SK282593B6 - Spôsob zabránenia lepkom pri žíhaní studeného pásu - Google Patents

Abstract

Pri spôsobe sa počas výdrže pri žíhaní za prítomnosti ochranného plynu pokryje studený pás oxidáciou pri teplote nad 600 °C tenkou krycou vrstvou, pričom sa primiešaním 0,3 až 0,6 g oxidu uhličitého na m2 povrchu žíhaného výrobku k ochrannému plynu a porušením termodynamickej rovnováhy homogénnej reakcie voda - plyn nastaví oxidačný pomer parciálneho tlaku oxidu uhličitého k parciálnemu tlaku oxidu uhoľnatého na hodnotu väčšiu ako jedna. Počas ochladzovania sa pri teplote pod 600 °C krycia vrstva redukciou odstráni. K ochrannému plynu pozostávajúcemu z podielu vodíka väčšieho ako 5 % a zvyšku tvoreného dusíkom sa prednostne ako oxidačné médium pridá oxid uhličitý. Riadenie postupu sa vykonáva definovaným parciálnym tlakom kyslíka. Redukcia sa vykonáva vodíkom.ŕ

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu zabránenia lepkom pri žíhaní studeného pásu vo zvonovej peci, prednostne s vysokou konvekciou, za prítomnosti ochranného plynu pozostávajúceho z 5 % až 100 % vodíka, zvyšok tvorí dusík, ohrevom, výdržou a ochladením.

Doterajší stav techniky

Studený pás sa žíha v podobe pevných zväzkov v hmcovej, zvonovej alebo valčckovej priechodnej peci. Pri rekryštalizačnom žíhaní v uzatvorených pecových zariadeniach, ako napríklad v zvonových peciach a predovšetkým vypaľovacích peciach, vzniká medzi závitmi studeného pásu často difúzny zvar, tzv. lepok. Toto sa na nasledujúcom valci prejavuje zvýšeným odporom pri odvíjaní, čim na povrchu pásu vznikajú zlomy, prípadne stopy materiálu.

V DE 42 07 394 Cl je opísaný spôsob brániaci vzniku lepku. Podľa tohto spôsobu sa povrch studeného pásu navinutého do pevného zväzku pokryje pri teplote nad 600 °C definovaným oxidačným postupom tenkou krycou vrstvou, ktorá bráni lepkom v závitoch zväzku. Počas ochladzovacej fázy pod 600 °C sa táto krycia vrstva redukciou oxidov opäť odstraňuje. To nastáva zmenou rovnováhy medzi vodou a plynom. Rovnaký postup žíhania prebieha v žíhacích peciach, najmä v zvonových peciach za prítomnosti ochrannej zmesi dusík N₂ - vodik H₂ s maximálne 5 % vodíka a prídavku definovaného množstva oxidu uhličitého CO₂. Celkový reakčný proces prebieha podľa nasledujúcej rovnice:

H₂+CO₂=CO + H₂O

Reakcia medzi vodíkom a oxidom uhličitým spôsobuje intenzívne uvoľňovanie vodnej pary, ktoré závisí od termodynamického stavu systému. Prednostne je spôsobená vysokými koncentráciami vodíka, pripadne oxidu uhličitého a vysokými teplotami. Napríklad tabuľka a diagram na obr. 2 znázorňujú zmenu koncentrácie v závislosti od teploty vo východiskovej zmesi 5 % vodíka a 1 % oxidu uhličitého.

Krivky pre vodu a oxid uhoľnatý sa kryjú. Na koordináte je nanesená teplota a na ordináte koncentrácia plynných podielov. Tvorba vodnej pary stúpa so stúpajúcou teplotou. Pri 700 °C leží táto hodnota ešte pod 1 % obj. Vyššia koncentrácia oxidu uhličitého vo východiskovej zmesi zvyšuje tvorbu vodnej pary až na 2 % obj. Množstvo oxidu uhličitého je stanovené a závisí od povrchu žíhaného výrobku. Parciálne tlaky, zodpovedajúce oxidačnému pomeru oxidu uhličitého a oxidu uhoľnatého, sa dosiahnu zmenou stacionárnej rovnováhy reakcie voda, plyn. Toto nastane vyšším prienikom ochranného vzduchu.

Ochranný plyn s podielom 92,6 % vodíka je zrejmý z tabuľky na obr. 3. Ako ukazuje táto tabuľka, vzniká pri podiele vodíka pod 5 % koncentrácia vodných pár pri 700 °C až k 6,6 % obj. Zodpovedajúci oxidačný pomer oxid uhličitý - oxid uhoľnatý sa nedosiahne v žiadnej teplotnej oblasti. Pri vysokej koncentrácii oxidu uhličitého nastáva v systéme vodík - voda pri nízkych teplotách nekontrolovateľne oxidácia, pričom neexistuje možnosť následnej redukcie povrchu pásu. Tieto výsledky uvedené v tabuľke na obr. 3 boli zreteľne potvrdené vykonanými laboratórnymi pokusmi. Primiešanie 5 až 10 % obj. oxidu uhličitého k vodíku pri teplote spracovania 680 °C spôsobilo takú silnú tvorbu vody, že sa pokus s ohľadom zabrániť poškodeniu analytického zariadenia musel prerušiť. Podiel vodíka v ochrannom plyne pri žíhaní studeného pásu bez lepkov je preto v DE 42 07 374 Cl obmedzený na maximálne 5 % obj.

Lepky pásu zostávajú i naďalej pri spracovaní studeného pásu v peciach s vysokou konvekciou v ochrannom plyne obsahujúcom nad 5 % obj. vodíka. Bol preto požadovaný spôsob žíhania studených pásov, ktorým bude možné zabrániť lepkom pásu tiež pri použití ochranných plynov s až k 100 % vodíka.

Podstata vynálezu

Úlohou vynálezu je vytvoriť spôsob na zabránenie lepkom pri žíhaní studeného pásu za prítomnosti ochranného plynu s podielom vodíka nad 5 %.

Táto úloha je vzhľadom na stav techniky uvedený v predvýznaku nároku 1 podľa vynálezu vyriešená znakmi uvedenými vo význakovej časti nároku 1. Výhodné ďalšie uskutočnenia vynálezu sú uvedené vo vedľajších nárokoch.

Až krycou vrstvou, vytvorenou spôsobom podľa vynálezu, sa dosiahne ochrana proti vzájomnému lepeniu jednotlivých závitov studeného pásu v ochrannom plyne s podielom vodíka vyšším ako 5 %, prednostne s podielom vodíka vyšším ako 70 %, najmä 100 %. Predpokladom na to je extrémne silné porušenie termodynamickej rovnováhy homogénnej reakcie voda - plyn. To znamená rýchle prerušenie priebehu reakcie podľa rovnice H₂ + CO₂ = CO + H₂. Prevádzkové skúšky so 60 t žíhacej náplne prekvapujúco ukázali, že sa studený pás môže pokryť ochrannou vrstvou v uzatvorených pecových zariadeniach, napríklad v zvonových peciach, s vysokou konvekciou tiež za prítomnosti ochranného plynu obsahujúceho 100 % vodíka za prídavku oxidu uhličitého, a tým sa môže spracovať bez lepkov.

Vysokým výkonom obehového ventilátora použitého v peciach s vysokou konvekciou sú rýchlosti prúdenia obiehajúceho vodíkového ochranného plynu pri teplotách 600 až 750 °C také veľké, že môže len ťažko nastať reakcia voda - plyn a stacionárna rovnováha sa veľmi silne odchýli od termodynamickej rovnováhy. Podľa vynálezu sa pracuje so stacionárnymi rovnováhami s koeficientom K menším ako 0,01. Stacionárnou rovnováhou sa pritom chápe stav, ktorý sa matematicky vypočíta pomocou analýzy plynnej zmesi na základe nasledujúceho vzorca:

pco .p h₂o k= -------P H₂ .p CO2

Koeficient K bude menší ako 0,01, ak je deliteľ veľmi veľký a delenec je veľmi malý, čo znamená takmer pokojový stav reakcie. Tým je prekvapujúco umožnené dosiahnuť oxidačný pomer parciálnych tlakov (P) oxidu uhličitého a oxidu uhoľnatého. Pritom sa silne obmedzí tvorba vodnej pary.

Homogénna reakcia voda - plyn je pritom na riadenie spôsobu podľa vynálezu nepoužiteľná. Riadenie prebieha pomocou rozkladu, resp. disociácie, primiešaného, definovaného množstva oxidu uhličitého podľa rovnice

CO₂=CO + 0,5O₂

Parciálny tlak kyslíka uvoľneného touto reakciou sa podľa potreby nastaví v atmosfére ochranného plynu. Proces pokrytia povrchu pásu krycou vrstvou, ktorá bráni lepeniu závitov, sa vykonáva pri definovanom parciálnom tlaku kyslíka. Tento parciálny tlak je definovaný ako kvocient parciálnych tlakov oxidu uhličitého a oxidu uhoľnatého a nesmie byť pri oxidačnom postupe pri teplote nad 600 °C menší ako 1.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález je ďalej bližšie objasnený na príkladoch vyhotovenia pomocou výkresov, kde znázorňuje: obr. 1 zmeny parciálneho tlaku kyslíka, obr. 2 v tabuľke a diagrame zmeny zloženia ochranného plynu po ohreve na homogénnu reakciu voda - plyn, obr. 3 v tabuľke a diagrame zmeny iného zloženia ochranného plynu po ohreve na homogénnu reakciu voda - plyn.

na redukciu krycej vrstvy.

3. Spôsob podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že sa reakciou uhlíka a vodíka podľa rovnice

2H₂+C = CH₄ v ohrievacej fáze nastaví vznikajúci metánu pred primiešaním CO₂ na podiel menej ako 2 % obj. v ochrannom plyne tým, že sa zníži úroveň uhlíka v atmosfére ochranného plynu na 0,003 %.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Na obr. 1 sú graficky znázornené zmeny parciálneho tlaku kyslíka. Parciálny tlak kyslíka je pritom zobrazený ako logaritmická funkcia závislá od teploty a od času. Zreteľne je tu zrejmé primiešanie oxidu uhličitého. To sa skončí na začiatku ochladzovacej fázy. Takto vytvorené krycie vrstvy s obsahom 0,3 až 0,6 g oxidu uhličitého na 1 m² povrchu žíhaného výrobku bránia lepkom na jednotlivých závitoch. Silná redukčná sila vodíka zaisťuje v ochladzovacej fáze pri teplote pod 600 °C odbúranie tejto krycej vrstvy.

Počas pobytu v čisto vodíkovej atmosfére dochádza k silnej tvorbe metánu, pretože vodík sa zlučuje podľa rovnice 2 H₂ + C = CH₄ s uhlíkom, ktorý pochádza ako krakový produkt z fázy odpadovej pary.

Obsah metánu vyšší ako 2 % obj. pôsobí negatívne na nastavenie potrebného parciálneho tlaku kyslíka. Primiešaný oxid uhličitý potom reaguje s metánom podľa nasledujúcej reakcie:

CH₄+ CO₂= 2H₂+ 2CO

Tým sa odbúra oxid uhličitý a novo sa vytvorí oxid uhoľnatý, pričom pomer parciálnych tlakov P sa nastaví: P(CO₂)/P(CO) < 1

Tým nie je možné alebo nie je možné hospodárne pokrytie povrchu pásu ochrannou vrstvou.

K nerušenému vyhotoveniu pokrytia nesmie obsah metánu v poslednej fáze výdrže pred primiešaním oxidu uhličitého prekročiť koncentráciu cca 2 % obj. atmosféry ochranného plynu. Ak sa spôsobom podľa vynálezu spracovávajú ocele chudobné na uhlík a citlivé na nauhličenie, napríklad hlbokoťažné ocele legované titánom, tak je potrebné zníženie úrovne uhlíka v atmosfére ochranného plynu na 0,003 %.

Claims (2)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob zabránenia lepkom pri žíhaní studeného pásu v zvonovej peci, prednostne s vysokou konvekciou, za prítomnosti ochranného plynu pozostávajúceho z 5 % až 100 % vodíka, zvyšok tvorí dusík, ohrevom, výdržou a ochladením, vyznačujúci sa tým, že sa počas výdrže pokryje studený pás oxidáciou pri teplote nad 600 °C tenkou krycou vrstvou tým, že sa primiešaním 0,3 g až 0,6 g z oxidu uhličitého na m² povrchu žíhaného výrobku k ochrannému plynu nastaví oxidačný pomer parciálnych tlakov

   P(CO₂)/P(CO)> 1 a vysokou rýchlosťou prúdenia ochranného plynu sa poruší termodynamická rovnováha homogénnej reakcie voda -plyn (K «0,01).
2. 2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že sa počas ochladzovania pri teplotách pod 600 °C nastaví redukciou vodíkom pomer parciálnych tlakov

   P(CO₂)/P(CO) < 1