SI9300111A - Process for avoiding adherence of steelbelt during annealing - Google Patents

Description

Postopek za preprečevanje lepljenja pri žarjenju jeklenega traku

Izum se nanaša na postopek za preprečevanje lepljenja pri žarjenju jeklenega traku z nizko vsebnostjo ogljika po uvodnem delu zahtevka 1.

Jeklen trak žarijo v obliki trdnih svitkov v pečeh za žaljenje v loncih, zvonastih pečeh ali prehodnih pečeh z valjčnico. Kot zaščitni plin uporabijo običajno plinsko zmes N₂-H2 ali ekso-plin. Pri žarjenju teh jeklenih trakov nastopijo Često lepljenja.

Na ta lepljenja trakov vplivajo številni faktorji. Bistveni so: geometrija in velikost površinske hrapavosti, vrsta zaščitnega plina, kontaktni tlak, temperatura in čas.

Lepljenja nastanejo, kot domnevajo v literaturi, na mestu jeklene površine, na katerem med ohlajevanjem nastopi zvišan tlak in relativno gibanje navojev. S tem pride do adhezijskih in difuzijskih procesov.

Naloga izuma je naloga, da bi zagotovili postopek za preprečevanje lepljenja pri žarjenju jeklenega traku z nizko vsebnostjo ogljika.

Če izhajamo iz stanja tehnike, upoštevanega v uvodu zahtevka 1, rešimo to nalogo v smislu izuma z značilnostmi, navedenimi v označitvenem delu zahtevka 1.

Prednostne nadaljnje izvedbe izuma so navedene v podzahtevkih.

Žarjenje (zadrževanje) jeklenih trakov izvedemo pri temperaturah od 650°C do 720°C.

Pokrivni sloj, ki nastane pri postopku v smislu izuma, služi kot zaščita proti zlepljenju posameznih navojev pri začetku ohlajevalne faze, t.j. do 600°C v jedru. Ker so napetosti v notranjosti svitka med posameznimi navoji tedaj največje, označimo to mejno temperaturo kot kritično.

Ko pade temperatura pod to temperaturo, je treba v peči ponovno zagotoviti reducime pogoje, da nastali oksidni pokrivni sloj pri nadaljnjem poteku žaljenja popolnoma reduciramo.

To dosežemo s spremembo ravnotežja vodnega plina (zvon pod tlakom) ali z zamenjavo atmosfere peči z npr.

Izum pojasnjujemo v nadaljevanju z izvedbenim primerom in teoretske razmisleke s pomočjo risb.

Sl. 1 kaže trisnovni sistem C-H-0 za določitev atomame sestave zaščitnega plina pri 680°C, sl. 2a, 2b kaže primer za potek žarilnih faz pri žaljenju (680°C) tračnega jekla ob porazdelitvi zaščitnega plina N^K^-CC^ v dve teoretski plinski zmesi.

Na sl. 1 označuje točka 1 plinsko zmes N₂-H₂-, točka 2 ekso-plin in točka 3 plinsko zmes N₂-H2 z dodatkom CO₂.

Sl. 2a se nanaša na teoretsko plinsko zmes H₂-H₂O, pristojno za redukcijo. Sl. 2b se nanaša na teoretsko plinsko zmes CO-CO₂, pristojno za oksidacijo (zadrževalni čas do okoli 600°C)/redukcija (T < 600°C).

V plinskih zmeseh iz ogljikovega monoksida (CO), ogljikovega dioksida (CO₂), vodika (H₂) oz. metana (CH₄) poteka tako dolgo reakcija med komponentami, dokler se ne doseže enotna aktivnost ogljika.

Če med kovinsko površino in plinsko fazo ne obstaja ravnotežje, prihaja preko reakcij naogljičenja in razogljičenja oz. oksidacije/redukcije toliko časa do snovne izmenjave med obema fazama, dokler ni doseženo ravnotežno stanje.

Torej je treba vsaki aktivnosti ogljika, ki izhaja iz želene kemične sestave jeklene površine v ravnotežnem stanju pri definirani temperaturi prirediti določeno plinsko sestavo.

[C] + _[C0₂P -> 2 -[ČOP [C] + -[H₂0l· -> -[CO? + TH₂l·

Ker mora biti aktivnost ogljika za nizko legirano jeklo nizka in so v tem primeru važne reakcije oksidacije/redukcije, priredimo plinsko sestavo homogeni reakciji vodnega plina, kije združitev naslednjih reakcij:

co₂ = CO + % o₂ % o₂ + h₂ = h₂o

-[CO₂3- + -{H₂> = -£C0 J- + -CH₂0?

Pri definirani temperaturi dosežemo preko ustreznega ravnotežnega stanja določeno plinsko sestavo.

Izberemo npr. plinsko zmes (97%/3,0%). Z določeno količino dodatka CO₂ in celotno količino zaščitnega plina krmilimo potek reakcije vodnega plina pri določenih temperaturah. V homogenem stanju potekajo pod zvonom naslednje reakcije:

h₂o = h₂ + X 0 co₂ = CO + \ o₂ co₂ + h₂ = h₂o + CO

Prenos kisika povzroči nadaljnje:

Me + % 0₂ = MeO Me + C0₂ = MeO CO

Ker je reakcija CO₂ = > CO + Vi O₂ relativno počasnejša v primerjavi s H^O = H₂ + Vi O₂, je treba računati tudi z daljšimi časi oksidacije v plinski zmesi CO-CO₂.

Primer

Za homogeno reakcijo vodnega plina velja na splošno:

Lg K_w = Lg (P_CQ . P^g^CO ‘ ^PH₂ ^{) = 1717/T +} i·⁵⁷⁵ pri npr. 680°C = 0.6

Če sedaj npr. segrevamo plinsko zmes iz 1,2% CO₂ in 3,0% H₂ in 0,004% H₂O na 680°C, se postavi vprašanje po plinski sestavi, potem ko se je ustalilo ravnotežje. Reakcijska enačba v homogenem sistemu sledi zvezi:

V ^{+ V}B^{B +} ......... ^{+ZI H} = V + VpF ₊ ........

. /Ί kjer Vi, i = {A,.....F} pomenijo stehiometrična molska števila snovi i.

Pri uporabi molskih ulomkov Hi = Pi/P zavzame zakon učinkovanja mas obliko:

E^VE . F^VF/A^VA . B^VB - K_p . _Pexp -^^Vi

Reakcijski indeks ΔΧ Vi, vsota molskih števil izhodnih produktov manj vsota molskih števil končnih produktov, se glasi:

= V_E ♦ v_p - V_A - V_B in pove volumsko spremembo in tlačno odvisnost.

V prejšnjem primeru reakcije vodnega plina dobimo ΔΣ Vi, , pri čemer na splošno velja

KpP · P_ex -Zl^VI = K_c (RT/P)expzKVi ker je ΔΧ Vi = 0, je K_p = K_c. Zato je reakcija tlačno neodvisna.

Če postavimo za prvotno plinsko sestavo 'C0 » o; x_H_ = °·«; ^xco, = ⁰·^{012: x}h₂o = °·⁰⁰⁰⁰⁴ in za molski ulomek novo nastalega CO: = Z, dobimo za ravnotežno sestavo molskega ulomka:

C0:	= Z
C02:	’ XC02	-Z
H :	= xu	-Z
2	h2
H20:	“ XH20	+z

Zakon učinkovanja mas se potem glasi:

^{K = z} (^xh2o ^+z) / (^xco2 ~^Z^ ^^xh₂ '^z^

Ko razvrstimo po Z, nastane polinom:

⁽¹-^K)z2 ♦ <^XH20 ^{+ KX}C02 * ^XXH₂ ^)Z - ^KXCO2^XH2 = ⁰ Če za K (680°C) postavimo vrednost 0,6, dobimo analizo idealnega stanja:

H₂ = 2,24%, CO = 0,76%, CO = 0,44%

H₂0 = 0,77%

Pri npr. K = 0,01 bi bilo:

H₂ = 2,83%, C0 = 0,17%, C0₂ = 1,03%

H₂0 = 0,17%

Sestavo plinske zmesi lahko torej teoretično variiramo v naslednjih območjih:

H2 =	2.24	7 2.83%
CO =	0.17	7 0.76%
C02 =	0.44	7 1.03%
h20 =	0.17	C 0.77%

V tem primeru izmerimo med poskusom: H₂ = 2,1%; CO = 0,78%; CO₂ = 0,86%; H₂O = 0,06%. Ta plinska sestava ustreza določeni točki 3 v trisnovnem sistemu C-H-O(sl. 1).

Lega točke v trisnovnem sistemu določa vpliv plinske sestave na površino tračnega jekla.

Dodatek CO₂ k plinski zmesi N₂-H₂ premakne torej ustrezno točko 1 plinske sestave v trisnovnem sistemu iz redukcijskega območja v mejno območje oksidacije. Glede na način obratovanja peči se spremeni plinska sestava tako, da lahko ravnotežje vodnega plina variira med 0,01 in 0,6.

V tem smislu smo našli optimalno koncentracijo dodatka CO₂, da popolnoma izkoristimo lastnosti reakcije vodnega plina za žarjenje brez lepljenj.

To dosežemo z dodatkom CO₂ npr. 0,9 - 2,5% v plinsko zmes 97/3 N₂-H₂, torej z relativno nizkimi vsebnostmi CO₂ v primerjavi z ekso-plinom.

Nadaljnji teoretski premisleki so pokazali, da se lahko na površini tračnega jekla tvori oksidni sloj oz. zastojni sloj CO₂ kot zaščitni sloj v molekulskem območju, ki prepreči lepljenje navojev. Da bi to dosegli, je treba med oz. na koncu zadrževalnega časa pri žarjenju v peči zagotoviti atmosfero, ki zlahka oksidira in ki na površini tračnega jekla povzroči tenak neaktiven pokrivni sloj (FeO).

Sl. 2 predstavlja spremembe atmosfere zaščitnega plina Nj-H^COj v vseh fazah žarjenja. Te tukaj teoretično porazdelimo v:

a. plinska zmes IJ-IJO

b. plinska zmes CO-CO₂

Preko homogene reakcije vodnega plina ali preko obeh delnih reakcij, kot je ravno opisano, se tvori CO in H₂O v takih količinah, da je za oksidacijo nad 600°C pristojna plinska zmes CO-CO₂.

Plinska zmes H^-F^O pa učinkuje reducirno. S padajočo temperaturo (ohlajevalna faza) se tako spremeni razmerje CO-CO₂ pripadajočega zaščitnega plina, da se izrabi popolna reducima moč obeh plinskih zmesi šele pod 600°C.

Nastali oksidni pokrivni sloj reduciramo na koncu ohlajevalne faze.

Optimalni dodatek CO₂ priredimo celotni površini žarilnega materiala in znaša 0,2 do 0,3 g CO₂ na m² površine tračnega jekla.

Postopek v smislu izuma daje možnost, da preprečimo nastanek lepljenj oz. da jih drastično zmanjšamo in proizvodnjo ekso-plina nadomestimo s sintetskimi plini. V primerjavi z ekso-plinom z okoli 8% CO in 6% CO₂ ga smemo označiti kot okolju prijazen postopek, ker se emisija CO zmanjša za okoli 95% in emisija CO₂ za okoli

Claims (5)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Postopek za preprečevanje lepljenja pri žaljenju jeklenega traku z nizko vsebnostjo ogljika pod zaščitnim plinom iz dušika in vodika s fazami segrevanja, zadrževanja in ohlajevanja, označen s tem, da med zadrževalnim časom obložimo jekleni trak z oksidacijo s tenkim pokrivnim slojem, ki ga med ohlajevalno fazo spet popolnoma odstranimo z reduciranjem.
2. 2. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da je sestava zaščitnega plina od 95% do 99% N₂, ostanek pa je H^
3. 3. Postopek po zahtevku 1 ali 2, označen s tem, da poteče oksidacija z dodatkom 0,2 do 0,3 g CO₂ na m² površine žarilnega materiala k zaščitnemu plinu.
4. 4. Postopek po enem od zahtevkov 1 do 3, označen s tem, da poteče oksidacija nad 600°C in redukcija pod 600°C.
5. 5. Postopek po zahtevku 4, označen s tem, da poteče redukcija s spremembo ravnotežja vodnega plina.