CZ292244B6 - Způsob zabránění lepkům při žíhání pásu válcovaného za studena - Google Patents

Abstract

P°i zp sobu se b hem v²dr e p°i h n za p° tomnosti ochrann ho plynu pokryje p s oxidac p°i teplot nad 600 .degree.C tenkou kryc vrstvou t m, e se p°im sen m 0,3 g a 0,6 g oxidu uhli it ho na m.sup.2.n. povrchu han ho v²robku k ochrann mu plynu nastav oxida n pom r parci ln ho tlaku oxidu uhli it ho k parci ln mu tlaku oxidu uhelnat ho na hodnotu v tÜ ne jedna, a t m, e se vysok²mi rychlostmi proud n ochrann ho plynu poruÜ termodynamick rovnov ha homogenn reakce vodn ho plynu. B hem ochlazov n se p°i teplot pod 600 .degree.C kryc vrstva redukc odstran .\

Description

Způsob zabránění lepkům při žíhání pásu válcovaného za studená

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu zabránění lepkům při žíhání pásu válcovaného za studená ve zvonové peci, přednostně s vysokou konvekcí, za přítomnosti ochranného plynu sestávajícího z více než 5 % až 100 % vodíku, zbytek tvoří dusík, při němž se vsázka ohřívá, ponechá se na teplotě a ochlazuje se.

Dosavadní stav techniky

Pás válcovaný za studená se žíhá v podobě pevných svazků v hrncové, zvonové nebo válečkové průchozí peci. Při rekrystalizačním žíhání v uzavřených pecních zařízeních, jako například ve zvonových pecích a zejména vypalovacích pecích vzniká mezi závity pásu často difuzní svár, tak zvaný lepek. Toto se na následujícím válci projevuje zvýšeným odporem při odvinování, čímž na povrchu pásu vznikají zlomy, případně stopy materiálu.

V DE 42 07 394 Cl je popsán způsob zabraňující vzniku lepků. Podle tohoto způsobu se povrch pásu navinutého do pevného svazku pokryje při teplotě nad 600 °C definovaným oxidačním postupem tenkou krycí vrstvou, která zabraňuje lepkům v závitech svazku. Během ochlazovací fáze pod 600 °C se tato krycí vrstva redukcí oxidů opět odstraňuje. To nastává změnou rovnováhy vodního plynu. Stejný postup žíhání probíhá v žíhacích pecích, zvláště ve zvonových pecích za přítomnosti ochranné směsi dusík N₂ - vodík H₂ s maximálně 5 % vodíku a přídavku definovaného množství oxidu uhličitého CO₂. Celkový reakční proces probíhá podle následující rovnice:

H₂ + CO₂ = CO + H₂O

Reakce mezi vodíkem a oxidem uhličitým způsobuje intenzivní uvolňování vodní páry, které závisí na termodynamickém stavu systému. Přednostní jsou pro ni vysoké koncentrace vodíku, případně oxidu uhličitého a vysoké teploty. Například tabulka a diagram na obr. 2 znázorňují změnu koncentrace v závislosti na teplotě ve výchozí směsi 5 % vodíku a 1 % oxidu uhličitého. Křivky pro vodu a oxid uhelnatý se kryjí. Na koordinátě je nanesena teplota a na ordinátě koncentrace plynných podílů. Tvorba vodní páry stoupá se stoupající teplotou. Při 700 °C leží tato hodnota ještě pod 1 % obj. Vyšší koncentrace oxidu uhličitého ve výchozí směsi zvyšuje tvorbu vodní páry až na 2 % obj. Množství oxidu uhličitého je stanoveno pevně a závisí na povrchu žíhaného výrobku. Parciální tlaky odpovídající oxidačnímu poměru oxidu uhličitého a oxidu uhelnatého se docílí změnou stacionární rovnováhy reakce vodního plynu. Toto nastane vyšším průtokem ochranného plynu.

Ochranný plyn s podílem 92,6 % vodíku je patrný v tabulce na obr. 3. Jak ukazuje tato tabulka, vzniká při podílu vodíku pod 5 % koncentrace vodní páry při 700 °C až 6,6 % obj. Odpovídající oxidační poměr oxid uhličitý - oxid uhelnatý se nedocílí v žádné teplotní oblasti. Při vysoké koncentraci oxidu uhličitého nastává v systému vodík-voda při nízkých teplotách nekontrolovatelně oxidace, přičemž neexistuje možnost následné redukce povrchu pásku. Tyto výsledky uvedené v tabulce na obr. 3 byly zřetelně potvrzeny provedenými laboratorními pokusy. Přimíšení 5 až 10 % obj. oxidu uhličitého k vodíku při teplotě zpracování 680 °C způsobilo tak silnou tvorbu vody, že se pokus s ohledem na zabránění poškození analytického zařízení musel přerušit. Podíl vodíku v ochranném plynu při žíhání studeného pásku bez lepků je proto DE 42 07 374 Cl omezen na maximálně 5 % obj.

-1 CZ 292244 B6

Lepky pásu zůstávají i nadále při zpracování pásu v pecích s vysokou konvekcí v ochranném plynu obsahujícím nad 5 % obj. vodíku. Byl proto požadován způsob žíhání pásů, kterým bude možné zabránit lepkům pásu také při použití ochranných plynů s až ke 100 % vodíku.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je vytvořit způsob k zabránění lepkům při žíhání pásu válcovaného za studená za přítomnosti ochranného plynu s podílem vodíku nad 5 %.

Tento úkol je vzhledem ke shora uvedenému stavu techniky podle vynálezu vyřešen tím, že se během výdrže pokryje pás oxidací při teplotách nad 600 °C tenkou krycí vrstvou tím, že se přimíšením 0,3 g až 0,6 g oxidu uhličitého na m² povrchu žíhaného výrobku k ochrannému plynu nastaví oxidační poměr parciálního tlaku oxidu uhličitého k parciálnímu tlaku oxidu uhelnatého na hodnotu větší než jedna, a tím, že se vysokými rychlostmi proudění ochranného plynu poruší termodynamická rovnováha homogenní reakce vodního plynu.

Teprve krycí vrstvou vytvořenou způsobem podle vynálezu se docílí ochrana proti vzájemnému slepení jednotlivých závitů studeného pásu v ochranném plynu s podílem vodíku vyšším než 5 %, přednostně s podílem vodíku vyšším než 70 %, zvláště 100 %. Předpokladem k tomu je extrémně silné porušení termodynamické rovnováhy homogenní reakce vodního plynu. To znamená rychlé podvázání průběhu reakce podle rovnice H₂ + CO₂ = CO + H₂O. Provozní zkoušky s 601 žíhací náplně překvapivě ukázaly, že se pás může pokrýt ochrannou vrstvou v uzavřených pecních zařízeních, například ve zvonových pecích, s vysokou konvekcí také za přítomnosti ochranného plynu obsahujícího 100 % vodíku za přídavku oxidu uhličitého a tím se může zpracovat bez lepků.

Vysokým výkonem oběhového ventilátoru použitého v pecích s vysokou konvekcí jsou rychlosti proudění obíhajícího vodíkového ochranného plynu při teplotách 600 až 750 °C tak velká, že může jen stěží nastat reakce vodního plynu a stacionární rovnováha se velmi silně odchýlí od termodynamické rovnováhy. Podle vynálezu se pracuje se stacionárními rovnováhami s koeficientem K menším než 0,01. Stacionární rovnováhou se přitom rozumí stav, který se matematicky vypočítá pomocí analýzy plynné směsi na základě následujícího vzorce:

Pco · Pmo K =-----Pffi · PCO2

Koeficient K bude menší než 0,01, jestliže je dělitel velmi velký a dělenec velmi malý, což znamená téměř klidový stav reakce. Tím je překvapivě umožněno dosažení oxidačního poměru parciálních tlaků (P) oxidu uhličitého a oxidu uhelnatého. Přitom se silně omezí tvorba vodní páiy.

Homogenní reakce vodního plynu je přitom pro řízení způsobu podle vynálezu nepoužitelná. Řízení probíhá pomocí rozkladu, respektive disociace, přimíšeného, definovaného množství oxidu uhličitého podle rovnice

CO₂ = CO + 0,5 O₂

Parciální tlak kyslíku uvolněného touto reakcí se podle potřeby nastaví v atmosféře ochranného plynu. Proces pokrytí povrchu pásu krycí vrstvou, která zabraňuje lepení závitů, se provádí při definovaném parciálním tlaku kyslíku. Tento parciální tlak je definován jako kvocient parciálních tlaků oxidu uhličitého a oxidu uhelnatého a nesmí být při oxidačním postupu při teplotě nad 600 °C menší než 1.

-2CZ 292244 B6 ι

Podle dalšího znaku vynálezu se během ochlazování při teplotách pod 600 °C pro redukci krycí vrstvy nastaví prostřednictvím redukční síly vodíku poměr parciálního tlaku oxidu uhličitého k parciálnímu tlaku oxidu uhelnatého přednostně na hodnotu menší než jedna.

Podle dalšího znaku podle vynálezu se před přimíšením CO₂ nastaví podíl methanu vytvořeného při ohřívací fázi reakcí uhlíku a vodíku podle chemické reakční rovnice

H₂ + C = CH4 přednostně na méně než 2 % obj. tím, že se sníží hladina uhlíku v ochranném plynu na 0,003 %.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je dále blíže objasněn na příkladech provedení pomocí výkresů, kde znázorňuje:

obr. 1 změny parciálního tlaku kyslíku, obr. 2 v tabulce a diagramu změny složení ochranného plynu po ohřevu pro homogenní reakci vodního plynu, obr. 3 v tabulce a diagramu změny jiného složení ochranného plynu po ohřevu pro homogenní reakci vodního plynu.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 jsou graficky znázorněny změny parciálního tlaku kyslíku. Parciální tlak kyslíku je přitom zobrazen jako logaritmická funkce závislá na teplotě a na čase. Zřetelně je zde patrné přimíšení oxidu uhličitého. To se ukončí na začátku ochlazovací fáze. Takto vytvořená krycí vrstva s obsahem 0,3 až 0,6 g oxidu uhličitého na 1 m² povrchu žíhaného výrobku zabraňuje lepkům na jednotlivých závitech. Silná redukční síla vodíku zajišťuje v ochlazovací fázi při teplotě pod 600 °C odbourání této kiycí vrstvy.

Během pobytu v čisté vodíkové atmosféře dochází k silné tvorbě methanu, protože vodík se slučuje podle rovnice 2H₂ + C = CH4 s uhlíkem, který pochází jako krakový produkt z fáze odpařování.

Obsah methanu vyšší než 2 % obj. působí negativně na nastavení potřebného parciálního tlaku kyslíku. Přimíšený oxid uhličitý potom reaguje s methanem podle následující reakce:

CH4 + CO₂ = 2H₂ + 2CO

Tím se odbourá oxid uhličitý a nově se vytvoří oxid uhelnatý, přičemž poměr parciálních tlaků P se nastaví:

PcO2 / Pco < 1

Tím není možné, nebo není možné hospodárné pokrytí povrchu pásu ochrannou vrstvou.

K nerušenému provedení pokrytí nesmí obsah methanu v poslední fázi výdrže před přimíšením oxidu uhličitého překročit koncentraci cca 2% obj. atmosféry ochranného plynu. Jestliže se způsobem podle vynálezu zpracovávají oceli chudé na uhlík a citlivé na nauhličení, například hlubokotažné oceli legované titanem, tak je potřebné snížení úrovně uhlíku v atmosféře ochranného plynu na 0,003 %.

Claims (3)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob zabránění lepkům při žíhání pásu válcovaného za studená ve zvonové peci, přednostně s vysokou konvekcí, za přítomnosti ochranného plynu sestávajícího z více než 5 % až 100 % vodíku, zbytek tvoří dusík, při němž se vsázka ohřívá, ponechá se na teplotě a ochlazuje se, vyznačující se tím, že se během výdrže pokryje pás oxidací při teplotách nad 600 °C tenkou krycí vrstvou tím, že se přimíšením 0,3 g až 0,6 g oxidu uhličitého na m² povrchu žíhaného výrobku k ochrannému plynu nastaví oxidační poměr parciálního tlaku oxidu uhličitého k parciálnímu tlaku oxidu uhelnatého na hodnotu větší než jedna, a tím, že se vysokými rychlostmi proudění ochranného plynu poruší termodynamická rovnováha homogenní reakce vodního plynu.
2. 2. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím, že se během ochlazování při teplotách pod 600 °C pro redukci krycí vrstvy nastaví prostřednictvím redukční síly vodíku poměr parciálního tlaku oxidu uhličitého k parciálnímu tlaku oxidu uhelnatého na hodnotu menší než jedna.
3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se před přimíšením CO2 nastaví podíl methanu vytvořeného při ohřívací fázi reakcí uhlíku a vodíku podle chemické reakční rovnice