Способ двухстадийного нагрева металла

 

СОЮЗ СОЕЕТСНИХ

КСПУБЛИН (ly (11) 589 А1 (511 4 С 21 D 1/34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

O ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ(ТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3705669/22-02 (22) 01.03.84 (46) 15.08.86. Бюл. 9 30 (71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени металлургический институт им. Л.И. Брежнева (72) В.И. Губинский, М.М. Липовецкий, В.Г. Шевченко, В.Л. Бровкин, Н.А. Пономарев, Д.В. Рыбаков, М.А. Лойферман, В.А. Дудука, Н.Л. Сучкоусова, Л.П. Дьяченко, В.Г. Ившин и В.Е. Казьмин (53) 621.78 062(088,8) (56) Кудрин H.À., Лукьянов Л.А., Соволов Д.К. Установка ппазменноиндукционного нагрева. М.: Металлургия, 1971, с. 17-32.

Ващенко А.И., Заньковский А. Г., Лифшиц Е.А., Шульц Л.А. Окисление и обезуглероживание стали. М.: Металлургия, 1972, с. 88-90. (54 ) (57 ) СПОСОБ ДВУХСТАДИЙНОГО НАГРЕВА МЕТАЛЛА перед горячей пластической деформацией, включающий нагрев заготовок в пламенной печи на

d первой стадии до 700-800 С с выдержкой при этой температуре и последующий скоростной догрев металла на второй стадии до конечной температуры, отличающийся тем, что, с целью минимизации обезуглероживания стали, нагрев металла на первой стадии осуществляют с промежуточной изотермической выдержкой при 400-500 С и с дальнейшим о подъемом температуры до 700-800 С в течение 8-41 мин.

Изобретение относится к металлургической теплотехнике и может быть применено при нагреве стали по1 пластическую деформацию в нагревательных печах на заводах металлургии и машиностроения.

Цель изобретения — минимизация обеэуглерожинанин стали..

Кроме того, обеспечивается постоянство температурного состояния металла при скоростном догреве заготовок на второй стадиц нагрева, а также уменьшение окалинообразования, упрощение .управления режимов нагреBë заготовок при высоких температурах, повышение качества нагрева.

Способ реализуется следующим образом. Па первой стадии металл нагревают в пламенной печи до 400500 С.

Затем следует промежуточная изотермическая выдержка при достигнутой температуре на поверхности металла. В процессе выдержки обеспечивается полный прогрев заготовок по сечению, и, следовательно, создаются предпосылки для возможно более быстрого последующего нагрева.

Длительность выдержки регулируется в зависимости от производительности таким образом, чтобы время нагрева металла от 400-500 С до 700-800 С было минимальным и постоянным, при регламентированном перепаде температур vo сечению заготовки перед скоо ростным догревом ее от 700-800 С до температуры деформации. Соответственно, будет обеспечиваться стабильньш режим скоростного догрева.

Пример. При нагреве заготовок сечением 100х100 мм перед прокаткой катанки 6, 3 мм с производительностью 30 т/ч изотермическую выдержку из условия минимального обезуглероживания согласно таблице рекомендуется производить при температуре 1. = 400 С в течение 37,4 мин, причем время догрева металла от

400"С до <„ = 700 С составит

IS,4 мин. Температура печи для создания изотермической выдержки при

400 С должна находиться, как о и покаэывает практика, на уровне 500 С будучи рассредоточенной при номинальной производительности на участке, составляющем

37 4 х 100 = -- - х 100 = 61,7

60,6

50589

2 от длины активного в пода печи: Ь вЂ” 0,617 I.„„,.

Если после перехода стана на прокатку более массивного профиля иэ

5 той же заготовки скорость прокатки и производительность стана необходимо увеличить на 307, то при той же емкости печи время нагрева металла в ней 1 должно сократиться. Это до1О стигается за счет сокрашения продолжительности иэотермической выдержки на 307., т.е. от 37,4 до 26,2 мин, и производится за счет отключения ряда сводовых горелок ПШШ. Зона печи дли15 ной 0,617 Ь „, с температурой

500 С после увеличения производительности стана и уменьшения длины зоны I, на 307 соответствует 0 432 Ь !

Ц t о к,т.

При формированном режиме работы

20 печи, например после длительной остановки для восстановления потерянной производительности, может оказатьл

0 и <„к = <, +

В этом случае должны быть включены все горелки печи, в том числе горелки, обеспечивающие регулированче и поддержание постоянства температурФ ного состояния металла в течение „

При длительных остановках стана

30 (печи), например в результате крупной аварии, печь должна быть переведена на тепловой режим холостого хода с таким расходом топлива,.чтобы температура в ее рабочем пространстве „,„ составляла 400-500 С, при этом может оказаться, что

<. Ос> ьы9

В последующих двух примерах освещены экстремальные нехарактерные, но теоретически возможные, режимы нагрева заготовок в печах на 1 стадии двухстадийного нагрева.

В таблице, составленной для конкретных условий нагрева заготовок различного сечения, практикуемых на современных станах, для различных конечных температур нагрева, при различных температурах выдержки показано влияние всех перечисленных параметров на конечное обеэуглероживание

0 при постоянной номинальной производительности печи.

Последнее обстоятельство выбрано для удобства сопоставления величины обезуглероживания. При других производительностях величина обезуглероживания для каждого опыта может несколько измениться, однако общая тенденция изменения величины обезуглероживания 6 сохрлняется. При увеличении производительности происходит сокращение времени »,Г„„ За СчЕт снижения ., и, соо- петстненно, сии >>но Ъ жение обезуглероживлния. Il наоборот, при снижении произ«одительности будет наблюдаться увеличение обезуг125 лероживлния по тем же причинам.

Значение Б в таблице находят по !г» следующей формуле:

Б =, ; rf, (8) где 13 — абсолютная величина обез 1 углероженного слоя;

d — сторонл сечения заготовки.

Размеры сечения заготовок 80>80

150"150 мм и длител! Пс сть нагрева соответствуют практ»»куемьгм в пламенных печах мелкосортных, проволочных и комбинированных станс>н. Общее время нагрева заготовок в печи до 700ЯОО С выбирается в с Оответств»»!» со временем нагрева от 20 до 1200 С в существующей мелкосортно-проволочного стана "250", хлрлктерпзующегося из-за обширного сортамента переменной производительностью. Перепад температур по сечению заготовки перед промежуточной пзотермической выдержкой л1, принят 100 С во избежание коробления или разрушения заготовок, а перед с.коростным догрео ном л t, = 40 С, ибо такой перепад в сравнен»»1» с равно»»е рным прогрево»» мало влияет «а конечное температурное поле в заготовке перед прокат3.> кой.

Данные, представлегп»ые в таблице, обосновывают выбор температуры промежуточной 1»зот<.рмической выдержки от 400 дn 500 С вЂ” для меньших разме- 4б ров сечения заготовок, и от 450о

500 С вЂ” для больших размеров из условия ми!п»мизац»»и глубины обезуглероживания. Обосновывается также и время нагрева от ».„ = 400-500 С до — 700-800 "С; клк следует из таблицы, минимальное время нагрева меТЛЛЛа От >.о До .,о СОСТЛВЛЯЕТ ОКОЛО

8-8,2 мг»!» для заготовки 80 80 мм при — 450 С и 1., = 700 С, а млксималь- б ное — 41 мин (40,6 мин для заготовки 150xf50 мм при с„ = 450 С и С„ о

800 С) . Продолжительность нагрева менее 8 мин не обеспечивает прогрев металла с конечным перепадом о по сечению л t, = 40 С, а нагрев в течение времени», превышающего

41 мин приводит к неоправданному уве05>Я -» 4 ! и I! III»I»> глубины обезуглерожиплния.

П< .>1ому область практичес ког»> npu I»I!el!It»1 предлаглемог о сносof! л 1»з условий качественного нагрева металла от до I.;„!Ip»» м»»н»»л»лльном обезуглерожиг»лниг» его поверхности лежит в пределах 8-41 мин.

ОчевиднО чтО в»:»держку при тем пературе выше 500 С даже для заготовок 150х150 мм делать нецелесообрг»зно 1»з-за значительного увеличения обезуглероживлния. >то следует из тенденции изменения результатов табл!»цы.

Предлагаемьп» способ предллглется использовлтb для металла, нлгреваемого перед прокаткой на современных»»елкосорт!»ых, проволочных и комбинирог»анных мелкосортно-проволочньгх станах, где применяк>тся заготовки сечением От ROx80 мм до 150xf50 мм.

Пспользовлние способа для нлгре1»л сляГ>ов и заготовок менее 80х80 мм

Голее 150х150 мм в пр»»нг»1»пе возможно, однако предлагаемый для вь»держки температурный интервал в этом случае >»3>жс т нс сколько отличаться от интервала, рекомендованного для стл>In!3;»a!!I»o1о т!»пл. Для заготовок мснее ЯОх80 мм, (в соответствии с тепле!»цией изме!»ения результлтов в таблице 1 температурный уро!»ень выдержки будет «иже, а для заготовок более

15ОХ150 мм выл!е.

В соответствии с дл!»ными таблицы рекомендуется интер«лч практического испол!зовлния способа, находящийся между двумя грлничньгми случаями. В

Обо>»х с>!учлях предполагается, что пллмс-!пп,п» нагрев производится в печи

С»»,!ГС»>о>Ш »» ПОДОМ, Л СКОРОетпой ДОГРЕВ

« ипдукторе. Конеч!»ля температура металла перед проклткой 1200 С.

H .»ервом гранич!»О>» случае размер се«с пя применяемой заготовки сос r;I«:Iÿåò ЯОх80 мм при конечной тем«с р;»туре нагрева нл пер!»ой стлцгп»

700 С.

Т».мп». P Iтy P;I НОIIОРх!»ОСTI» .3;11 ОтОВ

Еl» Н ПЕЧI» С III »r;I>3>»!»I»1» ПОДОМ ДОНОД!»То ся до 450 С зл 3 = 5, 7 l»l»ll. Пр!» этом перепад температур по сечению мет I ;»a >»Ь составляет 100 С. В Ilpoцессе последующей вьпержкп при темо перлтуре металла о = 4 >О C в тече-!

»ис «ыдержки > = 34,7 II»H темперлтур«ый перепад сводится до О или до минимума. Это создает условия для быстрого нагревл поверхl»oc Tll .»лго

1250589

700 С

800 С

Температура вьщерж

P азмеры сечения (мм) и время на грева до

С„, 1. мин ки метал- Время выла, С,, С держки

k. вы при С., мин

Время нагрева, 7 от t доС„ мин

Обеэуглероженный слой 8,Х

Обе зуглероженный слой,6,X

Время вьщерж л вы при t. мин

Время нагрева,,, от t.д

;,, мин

30,4 13,2 0,53

400

0,35

33,7

9,9

480 450

48,6 500

31,4

8,2

0,35

34,7

ll,5 0,53

0,38

32,4 9,9 0,58

33,4 8,2 0,65

32,3 20,5 0,53

33,8 )8,0 0,53

6,6

35,7

4,9

36,7

0,50

550

15,4

37,4

0,33

400

0,33

38,9 ф 100 450

60,6 500

12,9

15,4 0,55

45,5 0,53

40,4

0,38

35,3

l0,3

34,9

27,1

0,33

38,7

400

30,6 40,6 0,53

34,1 34,7 0,53

0,.33

28,9

42,2 ф 150 450

91,0 500

23,) 0,33

45,7

37,6

17,4

49,2

28,9 0,55

0,38

550

П р и м е ч а н и е. Выделена область практического применения. товки в течение 8,2 мин в той же печи от t. = 450 С до С„ = 700 С с перепадом по сечениям 4С, = 40 С.

Последующий скоростной нагрев в индукторе на 3 мин обеспечивает минимальное время нахождения заготовки пои 700-1200 С. В результате обезуглероженный слой будет минимальным и составит 0,35Х от толщины дан- 10 ной заготовки.

Но втором граничном случае размер сечения применяемой заготовки равен

150х150 мм при конечной температуре 15 о нагрева на первой стадии t„ 800 С.

Аналогично первому граничному случаю поверхность заготовки нагревается до t, 450 С эа i, = 19,8 мин в печи с шагающим подом. Далее следует 20 выдержка в этой же печи в течение

30 6 мин для удаления обраэова вавшегося перепада температуры ьС по сечению заготовки. Дальнейший нагрев от t, 450 С до t„ = 800 С 25

1 за > = 40,6 мин в пламенной печи и от 800 С до 1200 С в индукторе приводят к минимальному обеэуглероживанию (0,53X).

Эффективность предлагаемого способа определилась при исследовании глубины обеэуглероженного слоя, образующегося при нагреве заготовки из стали 60С2А сечением IOOx100 мм в опытной плазменно-индукционной установке. установлено, что в способе, предусматривающем иэотермическую выдержку металла при 500 С, наблюдается сокращение обезуглероженного слоя на заготовке по сравнению с обычным способом пламенно-индукционного нагрева (температура перехода иэ пламенной печи в индуктор С„ — 800 С) в среднем от b, = 0,83 мм до = 0,58 мм (на 307) при общем времени нагрева в обеэуглероживающей атмосфере пламенной печи 1 ч

25 мнн и догреве в индукторе до температуры 1210 С вЂ” 3 мин.