Сибирский государственный индустриальный университет
Приоритеты:
подача заявки: 2000-04-11
публикация патента: 10.07.2002
Изобретение относится к металлургии, а именно к способам нагрева стальных заготовок под прокатку на непрерывных, сортовых, проволочных станах. Заготовку нагревают до заданной температуры поверхности со скоростями 0,065-0,35oС /с, температуру газов в томильной зоне поддерживают на 100-200oС больше конечной температуры нагрева. Изобретение позволяет сократить время нагрева, повысить качество получаемого проката, снизить угар металла, снизить суммарные энергозатраты на нагрев и прокатку углеродистых низколегированных сталей. 2 ил., 1 табл.
Способ нагрева заготовок из углеродистых низколегированных сталей под прокатку на непрерывных станах, включающий нагрев заготовки в методической печи до температуры поверхности 1100-1300oС и выдачу заготовки на рольганг, отличающийся тем, что нагрев заготовки в печи осуществляют в конечный период со скоростью 0,065-0,35oС/с, температуру газов в томильной зоне поддерживают на 100-200oС больше конечной температуры нагрева, а выдачу заготовки из печи производят с перепадом температуры по сечению 50-250oС.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к металлургии, конкретнее к способам нагрева стальных заготовок под прокатку на непрерывных станах. Известен способ нагрева углеродистых низколегированных сталей в методических печах под прокатку [1], заключающийся в нагреве заготовок по двухстадийному режиму (для термически тонких заготовок, Bi0,25; - коэффициент теплоотдачи на поверхности заготовки, Вт/(м2К ); S- характерный размер, м; - коэффициент теплопроводности стали, Вт/(мК)) (с. 12) до температур поверхности 1200-1250oС, или по трехстадийному (для термически массивных заготовок Bi>0,5) (с.12): нагрев до температур поверхности 1200-1250oС с последующей выдержкой (томлением) при данной температуре с целью ликвидации (выравнивания) высокой неравномерности температуры по сечению заготовки. Конечная температура нагрева выбирается на 100-150oС ниже кривой солидуса для нагреваемой марки стали. Неравномерность температур по сечению заготовок в момент выдачи составляет 1-3oС/см. Известен также способ нагрева стальных заготовок под прокатку [2], взятый за прототип, заключающийся в нагреве заготовки до 810-900oС со скоростью 0,5-0,75oС/с, затем до 1200-1350oС со скоростью 0,15-0,25oС/с, затем проводят выдержку при данной температуре в течение 20-40 мин. После выдержки заготовку охлаждают со скоростью 0,10-0,25oС/с до 1000-1050oС (время охлаждения составит 10-58 мин) и выдают на прокат. Недостатками как первого, так и второго способа являются высокая продолжительность нагрева, низкая производительность, повышенный расход топлива, высокие потери металла с печной окалиной. При транспортировке равномерно прогретой заготовки по рольгангу вследствие теплообмена излучением и конвекцией с окружающей средой, а также контактного теплообмена с роликами рольганга происходит интенсивное охлаждение поверхностных слоев (скорость охлаждения 2,0-3,5oС/с). Таким образом в прокатную клеть заготовка попадает с температурной неравномерностью (t) 50-150oС, причем температура поверхностных слоев ниже температуры центра (tц>tп). Следовательно, медленный нагрев заготовки в печи в конечный период (до 30% всего времени нагрева), с целью выравнивания температурной неравномерности по сечению, теряет свою актуальность и приводит только к негативным последствиям. При выдаче и транспортировке заготовки с температурой 1000-1050oС, нагретой по способу, предлагаемому в прототипе, за счет эффекта охлаждения на рольганге произойдет снижение среднемассовой температуры заготовки на 20-80oС, что приведет к увеличению сопротивления стали пластической деформации, а соответственно, усилий прокатки и энергозатрат на прокатку. Задача данного изобретения: сокращение времени нагрева, повышение производительности печного агрегата, повышение качества получаемого проката, снижение угара металла, снижение суммарных энергозатрат на нагрев и прокатку углеродистых, низколегированных сталей. Сущность изобретения состоит в том, что нагрев заготовок из углеродистых низколегированных сталей под прокатку на непрерывных станах проводят в методической печи до температуры поверхности 1100-1300oС со скоростью 0,065-0,35oС/с в конечный период, температуру газов в томильной зоне поддерживают на 100-200oС больше конечной температуры нагрева, а выдачу заготовки из печи производят с перепадом температуры по сечению 50-250oС. Таким образом, принципиальное отличие предлагаемого способа нагрева от известных [1], [2] - сохранение высоких скоростей нагрева в конечный период и перенос процесса выравнивания температурной неравномерности по сечению из печного агрегата на рольганг. Нагрев заготовок в конечный период со скоростью менее 0,065oС/с приводит к снижению производительности процесса, увеличению окалинообразования. Превышение скоростей нагрева (и) более 0,35oС/с приводит к высоким неравномерностям прогрева в момент выдачи (более 250oС), что приведет к значительному снижению среднемассовой температуры (при постоянной температуре поверхности, максимальное значение которой ограничено явлениями перегрева и пережога, увеличение неравномерности прогрева приведет к снижению среднемассовой температуры, а соответственно, увеличению сопротивления стали пластической деформации ()). Достижение неравномерности прогрева менее 50oС приводит к увеличению времени пребывания металла в печи, снижению производительности, увеличению окалинообразования. Достижение предлагаемого режима нагрева осуществляют поддержанием температуры газов (tг) в томильной зоне на уровне выше конечной температуры нагрева стали на 100-200oС. При транспортировке заготовки по рольгангу от печного агрегата к черновой группе клетей в условиях конверсии теплового потока происходит выравнивание температурной неравномерности по сечению до 10-50oС. Прокатные станы находятся на удалении от печных агрегатов в 30-100 м, при такой планировке цеха время транспортировки (p) не менее 20 с может достигать 90 с. При нагреве стали по новому способу предлагается учитывать эффект реформирования температурного поля на участке печь-стан, приводящий к выравниванию температурной неравномерности по сечению в условиях конверсии теплового потока. На чертеже показано экспериментальное изменение теплового состояния цилиндрической заготовки, нагретой по предлагаемому способу, на участке печь-стан; фиг. 1 - тепловое состояние заготовки, нагретой по предлагаемому режиму, на участке печь - стан (tп - температура поверхности заготовки (конечная температура нагрева), oС; tц - температура центра заготовки, oС; tсм - среднемассовая температура, oС); фиг.2 - распределение температуры по сечению заготовки, симметрично нагретой по предлагаемому режиму на участке печь - стан в условиях конверсии теплового потока (t - время транспортировки, с; t=0 момент выдачи из печи, R - расстояние от центра заготовки, мм; R=0 - центр заготовки). Нагрев заготовок по предлагаемому режиму приводит к сокращению времени нагрева на 10-30% за счет увеличения скоростей нагрева в конечный период и частичной, в некоторых случаях полной ликвидации малопроизводительного периода томления или выдержки в печи. Сокращение времени нагрева приводит к экономии топлива, повышению производительности печного агрегата, снижению потерь металла с печной окалиной (одна лишняя минута пребывания в пламенной печи оценивается потерей металла 33-160 г/м2 мин). Температура конца прокатки при нагреве стали по режиму изобретения находится в интервале 750-900oС, что способствует получению мелкозернистой структуры, увеличению ударной вязкости, повышает значение пределов прочности и текучести готового проката. Сталь, нагретая по предлагаемому режиму, будет иметь более низкую среднемассовую температуру, чем при способе [1], а соответственно, и теплосодержание (энтальпию) i, кдж/кг, что приведет к некоторому увеличению сопротивления стали пластической деформации (на 5-18%) и затрат электроэнергии на прокатку, однако при комплексной оценке энергозатрат в системе нагрев в печи - прокатка произойдет суммарное снижение затрат энергии в среднем на 3-7%. Ограничением по минимальной среднемассовой температуре заготовки служат максимально допустимые усилия прокатки. По сравнению с прототипом среднемассовая температура будет значительно больше, что будет способствовать снижению сопротивления стали пластической деформации (на 50-90%), снижению затрат электроэнергии при прокатке, увеличению скоростей прокатки и производительности стана в целом. Пример. В методической печи нагревают заготовки сечением 210210 мм из стали Ст3сп до температур поверхности 1250oС. После нагрева заготовки выдают на рольганг, время транспортировки к стану 30 с. В таблице представлены примеры выполнения предлагаемого, известного способа и прототипа. При использовании предлагаемой технологии произошло сокращение времени нагрева (н) в среднем на 24 мин (на 21%). Скорость нагрева в конечный период по предлагаемой технологии составляет 0,066-0,24oС/с, это превышает скорости при известной технологии [1] в 3-11 раз. Сопротивление стали пластической деформации (при степени деформации = 20%, скорости деформации U=15 1/с) увеличилось незначительно с 76 МПа до 82-89 МПа на 8-17%. При нагреве заготовок по режиму, предлагаемому в прототипе, при среднемассовой температуре 981oС сопротивление деформации составит 148 МПа, превышает аналогичный параметр при нагреве по предлагаемому режиму в 1,7-1,8 раза, что приведет к значительному увеличению усилий при прокатке, увеличению расхода электроэнергии, снижению скоростей прокатки, а значит, производительности стана. При выдаче заготовки из печи с температурной неравномерностью 77-99oС (нагретой по режиму изобретения) и последующей прокатке брака по трещинам и искажением профиля не возникает. Источники информации 1. Расчет нагревательных и термических печей. /Справ. изд./. Под ред. В. М. Тымчака и В.Л. Гусовского. М.: Металлургия, 1983. С. 12. 2. А.с. СССР 1768654, Мкл. С 21 D 1/34, заявл. 14.12.90 г.