SK281218B6 - Spôsob zabraňovania lokálnemu zlepovaniu pri žíhaní oceľového pásu - Google Patents

Abstract

Pri žíhaní oceľového pásu s nízkym obsahom uhlíka často dochádza na povrchu k lokálnemu zlepovaniu. Aby sa tomu zabránilo, vybaví sa v priebehu udržiavacieho žíhania nad 600 °C oceľový pás tenkou krycou vrstvou, ktorá sa pod 600 °C počas ochladzovacej fázy redukciou znova odstráni. Pri ochrannom plyne z dusíka a vodíka sa dáva prednosť oxidu uhličitému ako oxidačnému médiu. Redukcia sa vykonáva zmenou rovnováhy vodného plynu.ŕ

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu zabraňovania lokálnemu zlepovaniu pri žíhaní oceľového pásu s nízkym obsahom uhlíka pod ochranným plynom z dusíka a vodíka s fázami ohrevu, udržiavania v zohriatom stave a ochladzovania.

Doterajší stav techniky

Ako je známe, oceľový pás sa žíha vo forme pevných zväzkov v poklopových peciach, hmcových peciach alebo priebežných peciach s valčekovou nístejou. Ako ochranný plyn sa obvykle používa plynná zmes N₂-H₂, alebo exoplyn. Pri žíhaní týchto oceľových pásov sa často vyskytuje lokálne zlepovanie. Tieto lokálne zlepovania sú ovplyvňované radom faktorov. Podstatnými faktormi sú geometria a veľkosť povrchovej drsnosti, druh ochranného plynu, kontaktný tlak, teplota a čas.

Lokálne zlepenia vznikajú, ako sa v literatúre predpokladá, na mieste oceľového povrchu, na ktorom sa vyskytuje zvýšený tlak a relatívny pohyb závitov počas ochladzovania. Tým dochádza k adhéznym a difúznym pochodom.

Vynález si kladie za úlohu vytvoriť spôsob zabraňovania lokálnemu zlepovaniu pri žíhaní oceľového pásu s nízkym obsahom uhlíka.

Podstata vynálezu

Podstata vynálezu spočíva v tom, že pri žíhaní oceľového pásu s nízkym obsahom uhlíka pod ochranným tlakom pozostávajúcim z dusíka a vodíka, s fázami zohrievania, udržiavania v zohriatom stave a ochladzovania, sa podľa vynálezu počas udržovania v zohriatom stave oceľový pás vybaví oxidáciou povlakom tenkej krycej vrstvy, ktorá sa počas fázy ochladzovania redukciou znova úplne odstráni.

Podľa ďalšieho znaku vynálezu pozostáva ochranný plyn z 95 až 99 % dusíka a zvyšok je vodík.

Oxidácia sa vykonáva výhodne pridávaním 0,2 až 0,3 g oxidu uhličitého na m² povrchu žíhaného materiálu k ochrannému plynu.

Podľa ďalšieho znaku vynálezu sa oxidácia vykonáva pri teplote nad 600 °C a redukcia pod 600 °C. Redukcia sa výhodne vykonáva zmenou rovnováhy vodného plynu.

Žíhanie (udržovanie v zahriatom stave) sa vykonáva pri teplote od 650 °C do 720 °C.

Krycia vrstva vytvorená spôsobom podľa vynálezu slúži ako ochrana proti zlepovaniu jednotlivých závitov na začiatku ochladzovacej fázy, t.j. až do 600 °C v jadre. Pretože potom sú napätia vnútri zväzku medzi jednotlivými závitmi najväčšie, táto hraničná teplota sa označuje ako „kritická“. Po poklese pod túto teplotu musia byť v peci znova vytvorené redukčné podmienky, aby sa vytvorená oxidová vrstva v ďalšom priebehu žíhania plne redukovala.

Toto sa dosahuje zmenou rovnováhy vodného plynu (kryt pod tlakom) alebo výmenou pecnej atmosféry za napr. N₂/H₂.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález je bližšie vysvetlený v nasledujúcom opise na príklade vyhotovenia s odvolaním na jednotlivé výkresy, v ktorých znázorňuje obr. 1 diagram troch látok C-H-0 na určenie atómového zloženia ochranného plynu pri 680 °C a na obr. 2 diagram príkladu pre priebeh žíhacích fáz pri žíhaní (680 °C) pásovej ocele pri rozdelení zmesi ochranného plynu N₂-H₂-CO₂na dve teoretické plynné zmesi.

Príklad uskutočnenia vynálezu

Na obr. 1 značí bod 1 plynnú zmes N₂-H₂, bod 2 exoplyn a bod 3 plynnú zmes N₂-H₂ s prídavkom CO₂

Obr. 2a sa vzťahuje na teoretickú plynnú zmes H₂-H₂O príslušnú pre redukciu. Obr. 2b sa vzťahuje na teoretickú plynnú zmes CO-CO₂ príslušnú pre oxidáciu (čas udržovania až po cca 600 °C)/redukciu (< 600 °C).

V plynných zmesiach z oxidu uhoľnatého (CO), oxidu uhličitého (CO₂), vodíka (H₂), poprípade metánu (CH₄) dochádza tak dlho k reakcii medzi zložkami, až sa dosiahne jednotná uhlíková aktivita. Ak nie je medzi kovovým povrchom a plynnou fázou rovnováha, dochádza nauhličovaním a oduhličovaním alebo oxidačnými/redukčnými reakciami tak dlho k látkovej výmene medzi obidvoma fázami, až sa dosiahne rovnovážny stav. Každej uhlíkovej aktivite, vyplývajúcej z požadovaného chemického zloženia povrchu ocele, je teda v rovnovážnom stave pri definovanej teplote priradené určité zloženie plynnej zmesi.

[C] + {CO₂} -> 2 {CO} [C] + (H₂O) -> {CO} + {H₂}

Pretože pre nízkolegovanú oceľ musí byť uhlíková aktivita nízka a v tomto prípade sú oxidačné a iné reakcie dôležité, bolo plynné zloženie priradené homogénnej reakcii vodného plynu, ktorá predstavuje zhrnutie nasledujúcich reakcií:

CO₂ = CO+1/2O₂

1/2O₂ + H₂ =H₂O {CO₂} + {H₂} = {CO} + {H₂O}

Pri definovanej teplote sa cez zodpovedajúci rovnovážny stav dosiahne určité zloženie plynu. Zvolila sa napríklad zmes N₂-H₂ (97%/3,0%). Určitým množstvom prídavku CO₂ a celým množstvom ochranného plynu sa pri určitých teplotách riadi priebeh reakcie. V homogénnom stave prebiehajú pod krytom nasledujúce reakcie:

H₂O = H₂+ 1/2 O₂ CO₂ = CO+ 1/2 O₂ CO₂+H₂=H₂O + CO

Prenos kyslíka ďalej pôsobí:

Me+1/2O₂ = MeO Me + CO₂= MeO + CO

Pretože reakcia CO₂ -> CO + 1/2 O₂ je relatívne pomalá v porovnaní s H₂O = H₂+ 1/2 O₂, musí sa tiež v plynnej zmesi CO-CO₂ počítať s dlhšími časmi oxidácie.

Príklad

Pre homogénnu vodíkovú reakciu platí všeobecne:

LgK_w= Lg (P_Co · Ph₂o/Pco Pn₂) = 1717/T + 1,575

Pri napr. 680 °CK_w=0,6

Keď sa napríklad zahrieva plynná zmes pozostávajúca z 1,2 %CO₂, 3,0 %H₂ a 0,004 %H₂O na 680 °C, potom vzniká otázka zloženia plynu potom, čo sa ustálila rovnováha. Reakčná rovnica v homogénnom systéme je podľa vzťahu:

V_aA + V_bB +...........+ Δ H = V_eE + V_PF +...........

kde Vi, i = {A......F} znamenajú stechiometrické počty molov látok i.

Pri použití molámych zlomkov X| = P/P

SK 281218 Β6 nadobúda zákon o pôsobení aktívnych hmôt podobu:

E^ve . F^w/A^va . B⁷³ = Kp. p^exp ’^Asvi

Reakčný index ASVi, súčet počtov molov východiskových produktov po odčítaní počtov molov konečných produktov je:

AľVi = V_E+V_F-V_A-V_B a poskytuje informáciu o zmene objemu a závislosti od tlaku.

V predchádzajúcom príklade vodíkovej reakcie vychádza ΔΣΥί = 0, pričom všeobecne platí:

K_PP . P_exp - ASVi = K_c (RT/P) cxp AZVi

Pretože AZVi =0, je Κ_Ρ=Κ<;. Preto je reakcia nezávislá od tlaku.

Ak sa dosadí za pôvodné zloženie plynu:

Xco = 0; Xh₂ = 0,03; X_Co₂ = 0,012; Xh₂o= 0,00004 a molámy zlomok novo vytvoreného CO: = Z, tak pre rovnovážne zloženie molámeho zlomku vyplýva:

CO:=Z

CO₂: =X_C02-Z

H₂: =X„₂-Z

H₂O: =X„₂o+Z

Zákon pôsobenia aktívnej hmoty potom znie: K = Z (X„₂o + Z) / (X_Co₂ - Z) (H„₂ - Z)

Po oddelení Z vznikne polynóm:

(1 -K)Z² + (Xh₂o + KX_C02 + KX_H2)Z - KX_Co₂X_H2 = 0 za K (680 °C) sa dosadí hodnota 0,6 a vznikne tak analýza ideálneho stavu:

H₂= 2,24 %, CO = 0,76 %, CO₂ = 0,44 %, H₂O = 0,77 %

Pri K = 0,01 by napríklad bolo:

H₂ = 2,83 %, CO = 0,17 %, CO₂ = 1,03 %, H₂O = 0,17 %

Zloženie zmesi sa môže teda teoreticky meniť v nasledovnom rozsahu:

H₂ =2,24%, až 2,83% CO = 0,17 % až 0,76 % CO₂= 0,44 % až 1,03 % H₂O = 0,17% až 0,77%

V tomto prípade sa počas pokusu nameralo:

H₂ = 2,1 %, CO = 0,78 %, CO₂ = 0,86 %, H₂O = 0,06 %.

Toto zloženie plynu zodpovedá určitému bodu 3 v trojlátkovom systéme C-H-0 (obr. 1).

Poloha bodu v trojlátkovom systéme určuje vplyv zloženia plynu na povrch pásovej ocele.

Pridanie CO₂ do plynnej zmesi N₂-H₂ posúva teda zodpovedajúci bod 1 plynného zloženia v trojlátkovom systéme z redukčnej oblasti smerom k hraničnej oblasti oxidácie. Vždy podľa spôsobu práce pece sa mení zloženie plynu tak, že sa rovnováha vodného plynu môže pohybovať medzi 0,01 a 0,6.

V tomto zmysle bola nájdená optimálna koncentrácia použitia oxidu uhličitého CO₂, aby sa úplne využili vlastnosti reakcie vodného plynu na účely žíhania bez zlepovania. Toho sa dosahuje pri použití CO₂ v množstve napríklad 0,9 až 2,5% v plynnej zmesi 97/3 N₂-H₂, teda s relatívne nízkymi obsahmi CO₂ v porovnaní s exoplynom.

Ďalšie teoretické úvahy ukázali, že na povrchu pásovej ocele sa môže tvoriť oxidová vrstva, poprípade hradiaca vrstva CO₂, ako ochranná vrstva v molekulovej oblasti, ktorá zabraňuje zlepovaniu závitov. Aby sa to dosiahlo, musí sa v priebehu alebo na konci času udržovania v zahriatom stave pri žíhaní v peci vytvoriť ľahko oxidačná atmosféra, ktorá na povrchu pásovej ocele vyvolá tenkú nedotknutú kryciu vrstvu oxidu železnatého (FeO).

Obr. 2 znázorňuje zmeny ochrannej atmosféry N₂-H₂CO₂ vo všetkých žíhacích fázach. Tie tu boli teoreticky rozdelené na:

a) H₂-H₂O - plynná zmes

b) CO-CO₂ - plynná zmes.

V priebehu homogénnej reakcie vodného plynu alebo oboch čiastkových reakcií, ako boli práve opísané, sa tvoria CO a H₂O v takých množstvách, že plynná zmes CO-CO₂ je príslušná pre oxidáciu nad 600 °C. Plynná zmes H₂-H₂O pôsobí naproti tomu redukčné. S klesajúcou teplotou (ochladzovacia fáza) sa mení pomer CO-CO₂ vznikajúceho ochranného plynu tak, že sa využije úplná redukčná sila oboch plynných zmesi až pod 600 °C.

Vytvorená oxidová krycia vrstva sa na konci ochladzovacej fázy redukuje.

Optimálne použitie oxidu uhličitého CO₂ bolo priradené celému povrchu žíhaných materiálov a činí 0,2 až 0,3 g CO₂ na m² povrchu pásovej ocele.

Spôsob podľa vynálezu poskytuje možnosť vylúčiť alebo drasticky redukovať tvorbu zlepovania a nahradiť výrobu exoplynu syntetickými plynmi. V porovnaní s exoplynom s obsahom 8 % CO a 6 % CO₂ je možné ho považovať ako postup šetrný pre životné prostredie, pretože emisie oxidu uhoľnatého CO sa znížia o cca 95 % a emisie oxidu uhličitého CO₂ o cca 92 %.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob zabraňovania lokálnemu zlepovaniu pri žíhaní oceľového pásu s nízkym obsahom uhlíka pod ochranným plynom z dusíka a vodíka s fázami ohrevu, udržovania v zohriatom stave a ochladzovania, vyznačujúci sa tým, že pri udržovaní v zohriatom stave sa oceľový pás vybaví oxidáciou povlakom tenkej krycej vrstvy, ktorá sa počas fázy ochladzovania redukciou znova úplne odstráni.
2. 2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že ochranný plyn pozostáva z 95 až 99 % dusíka a zvyšok je vodík.
3. 3. Spôsob podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že oxidácia sa vykonáva pridávaním 0,2 až 0,3 g oxidu uhličitého na m² povrchu žíhaného materiálu k ochrannému plynu.
4. 4. Spôsob podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že oxidácia sa vykonáva pri teplote nad 600 °C a redukcia sa vykonáva pri teplote pod 600 °C.
5. 5. Spôsob podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým, že redukcia sa vykonáva zmenou rovnováhy vodného plynu.