 |
Термическая обработка холоднокатаных полос
|
|
|
|
Для снятия упрочнения, вызванного наклепом металла при холодной прокатке и получения требуемых механических и технологических свойств холоднокатаные полосы подвергают светлому отжигу либо в одностопных колпаковых печах (для получения свойств особо сложной, сложной и весьма глубокой вытяжки), либо в агрегатах непрерывного действия (для промежуточной термической обработки, а также для получения свойств нормальной и глубокой ВЫТЯЖКИ).
Отжит рулонов холоднокатаных полос производят в одностопных кахпаковых печах с нижним расположением эжектора и радиальным размещением Инжекционных горелок. Общий вид широко используемой в ЦХП колпаковой печи приведен на рис. 6.101.
Топливом служит смесь природного и доменного газов, которая сжигается в инжекционных горелках, расположенных в колпаке. Рекристаллизационный светлый отжиг стопы из 3-4 рулонов в этой печи производят при 650-710°С (в зависимости от толщины и требуемых свойств полосы) в атмосфере защитного газа, состоящей из 95-97% азота и 5-3% водорода.
Нагревательный колпак представляет собой металлический кожух цилин-дрической формы, футерованный внутри шамотным кирпичом. Между кожухом и кладкой прокладывают асбест для компенсации расширения кладки и улучшения теплоизоляции. Свод колпака выполнен из огнеупорного материала. В нижней части колпака размещены горелки, устанавливаемые в один или два ряда.
На кожухе расположены два дымовых канала и два эжектора воздуха, с помощью которых удаляют продукты горения в борова. На кожухе также расположены газовый и воздушные коллекторы, по которым под колпак подают газ и воздух.
Муфель отделяет стопу рулонов от продуктов горения, что создает условия для проведения светлого отжига в защитной атмосфере заданного состава. Продукты горения нагревают муфель, который, в свою очередь, передает тепло защитному газу, поднимающемуся по муфелю вверх. Газ достигает свода колпака, поворачивает вниз и по пространству между муфелем и стопой рулонов опускается, разделяясь на горизонтальные потоки, движущиеся в радиальном направлении через конвекторные кольца к внутренней полости стопы (на рис.6.101 направления движения инертного газа показаны стрелками). Конвекторные кольца укладывают между рулонами. Кольца имеют с двух сторон профилированные спирали, образующие сужающиеся к центру диффузоры. Это обеспечивает закручивание потока инертного газа и способствует нагреву торцов рулонов. Из внутренней полости рулонов газ засасывается вентилятором в диффузоры направляющего аппарата, откуда вновь через кольцевую щель поступает к муфелю. Несущей конструкцией колпаковой печи является стенд. На периферийные его участки опираются колпак и муфель, а к центральной части крепится циркуляционный вентилятор и направляющий аппарат. Направляющий аппарат служит основанием для стопы рулонов и устройством, в котором происходит изменение направления потока газа с горизонтального в вертикальное.
|
|
|
Для сокращения времени охлаждения рулонов от температуры рекристаллизации стенды оборудуют холодильниками, по которым циркулирует вода. Защитный газ, проходя холодильник, охлаждается и, поступая в муфель, а потом под колпак, охлаждает стопу рулонов. Для герметизации колпаковой печи применяют песочные затворы. Термические отделения ЦХП могут иметь в своем составе до 300 стендов, которые обслуживаются 120 колпаками. Меньшее число колпаков обусловлено тем, что после окончания периодов нагрева и выдержки начинается охлаждение рулонов под муфелем, а колпак снимают и его можно использовать на другом стенде.
|
|
|
Оптимальная структура низкоуглеродистой листовой стали после отжига -феррит с однородными по размеру зернами с небольшим количеством мелкозернистого цементита и зернами округлой формы.
Теорией и практикой выработаны два варианта термообработки холоднокатаных рулонов в колпаковых печах.
1. Садку рулонов нагревают с малой скоростью 50-150°С/ч до температуры 680-700°С для кипящих и полуспокойных сталей и до 700-720°С для спокойных. Далее выдержка и охлаждение со скоростью не более 40°С/ч до темпе-ратуры 120-180°С под муфелем (во избежание образования цветов побежалости на поверхности полосы) и окончательное остывание рулонов на воздухе.
2. Нагрев садки рулонов со скоростью 50-250°С/ч, далее выдержка при температуре 450-600°С, потом нагрев до температуры отжига (см. вариант 1), выдержка при этой температуре и охлаждение со скоростью 40°С/ч. Во время выдержки металла протекают процессы облагораживания деформированной структуры перед завершающей выдержкой для полной рекристаллизации структуры.
Диапазон времени по операциям: время нагрева - до 30 ч; время выдержки 10-25 ч; время охлаждения 15-20 ч. Общее время отжига может достигать 75 часов.
Главным явлением в совершенствовании конструкции и технологии в колпаковых печах в последние годы стало применение в качестве защитного газа чистого водорода. Технология получила обозначение Хайкон/Н2. Она разработана фирмой «Еbner» и введена в эксплуатацию в 1985 г.
Основным элементом колпаковой печи является стенд (рис.6.102).
В нем, как и в традиционных колпаковых печах, размещают основные механизмы - вентилятор, его привод, направляющий ап-парат, центральную трубу и трубопроводы. Стенд заключен в металлический кожух.
Колпаковые печи могут быть использованы для термической обработки стальных холоднокатаных полос шириной от 10 до 2000 мм и толщиной от 0,1 до 5 мм. Максимальная высота стопы рулонов 6600 мм, ее масса - до 220 т. Марочный сортамент сталей - рядовые углеродистые, сверхнизкоуглеродистые, углеродистые для глубокой вытяжки, низколегированные, средне - и высокоутлеродистые. В печах может применяться нагрев как с помощью горелок, так н электронагрев. Горелки могут работать на газе или легком дизельном топливе.
|
|
|
Общий вид колпаковой печи фирмы LOI для отжига холоднокатаных рулонов в водородной атмосфере показан на рис.6.103.
Конструкция стенда может быть конической или цилиндрической формы. Коническую форму используют в случае применения воздушного или воздушно-байпасного охлаждения, цилиндрическую - при применении водяного спрейерного охлаждения.
Принцип байпасного охлаждения состоит в отводе части потока защитного газа, проходящего под муфелем, для охлаждения в обводном контуре, оснащенном внешним газовым/водяным теплообменником. В сочетании с форсуночным охлаждением оно обеспечивает наилучшие технологические характеристики. Охлаждение разбрызгиванием воды представляет собой сочетание традиционного воздушного или форсуночного охлаждения с разбрызгиванием воды на муфель. Байпасное + форсуночное охлаждение имеет значительные преимущества, несмотря на существенные капитальные затраты. Чтобы избежать поверхностного окисления и цветов побежалости, полосу из стали высоких категорий вытяжки следует охлаждать в защитной атмосфере до достижения в середине рулона температуры 160°С. Затем рулоны обычно передают на участки окончательного охлаждения до 40°С, что требуется для последующей дрессировки полосы. Колпаковые печи с водородной защитной атмосферой, изготовленные фирмой «ЕЬпег», введены в действие на ОАО НЛМК.
Применение колпаковых печей с водородной защитной атмосферой позволяет получать чистоту поверхности холоднокатаных полос и однородность свойств по длине рулона сопоставимые с полосами, обработанными в агрегатах непрерывного отжига и с более высоким значением показателя нормальной анизотропии.
Колпаковый отжиг позволяет снизить затраты на травление подката в связи с использованием более низких температур смотки горячекатаных рулонов и соответствующего уменьшения количества окалины и повышения ее растворимости в НТА. При замене традиционных колпаковых печей на печи с водородной защитной атмосферой пропускная способность печей увеличивается на 83%, сокращаются расходы газа на 12,5% и электроэнергии на 21%. Недостатком печей с водородной защитной атмосферой является более высокая пожаро- и взрывоопасность по сравнению с традиционной азотно-водородной защитной атмосферой.
|
|
|
Основными недостатками технологии отжига холоднокатаного металла в колпаковых печах продолжают оставаться большая длительность термической обработки и большие площади, занимаемые участком колпаковых печей, а также неравномерность нагрева рулонов (значительно сокращенное при использовании усовершенствованных по конструкции колпаковых печей и печей с водородной защитной атмосферой).
Отжиг холоднокатаных полос в агрегатах непрерывного отжига стал кардинальным шагом в направлении совершенствования как технологии термообработки рулонов, так и реализующего её оборудования. Первый агрегат непрерывного отжига (АНО) введен в эксплуатацию в 1971 г. Он изготовлен фирмой «Ниппон кокан». В 1981 г. АНО введен в эксплуатацию на ОАО НЛМК. На рис.6.104 дана схема расположения оборудования этого агрегата.
АНО предназначен для обработки полос толщиной 0,4-2, шириной 900-1550 мм и получения следующих категорий вытяжки: ВГ (весьма глубокой), СВ (сложной) и ОСВ (особо сложной) с повышенными требованиями к отделке поверхности, а также получения конструкционной высокопрочной листовой холоднокатаной стали с временным сопротивлением до 650 МПа.
Последовательность операций в АНО следующая. Холоднокатаные рулоны мостовым краном укладывают на загрузочные стеллажи, а далее загрузочными тележками их передают к разматывателям. При этом удаляют обвязочную ленту и измеряют внешний диаметр рулона. Далее устанавливают рулон на барабан разматывателя, скребковым отгибателем отгибают конец полосы, задают его в направляющие ролики и с их помощью - в правильную машину. Далее, аналогично процессу в НТА, следует обрезка концов полос и их сварка в сварочной машине.
Собственно обработка полосы начинается с очистки ее поверхности от загрязнений в установке обезжиривания (щелочная ванна, щеточно-моечные машины, ванна электролитической очистки, ванна промывки горячей водой, устройство сушки - см. рис.6.104).
Очистка происходит в щелочной среде едкого натра. Щелочная ванна имеет систему роликов для погружения и протягивания полосы. Щеточно-моечная машина (первая по ходу движения полосы) предназначена для удаления с полосы щелочного раствора. На выходе она оборудована отжимными гуммированными роликами. В ванне электролитической очистки продолжается очистка поверхности полосы, а во второй по ходу щелочно-моечной машине происходит удаление электролита с полосы. Далее следует горячая промывка полосы, после чего остатки воды отжимают приводными гуммированными роликами. Сушку полосы производят в сушильном устройстве горячим воздухом.
|
|
|
Вертикальный петлевой накопитель обеспечивает постоянную скорость движения полосы по АНО при переменной скорости движения ее на головном участке. Перед и за накопителем установлены натяжные ролики, создающие натяжение в петлевом накопителе. Перед термической печью (также для создания натяжения полосы) установлена натяжная станция.
В АНО возможно применение протяжных печей двух типов: вертикальные (башенные) и горизонтальные. В горизонтальных печах полосу протягивают по поддерживающим роликам в горизонтальном направлении. Такие агрегаты применяют при небольшом объеме производства. В вертикальных печах протягиваемая полоса, огибая направляющие ролики, поступает из одного вертикального входа в другой.
В АНО ОАО НЛМК применена секционная вертикального типа термическая печь. Ширина печи 2,1; длина 177,5; высота 18,15 м. Печь разделена на 7 секций. Процесс отжига металла в АНО происходит таким образом. Очищенная полоса поступает через уплотнение в секции нагрева, где в среде защитного газа нагревается до температуры, зависящей от режима обработки. Защитный газ состоит из 95% азота и 5% водорода. Полосу нагревают закрытым пламенем путем сжигания природного газа и радиационных трубах. Нагретая полоса транспортируется далее в секцию выдержки и выдерживается в среде азотно-водородной смеси. Секция выдержки обогревается расположенными вдоль стен электронагревателями. На выходе из секции выдержки полоса подвергается интенсивному газоструйному и водяному охлаждению. В результате водяного охлаждения на поверхности полосы образуется тонкая окисная пленка, для удаления которой предусмотрена ванна травления, далее следует промывка полосы холодной водой в щеточно-моечной машине, потом промывка горячей водой и сушка горячим воздухом. Конец первого цикла термообработки.
Следующая операция - нагрев в камере вторичного нагрева в азотно-водородной защитной атмосфере, после чего полосу подают в камеру перестаривания, температурный режим в которой поддерживается электронагревателями и трубами воздушного охлаждения. После перестаривания полоса охлаждается осушенной азотно-водородной смесью в камере ускоренного охлаждения, а затем на воздухе. Примерный режим отжига стали 08пс и 08Ю приведен в табл.6.20.
Обеспечение непрерывной работы средней части агрегата при выполнении операции порезки полосы при завершении смотки и смены моталок осуществляется с помощью горизонтального выходного накопителя. Охлаждаемую полосу дрессируют с обжатием до 20/о, затем кромки полосы обрезают дисковыми ножницами, происходит автоматическое измерение толщины, промасливание поверхности полосы и смотка.
Таблица 6.20
Примерный режим отжига с перестариванием полос
из стали 08пс и 08Ю в АНО
| Категория вытяжки | Температура по секциям печи*,°С | ||||
| Нагрева | выдержки | газоструйного охлаждения | повторного нагрева | переста-ривания | |
| Весьма глубокой (ВГ) | 
|
| 
| 
| 
|
| Сложной (СВ) | 
|
| 
| 
| 
|
| Особо сложной (ОСВ) | 
| 
|
| 
| 
|
| *В числителе - заданное значение; в знаменателе - допустимые пределы. |
По окончании намотки полосы на моталку полоса зажимается тянущими роликами, скорость её движения снижают до 0,5-1,2 м/с, происходит рез полосы. Оставшийся конец передают на свободную моталку, где с помощью ременного захлестывателя полосу подматывают на барабан моталки. После намотки 2-3 витков скорость движения полосы увеличивают до 5 м/с, а после заполнения накопителя снижают до скорости прохождения полосы по участку отжига.
Готовые рулоны снимают с моталки с помощью разгрузочного стола и передают на разгрузочный транспортер, где их обвязывают, взвешивают и маркируют.
АНО является, по существу, линией отделки, разделки и упаковки холоднокатаных листов и полос, так как они проходят в этом агрегате термическую обработку, дрессировку, порезку, промасливание и упаковку, то есть полно—стью подготавливаются к отгрузке потребителям. В АНО получают холоднокатаные полосы и ленты с высокими механическими свойствами и штампуемостью, устойчивостью к старению из низколегированных, коррозионностойких и других марок стали. Это продукция для автомобилестроения, машиностроения, химической, пищевой, строительной, электротехнический промышленностей и транспорта.
Контрольные вопросы:
1. Из каких машин и механизмов состоят головной и выходящий участки НТА?
Список литературы:
1. Зайков М.А. Процесс прокатки / М.А. Зайков, В.П. Полухин, А.М. Зайков, Л.Н. Смирнов.-М.: «МИСИС», 2004.-640с.
2. Золотухин Н.М. Нагрев н охлаждение металла / Н.М. Золотухин.-М.: Ма-шиностроение, 1973.-192с.
3. Гущин С.Н. Теплотехника и теплоэнергетика металлургического производ-ства / С.Н. Гущин, А.С. Телегин, В.И. Лобанов, В.И. Корюков.-М.: Металлургия, 1993.-Зббс.
4. Иванцов Г.П. Нагрев металла / Г.П. Иванцов.-Свердловск-Москва: Метал-лургиздат, 1948.-191с.
5. Глинков М.А. Основы общей теории печей / М.А. Глинков.-М.: Металлур-гиздат, 1962.-575с.
6. Коновалов Ю.В. Температурный режим широкополосных станов горячей прокатки / Ю.В. Коновалов, А.Л. Остапенко.-М.: Металлургия, 1974.-176с.
7. Коновалов Ю.В. Расчёт параметров листовой прокатки / Ю.В. Коновалов, А.Л. Остапенко, В.И. Пономарев.-М.: Металлургия, 1986.-430с
|
|
|
