HRP930196A2 - Process for avoiding adherance of steelbelt during annealing - Google Patents

Description

Izum se odnosi na postupak za sprječavanje sljepljivanja kod žarenja čeličnih traka s niskim sadržajem ugljika.

Čelična traka se žari u obliku čvrstih namotaja u pećima s loncem, pokrovnim pećima ili valjnjim pećima. Kao zaštitni plin primjenjuje se obično plinska mješavina N2-H2 ili eksoplin. Kod žarenja ovih čeličnih traka, često dolazi do sljepljivanja.

Na ove čelične trake utječe se preko mnogo faktora. Najznačajniji su: geometrija i veličina površinske hrapavosti, vrsta zaštitnog plina, kontaktni pritisak i temperatura.

Sljepljenje nastaje, kao što se naslućuje u literaturi, na onom mjestu površine čelika, na kojem nastupi povišen pritisak i relativno kretanje zavoja za vrijeme ohlađivanja, te dolazi do adhezionih i difuzijskih zbivanja.

Izumu je bila zadaća, stvoriti postupak za sprječavanje sljepljivanja kod žarenja čeličnih traka s niskim sadržajem ugljika.

Žarenje (održavanje temperature) čeličnih traka provodi se kod temperatura od 650°C do 720°C. Zaštitni sloj načinjen prema izumu služi kao zaštita protiv sljepljivanja pojedinih zavoja kod početka faze hlađenja - to znači do 600°C u jezgri. Pošto su naprezanja u unutrašnjosti namotaja između pojedinih zavoja tada najveća, ta temperatura bila je označena kao "kritična".

Poslije pada te temperature u peći se moraju stvoriti ponovno reducirajući uvjeti, kako bi se u daljnjem toku žarenja potpuno reduciralo stvoreni oksidni pokrivni sloj.

To se postiže promjenom ravnoteže vodenog plina (pokrov pod tlak) ili izmjenom atmosfere u peći s npr. N2/ H2.

Izum je pojašnjen u nastavku s izvedbenim primjerima i teoretskim razmatranjem na osnovu crteža.

Prikazano je na:

Sl. 1 trotvarni sistem C - H - O za određivanje atomskog sastava zaštitnog plina kod 680°C,

Sl. 2a, b primjer za tok faza žarenja kod žarenja (630°C) trakastog čelika uz podjelu zaštitnog plina N2-H2-CO2 u dvije teoretske plinske mješavine.

U sl. 1 prikazuje točka 1 plinsku mješavinu N2-H2, točka 2 eksoplin i točka 3 mješavinu N2-H2 uz dodatak CO2.

Sl. 2a se odnosi na teoretsku plinsku mješavinu H2-H2O, nadležnu za redukciju.

Sl. 2b odnosi se na teoretsku plinsku mješavinu CO-CO2, nadležnu za oksidaciju (žarenje do cca 600°C) / redukcija (T < 600°C).

U plinskim smjesama od ugljičnog monoksida (CO), ugljičnog dioksida (CO2), vodika (H2) odnosno metana (CH4) uslijedi tako dugo reakcija između komponenti, dok se ne postigne jedinstvena ugljikova aktivnost.

Ne postoji li između površine metala i plinske faze ravnoteža, tada dolazi kod reakcija naugljenićenja i razugljenićenja odnosno kod oksidacijskih / redukcijskih reakcija tako dugo do izmjena tvari između obiju faza, dok se ne postigne stanje ravnoteže.

Dakle, svakoj željenoj kemijskoj sastavini površine čelika od koje proizlazi aktivnost ugljika pripada u stanju ravnoteže kod definirane temperature jedan određeni sastav plinova.

[C] + {CO2}→ 2 {CO}

[C] +{H2O}→{CO}+{H2}

Pošto mora biti aktivitet ugljika za niskolegirani čelik niski, a u ovom slučaju važne su oksidacijske -/ redukcijske reakcije, sastav plina bio je podređen homogenoj reakciji vodenog plina, koja obuhvaća slijedeće reakcije:

[image]

Kod definiranja temperature bit će postignuto preko odgovarajućeg ravnotežnog stanja određeni sastav plina. Bila je npr. birana N2-H2 (97% / 3,0%) plinska mješavina. S određenom količinom dodatka CO2 i ukupnom količinom zaštitnog plina upravljalo se tokom reakcije vodenog plina kod stanovitih temperatura. U homogenom stanju odvijale su se ispod pokrova slijedeće reakcije:

H2O = H2 + 1⁄2 O

CO2 = CO + 1⁄2 O2

CO2 + H2 = H2O + CO

Prijenos kisika uzrokuje daljnje:

Me + 1⁄2 O2 = MeO

Me + CO2 = MeO CO

Pošto je reakcija CO2 => CO + 1/2 O2 relativno sporija u usporedbi prema H2O = H2 + 1⁄2 O2, mora se računati i s duljim vremenima oksidacije u plinskoj mješavini CO - CO2.

Primjer:

Za homogenu reakciju vodenog plina vrijedi općenito:

Lg KW = Lg (PCO • PH2O / PCO • PH2) = 1717/T + 1.575

kod npr. 680°C KW = 0.6.

Ako bi se, primjerice, zagrijavalo neku plinsku mješavinu od 1,2% CO2 i 3,0% H2 i 0,004% H2O na 680°C, postavlja se pitanje o sastavu plina, nakon što se ustalila ravnoteža. Reakcione jednadžbe u jednom homogenom sistemu slijedi odnosu:

VAA + VBB + ........... + Δ H = VEE + VFF ..........

gdje znače: Vi, i = {A,....F} stehiometrijski molni brojevi tvari i.

Kod primjene molnih razlomaka Xi = Pi/P dobiva se oblik zakona o djelovanju mase:

EVE • FVF / AVA • BVB = Kp • pexp - Δ∑Vi

Reakcijski indeks Δ∑Vi, suma molnih brojeva izlaznih produkata, smanjena sumom molnih brojeva krajnjih produkata glasi:

Δ∑Vi = VE + VF - VA - VB

i daje obavještenje o promjeni volumena i ovisnosti o tlaku.

U prije navedenom primjeru reakcije vodenog plina proizlazi Δ∑Vi = 0, kod čega vrijedi općenito:

KPP • Pexp - Δ∑Vi = KC (RT/P) exp Δ∑Vi

pošto je Δ∑Vi = 0 slijedi Kp = KC . Radi toga je reakcija neovisna o tlaku.

Postavi se za prvobitni plinski sastav:

XCO = 0; XH2 = 0,03; XCO2 = 0,012; XH2O = 0,00004

i molni razlomak novostvorenog CO: = Z, tako proizlazi za ravnotežni sastav molnog razlomka:

CO: = Z

CO2: = XCO2 - Z

H2: = XH2 - Z

H2O = HH2O+ Z

Zakon o djelovanju masa onda glasi:

K = Z (XH2O + Z) / (XCO2 - Z) (XH2 - Z)

Rješenje prema Z, nastaje polinom:

(l-K)Z2 + (XH2O + KXCO2 + KXH2) Z - KXCO2 XH2 = 0

postavi li se za K (680°C) vrijednost 0,6 dobiva se tako analiza idealnog stanja od:

H2 = 2,24%, CO = 0,76%, CO2 = 0,44%,

H2O = 0,77%

Kod K = 0,01 npr. bilo bi:

H2 = 2,83%, CO = 0,17%, CO2 = 1,03%,

H2O = 0,17%

Sastav plinske mješavine može, dakle, varirati teoretski u slijedećim područjima:

H2 = 2.24 ÷ 2. 83%

CO = 0.17 ÷ 0,76 %

CO2 = 0.44 ÷ 1.03%

H2O = 0.17 ÷ 0.77%

U ovom slučaju, za vrijeme jednog pokusa bilo je izmjereno:

H2 = 2.1%; CO = 0,78%; CO2 = 0,86%; H2O = 0.06%.

Ovaj plinski sastav odgovara određenoj točki 3 u trotvarnom sistemu C - H - O (sl. 1).

Položaj točke u trotvarnom sistemu određuje upliv plinskog sastava na površinu trakastog čelika.

Dodatak CO2 plinskoj mješavini N2-H2 pomakne, dakle, odgovarajuću točku 1 plinskog sastava do granične točke oksidacije. Već prema režimu rada peći, mijenja se plinski sastav tako da može ravnoteža vodenog plina varirati između 0,01 i 0,6.

U tom smislu, bila je nađena optimalna koncentracija upotrebe CO2, kako bi se potpuno iskoristile osobine reakcije vodenog plina u svrhu žarenja bez sljepljivanja.

To se postiže primjenom CO2 od npr. 0,9 ÷ 2,5% u plinskoj mješavini 97/3 N2-H2, dakle s relativno niskim sadržajima CO2 u usporebi s ekzoplinom.

Daljnja teoretska razmatranja su pokazala, da se može tvoriti na površini trakastog čelika jedan oksidni sloj, odnosno, pregradni sloj kao zaštitni sloj u molekularnom području, koji sprječava sljepljivanje zavoja. Da bi se to postiglo, mora biti načinjena za vrijeme, odnosno na kraju, održavanja temperature kod žarenja u peći lagano oksidirajuća atmosfera, koja prouzrokuje na površini trakastog čelika tanki neaktivni zaštitni pokrivni sloj (FeO).

Sl.2 prikazuje promjene atmosfere zaštitnog plina N2-H2-CO2 u svim fazama žarenja. Ovi su tu bili podijeljeni teoretski u:

a. H2 - H2O - plinsku mješavinu

b. CO - CO2 - plinsku mješavinu

Iznad homogene reakcije vodenog plina ili iznad obje djelomične reakcije, kao što je bilo gore opisano, stvara se CO i H2O u takvim količinama, da je za oksidaciju iznad 600°C odgovorna plinska mješavina CO - CO2.

Plinska mješavina H2-H2O djeluju naprotiv reducirajuće. Padom temperature (faza hlađenja) mijenja se odnos nastajućeg zaštitnog plina CO-CO2 tako da se koristi potpuna redukciona jačina obiju plinskih mješavina tek ispod 600°C.

Stvarni oksidni prekrivni sloj biti će na kraju faze hlađenja reduciran.

Optimalna primjena podređena je ukupnoj površini materijala za žarenje i iznosi 0.2 ÷ 0,3g CO2 po m2 površine čelične trake.

Postupak prema izumu daje mogućnost, da se izbjegne stvaranje sljepljivanja (odnosno, drastično reducira) i nadomješćivanja proizvodnje ekzoplinova sa sintetičkim plinovima. U usporedbi s ekzoplinom od 8% CO i 6% CO2 može ga se označiti kao postupak koji ne zagađuje okolinu, pošto je emisija CO smanjena za cca 95%, a emisija CO2 za cca 92%.

Claims (5)

1. Postupak za sprječavanje sljepljivanja kod žarenja čelične trake s niskim sadržajem ugljika pod zaštitnim plinom od dušika i vodika s fazama zagrijavanje, održavanje temperature i ohlađivanje, naznačeno time, što se za vrijeme održavanja temperature čelična traka obloži, uslijed oksidacije s tankim pokrivnim slojem, koji se za vrijeme hlađenja pomoću redukcije opet potpuno odstrani.

2. Postupak prema zahtjevu 1, naznačen time, što se zaštitni plin sastoji od 95% do 99% N2, dok je ostatak H2.

3. Postupak prema zahtjevu 1 i 2, naznačen time, da uslijedi oksidacija dodatkom od 0.2 do 0.3 g CO2 po m2 površine materijala kojeg se žari, uz zaštitni plin.

4. Postupak prema jednom od zahtjeva 1 do 3, naznačen time, da uslijedi oksidacija iznad 600°C, a redukcija ispod 600°C.

5. Postupak prema zahtjevu 4, naznačen time, da uslijedi redukcija promjenom ravnoteže vodenog plina.