NO301341B1 - Fremgangsmåte for forebyggelse av klebing ved glöding av stålbånd - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for forebyggelse av klebing ved gløding av stålbånd med lavt karboninnhold i henhold til ingressen av krav 1.

Stålbånd glødes i form av faste kveiler i hette-, klokke— eller valsegjenoppløpsovner. Som beskyttelsesgass anvendes det vanligvis en Ng-^-gassblanding eller eksogass. Ved gløding av disse stålbåndene opptrer det ofte klebing.

Denne båndklebingen påvirkes av flere faktorer. De vesentlige er: geometrien og omfanget av overflateruheten, beskyt-telsesgasstypen, kontakttrykket, temperaturen og tiden.

Klebing oppstår, som man antar i litteraturen, på de steder av ståloverflaten hvorved det opptrer forhøyet trykk og en relativ bevegelse mellom vindingene under avkjølingen. Derved kommer det til adhesjons— og diffusjonsprosesser.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgaven å tilveie-bringe en fremgangsmåte for forebyggelse av klebing ved gløding av stålbånd med lavt karboninnhold.

Med utgangspunkt fra den kjente teknikkens stand angitt i ingressen til krav 1, er denne oppgaven ifølge oppfinnelsen løst ved trekkene angitt i den kjennetegnende delen av krav 1.

En foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er angitt i underkravet.

Glødingen (holdingen) av stålbåndene gjennomføres fortrinns-vis ved temperaturer på 650°C til 720°C.

Det ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen dannede dekksjiktet tjener som beskyttelse mot sammenklebing av de enkelte vindingene ved begynnelsen av avkjølingsfasen, det vil si inntil 600°C i kjernen. Idet spenningene i det indre av kveilen mellom de enkelte vindingene da er størst, er denne grensetemperaturen betegnet som "kritisk".

Dersom denne temperaturen underskrides må det på nytt frembringes reduserende betingelser i ovnen for fullstendig å redusere det dannede oksyddekksjiktet i det videre forløpet av glødingen.

Dette oppnår man ved endring av vanngasslikevekten (klokke-undertrykk) eller en utbytting av ovnsatmosfæren mot f.eks. N2/H2.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere ved et utførelseseksempel og teoretiske overlegninger på bakgrunn av tegningene.

Disse viser:

Fig. 1 trekomponentsystemet C-E-0 for bestemmelse av den atomære beskyttelsesgass-sammensetningen ved

680°C,

fig. 2a,b et eksempel på forløpet av glødefasen ved gløding (680°C) av båndstålet under oppdeling av Ng-Hg-COg-beskyttelsesgassen i to teoretiske gassblandinger.

I fig. 1 betegner punkt 1 en Ng-Hg-gassblanding, punkt 2 betegner eksogass og punkt 3 ^-^-gassblandingen med CO2-tilsats.

Fig. 2a vedrører den teoretiske gassblandingen ^-HgO, ansvarlig for reduksjonen. Fig. 2b vedrører den teoretiske gassblandingen CO-CO2, ansvarlig for oksydasjonen (holdetid ved ca. 600°C)/reduksjon (T < 600"C).

I gassblandinger av karbonmonoksyd (CO), karbondioksyd (C02), hydrogen (H2), henholdsvis metan (CH4) foregår det en reaksjon mellom komponentene inntil det er oppnådd en enhetlig karbonaktivitet.

Dersom det ikke består noen likevekt mellom metalloverflaten og gassfasen så kommer det via rekarburiserings- og dekar-bonisering—, henholdsvis via oksydasjons—/reduksjonsreak-sjoner til å foregå en stoffutveksling mellom de to fasene inntil likevektstilstanden er nådd.

Følgelig er enhver karbonaktivitet som fremgår ved den ønskede kjemiske sammensetningen av ståloverflaten i likevektstilstand ved definert temperatur tilordnet en bestemt gass-sammensetning.

Idet karbonaktiviteten for lavlegert stål må være lav og i dette tilfellet oksydasjons-/reduksjonsreaksjonen er viktig, er gass-sammensetningen tilordnet den homogene vanngassreaksjonen, som er en sammenfatning av de følgende reaksjonene:

Ved definert temperatur oppnås det ved den tilsvarende likevektstilstanden en bestemt gass-sammensetning. Det ble f.eks. valgt en N2~H2 (97%/3,0$)-gassblanding. Med en bestemt mengde CC<2-tilsats og den samlede beskyttelsesgassmengden styres forløpet av vanngassreaksjonen ved bestemte temperaturer. I homogen tilstand forløper følgende reaksjoner under klokken:

Oksygenoverføringen foreårsaker videre:

Idet reaksjonen C02 => CO + Vi 02 er relativt langsommere sammenlignet med H20 = H2 + Vi 02, må det også regnes med lengere tider for oksydasjonen i CO-C02-gassblandingen.

Eksempel:

For den homogene vanngassreaksjonen gjelder generelt:

Ved f.eks. 680°C % = 0,6

Dersom nå eksempelvis en gassblanding av 1,2$ C02 og 3,0$ H2 og 0,004$ H20 oppvarmes til 680°C, så oppstår spørsmålet om gass-sammensetningen etter at likevekt er innstilt. Eeak-sjonsligningen i et homogent system følger relasjonen:

hvor Vi, i = -[A, F]- betyr støkiometriske moltall for stoff i.

Ved anvendelse av molbrøken Xi = Pi/P

tar massevirkningsloven formen:

Reaksjonsindeksen AEVi, summen av moltallene for utgangspro-duktene minus summen av moltallene for sluttproduktene lyder:

og gir opplysning om volumendringen og trykkavhengigheten.

I det tidligere nevnte eksempelet med vanngassreaksjonen gjelder AEVi = 0, hvorved den generelt gjelder:

Idet AEVi = 0 følger det at Kp = Kq . Følgelig er reaksjonen trykkuavhengig.

Dersom man for den opprinnelige gass-sammensetningen setter: og molbrøken for det nydannede CO: = Z, så fremgår for likevektssammensetningen av molbrøken:

Massevirkningsloven lyder da:

Løst med hensyn på Z oppstår polynomet:

dersom det for K (680°C) innsettes verdien på 0,6, så oppnås en analyse av idealtilstanden på: E2 = 2,24$, CO = 0,76$, C02 = 0,44$

H20 = 0,77$

Ved K = 0,01 ville dette være:

H2 = 2,83$, CO = 0,17$, C02 = 1,03$

H20 = 0,17$

Sammensetningen av gassblandingen kan altså teoretisk variere i følgende områder: H2 = 2,24 -r 2,83$

CO = 0,17 t- 0,76$

C02 = 0,44 + 1,03$

E20 = 0,17 + 0,77$

I dette tilfellet ble det under et forsøk målt:

H2 = 2,1$; CO = 0,78$; C02 = 0,86$; H20 = 0,06$

Denne gass-sammensetningen tilsvarer et bestemt punkt 3 i tre-komponentsystemet C-H— 0 (fig. 1).

Beliggenheten av punktet i tre-komponentsystemet bestemmer innvirkningen av gass-sammensetningen på overflaten av båndstålet.

Tilsatsen av C02 til en N2—E2-gassblanding forskyver altså det tilsvarende punkt 1 for gass-sammensetningen i tre-komponentsystemet fra et reduksjonsområde til et grenseområde mot oksydasjon. Avhengig av driftsmåten for ovnen endres gass-sammensetningen slik at vanngasslikevekten kan variere mellom 0,01 og 0,6.

I denne forstand ble det funnet en optimal konsentrasjon for C02-anvendelsen, for det formål fullstendig å utnytte egenskapene for vanngassreaksjonen for å oppnå en klebefri gløding.

Dette oppnår man med en C02-anvendelse på f.eks. 0,9 - t 2,5$ i 97/3 N2-E2-gassblanding, det vil si med relativt lave C02-innhold, sammenlignet med eksogass.

Ytterligere teoretiske overlegninger har vist at det på overflaten av båndstålet kan dannes et oksydsjikt, henholdsvis C02-demmesjikt, som beskyttelsessjikt i molekylært område, som forebygger klebing av vindingene. For å oppnå dette må det under, henholdsvis ved avslutningen av holdetiden ved gløding i ovnen dannes en lett oksyderende atmosfære som forårsaker et tynt, inaktivt dekksjikt (FeO) på overflaten av båndstålet.

Fig. 2 angir endringene av Ng—Hg—CC^-beskyttelsesgass-atmosfæren i alle glødefaser. Denne er her teoretisk oppdelt i:

a. Hg-EgO — gassblanding

b. CO-COg — gassblanding.

Via den homogene vanngassreaksjonen eller via de to delreak-sjonene, som beskrevet, dannes CO og HgO i slike mengder at CO—C02~gassblandingen er ansvarlig for oksydasjonen over 600°C.

E2—E20-gassblandingen virker derimot reduserende. Med synkende temperatur (avkjølingsfase) endres CO-C02-forholdet for den passende beskyttelsesgassen slik at en fullstendig reduksjonskraft for de to gassblandingene utnyttes først under 600°C.

Det dannede oksyd-dekksjiktet reduseres ved avslutningen av avkjølingsfasen.

Den optimale C02~anvendelsen blir tilordnet den samlede glødegodsoverflaten og utgjør 0,2 - 0,3 g CO2 pr. m<2> av båndståloverflaten.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gir mulighet til å unngå klebedannelse, henholdsvis drastisk å redusere denne, og erstatte eksogass-frembringelsen med syntetiske gasser. Sammenlignet med eksogass med ca. 8$ CO og 6$ COg så kan fremgangsmåten følgelig betegnes som en miljøvennlig fremgangsmåte idet CO-emisjonen reduseres med ca. 95$ og COg-emisjonen med ca. 92$.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte for forebyggelse av klebing under oppvarming, holding og avkjøling ved glødning av stålbånd med lavt karboninnhold under en beskyttelsesgass av 95$ til 99$ nitrogen og resthydrogen, karakterisert ved at under holdetiden underkastes stålbåndet oksydasjon ved temperaturer over 600°C med et tynt dekksjikt, ved at beskyttelsesgassen tilsettes 0,2 til 0,3 g COg pr.m<2> av glødegodsoverflaten, hvoretter under avkjølingsfasen, ved temperaturer under 600°C, fjernes dekksjiktet fullstendig ved reduksjon.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at reduksjonen foregår ved endring av vanngasslikevekten.