Спосіб очищення поверхні прокату

Винахід відноситься до галузі обробки поверхні металу, а більш конкретно до очищення поверхні прокату і дроту переважно від оксидів і може бути використаним при виробництві довгомірних каліброваних і комбінованих прутків і дроту перед нанесенням покрить і деформуванням на підприємствах чорної металургії й машинобудування. Відомий спосіб очищення від окалини поверхні катанки і дроту дугою дугового розряду, яка обертається під дією магнітного поля у вакуумі або при зниженому тиску порядку 10¸15мм рт. ст. (Ю.И. Коковихан. Технология проволочного производства К.: 1995. - 608 с. - С.181-182, рис. 25). Недоліком відомого способу є необхідність вакуум ування простору, де виробляється очищення катанки і дроту від окалини, мала швидкість видалення продуктів корозії, велика ймовірність вторинного окислювання, а також мала ефективність процесу очищення, обумовлена стохастичним протіканням процесу видалення оксидів. Відомий спосіб очищення поверхні металевих виробів, що включає пропущення виробу через наскрізну циліндричну порожнину індуктора і його нагрівання токами високої частоти, причому до індуктора підводять напругу в діапазоні частот, який відповідає ділянці частково прозорої для високочастотного поля плазми, у межах якої виникає й підтримується плазмовий розряд на поверхні, що очищується. При цьому в порожнині індуктора створюють потік газової атмосфери (А.С. СРСР №1227280, МПК4 В21В 45/04, бюл. №16, 30.04.86). Цей спосіб по технічній сутності є найбільш близьким до винаходу, що заявляється і тому прийнятий як найближчий аналог. Недоліком відомого способу за найближчим аналогом є те, що нагрівання виробів, завдяки чому і відбувається очищення, виробляється східчасто, а саме енергія високочастотного розряду спочатку розігріває гази (Аr, ВF3, СО2 та інші.), а потім плазма газів розігріває метал виробів. Це й обумовлює втрати енергії, яка йде на нагрівання газів. Крім того, використання газів, що містять Аr, ВF3, CO2, CH4, екологічно недоцільно, тому що вимагає додаткових пристроїв і заходів для очищення газової атмосфери. В основу винаходу, що заявляється, поставлена задача такого удосконалення способу очищення поверхні прокату, переважно від оксидів, що дозволило б зменшити втрати енергії при термічному нагріванні металу і підвищити екологічну безпеку за рахунок оптимізації співвідношення потужностей електродугового і високочастотного розрядів і використання хімічно неактивних газових інгредієнтів. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що в способі очищення поверхні прокату, переважно від оксидів, за яким у газовій атмосфері виконують вплив на очищувачу поверхню плазмовим розрядом створеним електричною дугою постійного струму в термічно дисоційованій водяній парі. Одночасно з цим здійснюють вплив високочастотним розрядом струму потужністю, що становить 3-5% від потужності електродугового розряду постійного струму. Ознаками способу очищення поверхні прокату, переважно від оксидів, спільними з найближчим аналогом, є вплив на очищувану поверхню плазмовим розрядом у газовій атмосфері. Нові ознаки такі: плазмовий розряд здійснюють електричною дугою постійного струму в термічно дисоційованій водяному парі з одночасним впливом високочастотним розрядом струму потужність якого становить 3-5% від потужності електродугового розряду постійного струму. Завдяки новим ознакам досягаються наступні переваги: - зменшуються втрати енергії, тому що очищення, переважно від оксидів в електродуговому розряді з одночасним впливом високочастотного розряду обумовлюється сукупністю факторів, а саме: дією джерела тепла (дугового розряду постійного струму) на поверхні електрода-виробу, дією пондеромоторних сил електричного характеру, дією сил механічного характеру (ударної хвилі), дією сил хімічного характеру в присутності термічно дисоційованої водяного пари; - поліпшується екологічна обстановка, тому що дисоційований водяний пар створює екологічно чисту атмосферу в зоні обробляння металу, а, крім того, забезпечує винос продуктів ерозії із зони очищення, часткове відновлення металу з оксидів і запобігання вторинного окислювання, що у свою чергу, приводить до економії металу. При струмі високочастотного розряду потужністю менш 3% від потужності електродугового розряду постійного струму, не досягається рівень пондеромоторних сил, відповідальних за викидання розплавлених оксидів із поверхні виробу в середині імпульсу. При струмі високочастотного розряду потужністю більш 5% від потужності електродугового розряду постійного струму зростають втрати енергії на нагрівання високочастотної плазми, так, що ефективність обробки знижується. Спосіб очищення поверхні прокату переважно від оксидів, здійснюють так. На прокат з оксидами на поверхні, що рухається по осі пристрою для спільного впливу плазмою електродугового розряду постійного струму і високочастотним розрядом, одночасно впливають цими розрядами в термічно дисоційованому водяному парі. При цьому стр ум високочастотного розряду має потужність, яка становить 3¸5 від потужності електродугового розряду постійного струму. При цьому електричний удар, що приходиться на електроди у виді ефекту гальмування вільних електродів на аноді й іонів на катоді, створює на поверхні металу короткочасно діючі джерела тепла, розподілені в зонах обмежених розмірів. Нестаціонарний процес поширення тепла від цих джерел викликає локальне плавлення і частковий випар оксидів. Зв’язки оксидів із металом виробу на оброблюваних розрядом ділянках послабляються і під дією пондеромоторних сил і ударної хвилі розплавлені оксиди викидаються в міжелектродний простір, відкіля і виносяться парами води, які надходять туди, при високих температурах. При цих температурах у присутності дисоційованого водяного пару поверхня очищується й відновлюється. Температуру поверхневого нагрівання оксидних плівок регулюють часом перебування виробу у високотемпературній зоні, який коректують теплофізичними характеристиками джерел тепла та швидкістю р уху прокату через іонізовану високотемпературну зону. Приклад. Спосіб очищення поверхні прокату, переважно від оксидів, здійснювали в лабораторних умовах на експериментальній установці, яка дозволяє одержувати електродуговий розряд постійного струму потужністю 10кВт. Катанку діаметром 6,5мм зі сталі Св 08 (0,09%С, 0,49% Mn, 0,21% Si) у початковому гарячекатаному стані з оксидами на поверхні протягали для очищення через кварцову трубку діаметром 18мм, поміщену в індуктор з мідної трубки. На індуктор подавали струм високої частоти потужністю 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6кВт, що склало відповідно 2, 3, 4, 5 і 6% від потужності електродугового розряду постійного струму. Одночасно через кварцову трубку пропускали термічно дисоційовану водяну пару. Якість очищення оцінювали візуально і за допомогою мікроскопа МІМ - 8 (див. таблицю). Для порівняння проводили очищення по режиму найближчого аналога з використанням у якості газової атмосфери повітря в суміші з аргоном і двооксидом вуглецю. Таблиця Якість очищення поверхні катанки по запропонованому способу і найближчому аналогу № варіанта 1 Потужність високочастотного розряду в% від потужності електродугового розряду 2 2 3 4 5 3 4 5 6 По найближчому аналогу А.С. №1227280 Характеристика поверхні катанки Залишки оксидів на поверхні: очищення не повне, ділянки сріблистого кольору Повне очищення; поверхня сріблиста Повне очищення; поверхня сріблистого кольору Повне очищення; поверхня сріблисто-темного кольору Явно оплавлені ділянки; очищення повне, але спостерігаються сліди вторинного окислювання. Розпушена маса бурого кольору через наявність Fе3O4; очищення неповне; сліди вторинного окислювання. З аналізу таблиці виходить, що в запропонованому способі, у присутності водяного пару при параметрах високочастотного розряду, що заявляються, досягається повне очищення, а сріблистий колір поверхні свідчить про відновлення металу з оксидів; на очищеній поверхні оплавлені ділянки були відсутні. Питомі енергетичні витрати при очищенні склали 0,3¸0,5кВтхч/м 3 при товщині шару, що знімається, 1¸4мкм.