出了热轧带材7通过工作辊2、3时的状况。热轧带材7以起始厚度S从左面进入，在辊隙6塑性变形成一个较小的厚度，在距辊隙6一点距离处减薄至厚度S₁。在图4中的辊隙6的左侧可见到进入辊隙6前包在热轧带材7周围的氧化皮层7a。该氧化皮层在楔形变形过程中出现断裂和爆裂，在图4中跨张地示出了这一情况。

一当热轧带材7通过辊隙（即工作辊2和3之间的最小距离线）后，工作辊2和3之间的距离快速增大，因而热轧带材7的材料能够卸除应力。根据材料的特性和热轧带材7的送进速度，卸应力阶段的区域E在一个有一定长度的、在送进方向上与辊隙6的相接的路段上伸展，该路段在图4中的热轧带材7的上侧和下侧用“E”来标明。按照本发明，在卸应力阶段的区域E中，热轧带材7用惰性气体、最好是用氮气覆盖，使带材此处不再能形成新的氧化皮。热轧带材7一离开有惰性气体覆盖着的卸应力区E，金属表面就与周围空气中的氧气发生反应并形成（新的）氧化皮层7b，但其厚度较薄。

图5示意地示出了工作辊2和3以及处在辊隙6中的热轧带材7的垂直断面。按照本发明的一个发展形式，惰性气体也吹入辊隙6内的、在热轧带材7旁边的自由空间52内。

Claims (8)

1、一种在金属、特别是钢的热加工时减少氧化皮生成的方法，其中经过加热的金属短时间内在高的压力下塑性变形并随后能够卸除应力，其特征在于，在卸应力阶段，金属表面用惰性气体覆盖。

2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于，采用氮气作为惰性气体。

3、按照权利要求1或2所述的、热轧钢的方法，其特征在于，离开辊隙的钢材在一个确定的路段上用惰性气体吹喷。

4、按照权利要求3所述的方法，其特征在于，把惰性气体的吹喷方向调到斜对钢材的送进方向。

5、按照权利要求3或4所述的方法，其特征在于，把惰性气体也吹入辊隙内的、位处轧材侧部的自由空间内。

6、实施权利要求1至5中之至少一项所述方法的、与金属热加工设备相接的装置，其特征在于，有一个输送惰性气体的装置与热加工设备相接，该惰性气体输送装置具有多个朝向加工件的喷咀及装置，这些喷咀及装置把惰性气体的输送限制在加工后的卸应力阶段。

7、按照权利要求6所述的设置，其特征在于，该装置具有在卸应力阶段不论在甚么情况下都围住加工件的构件，处于高于大气压的压力下的惰性气体能支持在这些构件的内侧上。

8、按照权利要求7所述的、实施权利要求4或5所述方法的设备，其特征在于，这些构件是轧机的轧机牌坊出口侧的构件。

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