Уменьшение окалинообразования при производстве проката
Губинский В.И. и др.
Киев, "Технiка", 1981 г.
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ПРОКАТА
Структура и свойства окалины
Широко осуществляемая программа борьбы за снижение потерь металла при производстве проката, в том числе связанных с высокотемпературным окислением, требует знания определенных законов, регулирующих процесс окалинообразования.
Проблема изучения процессов высокотемпературного окисления включает установление скорости роста окалины в зависимости от различных факторов, главным образом температуры, продолжительности окисления или скорости охлаждения, механизма роста окалины, ее структуры.
Скорость окисления, а в конечном итоге количество образующейся окалины и ее свойства, определяются диффузионными и кристаллохимическими процессами, происходящими внутри окалины, а также на ее границах с металлом и окисляющей средой. Для правильного понимания особенностей кинетики и механизма окислительных процессов, выбора оптимальной технологии производства проката с минимальными потерями в окалину, разработки теоретически обоснованных режимов удаления окалины с поверхности проката существенное значение имеет знание структуры окалины и свойств ее основных составляющих.
Структура окалины на готовом прокате зависит от множества факторов, связанных с химическим составом стали, условиями образования окалины, температурным режимом охлаждения готового изделия. Если окисление происходит на воздухе при температурах до 570° С, то в составе окалины могут находиться только два окисла: магнетит (Fe3O4) и гематит (Fe2O3). При температурах, превышающих 570° С, все основные окислы железа устойчивы и в окалине может возникать еще и третья фаза — вюстит (FeO).
При этом существует определенный порядок в расположении слоев: наиболее бедное кислородом соединение располагается ближе к поверхности металла, а наиболее богатое
СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ УСКОРЕННОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОКАТА
В настоящее время ускоренное охлаждение проката стало важной и неотъемлемой частью технологического процесса во многих прокатных цехах. Ускоренное охлаждение может применяться как самостоятельная операция, но иногда и как составная часть других технологических процессов. Оно используется на различных участках производства проката, в частности, непосредственно после выхода проката из чистовой клети, после термообработки в различных нагревательных устройствах, между клетями прокатного стана, на адъюстаже.
Наряду с уменьшением окалинообразования и улучшением механических свойств, установки ускоренного охлаждения могут быть использованы для утилизации тепла горячей прокатки. Применение ускоренного охлаждения проката имеет определенный социальный и экологический аспект, так как способствует улучшению условий труда, защите водоемов и окружающей среды от вредных примесей.
Потери металла в связи с его окислением наносят огромный ущерб народному хозяйству, исчисляемый сотнями миллионов рублей Например, в 1965 г. они определялись в масштабе нашей страны суммой примерно в 2,5 млрд. р. [251, а в последние годы возросли до 13—14 млрд. р. в год.
Согласно последним данным, общие потери от коррозии оцениваются: в США — в 15 млрд. долларов, в ФРГ — в
7 млрд. марок, в Англии — в 1 млрд. 365 млн. фунтов стерлингов.
В среднем считается, что от низко- и высокотемпературного окисления теряется до 10% выплавляемого металла.
8 результате же нагрева под прокатку и горячей прокатки эти потери составляют от 1,5 до 6% массы исходного металла [681.
При производстве проката в современных обжимно-заготовочных цехах процесс окалинообразования происходит на следующих этапах технологического процесса: при охлаждении слитков перед их загрузкой в нагревательные колодцы; при нагреве их в колодцах; при прокатке на блюминге; при передаче блюмов на заготовочный стан; при прокатке заготовки во всех клетях непрерывно-заготовочного стана; при охлаждении заготовок. Когда прокатка заканчивается выпуском товарных блюмов, необходимо учитывать потери, связанные с окислением блюмов на складе.
Из названных потерь очень редко учитываются потери, связанные с окислением поверхности слитков перед их загрузкой в колодцы, так как продолжительность пребывания слитков на воздухе незначительна в связи с применением горячего посада. Потери металла при нагреве в рекуперативных колодцах блюмингов, по данным работы 186), составляют 2,3% при холодном посаде слитков, 1,5—1,6% — при различных температурах горячего посада. Общие потери металла в окалину в обжимно-заготовочном цехе составляют 2—3,2% от массы задаваемого металла.
По данным работы [100], при производстве листовой продукции значительное окалинообразование происходит на нескольких участках и состоит из потерь, связанных с подогревом слитков (1,5—2%), с прокаткой слитка в сляб (около 2%), с подогревом слябов (около 2%), а также с потерями при окислении готовых листов (0,5—2%). Таким образом, общие потери металла при производстве листов (без учета потерь металла на участке изложницы — нагревательные колодцы) составляют 6—9%.
При горячей прокатке стальной ленты потери на окисление доходят до 6—8,4% [12], при нагреве стали перед штамповкой потери в окалину составляют 1,5—2%, а в процессе деформации и охлаждения 0,5—0,6% от массы нагреваемого металла.
Данные о потерях металла в окалину при производстве мелкосортной стали диаметром 12—20 мм, сматываемой в бунты массой 550 кг, приведены в работе [61]. Установлено, что величина потерь колеблется в зависимости от марки стали и диаметра профиля. При температуре конца прокатки 1000° С потери составляют: для кипящих сталей с содержанием углерода 0,05—0,24% — 18 кг/т для диаметра 12 мм и 11,2 кг/т для диаметра 19 мм; для спокойной стали с содержанием углерода 0,25—0,55% — 14 и 8 кг/т соответственно. Установлено также, что большое влияние на окалинообразование оказывает температура сматывания стали
в бунты. Снижение температуры сматывания с 1050 до 700° С позволяет уменьшить потери металла в окалину на 10— 12 кг/т для кипящей стали и на 8—10 кг/т для спокойной стали.
Поданным работы (621, количество окалины на прокате диаметром 6,5—44,0 мм колеблется от 14 до 11 кг/т. По данным работы 1501, величина потерь от окисления катанки по всему производственному циклу, принятая за 100%, распределяется по этапам ее производства следующим образом: в нагревательных колодцах — 14,2—15,4%; на обжимном стане — 1,4—1,5%; на машине огневой зачистки — 20,3—22,6%; в непрерывнозаготовочном стане — 12,5—12,8%; на складе заготовок — 4,3—4,4%; в методических печах — 16,8—17%; на непрерывном проволочном стане — 22,8—28,6%.
Обширные исследования количества окалины на катанке, проводившиеся одновременно с внедрением охладительных устройств, со стабилизацией их работы, позволили снизить потери металла в окалину.
Анализируя потери металла в окалину при производстве катанки, можно отметить, что главными факторами, определяющими расходные коэффициенты в метизных цехах, являются: химический состав стали, масса бунтов, температура сматывания катанки в бунт. На величину потерь оказывают влияние также плотность смотки бунтов и технические характеристики применяемых устройств для ускоренного охлаждения, а иногда и качество применяемых ингибиторов.
Длительная эксплуатация установок ускоренного охлаждения катанки также показала, что при регулируемом охлаждении катанки перед смоткой снижаются потери металла в окалину и разброс их по сечению бунта.