Способ отжига рулонов в колпаковых печах

(19) 9/66 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И ТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТ(57) Сущность изобрвключает нагрев и охтем подачи защитног 6еталлургииЗлов, А,П.Буданоузьмичев56-43092, кл. С 21 РУЛОНОВ В КО етения: способ отжиглаждение рулонов ио газа в замкнутый об ретение относится к черной метал- может быть использовано для соствования процесса отжига атаной полосовой стали в плотносх рулонах в колпаковых одностоптны спосо ых печах, вкл ы из 3-х - 4 новку муф нагрев и ох чи защитно у муфелем иОсновными недостаткавании известных способо - неравномерностьойств по высоте стопы и се- низкая отжига. Известе защитный гаИзоб лургии и вершен холоднок мотанны ных печах Изве колпаков ние стоп печи, уст колпака,счет пода зор междбы отжига рулонов в ючающие формирова-х рулонов на стенде еля и нагревательного лаждение рулонов за го газа в кольцевой застопой рулонов.ьми при испольв являются: механических чению рулонов; производительность процес пособ отжига рулонов, когда в течение всего процесса от ем 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,одают во внутреннюю полость стопыов. Недостатком известного способа является неравномерность механическихаяеюй свойств полос по высоте стопы, вызванная различием в скорости нагрева рулонов по высоте стопы, (;В качестве прототипа взят известный ОЧ способ отжига рулонов, включающий нагревЯ и охлаждение стопы рулонов путем подачи а защитного газа в замкнутый объем подму- (Л фельного 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-х плотносмотанных рулонов, накрывают ее муфелем, подают в подмуфельное пространство защитный газ, включают циркуляционный вентилятор и устанавливают нагревательный колпак. При включении циркуляционного вентилятора5 10 15 20 25 30 35 40 50 55 защитный газ засасывается из внутренней полости стопы рулонов 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 ОС,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, В резуль- тате 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 радиальномнаправлении. 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 10- 20 ОС.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 тст - 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 Си5 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 ОС получена на основе экспериментальных данных, представленных в табл,1. 15 20 25 30 35 40 45 50 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-пере- греву, 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, темваше 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 трех5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 точках по толщине намотки. Данные опытных исследованиг 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 4 олость 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 08 Ю 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 использованием известного способа.Температурные кривые нагрева стопы рулонов с использованием известного и предлагаемого способов приведены соответственно 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 чрезмерный 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; включающийнагрев 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.10 Температура по толщиненамотки нижнего рулонастопы, С Температура вподмуфельномпространстве Наружныевитки Центральныевитки ф Числитель, температура при подаче защитного газа во внутреннюю полость;знаменатель, периодическое изменение направления циркуляции защитного газа. блица 2 Т а е т таТемпература торцевой поверхности вконтрольных точках,С Период изменения направления циркуля" ции, час Наружныевитки Центральные витки Внутренниевитки и ит а570 480 540585/595 490/500 545/575600/620 520/540 560/590610/630 550/570 590/620620/635 590/605 610/630630/645 610/620 625/650670/680 630/640 670/695аввттааиевеввтееаатиатаиататвитавив х - Числитель, защитный газ подается в кольцевой зазормежду муфелем и стопой рулонов;знаменатель защитный газ подается во внутренноополость стопы рулонов. Таблица 3 Способ отжига Положение рулона в стопе Нижний Средний Верхний т /а е ф Балл бт /во фкг/ммз зерна, кг/ммзФ/Ц Ж Баллозерна,ф/Це От /цекгlммз Баллзерна,Ф/Ц 42-46 7-81 А 34,5 38,8 би 73 А 893 18,2и 18,831,и 33,0 41,1 41,6 7 е 81 А Известный Предлагаемый 18,4-33,2 Выход листа категории вытяжки ВОСВ+ ОСВ% ао оэ 200 г 56 64 88 112 13 б 1 бО ставитель В,Кусо хред М.Моргентал Корректор Н.Ревс Редакто твенно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 ои каз 3355 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5