FI110787B - Menetelmä teräksen lämpökäsittelemiseksi - Google Patents

Description

110787

Menetelmä teräksen lämpökäsittelemiseksi - Metod att värmebehandla stal

Esillä oleva keksintö koskee menetelmää teräsputkien, terästuubien ja kylmävalssa-tun tai kuumavalssatun teräksisen nauhamaisen tai tankomaisen materiaalin, kuten 5 teräsnauhojen, teräslevyjen, terästankojen tai teräslangan lämpökäsittelemiseksi, jotka sen jälkeen kuumennetaan pehmeähehkutustarkoituksiin.

Tarkoituksena parantaa tankomaisten tai litteiden kylmävalssattujen tai kuumavals-sattujen tai nauhamaisten terästuotteiden muovattavuutta tuotteet kuumennetaan uunissa noin 900 °C:n tai korkeampaan pintalämpötilassa, normaalisti noin 10 1100°C:n lämpötilaan ja joissakin tapauksissa aina 1300 °C:seen asti. Tämän jälkeen tuotteet jäähdytetään, normaalisti ilmassa. Tuotteiden jäähdytyksen jälkeen on välttämätöntä poistaa hapetustuotteet, joita muodostuu jäähdytettyjen tuotteiden pinnoille. Tämä suoritetaan erityyppisissä kylvyissä, normaalisti elektrolyyttikyl-vyssä ja/tai happikylvyssä.

15 Tuotteita siirretään eteenpäin jatkuvasti ja peräkkäin kuumennusuunin läpi ja mainitut tuotteet syötetään sisään uunin toisesta päästä ja puretaan sen toisesta päästä. Uunia kuumennetaan nestemäisellä tai kaasumaisella polttoaineella, jota . *. ·. poltetaan ilman avulla. Tuotteita voidaan kuumentaa myös panoksittain.

' · ‘: Eräs prosessivaihe, joka määrää nopeuden, jolla menetelmä voidaan toteuttaa, on : 20 usein kuumennettujen tuotteiden käsittely elektrolyyttikylvyssä ja/tai happokyl- : ‘vyssä, ts. tuotteiden peittaus.

t " Tuotteiden kuumentaminen kuumennusuunissa määrää myös nopeuden, jolla mene telmä voidaan toteuttaa.

Nämä menetelmän kaksi nopeuden määräävää vaihetta rajoittavat suuresti terästuot-25 teiden lämpökäsittelyyn tarkoitettujen, tunnettujen tuotantolaitosten kapasiteettia.

Lisäksi edellä mainittuja kylpyjä on käsiteltävä ympäristöystävällisellä tavalla, mikä ; johtaa suuriin kustannuksiin.

Toinen ongelma on, että polttoaineen poltto uunissa johtaa suuriin typpioksidien . . päästöihin. Suuria määriä typpioksideja vapautuu ympäröivään ilmaan myös, kun 30 tuotteita peitataan. Peittaus johtaa myös suuriin lieju- ja lietemääriin, jotka on hävitettävä.

2 110787

Esillä oleva keksintö ratkaisee edellä mainitut ongelmat. Tämä keksintö tekee mahdolliseksi annetun lämpökäsittelyuunin kapasiteetin noston. Keksintö tekee myös mahdolliseksi vähentää merkittävästi tuotteiden käsittelyä mainituissa kylvyissä ja tietyissä tapauksissa jättää ne pois, mikä vähentää sekä typpioksidien päästöjä että 5 lietteen muodostusta. Myös typpioksidien päästöt polttoprosessista vähenevät.

Esillä oleva keksintö koskee näin ollen menetelmää terästuotteiden, pääasiassa putkien, tuubien, tangon ja lankamaisen teräsmateriaalin, kuten teräsnauhan, -levyn, -tangon tai teräslangan lämpökäsittelemiseksi, joita on valssattu ja kuumennettu ahjossa yli noin 900 °C:n pintalämpötilaan ja sen jälkeen jäähdytetty ja mahdolli-10 sesti käsitelty elektrolyyttikylvyssä ja/tai happokylvyssä, ja menetelmälle on tunnusomaista, että poltetaan uunissa olevia pohtimia nestemäisellä tai kaasumaisella polttoaineella, joka saadaan palamaan kaasun avulla, joka sisältää vähintään 85 til.-% happea ja korkeintaan 10 til.-% typpeä.

Keksintöä kuvataan nyt yksityiskohtaisemmin viitaten keksinnön menetelmän esi-15 merkkitoteutusmuotoon ja viitaten myös oheiseen kaavamaiseen piirrokseen, jonka ainoa kuvio on kaavamainen esitys lämpökäsittelylaitteistosta ja alavirran peittaus-laitteistosta.

Piirros esittää kaavamaisesti lämpökäsittely- ja peittausprosessilinjaa. Kuvatussa :t tapauksessa tuotteella oletetaan olevan nauhan muoto, vaikka sillä voi olla edellä :' . 20 mainittu muukin muoto.

V Vaikka keksintöä kuvataan seuraavassa esimerkillä viitaten menetelmään, jossa pitkänomaista tuotetta siirretään eteenpäin uunin läpi, on ymmärrettävä, että kek-sintöä voidaan soveltaa myös tuotteiden panosmaiseen kuumentamiseen uunissa, ts. jossa tuotteet syötetään uuniin ja poistetaan siitä, kun annettu edeltä määrätty 25 ajanjakso on kulunut.

Keksintöä voidaan käyttää myös suljettujen uunien, kuten kiiltohehkutusuunien . . yhteydessä. Osoittautuu, että lyhyen kestoajan peittauksen suotuisaa vaikutusta ei ; ' voida saavuttaa tekemällä tavanomaiset uunit ilmanpitävämmiksi tai tiiviimmiksi, vaan että on välttämätöntä käyttää esillä olevaa keksintöä käyttäen olennaisesti : " 30 happikaasua hapettimena mainitun vaikutuksen saavuttamiseksi.

', | Kuvioesityksessä nauhaa 1 puretaan kelalta (ei esitetty) ja johdetaan lämpökäsittely- uuniin 3 telan 2 yli. Nauha kulkee uunin yläosan läpi. Uunin 3 kahdelle yhdensuuntaiselle pystysivuseinämälle on asennettu lukuisia polttimia 4. Kuvatussa toteutus-muodossa on kolme poltinta, vaikka on ymmärrettävä, että suurempaa lukumäärää polttimia voidaan käyttää. Polttimissa poltetaan nestemäistä tai kaasumaista poltto ainetta ja happea sisältävää kaasua.

3 ΊΊ 0-787

Uunitilan 3 pituus ja teräsnauha nopeus sovitetaan yhteen niin, että nauha kuumenee aiottuun, ennalta määrättyyn lämpötilaan ennen poistumistaan uunista. Uunista 5 ulostuleva teräsnauha kulkee telan 5 yli. Nauha johdetaan sitten jäähdytyskammion 6 läpi, johon puhalletaan jäähdytysilmaa puhaltimella 7. Nauha voidaan sitten johtaa vesijäähdytteisen jäähdytyskammion 10 läpi. Poistuessaan viimemainitusta jäähdy-tyskammiosta 10 nauhan lämpötila on noin 70 °C. Poistuttuaan jäähdytyskammiosta 10 nauha siirretään eteenpäin vähintään yhteen elektrolyyttikylpyyn 8 ja/tai happo-10 kylpyyn 9 ja niiden läpi.

Keksintö koskee menetelmää teräksen lämpökäsittelemiseksi tällaisessa uunissa noin 900 °C:n pintalämpötilaan asti. Näin kuumennettu materiaali jäähdytetään mainitussa jäähdytyskammiossa sopivasti noin 70-500 °C:n lämpötilaan riippuen käytetyn peittausprosessin luonteesta. Materiaalia käsitellään tämän jälkeen valinnaisesti 15 mainitussa elektrolyyttikylvyssä ja/tai happokylvyssä.

Tämän keksinnön mukaisesti uunin polttimissa poltetaan nestemäistä tai kaasumaista polttoainetta, jota poltetaan kaasun avulla, joka sisältää vähintään 85 tilavuusprosenttia happea ja korkeintaan 10 tilavuusprosenttia typpeä.

Tätä keksintöä on tarkoitus soveltaa pääasiassa ruostumattomille teräslaaduille. . ‘ . 20 Esimerkkejä tällaisista laaduista ovat ASTM 304, ASTM 316LN, ASTM S31254 ja ASTM S30815. On kuitenkin ymmärrettävä, että keksintöä voidaan soveltaa myös • ; muille teräslaaduille, joita tavallisesti hehkutetaan pehmeäksi sen jälkeen, kun ne on ' ·: · kylmä- tai kuumavalssattu.

Keksinnön erään edullisen toteutusmuodon mukaisesti polttoainetta poltetaan kaa-25 sulia, joka sisältää vähintään 90 tilavuusprosenttia happikaasua ja edullisesti 99,5 tilavuusprosenttia happikaasua.

Toisen edullisen toteutusmuodon mukaisesti kaasu sisältää myös yhtä tai useampia : jalokaasuja happikaasun ja typpikaasun lisäksi.

Kun polttoainetta poltetaan kaasulla, joka koostuu olennaisesti happikaasusta, muo-' 30 dostuu pääasiassa vain vettä ja hiilidioksidia. Polttoaine voi sisältää epäpuhtauksia, ... kuten esimerkiksi typpeä, joka muodostaa uunin atmosfäärin aineosan. Uunin at- :v. mosfääri voi sisältää siitä ilmasta peräisin olevaa typpeä ja happea, joka vuotaa uuniin. Uunin atmosfääri voi myös sisältää happea, jota syntyy, kun ylimäärin ha-petinta syötetään pohtimiin.

4 ϊιιίο m Tämän keksinnön polttoprosessin synnyttämät kaasut sisältävät pääasiassa vettä ja hiilidioksidia. Tämä palamisen synnyttämä kaasu tai savukaasu siirtää säteilemällä paljon enemmän lämpöä kuin kaasu, joka on kehitetty polttamalla polttoainetta ilma hapettimena. Säteilylämmönsiirto on vallitseva lämmönsiirto esillä olevassa pro-5 sessilajissa.

Tämä kasvanut lämmönsiirto lyhentää merkittävästi aikaa, joka kuluu materiaalin kuumentamiseen uunissa, mikä tekee mahdolliseksi johtaa materiaali uunin läpi nopeudella, joka on paljon suurempi kuin asianlaita muuten olisi annetun uuni-konstruktion suhteen.

10 On myös yllättäen havaittu, että materiaalin pinnoille muodostunut hilse, kun materiaalia kuumennetaan, on ohuempi ja helpommin peitattavissa johtuen siitä, että hilseen rakenne on erilainen kuin se, joka muodostuu kun materiaalia kuumennetaan uunissa, jossa kehittyy tavanomaista ilmaperäistä savukaasua. Ohuempi hilse tekee mahdolliseksi peittausaikojen lyhentämisen, ts. sen ajan pituuden lyhentämisen, joka 15 materiaalia on pidettävä seuraavassa happokylvyssä ja/tai elektrolyyttikylvyssä. Tämä tarkoittaa, että laitoksella, jolla on tietyn pituinen peittauskylpy, nopeutta, jolla materiaali johdetaan peittauskylvyn läpi, voidaan myös nostaa.

Syyn ohuen hilsekerroksen muodossa olevaan odottamattomaan vaikutukseen arvel-V, laan johtuvan siitä, että vallitseva uunin atmosfääri aikaansaa ohuen ja tiiviin oksi- 20 dikerroksen, joka estää raudan enemmän hapettumisen. Arvellaan, että tämä tiivis : : ‘ · oksidikerros johtuu oleellisesti parantuneesta lämmönsiirrosta, joka saavutetaan tätä :'. keksintöä toteutettaessa.

‘ : · Joissakin tapauksissa hilse on niin ohut, että se tekee seuraavan materiaalin peitta- .: uksen tarpeettomaksi.

25 Yhteenvetona annetun laitoksen kapasiteettia voidaan suuresti nostaa tätä keksintöä käyttäen, kuten seuraavassa esitetyt esimerkit kuvaavat.

•V1 Käyttämällä polttoaineena polttokaasua, joka sisältää korkeintaan 10 tilavuuspro- '·,, senttiä typpeä ja jopa alle 1 tilavuusprosenttia typpeä typen oksidien päästöjä vä hennetään myös voimakkaasti.

1 30 Vaikka peittaus voidaan joissakin tapauksissa välttää, on tavallista saattaa materiaali •:.. seuraavaan peittausprosessiin.

5 110787 Tämän keksinnön erään edullisen toteutusmuodon mukaisesti materiaalia käsitellään tämän vuoksi elektrolyyttikylvyssä ja/tai happokylvyssä sen jälkeen, kun materiaalia on lämmitetty uunissa ja jäähdytetty materiaali sitten alle noin 70 °C:n lämpötilaan.

Näin ollen esillä olevan keksinnön tuloksena materiaalia ei vain lämmitetä nope-5 ämmin uunissa, vaan että vallitsevalla uunin atmosfäärillä on suurempi vaikutus peittausprosessiin materiaalin pinnoille muodostuneen ohuemman hilseen seurauksena. Tämä on merkittävän tärkeä teknillinen vaikutus.

Koska peittausaika materiaalin määrää kohti lyhenee peittauskylvyssä, typen oksidien kehittyminen kylvystä on myös vähäisempää. Lisäksi vähemmän happoa vaadi-10 taan annetun materiaalimäärän peittaamiseen.

Tämän vuoksi on ilmeistä, että tämä keksintö ratkaisee johdannossa mainitut ongelmat ja tekee mahdolliseksi lisätä suuresti olemassa olevan laitoksen kapasiteettia. Uunista ja peittauskylvystä voidaan tehdä lyhyemmät uusissa laitoskonstruktioissa.

Tämän keksinnön erään edullisen toteutusmuodon mukaisesti polttoaine on olennai-15 sesti propaania. Kun propaania poltetaan kaasulla, joka sisältää 99,5 til.-% happea, saadaan uuniatmosfääri, joka sisältää suunnilleen 40 til.-% hiilidioksidia, 50 til.-% vettä ja 10 til.-% typpeä ja happea.

Materiaalia lämmitetään uunissa 0,1 - 300 minuutin ajan riippuen siitä, onko materi-' · ' aalilla ohuet dimensiot, ja se johdetaan nopeasti uunin läpi, vai onko kyseessä kuu- 20 mennusprosessi, jossa suuria materiaalimääriä pidetään liikkumattomana uunissa : , mainitun prosessin aikana.

. * Kun materiaali on kuumennettu uunissa, se jäähdytetään alle noin 70-500 °C:n läm pötilaan, joka valitaan riippuen peittausprosessin luonteesta.

Tämän keksinnön edullisen toteutusmuodon mukaisesti uunissa kuumennettu mate-25 riaali jäähdytetään atmosfäärissä, joka sisältää typpeä, argonia tai vetyä ja/tai niiden seoksia. Tämä jäähdytysprosessi suoritetaan jäähdytyskammiossa 6.

’ ; Kuten edellä mainittiin, tämä keksintö koskee myös tuotteita, joita on käsitelty : ’" tämän keksinnön menetelmän mukaisesti, jossa mainittuja tuotteita on kuumennettu •; · · mainitussa uunissa samalla, kun uunin polttimia on käytetty nestemäisellä tai kaasu- • 1 30 maisella polttoaineella, jota on poltettu kaasun avulla, joka sisältää vähintään 85 tilavuus-% happea ja korkeintaan 10 tilavuus-% typpeä.

110787 6

Edellä kuvattuja edullisempia menetelmiä pidetään luonnollisesti etusijalla tuotteiden käsittelemiseksi.

Erään edullisen toteutusmuodon mukaisesti kyseessä oleva tuote on erittäin lejee-rattu teräs, joka sisältää 17 % kromia ja 12 % nikkeliä ja vähintään 3 paino-% mo-5 lybdeenia ja jossa pinnan kromisisältö on vähintään 97 % materiaalin keskimääräisestä kromisisällöstä.

Nyt seuraa esimerkki, joka on toteutettu tunnetulla tekniikalla ja sitä verrataan esimerkkiin, jossa sovellettiin esillä olevaa keksintöä.

Ruostumaton teräsnauha karkaistaan normaalisti ruostumattoman teräsnauhan kar-10 kaisu-uunissa 1000-1100 °C:n lämpötilaan. Uunin pituus voi olla 20 metriä, korkeus 2 metriä ja leveys 2 metriä.

Tunnetun tekniikan tapauksessa pullotetun kaasun (propaanin) ja ilman seosta poltetaan tavanomaisissa polttimissa. Näin syntynyt savukaasu tai uunikaasu sisältää karkeasti 9 til.-% CO2, 12 til.-% H2O, 77 til.-% N2 ja 2 til.-% O2. Kylmävalssatut 15 nauhat karkaistaan niiden uudelleenkiteyttämiseksi ja sopivan materiaalirakenteen saamiseksi. Karkaisuprosessin jälkeen nauha jäähdytetään ilmalla alle 100 °C:n lämpötiloihin, minkä jälkeen nauha peitataan happokylvyssä hilseen poistamiseksi ja sopivien ominaisuuksien antamiseksi nauhan pinnoille. Vertailukokeessa nauha ·. koostui ASTM 304-materiaalista ja sen leveys oli 1400 mm ja paksuus 1,9 mm.

20 Nauhaa siirrettiin nauhan maksiminopeudella, mikä tuotti puhtaan peitatun nauhan.

I ‘, Tämän keksinnön menetelmän tapauksessa ilma- ja pullokaasupolttimet korvattiin Γ happi/pullokaasupolttimilla. Tässä tapauksessa polttimiin syötettiin pullokaasu/- : ‘ happikaasuseosta, jossa pullokaasun polttoon käytetty kaasu sisälsi 99,5 til.-% hap pea. Tämä johti savukaasuun, joka sisälsi 39 til.-% CC>2:a, 51 til.-% H2O, 6 til.-% 25 N2 ja 4 til .-% O2. Savukaasussa oleva typpi oli peräisin ilmasta, jota vuoti uuniin. Nauhaa ja uunia pidettiin samoissa lämpötiloissa kuin toteutettaessa tunnettua . tekniikkaa. Nauhaa, jolla oli sama koostumus ja samat mitat kuin edellä mainitulla ;,, nauhalla, karkaistiin ja peitattiin samassa uunissa ja samalla peittauspituudella kuin ' ; edellä kuvatussa esimerkissä.

30 Tätä keksintöä toteutettaessa oli mahdollista lyhentää peittausaikaa 150-300 %:lla . . verrattuna peittausaikaan, jota vaadittiin toteutettaessa tunnettua tekniikkaa, ts.

edellä esitetyn esimerkin mukaisesti. Tämä teki myös mahdolliseksi nostaa nauhan nopeutta vastaavalla määrällä.

Claims (8)

110787

1. Menetelmä ruostumattoman teräksen ja ruostumattomasta teräksestä valmistettujen, pääasiassa putkien, nauhamaisen materiaalin tai tankomaisen materiaalin, kuten teräsnauhan, teräslevyn, terästangon tai teräslangan lämpökäsittelemiseksi, 5 joita on valssattu ja jotka kuumennetaan lämpökäsittelyuunissa yli noin 900 °C:n pintalämpötilaan ja sen jälkeen jäähdytetään ja käsitellään peittaamalla, tunnettu siitä, että lämpökäsittelyuunin polttimissa poltetaan nestemäistä tai kaasumaista polttoainetta, jota poltetaan kaasun avulla, joka sisältää vähintään 85 til.-% happea ja korkeintaan 10 til.-% typpeä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttoainetta poltetaan kaasulla, joka sisältää vähintään 90 til.-% happea ja edullisesti 99,5 til.-% happea.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasu sisältää yhtä tai useampia jalokaasuja hapen ja typen lisäksi.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sen jälkeen, kun materiaalia on kuumennettu uunissa, se jäähdytetään lämpötilaan, jossa mainittu materiaali voidaan sopivasti peitata, minkä jälkeen materiaalia käsitellään , · elektrolyyttikylvyssä ja/tai happokylvyssä. ‘ 5. Patenttivaatimuksen 1, 2, 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ;,: 20 mainittu materiaali kuumennetaan uunissa korkeintaan 1300 °C:n pintalämpötilaan.

6. Patenttivaatimuksen 1, 2, 3, 4 tai 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ' mainittua materiaalia kuumennetaan uunissa 0,1-300 minuutin ajanjakso.

7. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu polttoaine koostuu olennaisesti propaanista.

8. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tun- ;,. nettu siitä, että sen jälkeen kun mainittua materiaalia on kuumennettu uunissa, se jäähdytetään atmosfäärissä, joka sisältää typpeä, argonia tai vetyä ja /tai niiden : ’ seoksia. 110787