Przedmiotem wynalazku jest sposób wyzarzania cienkiej blachy ze stali krzemowej w procesie ciaglym.Tasmy stalowe poddawane sa wyzarzaniu badz w procesie rzutowym w postaci zwojów, badz w procesie ciaglym w postaci niezwinietych tasm.Znane sa dwa 'typy pieców do wyzarzania ciagle¬ go, piece pionowe oraz piece poziome. Okreslenia pionowy lub poziomy dotycza polozenia tasmy w piecu w czasie operacji obróbki cieplnej. Z po¬ równania wplywu budowy pieców dwóch wymie¬ nionych typów na jakosc produktu wynika, ze wyzarzanie iw piecu poziomym prowadzi do uzy¬ skania tasmy pozbawionych naprezen.Giag rolkowy typowego, poziomego pieca do ciaglej obróbki cieplnej sklada sie z czesci wlo¬ towej zawierajacej rozwójarki, zgrzewarki tasmo¬ we, urzadzenia do petlowania poziomiego, zespoly elektrolitycznego czyszczenia i suszenia. Czesc wlo¬ towa laczy sie z przylegajaca czescia do poziomej obróbki cieplnej zawierajaca opalana gazem stre¬ fe grzania (o dlugosci 21,9 m), elektrycznie ogrze¬ wana /strefe (dociskania (o dlugosci 182 m), sitrefe o regulowanym chlodzeniu (o dlugosci 60,9 m) i strefe chlodzenia (strumieniowego i(o dlugosci 27,4 m). Podane wymiary odnosza sie do typowe¬ go zespola stosowanego w eksploatacji. Wymiary te podano w celu zilustrowania dlugosci róznych odcinków typowego pieca poziomego do ciaglego Z wyzarzania. Wymiary te mozna oczywiscie zmie¬ niac w razie potrzeby. Sekcja wylotowa pieca skla¬ da sie z zespolu petlowania poziomego oraz bebna naciagowego. W czasie przesuwania sie przez sekcje obróbki cieplnej pieca tasma podtrzymywana jeisit w .sposób lancuchowy przez indywidualnie napedzane silnikami walki ize stali stopowej.Powyzej opisana praktyka ciaglego wyzarzania io jest calkiem zadawalajaca dla wiekszosci gatunków stali, jednakze problemy wystepuja przy ciaglym wyzarzaniu cienkich blach ze istali elektrotechnicz¬ nych krzemowych, które musza byc wyzarzane w stosunkowo wysokiej iternperaturze, to znaczy po- wyzej 760°C w atmosferze odweglajacej. To pola¬ czenie wysokich temperatur i atmosfery odwegla¬ jacej w piecach do ciaglego wyzarzania powiodaje czesto uszkodzenia powierzchniowe stali, wywolane wgnieceniami spowodowanymi przez zanieczyszcze- mia walków. W czasie takiego wyzarzania nalezy utrzymywac atmosfere utleniajaca umozliwiajaca usuniecie wegla ze stali.Wegiel usuwa sie przez utlenianie do tlenku we¬ gla i dwutlenku wegla, które przechodza do fazy gazowej. Równoczesnie powierzchiniiowe zelazo i krzem utleniaja sie do stalych tlenków, które po¬ zostaja na powierzchni istali. W czasie ciaglego wy¬ zarzania te powierzchniowe czasteczki tlenkowe sa czesto przejmowane przez powierzchnie walków, to znaczy sa przenoszone z powierzchni stali na po- 977563 wierzchnie walków. Naloty tlenkowe na powierz¬ chniach walków powoduja nastepnie wgniecenia lub inne niepozadane slady na powierzchniach tasmy stalowej przechodzacej nastepnie przez /te walki.W celu rozwiazania tego problemu zrealizowano szereg projektów, których glówna koncepcja pole¬ gala na wyposazeniu walków piecowych w po¬ wierzchnie ogniotrwale, odporne na przyjmowanie tlenków. Przykladowo w opisie patentowym St.Zjednoczonych nr 3751196 przedstawiono walek po¬ siadajacy powierzchnie ze stopionej w postaci tas¬ mowego spieku krzemionki. Chociaz takie walki daly pozadane efekty, to jednak nie wyeliminowa¬ no calkowicie problemu, zwlaszcza tam, gdzie go¬ raca cienka blacha stalowa owija sie wokól walka pod inaoiagiiem. W instalacjach technicznych w któ¬ rych obrabiana jest taka cienka blacha ze stali krzemowej konieczne jest w dalszym ciagu okre¬ sowe usuwanie zanieczyszczen tlenkowych z wal¬ ków, nawet wówczas gdy stosowane sa ogniotrwale powierzchnie zewnetrzne walków.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wy¬ zarzania cienkiej blachy ze stali krzemowej w któ¬ rym wyeliminowana zostalaby koniecznosc oczysz¬ czania powierzchni zewnetrznych walków pieco¬ wych z zanieczyszczen powodujacych uszkodzenia powierzchni wyzarzanej blachy. Cel ten zostal osia¬ gniety dzieki równoczesnemu zastosowania walków wyposazonych w ogniotrwale, krzemionkowe po¬ wierzchnie zewnetrzne oraz atmosfery odweglajacej wewnatrz pieca, o takim skladzie, który uniemozli¬ wia utworzenie sie na powierzchni stali tlenków zelaza zanieczyszczajacych walki.Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze wyzarzanie prowadzi isie w piecach do wyzarzania ciaglego, wyposazonych w rolki posiadajace krze¬ mionkowe powierzchnie zewnetrzne, w atmosferze odweglajacej zawierajacej wodór i wode w tempe¬ raturze 760°—899°C, przy czym stosunek wodoru do wody jest taki, ze na powierzchni wyzarzonej sta¬ li itworzy sie jedynie dwutlenek krzemu.Na zalaczonych rysunkach fig. 1 przedstawia wykres faz stalych w ukladzie zelazo-krzerci-tlen w funkcji wartosci stosunku wody do wodoru i tem¬ peratury, fig. 2 — przedstawia wykres zaleznosci skladu tlenków na powierzchni stali krzemowych od skladu atmosfery pieca do wyzarzania.W sposobie wedlug wynalazu wyzarzanie ciagle cienkiej blachy ze stali 'elektrotechnicznej krze¬ mowej odbywa sie w stosunkowo wysokiej tempe¬ raturze dzieki czemu uzyskuje zasadniczo komplet¬ na rekrystalizacje. Podczas wyzarzania utrzymuje sie odweglajaca atmosfere, zapewniajaca niska za¬ wartosc wegla w stali, dzieki czemu uzyskuje sie wlasciwosci magnetyczne. Wyzarzanie polega na 'Ogrzewaniu cienkiej blachy stalowej do temperatu¬ ry w zakresie 760—S9Q°C w atmosferze lodweglaja- cej, wykazujacej minimalny punkt rosy w tempe¬ raturze okolo 21,1°C, to znaczy o zawartosci wody równej 2,3% objetosciowych.Atmosfere pieca do wyzarzania stanowi miesza¬ nina wodór-woda-azot zawierajaca okolo 10 do 20% wodoru przy .stosunku wiodoru do wody wynosza¬ cym iod 3:1 do 5 :1. Reszte stanowi azot, trakto¬ wany jako gaz obojetny. 97756 '¦¦v 4 W sposobie wedlug wynalazki wyzej omamiany problem zanieczyszczania powierzchni walków jest zasadniczo wyeliminowany przez równoczesne za¬ stosowanie walków piecowych posiadajacych krze- mionkowe powierzchnie, i odweglajacej atmosfery piecowej, w której tlenki zelaza nie wytwarzaja sie na powierzchni .stali. Stwierdzono bowiem, ze przy stosowaniu walków piecowych o powierzch¬ niach krzemionkowych; takich jak opisano w wy- zej wymienionym opisie patentowym St. Zjedno¬ czonych nr 3,751,195 tlenki, które wykazuja ten¬ dencje do przywierania do walków sa tlenkami o odmiennym charakterze, na przyklad tlenkami ze¬ laza, natomiast krzemionka wytworzona na po- wierzchni stali nie przywiera ani nie przenosi sie na 'krzemionkowe powierzchnie walków. Znana te¬ chnologia wyzarzania powodowala tworzenie na powierzchni stali struktur fajalitowych i(PeO—SiOa) a nawet wufstytciwych (FeO) w polaczeniu z terze- mionka .Analiza zanieczyszczen tlenkowych tworzacych sie w znanych technologiach na krzemionkowych powierzchniach walkowych wykazala, ze tlenki któ¬ re przywieraja do nich sa glównie tlenkami zelaza, fajalitami i wustytami, a nie krzemionka. Stwier¬ dzono, ze jezeli atmosfera piecowa zostanie wyre¬ gulowana tak, aby na stali nie mogly powstawac tlenki zelaza, to problem zanieczyszczen walków zo¬ staje wyeliminowany, pod tym warunkiem jednak- ze, ze walki piecowe posiadaja rzeczywiscie po¬ wierzchnie zewnetrzne z czystej krzemionki. • Analiza wykresu ifaz stalych w ukladzie zelazo- -krzem-tlen iw funkcji wartosci stosunku woda-wo¬ dór wykazala, ze tlenek zelaza nie moze wystepo- wac w stanie równowagi w temperaturach od 760 do 899°C, w atmosferze, w której stosunek wo¬ doru do wody przekracza okolo 5:1. Przedstawio¬ no to na wykresie równowag na fig. 1. Na fig. 1 linia A—B przedstawia granice faz ponizej której 40 -tlenki zelaza nie wystepuja w stanie równowagi w rozwazanym ukladzie. Oznacza to, ze przy wyz¬ szych stosunkach wiodoru do wody ponizej*linii A— B moze wystepowac w stanie równowagi tylko me¬ tal i krzemionka. Z wykresu wynika, ze gdy sto- 45 sunek wodoru do wody zmniejsza sie do wartosci powyzej linii A—B, to w stanie równowagi wyste¬ puje tylko metal i tfajalit (FeO * SiOa). Gdy stezenie wody w atmosferze rosnie dalej, to w stanie rów¬ nowagi wystepuja wyzsze formacje tlenków zelaza. 50 Dla przykladu przy stosunku wodoru do wody rów¬ nym 1: 1 wystepuja w równowadze wustyt (FeO) i fajalit. A przy wyzszych stezeniach wody w sta¬ nie równowagi wystepuja magnetyt i hematyt.Przy wyzarzaniu istaili krzemowej, tlenki tworza 55 sie w wyniku oddzialywania atmosfery pieca na po¬ wierzchnie stali, w warunkach scisle lOdpowiada- jacych warunkom przedstawionym na wykresie sta¬ nów równowagi, przedstawionych na rysunku Ulg. 1.Wynika z tego, ze sklad tlenków powierzchniowych 60 ma stali krzemowej moze byc regulowany poprzez regulacje stosunku wodoru do wody w atmosferze pieca. Tak wiec przy wyzarzaniu stali krzemowej w temperaturze 7G0°C unika sie tworzenia tlenków zelaza na powierzchni stali, stosujac atmosfere pie- 65 ca w której stosunek wodoru do wody wynosi co97756 6 najimniej 6:1. Stosunek 6:1 jest odpowiedni dla kazdej temperatury w normalnym zakresie wyza¬ rzania 760—899°C. Jednakze gjdy temperatura wy¬ zarzania rosnie, to krytyczny stosunek wodoru do wody maleje nieznacznie.Dla przyklad"i przy wyzarzaniu w temperaturze 8Q0°C krytyczny stosunek wodoru do wody przy którym utlenianie zelaza nie (zachodzi spada do wartosci 5:1. Jakkolwiek mozna stwierdzic, ze przy wyzszych temperaturach wyzarzania stosunki wodoru do wody nizsze niz 5 :1 sa wystarczajace to jednak, zaleca sie iprizy realizacji sposobu wedlug wynalazku utrzymywac minimalny stosunek wodo¬ ru do wody równy 5 : 1, a korzystnie 6:1, aby za¬ pewnic 'margines bezpieczenstwa oraz prowadzenie procesu przy stosunki wodoru do wody dostatecz¬ nym do unikniecia utleniania w nizszych tempera¬ turach 760°—600°C w czasie wyzarzania stali.Sposób wedlug wynalazku, w najszerzej rozu¬ mianym zakresie obejmuje ciagle wyzarzanie stali krzemowej w temperaturze od 760—890°C w atmo¬ sferze odwejglajacej, w której stosunek wodoru do wody znajduje sie ponizej linii A—B na fig. 1 lub posiada wartosc co najmniej 5 :1, a korzystnie 6 :1.Chociaz linia A—B na fiig. 1 wyraznie okresla granice minimalna stos inku wodoru do wody to górna granica nie jest wyraznie okreslona. Jest oczywiste, ze atmosfera czystego wodoru moglaby eliminowac tworzenie sie tlenków zelaza, jednak taka atmosfera nie mialaby wlasciwosci odwegla- jacych, co jest istotne dla obróbki cienkiej elektro- technicznej blachy stalowej.Dla lodiweglania konieczne jest wystepowanie w atmosferze pieca pewnych ilosci wody. Dlatego z punktu widzenia praktyki zdecydowano, ze stosu¬ nek wodoru do wody powinien zawierac sie w za¬ kresie 5:1 do 8:1, a korzystnie powinien wynosdc okolo 6 :i 1. Wartosc 8 :1 stosunku nie jest krytycz¬ na, jednakze ta maksymalna granica zostala wy¬ brana arbitralnie w celu zapewnienia optymalnych warunków technicznych dla wyzarzania z odwegla- niem w zakresie temperatury od 760° do okolo JB9Q°C. Jakkolwiek wartosci stosunku wodoru do wody przekraczajace wartosc 8:1 odpowiadaja za¬ lozonym warunkom pracy, to jednak atmosfera tak" bylaby drozsza wskutek wyzszych kosztów wodoru i bylaby atmosfera mniej skuteczna dla celów od- weglania stali. Stosunek wodoru do wody o war¬ tosci 8:1 powoduje bowiem takie rozcienczenie za¬ wartosci wody w atmosferze, ze wymaga to znacz¬ nego powiekszenia czasu przebywania wyzarzanych wyrobów w piecu, co jest równoznaczne ze zmniej¬ szeniem szybkosci linii technologicznej w celu uzy¬ skania zadanego odweglenia.W swietle powyzszych uwag jest oczywiste, ze dla skutecznego zastosowania sposobu wedlug wy¬ nalazku w praktyce istotne jest nie tylko aby utrzymywac minimalny stosunek wodoru do wody, lecz konieczne jest takze zapewnienie dostatecz¬ nej ilosci wody w atmosferze pieca zapewniajacej jej dobre wlasciwosci odweglajace. Poniewaz przy minimalnym stosunku jwodoru do wody równym :1, w atmosferze pieca stezenie wodoru w po¬ równaniu ze znanymi .technologiami jest stosunko¬ wo wyzsze, wzgledny wzrost zawartosci wodoru w atmosferze pieca sprzyja pogorszeniu wlasciwosci odwalajacych atmosfery. Jak wspomniano wyzej przy stosunku wodoru do wody o wartosci wyz¬ szej niz 8:1 ilosc wodoru w stosunku do wody jest zbyt duza dla uzyskania korzystnej atmosfery od- wejgjlajacej. Rzeczywiscie nawet przy konwencjonal¬ nych poziomach punktu rosy 24°C (zawartosc wo¬ dy 3%) przy istosunku wodoru do wody 6 :1 (18% wodoru) ilosc wiodoru jest zbyt duza dla zapewnie¬ nia wlasciwosci odwelajacych. Dlatego w celu utrzymania dobrych wlasciwosci odweglajacych at¬ mosfery przy stosunku wodoru do wody równym :1 lub 6:1, niezbedne jest prowadzenie procesu przy 'wyzszych niz normalnie stezeniach zarówno wodoru jak i wody.W sposobie wedlug wynalazku, w celu zapewnie¬ nia wystarczajacej ilosci wody nalezy przy stosun¬ ku wodoru do wody równym 6: 1 wprowadzic co najmniej 20% wodoru do atmosfery pieca, w celu uzyskania dobrych wlasciwosci odweglajacych, to znaczy nalezy zapewnic zawartosc wody równa co najmniej 3,3% w celu osiagniecia punktu rosy w temperaturze okolo 264°C. Rysunek fig. 2 przed¬ stawia konieczny do osiagniecia punkty rosy atmo¬ sfery pieca przy zawartosciach wodoru w zakresie od 20 do 80%.Z powyzszych rozwazan dotyczacych ilosci wo¬ doru i wody w atmosferze piecowej wynika, ze su¬ ma tych skladników nie osiaga wartosci 100%. Dla¬ tego podobnie jak i w znanych sposobach wyzarza¬ nia stali reszte atmosfery .powinien stanowic gaz obojetny taki jak azot lub inny, który nie wcho¬ dzi w reakcje ze stala, wodorem lub woda i nie obniza punktu rosy mieszaniny.Powyzszy opis dokladnie przedstawia sposób wedlug wynalazku, jednakze moga powstac pew¬ ne problemy podczas praktycznego zastosowania sposobu wedlug wynalazku, które moga wymagac pewnych modyfikacji sposobu. W zakresie tempe¬ ratur wyzarzania wspomnianych powyzej (760° do 899°C) sposób wedlug wynalazku powinien byc stosowany wedlug powyzszego opisu. Nalezy jed¬ nak pameitac, ze w pewnych procesach wyzarza¬ nia d 'Odweglania logrzewa sie ja nastepnie do kriesie 899°—4093,2°C co nastepuje po wyzarzaniu odweglajacym w celu uzyskania wzrostu ziaren.Etapy te moga byc zrealizowane w odrebnych ko¬ lejnych operacjach, lub w jednej operacji jako dodatkowa obróbka koncowa w piecu do ciaglego •wyzarzania, to znaczy po nagrzewaniu stali w za¬ kresie temperatur 760° do 899°C w celu wyzarza¬ nia i odwejglania, ogrzewa sie ja nastepnie do koncowej temperatury w zakresie od .890° do 1093,2°C w celu uzyskania wzrostu ziaren. Jezeli stal ma byc poddawana dzialaniu temperatur wyz¬ szych niz 899°C, to korzystne jest aby w tej tem¬ peraturze utrzymywac stosunek wodoru do wody wyzszy niz 8:1, w celu zapobiezenia utlenianiu zelaza na powierzchni stalli i odpowiednio, wy¬ twarzaniu sladów powstajacych wskutek zanie¬ czyszczen powierzchna walków.Dla unikniecia utleniania zelaza, w temperatu¬ rach okolo 1093,2°C, konieczne jest utrzymywanie stosunku wodoru do wody wartosci rzedu 20:1 do 30:1. Tak niskie stezenie wody sprawia ze 40 45 50 55 6097736 8 atmosfera pieca staje sie aitimosfera -bardzo slabo odwejgllajaca^ Nie stanowi to jednak problemu, po¬ niewaz stal powinna byc zasadniczo calkowicie odweglona w czasie (gdy jest ogrzewana w zakre¬ sie nizszych temperati lr od 760 do 8999C. W zwia¬ zku z tym przy wyzszych temperaturach 890° do 1093,2oC, iprzy których nastepuje wzrost ziaren, nie jest konieczne utrzymywanie atmosfery cdwe- giajacej wewnatrz pieca.Funkcjonalnosc przedstawionego sposobu zosta¬ la w pelni potwierdzona w zastosowaniu przemy¬ slowym. Sposób wedlug wynalazku stosowany przemyslowo przy wyzarzaniu cienkich elektro¬ technicznych blach stalowych, zawierajacych od 2 do 4°/o krzemu byl (realizowany za pomoca pieca rolkowego w którym rolki piecowe posiadaly po¬ wierzchnie ze stopionej krzemionki. W piecach takich w znanych (procesach wyzarzania stosowano atmosfery wyzarzania zawierajace od 10 do 20% wodoru, przy stosunku wodór a do wcdy rzedu 3:1 do 5:1 i koncowej temperaturze 801,6°C.W czasie takiej obróbki powierzchnie rolek -pie¬ cowych przyjmowaly dostateczne ilosci materia¬ lów tlenkowych, wskutek czego srednio po 6,6 przebiegach, (jeden przebieg trwa 8 godzin), praca pieca musiala byc przerwana w celu oczyszcze¬ nia (powierzchni role piecowych z zanieczyszczen tlenkowych.Po opracowaniu sposobu wedlug wynalazku zo¬ stal on zastosowany na tej samej instalacji tech¬ nicznej. Starano sie utrzymac zawartosc wodoru równa okolo 50°/o oraz utrzymac stosjnek wodoru do wody o wartosci irzedu lokolo 6:1, lecz nie niz¬ szy niz 5:1. Wykonano wykres przedstawiony na rysunku fig. 2, stosowany przez operatora obslu¬ gujacego piec. Operator staral sie utrzymac at¬ mosfere piecowa o skladzie jak najblizszym .od¬ powiadajacemu linii przerywanej odpowiadajacej stosunkowi 6:1. Przy utrzymywaniu takich wa¬ runków, urzadzenia pracowaly w sposób ciagly przez trzy miesiace bez koniecznosci usuwania .za¬ nieczyszczen z powierzchni walków.Po trzymiesiecznym przebiega instalacje wyla¬ czono z powodów niezwiazanych z zanieczyszcze¬ niami walków. W istocie nawet po trzymdesiecz- mej ciaglej pracy powierzchnie walków piecowych byly stosunkowo czyste. . PL