SK17493A3 - Method of prevention of local pasting by annealing of a steel band - Google Patents

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 ohriatom _astave a ochladzovania.

.Súčasný stav techniky

Ako je známe, oceľový pás sa žíha vo forme pevných zväzkov v peci pre žíhanie v hrncoch alebo v peciach pre prechod zvitkov. Ako ochranný plyn sa obvykle používa plynná zmes N2-H2. alebo exoplyn (exotermicky vyrobený ochranný plyn). 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 pochodomVynález 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 zohrievanie, udržovanie v zohriatom stave a ochladzovanie, sa podľa vynálezu počas udržovania v zohriatom stave oceľový pás opatrí 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 s výhodou 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 s výhodou vykonáva zmenou rovnováhy vodíka.

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

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

Toho sa dosahuje zmenou rovnováhy vodíka (kryt pod tlakom) alebo výmenou pecnej atmosféry za napr. N2/H2Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález je bližšie vysvetlený v nasledujúcom popise na príklade vyhotovenia s odvolaním na jednotlivé výkresy, v ktorých znázorňuje obr. 1 diagram troch látok C-H-0 na určenie atomárneho zloženia ochranného plynu pri 680° a na obr. 2 diagram príkladu pre priebeh žíhacích fáz pri žíhaní (680°C) pásovej ocele pri rozdelení zmesi ochranného plynu N2-H2-CO2 ma dve teoretické plynné zmesi3

Príklad vyhotovenia 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 (doba udržovania až po cca 600°C)/redukciu T<6Ú0°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 uhlíkové 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) --> [C] + (H₂0) -->

(CO) (CO) + (II2)

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

CO2 = CO + 1/2 O2

1/2 0₂ + H2 H₂0 (C0₂) + (Hz) = <C0) + (H2O)

Pri definovanej teplote sa cez zodpovedajúci rovnovážny stav dosiahne určité zloženie plynu. Zvolila sa napríklad zmes N2-H2· 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 » Ha + 1/2 0₂ CO2 - CO + 1/2 0₂

C0₂ + H2 - HaO + CO

Prenos kyslíka ďalej pôsobí:

Me + 1/2 O2 = MeO Me + CO2 = MeO + CO

Pretože reakcia CO2 ^e> 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:

Lg Kw = Lg <Pco - Ph2o/Pco - Ph2 ) “ 1717/T + 1.575

Pri napr. 680°C Kw = 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:

VaA V_BB +...........+ Δ H “ VeE * VpF ·+ ...........

kde Vi. i = (A......F> znamenajú stechiometrické počty molov látok i.

Pri použití molárnych zlomkov Xi =» Pi/P nadobúda zákon o pôsobení aktívnej hmoty podobu:

_eve . f^vf/a^va . b^vb = K_P . ρθχρ-ΔΣν;

Reakčný index Z^Vi. súčet počtov molov východiskových produktov po odčítaní počtov molov konečných produktov je =

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

V predchádzajúcom príklade vodíkovej reakcie vychádza ΑΣ-Vx = 0, pričom všeobecne platí:

KpP - Pexp - ΔΣ,νΐ = Kc <RT/P)exp ΔΣ-Ví

Pretože ôXVi = 0, je Kp = Kc- Preto je reakcia závislá na tlaku.

Ak sa dosadí za pôvodné zloženie plynu:

Xco - 0; Xh2 = 0,03; Xco2 = 0.012; Xh2o = 0,00004 a molárny zlomok novo vytvoreného CO: = z, tak pre rovnovážne zloženie molárneho zlomku vyplýva:

CO: = z ' CO2^: - Xco2 - Z

H2 ^: = XH2 - Z

H2O: = XH2O + Z

Zákon pôsobenia aktívnej hmoty potom znie:

K « Z (XH2O + Z) / (Xco2 - Z) CHh2 - Z)

Po oddelení Z vznikne polynóm:

<1-K)Z² + (Xh2O + KXCO2 + KXh2>Z - KXCO2XH2 “ 0 za K (680°C) sa dosadí hodnota 0.6 a vznikne tak analýza ideálneho stavu:

H₂ = 2,24 %, CO = 0,76 %, C0₂ « 0,44 %, H₂0 = 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	5^ -o «	až	2,83	•Ό
CO =0,17		až	0,76
CO2 =0,44	%	až	1,03	S**
H20 = 0,17	%	až	0,77	•o

V tomto prípade sa počas pokusu nameralo:

H2 = 2.1 %. CO = 0.78 CO2 = 0.86 %, Hz0 = 0,06 %.

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

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

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

V tomto zmysle bola nájdená optimálna koncentrácia použitia oxidu uhličitého CO2. aby sa úplne využili vlastnosti vodíkovej reakcie 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 ochranný vrstva v molekulovej oblasti, ktorá zabraňuje zlepovaniu závitov- Aby sa to dosiahlo, musí sa v priebehu alebo na konci doby udržovania v zahriatom stave pri žíhaní v peci vytvorit ľahko oxidačná atmosféra, ktorá na povrchu pásovej ocele vyvolá tenkú nedotknutú kryciu vrstvu oxidu železnatého CFeO).

Obr. 2 znázorňuje zmeny ochrannej atmosféry N2-H2-CO2 vo všetkých žíhacích fázach. Tie tu boli teoreticky rozdelené na=

a. H2-H2O - plynná zmes

b. CO-CO2 - plynná zmes.

V priebehu homogénnej vodíkovej reakcie alebo oboch dielčich reakcií, ako boli práve popísané, 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 zmesí 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 exoplyriu 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. 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 opatrí oxidáciou povlakom tenkej krycej vrstvy, ktorá sa počas fáze ochladzovania redukciou znova úplne odstráni.

2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že ochranný plyn pozostáva z 95 až 99 % dusíka a zvyšok je vodík.

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. 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. Spôsob podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým, že redukcia sa vykonáva zmenou rovnováhy vodíka.