Спосіб термічної обробки сталевих листів

Винахід відноситься до металургії, зокрема до термічної обробки сталевих листів і може бути використаний при виготовленні гарячекатаних термообробленних і холоднокатаних листів із вуглецевих та легованих марок сталі. Найбільш близьким по призначенню і технічній суті до патентуємого способу є спосіб термічної обробки сталевих листів, який включає до себе нагрівання пачок листів в захисній атмосфері до температури фазових перетворювань в металі, витримку при цій температурі та подальше повільне охолодження (Прокатка листовой стали / Ф.А. Ксензук, Н.А. Трощенков, А.П. Чекмарев и др. - М.: Металлургия, 1969. - с.221-223), при якому листи збираються до пачок, та останні кладуть на стенд печі в стопах вагою до 60 т (фіг.1а). Недоліком цього способу є заважкий процес теплообміну в садці, в результаті чого різниця температур листів по висоті стопи досягає 60°С й негативно відображається на рівномірності механічних властивостей листів, до того ж нижні пачки в стопі знаходяться під тиском і при нагріві листи злипаються (зварюються). В основу винаходу поставлена задача вдосконалення існуючого способу термічної обробки сталевих листів шляхом зміни схеми укладання пачок листів на стенді печі. Технічним результатом винаходу є покращення процесу теплообміну в садці і в результаті підвищення економічності та продуктивності роботи печі, покращення якості поверхні та рівномірності механічних властивостей готови х листів. Поставлена задача досягається тим, що у способі термічної обробки сталевих листів, який включає до себе нагрівання пачок листів в захисній атмосфері до температури фазових перетворювань в металі, витримку при цій температурі та подальше повільне охолодження, передбачена наступна відмінність: пачки листів кладуть на стенд печі у вертикальному щодо ширини листів положенні, при цьому коефіцієнт заповнення пачки листів дорівнює 0,75-0,8. Між суттєвою відмінністю винаходу і досягаємим технічним результатом, має місце причинно-наслідковий зв’язок. Вертикальне розташування пачок листів на стенді печі з коефіцієнтом заповнення, який дорівнює 0,75-0,8 (фіг.1б) забезпечує вільне проникнення захисного газу між листами, збільшує теплосприймаючу та тепловіддаючу поверхню кожного листа в садці, що значно покращує процес теплообміну: знижується різниця температур в садці, підвищується швидкість нагріву та охолодження металу у печі. Коефіцієнт заповнення пачки ( h ) характеризує щільність розташування листів в пачці та розраховується згідно формули: h = S / [S + d] , (1) де S - товщина листа, м; d - середня товщина проміжків поміж листами, м. В таблиці 1 наведено результати розрахунку коефіцієнта заповнення пачки ( h ), розташованої вертикально щодо ширини листів в залежності від середньої товщини проміжків поміж листами ( d ), а також зазначено середнє збільшення довжини садки, яка складається з пачок розташованої вертикально щодо ширини листів. Результати розрахунку показали, що при збільшенні середнього розміру проміжків поміж листами з 0,05S до 0,5S , тобто до половини товщини листа, коефіцієнт заповнення пачки знижається з 0,95 до 0,67, але при цьому довжина садки збільшується на 50%. Корисна довжина стенду печі складає 6,3м, а максимальна висота стопи, яка складається з горизонтально розташованих пачок листів дорівнює 1,4м. На стенд печі, як правило, встановлюють три стопи. Це обумовлено сортаментом випускаємих листів та умовами теплообміну багатостопної садки: при розташуванні під одним муфелем декілька стоп вони взаємно екранують одна на одну, що викликає нерівномірність нагріву стоп. Якщо три стопи, висотою 1,4м кожна, вкласти на стенд печі, у вигляді пачок, розташованих вертикально щодо ширини листів, то довжина садки буде складати приблизно 4,5м, тобто залишається незайманою близько 35% корисної довжини стенду. Таким чином, виходячи з умов поліпшення теплообміну та максимального використання корисного об’єму печі, коефіцієнт заповнення пачки ( h ), розташованої вертикально щодо ширини листів встановлюють 0,75-0,8. Особливістю існуючого теплового режиму ковпакової печі є те, що при нагріві верхній лист стопи отримує та віддає тепло всією своєю поверхнею в результаті теплообміну випромінюванням з верхньою кришкою муфеля, а інші листи головним чином тільки поверхнею кромок. Передача тепла у стопі перпендикулярно поверхні листів, здійснюється теплопровідністю крізь систему, яка складається з шарів (металеві листи - газові проміжки), випромінюванням поміж листами та безпосереднім контактом деякої частини металевої поверхні. Теплова проводимість газового проміжку, враховуючи випромінювання поверхні листа, дорівнює q = lв / d + k , (2) де k - коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням крізь газові проміжки при середній температурі пачки листів, Вт/(м 2*град); l в - коефіцієнт теплопровідності газових проміжків при середній температурі пачки листів, Вт/(м 2*град). Тепловий опір неконтактуючої частини системи складається з опору метала та газового проміжку: r1 = S / lм + (l в / d + k )-1 , (3) де l м - коефіцієнт теплопровідності сталевого листа при середній температурі пачки листів, Вт/(м 2*град). Загальна проводимість усієї системи дорівнює l э = (1 - n) * (S + d ) / rr + n / h * l м , (4) де n - частина поверхні листа, контактуюча з сусіднім листом в пачці. Найбільший тепловий опір мають газові проміжки у стопі між листами. Сумарна величина контактуючи х елементів поверхні залежить від тиску, під яким знаходяться листи в пачці та характеристик їх поверхні. В вертикально розташованій пачці листів відсутній опір газових проміжків ( r1 ), тому що захисний газ вільно проникає між листами, а циркуляція захисного газу відсутня і теплообмін здійснюється, здебільшого випромінюванням, з внутрішньою поверхнею муфеля. Можна знехтувати, незважаючи на можливий контакт зумовлений коробуватістю, також і частиною поверхні листів, контактуючих між собою ( n ), тому що відстань між вертикально розташованими листами може бути порівняна з їх товщиною і коефіцієнт заповнення вертикально розташованої пачки листів ( h ) дорівнює у середньому 0,75-0,8 проти 0,95-0,98 горизонтально розташованої пачки. Тобто, пачку сталевих листів, укладених на стенді вертикально щодо ширини листів, можна розглядати як сукупність окремо розташованих листів і тоді загальна проводимість пачки сталевих листів дорівнює теплопровідності сталевого листа при середній температурі пачки. Таким чином вертикальне розташування пачок сталевих листів на стенді печі покращує процес теплообміну в садці і в результаті підвищується економічність та продуктивність роботи печі, покращується якість поверхні та рівномірність механічних властивостей готови х листів. Запропонований спосіб термічної обробки сталевих листів пояснюється за допомогою схеми фіг., на якій зображено розташування пачок листів на стенді печі при термообробці: поз.1 – пачки листів, розташовані у вертикальному щодо ширини листів положенні, поз.2 – стенд печі для термообробки сталевих листів. Запропонований спосіб термічної обробки сталевих листів здійснюється наступним чином. Пачки гарячекатаних сталевих листів перед термообробкою, після витравлення, у вертикальному положенні, за допомогою електромостових кранів і трансферкари, передаються у термічне відділення та встановлюються на стенді ковпакової печі, відокремлюються і фіксуються в вертикальному положенні за допомогою сталевих опор. Пачки холоднокатаних нагартованих сталевих листів після обрізання кромок передаються в горизонтальному положенні на кантуватель, а потім, в вертикальному положенні, на стенд ковпакової печі, відокремлюються і фіксуються в вертикальному положенні за допомогою сталевих опор. Контрольні технологічні термопари закладаються в середній пачці по довжині садки. Термопара 1 - на відстані не більше 100мм від нижнього краю садки, термопара №2 - в середній частині по висоті садки (ширині листа), термопара №3 - на відстані не більше 100мм від верхнього краю садки. Процес термообробки сталевих листів, який включає до себе нагрівання пачок листів в захисній атмосфері до температури фазових перетворювань в металі, витримку при цій температурі та подальше повільне охолодження. В ході термообробки контролюються наступні параметри: температура печі, температура металу по стендовій термопарі, температура металу по середній термопарі, температура кромки металу. При необхідності, режим термообробки може змінюватись. Після закінчення термообробки пачки гарячекатаних і холоднокатаних сталевих листів за допомогою електромостового крана встановлюються в горизонтальне положення на металеві стелажі для складання метала и передаються на дресировку. З метою перевірити запропонований спосіб термічної обробки сталевих листів було проведено дві промислові термообробки та отримано позитивні результати. Термообробка здійснювалась в ковпакових газових печах. Перша термообробка - одна плавка гарячекатаних листів сталі марки 65Г розмірами 6,0х1250х2310мм, вагою 67т, друга термообробка - одна плавка гарячекатаних листів сталі марки 65Г розмірами 4,3х1050х2000 мм, вагою 43т. Результати та параметри термічної обробки по запропонованому способу і в порівнянні з існуючим способом термічної обробки сталевих листів наведено в таблиці 2. Запропонований спосіб термічної обробки сталевих листів, поліпшує процес теплообміну в садці і в результаті підвищує економічність та продуктивність роботи печі, покращує якість поверхні та рівномірність механічних властивостей готови х листів. Таблиця 1 середня відстань між листами ( d ), м 0,05S 0,1S 0,2S 0,3S 0,4 S 0,5S середній коефіцієнт заповнення вертикально розташованої пачки листів ( h ) 0,95 0,91 0,83 0,77 0,71 0,67 збільшення ширини вертикально розташованої пачки листів, % 5,3 10,0 20,5 29,8 40,8 49,2 *S - товщина листа, м. Таблиця 2 порівнюємий параметр максимальна вага садки метала в печі робоча температура печі тривалість витримки перепад температури по висоті садки різниця механічних властивостей листів по висоті садки кількість злипшихся (зварених) листів плоскісність термооброблених листів існуючий спосіб 80 т 800°С 9 часов 50-60°С 15-25% 25-45% 4-6мм запропонований спосіб 80т 700°С 3-4 часа 15-30°C 1-2% отсутствуют 4-6 мм