Способ отжига рулонов в колпаковых печах

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (я)з С 21 D 9/663

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4735192/02 (22) 05.09.89 (46) 30.09.92. Бюл. М 36 (71) Институт черной металлургии (72) В.И.Кусов, В.Е.Злов, А.П.Буданов, А.Ф.Килиевич и М.B.Êóçüìè÷åâ (56) Заявка Японии hh 56-43092, кл. С 21 D

9/52, 1981. (54) СПОСОБ ОТЖИГА РУЛОНОВ В КОЛПАКО В ЫХ ПЕЧАХ (57) Сущность изобретения: способ отжига включает нагрев и охлаждение рулонов путем подачи защитного газа в замкнутый объИзобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для совершенствования процесса отжига холоднокатаной полосовой стали в плотносмотанных рулонах в колпаковых одностопных печах.

Известны способы отжига рулонов в колпаковых печах, включающие формирование стопы из 3-х — 4-х рулонов на стенде печи, установку муфеля и нагревательного колпака, нагрев и охлаждение рулонов за счет подачи защитного газа в кольцевой зазор между муфелем и стопой рулонов. ь

Основными недостатками при использовании известных способов являются: — неравномерность механических свойств по высоте стопы и сечению рулонов; — низкая производительность процесса отжига.

Известен способ отжига рулонов, когда защитный газ в течение всего процесса отем подмуфельного пространства и периодического изменения направления его циркуляции при повышении равномерности нагрева рулонов по высоте сТопы и производительности процесса при отжиге плотносмотанных рулонов. Периодическое изменение направления циркуляции защитного газа начинают по достижении в подмуфельном пространстве температуры выдержки 550-600 С и осуществляют его с периодом, равным 2-3 ч. При этом подачу газа до достижения температуры выдержки ведут во внутреннюю полость стопы рулонов. 2 ил., 3 табл, жига подают во внутреннюю полость стопы рулонов.

Недостатком известного способа является неравномерность механических свойств полос по высоте стопы, вызванная различием в скорости нагрева рулонов по высоте стопы, В качестве прототипа взят известный способ отжига рулонов, включающий нагрев и охлаждение стопы рулонов путем подачи защитного газа в замкнутый объем подмуфельного пространства и периодическое изменение направления его циркуляции в течение всего периода отжига.

Известный способ отжига рулонов в колпаковых печах осуществляют следующим образом. На стенде печи формируют стопу из 3-х-4-х плотносмотанных рулонов, накрывают ее муфелем, подают в подмуфельное пространство защитный газ, включают циркуляционный вентилятор и устанавливают нагревательный колпак. При включении циркуляционного вентилятора

1765215

40

55 защитный газ засасывается из внутренней полости стопы руонов и под избыточным давлением подается в кольцевой зазор между муфелем и стопой рулонов. Защитный газ нагревается и по каналам конвекторных колец вновь на время изменяют направление циркуляции защитного газа, т.е. его подают из кольцевого зазора во внутреннюю полость стопы рулонов и далее по каналам конвекторных колец в кольцевой зазор. Периодическое изменение направления циркуляции защитного газа осуществляют от начала нагрева до конца охлаждения. При движении по каналам конвекторных колец защитный газ передает тепло торцам рулонов. Часть тепла излучением передается от муфеля на наружные боковые поверхности рулонов и верхнюю торцовую поверхность верхнего рулона стопы. Стопу рулонов нагревают до температуры отжига, осуществляют выдержку, снимают нагревательный колпак и производят охлаждение металла под муфелем до требуемой температуры.

Известный способ предполагает проведение одной выдержки, например, при 660—

700 С или двух, одной при 550 — 580 С и другой при 660 — 700 С, Недостатками известного способа являются неравномерность механических свойств рулонов по высоте стопы и низкая производительность печи.

Неравномерность механических свойств рулонов вызвана неравномерностью их нагрева по высоте стопы. Скорость нагрева верхнего рулона выше, чем скорость нагрева нижнего рулона. B результате верхний рулон находится не менее, чем на 6 — 10 ч больше при температурах отжига, чем нижний рулон; Обусловлено это рядом причин.

Во-первых, если нижний рулон стопы получает тепло излучением от муфеля только через наружную боковую поверхность, то верхний рулон — как через боковую поверхность, так и через верхнюю торцовую поверхность. Скорость нагрева в осевом направлении, т.е. через торцы рулонов, на порядок выше, чем в радиальном направлении.

Во-вторых, до достижения в подмуфельном пространстве температуры выдержки в период подачи защитного газа в кольцевой зазор между муфелем и стопой рулонов вдоль торцов нижнего рулона циркулирует защитный газ с минимальной температурой, вдоль торцов верхнего рулона стопы— с максимальной температурой. Периодическое изменение направления циркуляции защитного газа в этом период отжига не позволяет снизить неравномерность нагрева по высоте стопы. При подаче защитного газа во внутреннюю полость стопы рулонов к торцам верхнего рулона поступает газ с меньшей температурой, чем к нижнему. Но так как верхний рулон получает дополнительно тепло излучением через верхний торец, то скорость его нагрева не ниже скорости нагрева нижнего рулона стопы.

В-третьих, на снижение скорости нагрева нижнего рулона в период до достижения выдержки существенное влияние оказывает то, что стенд печи нагревается вместе с нижним рулоном стопы, Низкая производительность печи вызвана тем, что для снижения неравномерности нагрева по сечению и высоте стопы требуется проведение длительной выдержки. Температурные перепады по сечению и высоте стопы достигают в процессе отжига

80-100 С, тогда как для получения требуемых ГОСТами механических свойств необходимо, чтобы к концу отжига температурный перепад не превышал 1020 С.

Целью предлагаемого технического решения является повышение механических свойств отжигаемых рулонов и производительности печи.

Поставленная цель достигается тем, что периодическое изменение направления циркуляции защитного газа начинают по достижении в подмуфельном пространстве температуры выдержки 550-600 С и осуществляют его с периодом, равным 2-3 ч, при этом подачу газа до температуры 550 — 600 С ведут во внутреннюю полость стопы.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 и фиг. 2 представлены температурные кривые нагрева и охлаждения стопы рулонов соответственно с использованием известного и предлагаемого способов отжига. Кривая 1 — температура нижнего рулона в точке 1; кривая 2 — температура среднего рулона в точке 2; кривая 3 — температура верхнего рулона в точке 3; кривая tn — температура в подмуфельном пространстве.

Способ отжига рулонов в колпаковых печах, преимущественно плотносмотанных рулонов, включает нагрев и охлаждение рулонов путем подачи защитного газа в подмуфельное пространство и периодическое изменение направления его циркуляции.

Отличительным от прототипа признаком является то, что периодическое изменение направления циркуляции защитного газа начинают по достижении температуры в подмуфельном пространстве 550 — 600 Си

1765215

10

55 осуществляют его с периодом, равным 2-3 часа, при этом подачу газа до температуры

550-600 С ведут во внутреннюю полость стопы.

Анализ известных технических решении и предлагаемого сходных признаков у них не обнаружил, Следовательно, заявленное техническое решение обладает существенными отличиями.

Предлагаемый способ отжига рулонов реализуют следующим образом. На стенде формируют стопу рулонов, накрывают ее муфелем, заполняют подмуфельное пространство защитным газом и включают циркуляционный вентилятор. Вентилятор включают таким образом, что он всасывает защитный газ из кольцевого зазора между муфелем и стопой рулонов и подает его снизу вверх во внутреннюю полость стопы рулонов. Далее устанавливают на стенд нагревательнйй колпак и осуществляют нагрев стопы рулонов по требуемому технологическими условиями режиму отжига. При достижении в подмуфельном пространстве температуры 550-600 С изменяют направление вращения крыльчатки вентилятора, т.е. изменяют направление циркуляции защитного газа. В этом случае защитный газ из внутренней полости стопы рулонов через стенд подают в кольцевой зазор между муфелем и стопой рулонов и далее по каналам конвекторных колец вновь во внутреннюю полость. Через 2-3 ч работы по такой схеме циркуляции защитного газа снова изменяют направление циркуляции на обратное.

Периодическое изменение направления циркуляции защитного газа в дальнейшем осуществляют до конца охлаждения стопы рулонов под муфелем.

Повышение механических свойств отжигаемых рулонов при использовании предлагаемого способа достигают за счет . подачи защитного газа во внутреннюю полость стопы рулонов до момента достижения в подмуфельном пространстве температуры 550-600 С. При такой схеме циркуляций вдоль торцов нижнего рулона стопы движется защитный газ максимальной температурой, вдоль торцов верхнего рулона — с минимальной температурой. В результате возрастает скорость нагрева нижнего рулона, т.е. снижается температурный перепад по высоте стопы. Соответственно повышается равномерность механических свойств отжигаемых рулонов.

Необходимость в периодическом изменении направления циркуляции защитного газа по достижении температуры 550—

600 С получена на основе экспериментальных данных, представленных в табл,1.

Согласно этим данным, при достижении в подмуфельном пространстве температуры

550-600 С существенно ухудшаются качественные параметры нагрева нижнего рулона стопы. По сечению нижнего рулона резко возрастает температурный перепад, вызванный перегревом наружных витков из-за коэффициента радиальной теплопроводности. Несоответствие между тепловым потоком, подающим на наружные витки рулона, и количеством тепла, передаваемым в радиальном направлении, приводит к их-перегреву, т.е. к ухудшению механических свойств по длине отжигаемых полос.

Из табл.1 следует, что изменение направления циркуляции защитного газа при температуре 550-600 С позволяет снизить температурный перепад по сечению нижне- го рулона, т.е. позволяет улучшйть механи-ческие свойства отожженного рулона, Повышение производительности печи при использовании предлагаемого способа обеспечивают за счет подачи защитного газа во внутреннюю полость стопы до темпе- ратуры 550 — 600 С и изменения направления циркуляции защитного газа с периодом равным 2-3 ч.

Подача защитного газа из кольцевого зазора через стенд во внутреннюю полость стопы рулонов позволяет нагревать стенд наиболее горячим газом. Чем быстрее нагревается стенд, тем ваше темйература газов, участвующих в теплообмене с нижним рулоном. Повышение скорости нагрева нижнего рулона приводит к сокращению длительности выдержки для обеспечения требуемой равномерности нагрева по высоте стопы, т.е. приводит к повышению производительности печи.

Изменение направления циркуляции защитного газа с периодом, равным 2-3 ч позволяет свести к минимуму температурный перепад по торцевой поверхности рулонов, т,е. по толщине намотки; В результате сокращается длительность выдержки для выравнивания температур по сечению рулонов, т.е. повышается производительность печи.

Оптимальную длительность периода циркуляции защитного газа в том или ином направлении нашли опытным путем, исходя из условия минимизации температурного перепада по торцевой поверхности рулонов. В качестве начального распределения температур брали распределение температур после достижения в подмуфельном пространстве температуры 550-600 С.

Температуру торцевой поверхности измеряли с помощью термопар, заложенных в рулоны на глубину 50 мм от торца в трех

1765215

10

20

50 точках по толщине намотки. Данные опытных исследовани представлены в табл.2, Из полученных данных следует, что оптимальная длительность периода циркуляции составляет 2 — 3 ч. При этом температурный перепад по торцевой поверхности не превышает 20-30 С. Если период циркуляции меньше 2 ч, то температурный перепад увеличивается до 50-70 С. В этом случае на величину температурного перепада определяющее значение оказывает теплопередача излучением на торцевую поверхность по наружному периметру рулона.

При увеЛичении длительности периода циркуляции более 3 ч величина температурного перепада также возрастает до 40 — 50 С и выше. Увеличение температурного пе епада связано, в основном, с тем, что и )и подаче защитного газа во внутреннюю йолость резко возрастает скорость нагрева внутренних витков при сравнительно высокой скорости нагрева наружных витков.

Предлагаемый способ отжига рулонов опробовали в промышленных условиях.

Стенд колпаковой печи оборудовали осевым вентилятором, сформировали на стенде стопу из 3-х рулонов из стали марки 08Ю общей массой 82 т. Стопу накрыли муфелем, подали в подмуфельное пространство защитный газ, включили осевой вентилятор и установили нагревательный колпак. До достижения в подмуфельном пространстве температуры 550 С осевой вентилятор подавал защитный газ во внутреннюю полость стопы рулонов. При достижении 550 С изменили направление циркуляции защитного газа на 2,5 ч в обратную сторону и т.д. до конца отжига. Для сравнения отожгли стопу из трех рулонов данной плавки с использо ванием известного способа.

Температурные кривые нагрева стопы рулонов с использованием известного и предлагаемого способов приведены соот- ветственно на фиг. 1 и 2.

Результаты исследований показывают, что длительность нагрева при использовании предлагаемого способа сократилась на

6 ч, длительность охлаждения на 2 ч, т.е. производительность печи повысилась, в среднем, на 5 .

При использовании известного способа температурный перепад по высоте стопы в процессе нагрева составлял 80-120 С, а к концу выдержек 30 — 40 С, При отжиге стопы рулонов по предлагаемому способу температурный перепад в процессе нагрева не превышал 40-60 С, к концу выдержек

20 С, т.е. равномерность нагрева рулонов по высоте стопы повысилась в 1,5-2 раза.

Повышение равномерности нагрева приводит к соответствующему повышению механических свойств отжигаемых рулонов.

Из данных табл.3 следует, что высокая неравномерность нагрева рулонов по высоте стопы приводит к необходимости увеличения выдержки при температурах отжига.

В результате наблюдается особенно для верхнего рулона стопы черезмерный рост зерен феррита. По их границам выделяются крупные включения цементита, что в конечном итоге ухудшает пластические свойства листа. Так, использование предлагаемого способа по сравнению с известным позволяет повысить выход листа высоких категорий вытяжки на 5,2 .

Таким образом, использование предложенного способа отжига рулонов в колпаковых печах в сравнении с прототипом позволяет повысить механические свойства отжигаемых рулонов и производительность печи. Выход листа высших групп вытяжки увеличивается на 5,2, производительность колпаковых печей повышается на 5 .

Способ отжига может быть использован для отжига холоднокатаной полосовой стали в плотносмотанных рулонах в колпаковых одностопных печах.

Формула изобретения

Способ отжига рулонов в колпаковых печах, преимущественно плотносмотанных рулонов, включающий нагрев и охлаждение рулонов путем подачи защитного газа в подмуфельное пространство и периодическое изменение направления его циркуляции, о тличающийся тем,что,сцельюповышения механических свойств отжигаемых рулонов и производительности печи, периодическое измененйе направления циркуляции защитного газа начинают по достижении температуры в подмуфельном пространстве

550 — 600 С и осуществляют его с периодом, равным 2-3 ч, при этом подачу газа до температуры 550-600 С ведут во внутреннюю полость стопы.

1765215

Таблица 1

Температура по толщине намотки нижнего рулона стопы, С

Температура в подмуфельном пространстве

Наружные витки

Центральные витки Числитель, температура при подаче защитного газа во внутреннюю полость; знаменатель, периодическое изменение направления циркуляции защитного газа. блица 2

Т а

Температура торцевой поверхности в контрольных точках, С

Период изменения направления циркуляции, час

Наружные витки

Центральные витки

Внутренние витки

570 480 540

585/595" 490/500 545/575

600/620 520/540 560/590

610/630 550/570 590/620

620/635 590/605 610/630

630/645 610/620 625/650

670/680 630/640 670/695

" - Числитель, защитный газ подается в кольцевой зазор между муфелем и стопой рулонов; знаменатель, защитный газ подается во внутреннюю полость стопы рулонов.

Таблица 3

Способ отжига

Положение рулона в стопе

Нижний Средний

Верхний т / в Зх>, Ж Балл бт /бв ° !о кг/ммз зерна, кгlммз

Ф/Ц

Ф Балл

> зерна, Ф/Ц

От /це > кгlммз

Балл зерна, Ф/ll

42-46

7-8

1А

34, 5.

38,8

6-7

3А 89,3

18,2

-18,8

31,5

-33,0

41,1

41,6

7-8

1А

Известный

Предлагаемый 18,4

-18,7 у,б

-32,6

7-8 94,5

7-8

1А

7-8

1А

42,1

42,7

40,9

41,4

37,5

39,7

0,5

1,5

3

650

500/475

570/530

630/580

18,6

-19 2

32,1

-33,0

18,5

-19,0

32,0

-33,0

455

19,8

-21,3

33,0

-34,6

19>2 oo i

-33,2

Выход листа категории вытяжки

B0CS+

ОСВ

> с„ i, 1765215

t, с

8_#_

700 бОО

P 5oo т- 400 о

40 48 5 б б4 88 И2 1Ж f60

Г

9иг. 3

О С д о

+ 800

700

Составитель В,Кусов

Техред М.Моргентал

Редактор

Корректор Н.Ревская

Заказ 3355 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

100 с-600

Гф 500 r 00

% оо ь 200

100

1б 21 52 90 48 56 64 88 112 13б 1бО

Фиг Z з.