Отжиг металла в протяжных печах имеет ряд преимуществ по сравнению с отжигом в колпаковых печах:

- сокращение длительности отжига;

- более высокие механические свойства и качество поверхности за счёт высокой равномерности нагрева металла;

- включение отжига в непрерывный процесс очистки металла, травления, нанесения различных покрытий и т.д. За счёт этого ликвидация затрат на транспортировку рулонов от агрегата к агрегату и промежуточным местам складирования.

Однако не любой металл можно пропускать через протяжные печи. Например, в печах можно обрабатывать ленту толщиной до 1 мм из-за частых перегибов, а в горизонтальных печах - до 4-6 мм (протяжка прямолинейная, без перегибов). Достоинство вертикальных печей -- меньшая производственная площадь и выравнивание поверхности ленты, которая перед термообработкой может быть волнистая или с помятостями.

В начале линии находятся два разматывателя рулонов. Один работает, а соседний готовится. Лист должен проходить через печь непрерывно без остановок, длина листа достигает1км, а скорость - 10 м/с. Поэтому когда заканчивается лента на одном разматывателе, то обрезается задняя кромка этой ленты и кромка фиксируется на сварочной машине за счёт подъёма нижних роликов петлевой башни. Петлевые башни можно назвать буферами между печью и другими механизмами. В линию задаётся передний конец нового рулона, обрезается его кромка и на сварочной машине свариваются концы предыдущего и нового рулонов. Лента получает прежнюю скорость за счёт опускания роликов петлевой башни. В процессе движения поверхность ленты очищается в специальной ванне, промывается, высушивается и после прохода петлевой башни попадает в протяжную печь, состоящую из камеры нагрева, камеры выдержки, камеры охлаждения. Размеры печи: высота15-20 метров, ширина 30-40 метров, толщина около 1,5 метра. Набор камер может быть разный на разных печах. Например, могут быть добавлены камера подогрева, камера нагрева продуктами неполного горения (т.е. камера беэокислительного нагрева), камера для нанесения покрытий.

Камера нагрева предназначена для нагрева металла до максимальной температуры, требуемой по технологии. В качестве нагревательных устройств камеры нагрева обычно используются радиационные трубы. В камере выдержки технологический процесс поддерживается, например, радиационными трубами. Задача радиационных труб -- компенсация тепловых потерь через кладку. В качестве охладителя камеры регулируемого охлаждения обычно используется рассредоточенная система труб, внутри которых пропускается воздух. В камере ускоренного охлаждения охладителем может быть система трубок струйного охлаждения, из множества отверстий которых на лист истекает

восстановительный газ.

Протяжная печь обычно заполнена защитной атмосферой. Наиболее распространена нейтральная атмосфера: 4 % Н₂ и 96 %N2. Содержание кислорода допускается не более 0,01-0,02 %.

Наиболее энергоёмкой частью протяжной печи является камера нагрева. Габариты камеры: 23 метра, длина 12 метров, ширина 3 метра. Камера нагрева наполнена защитной атмосферой, поэтому обогревается радиационными трубами. В отличие от колпаковой печи здесь закрыт муфелем огонь, а не металл. Побудителями движения ленты являются тянущие ролики, расположенные за печью. Ролики в камере нагрева являются поддерживающими. Они имеют посередине бочки утолщение для лучшей центровки листа. В случае обрыва листа её можно снова заправить через верхние и нижние люки, равномерно расположенные по оси роликов. В нормальном состоянии люки герметично закрыты. Для исключения попадания кислорода (воздуха) вместе с входящей лентой, устроен механический затвор обычно из отжимных роликов.

Камера нагрева работает следующим образом. Лист входит через нижнее отверстие в камеру нагрева и, проходя между роликами вверх-вниз, нагревается от радиационных труб излучением. Конвективная составляющая теплообмена мала, т.к. принудительного движения защитной атмосферы не предусмотрено. Температура нагрева листа постоянно контролируется или контактными (скользящими) термопарами или пирометрами или сочетанием этих способов. На выходе из камере нагрева лист с температурой 700-800 °С попадает в разделительный тамбур и далее в камеру выдержки.

Радиационные трубы камеры нагрева работают под разрежением на газовом топливе с встроенным рекуператором. Температура дыма на выходе из трубы 700-800 °С. Дым улавливается зонтами -- воронками, которые рассчитываются таким образом, чтобы подсасываемый воздух разбавлял дым до 400 °С. Это необходимо для устойчивой работы дымососа. Дым от всех радиационных труб собирается вместе и удаляется через дымовую трубу в атмосферу.

Тепловой баланс протяжной печи лучше давать по отдельным камерам, потребляющим энергию.

7. Расчет теплообмена и времени нагрева полосы

Принимаем для камеры нагрева нормализованные W-- образные радиационные трубы. У радиационной трубы, принятой к установке на печь, относительный шаг между ветвями одной трубы равен 1,5 -- 2,5 от диаметра, а между ветвями соседних труб 3,0 - 3,5. Найдем расстояние между ветвями одной трубы равно:

S₁=1,5•0,152=0,228 м

Между ветвями соседних труб:

S₂=3•0,152=0,456 м

Среднее расстояние между ветвями:

S_ср=0,25(3•S₁+S₂)=0,399 м

Относительный шаг S₀:

S₀=S_ср/d=0,339/0,152=2,5

Температура нагрева труб t_гр=700 °С. Расчет нагрева полосы проводится с учетом излучения и конвекции.

Разбиваем процесс нагрева полосы \ на три температурных интервала: 1 - от 20 до 400 °С, 2 - от 400 до 600 °С, 3 - от 600 до 700 °С.

Средняя теплоемкость металла углеродистой стали определяется по:

С_м⁼(i_k-i_H)/(t_k-t_H),

где t_kи t_H- начальная и конечная температура металла, °С

i_k- i_H-- энтальпия металла при конечной и начальной температуре соответственно, кДж/кг.

Для первого интервала t_H= 20°С и t_k=400 °С, С_M=0,543 кДж/кг * °С;

Для второго интервала С_M=0,69 Дж/кг * °С;

Для третьего интервала С_M=1 Дж/кг * °С;

Температуру в камере принимаем постоянной и равной температуре нагрева

радиационных труб, t_П= t_тр=700 °С.

Степень черноты металла ? для радиационных труб ?_тр =0,76; для отжигаемой полосы ?_м = 0,55

Обобщенный угловой коэффициент излучения от радиационных труб на полосу ?_тр.м⁼0,59;

От полосы на радиационные трубы ?_м.тр⁼0,78.

Приведенный коэффициент излучения системы С_пр:

С_пр =С₀(?_тр.м/( ?_тр.м•(1/ ?_тр -1)+(1/ ?_м -1)• ?_м.тр +1),

где С₀=5,67 Вт/м²* К⁴ - коэффициент излучения абсолютного черного тела.

С_пр=1,834 Вт/м*К⁴

Коэффициент теплоотдачи излучением б_H:

б_H= C_пр •((( t_п+273)/100)⁴-(t_м+273)/100)⁴)/( t_п -t_м)

t_м -средняя температура полосы для каждого температурного интервала нагрева, °С.

Для первого интервала t_м=210 °С

б_H=80,05 Вт/м³*К

Коэффициент теплоотдачи конвекцией б_k определяется по эмпирической формуле:

б_k=5,7+3,13•щ•p,

где _щ -- скорость движения полосы в камере, м/с

р -- плотность печной атмосферы (защитного газа), кг/м³.

При определении коэффициента теплоотдачи конвекцией для движущейся полосы принимают, что полоса неподвижна и обдувается потоком газа, скорость которого равна скорости движущейся полосы, следовательно: щ_r=щ=1,89 м/с.

Состав защитного газа: азот 85-95 %, водород 5-15 %.

Тогда плотность газа р_г при t_n=700 °С:

р_г= p_N2 •N₂+ p_H2 •H₂=0,288кг/м³.

Коэффициент теплоотдачи конвекцией

б_к=7,4 Вт/м²*К

Расчет нагрева полосы проводим по закону конвекции. Тогда общий коэффициент а теплоотдачи излучением и конвекцией: б= б_k+ б_н

Для первого интервала б₁=56,16 Вт/м*К.

Для второго б₂=77,81 Вт/м*К.

Для третьего б_з=93,02 Вт/м*К

Время нагрева ф для термически тонких тел по закону конвекции определяем по формуле:

ф=(S•р_м•C_M/k₁•а)•2,3 •lg((t_n-t_H)/(t_n-t_k))

Где р_м - плотность металла, кг/м³;

k₁ - коэффициент формы тела, для пластины равен 1;

С_м - средняя теплоемкость металла углеродистой стали

Время нагрева полосы в первом интервале температур: ф₁= 28,8 с.

Аналогично для второго интервала: ф₂= 11 с.

В третьем: ф ₃=20,2c.

Общее время нагрева полосы в камере: ф_и=60 с.

7.1 Определение основных размеров и параметров камеры нагрева.

Число радиационных труб в камере:

В одном проходе nтр=L1/(2•Sтр).

nтр=18/(4*0,399)=10 шт

Общее количество труб в камереnтр= nтр•(n+1)=150 шт.

Число роликов в камере n=14 шт.

Диаметр бочки поворотного ролика d_pпринимается из условия плавного отгибания лентой равным 600-700 мм толщинам ленты: d_p=700•0,002=l,4м.

Размер камеры нагрева по внутреннему контуру:

Длина камеры нагрева ln=np•dp+2•0,5=10,8 м,

Где 0,5 - расстояние от свода и пода камеры до поворотных роликов;

Ширина камеры принимается на 0,6 -- 0,7 м больше ширины листа,

т.е. h_n=0,7+1,65=2,35 м,

Высота камеры hn=L1+2•dp+2•l=22,8 м,

Где 1 -- расстояние от свода и пода камеры до поворотных роликов;

Футеровку боковых и торцевых стен, свода и пода принимаем двухслойной общей толщиной д=0,464 м.

Внутренний слой кладки выкладываем из шамотного кирпича ШЛ-1.0 толщиной д=0,232м, наружный из теплоизоляционного легковеса ШЛ-1.4, д=0,232 м.

Размеры камеры по внешнему контуру:

Длина 1нн=1н+2•д=11,264 м;

Ширина Ьнн=Ьн+2•д=2,814 м;

Высота hHH=hH+2•д=23,264 м;

Наружная теплоотдающая поверхность камеры

Fн=2•( 1НН• bHH+hHH•bHH+ 1нн• bHH);

F_H=257,7 м²

8. Контроль качества продукции

В связи с тем, что к металлу для глубокой вытяжки предъявляются жесткие требования, совершенствуются и виды испытании. Универсального метода, который надежно характеризовал, способность данного материала к глубокой вытяжке не существует, ввиду чего способность к глубокой вытяжке листов необходимо определять несколькими различными способами.

К обычным способам испытания полос относятся испытание на растяжение, изгиб, определение твердости, металлографический контроль микроструктуры, определение химического состава и контроль состояния поверхности и точности размеров. Наиболее распространённым методом определения способности стали к глубокой вытяжке является определение глубины вдавливания сферической лунки по Эриксену и определение балла зерна микроструктуры по структурным составляющим.

Данные полученные при испытании одного рулона, могут характеризовать свойства всей партии, отожженной в печи, лишь в случае одинаковой предварительной обработки ленты к одной плавки.

По ГОСТ 3560 проверка внешнего вида, размеров и механических свойств подвергают 1 % рулонов партии, но не менее 2-х рулонов..

Лист измеряют мерительными инструментами. Толщину листа измеряют на расстоянии не менее 3 мм от кромки. Контроль поверхности кромок проводят невооруженным глазом на 2 -- 5 витке рулона. По ГОСТ 503 - 81 качество поверхности и кромок ленты определяют невооруженным глазом. Толщину измеряют при помощи микрометров, ширину при помощи штангенциркуля.

Для проверки по этому ГОСТу временное сопротивление, относительное удлинение, глубины вдавливания лунки, испытания на изгиб, для проверки серповидности, расстояние должно быть отобрано 3 % рулонов ленты, но не менее трех.

Рис 1 - Схема отбора образцов

1 и 2 - образцы для растяжения; 3 - образцы для определения глубины вдавливания; 4 и 5 - образцы для контроля микроструктуры

По ГОСТ 9045 для проверки механических и технологический свойств из рулона выбирают по одному поперечному образцу, для испытания растяжение и выдавливания. Качество поверхности оценивается внешним осмотром.

Испытания на растяжения по ГОСТ 11701 проводят на образце длиной 80 мм, шириной 20 мм. Испытания на выдавливание по ГОСТ 10510. Испытывается каждый образец в 3 -- х местах, соответствующих середине и краем проката.

Верхний предел текучести характеризует напряжение, при котором начинается пластическая деформация металла. Большая площадь на нижнем пределе текучести характеризует значительную склонность материала к появлению линий скольжения на поверхности штамповки. В этом случае для уменьшения площади текучести на диаграмме растяжения, материал требует при дрессировке обжатия большей степени.

Отношение предела текучести к пределу прочности , является важным показателем, характеризующих запас пластичности стали при холодной деформации. Чем меньше это отношение, тем большую степень деформации выдержит сталь при штамповке. Величину отношения определяют, исходя из нижнего предела текучести, так как с него начинается равномерная пластическая деформация. При отношении 0,55 - 0,60 сталь обычно имеет хорошие вытяжные свойства, при отношении 0,65 - 0,75 - удовлетворительные свойства, а при 0,75 и больше, материал не пригоден для глубокой вытяжки.

Испытания на выдавливание регламентированы ГОСТ 10510. Выявление способности листового металла к холодной штамповке осуществляется методом выдавливания сферической лунки на образце при площади наконечников с полушаровой поверхностью определенного радиуса. Метод испытания заключается в следующем: образцы толщиной 0,1-2 мм зажимают по контуру прижимистым кольцом и матрицей с постоянным усилием 10 кН. Вытяжку осуществляют сферическим пуансоном со скоростью 5-25 мм/мин. Испытание проводят до появления на лунки трещины.

На глубину вдавливания влияет много факторов. Прежде всего, на нее влияет толщина ленты. С увеличением толщины листа растет глубина вдавливания. Глубина вдавливания тем больше, чем пластичнее материал, чем однороднее его структура, тем меньше в структуре неметаллических включений. Интенсивнее других элементов снижает глубину вдавливания фосфор, в то время как большее содержание марганца увеличивает глубину вдавливания. Содержание серы больше 0,028 % снижает глубину вдавливания.

1. Дедек В. Полосовая сталь для глубокой вытяжки -- М: Литература, 1970 208 стр.

2. Ксензук Ф.А., Трашенков М.А.,Чекмарев А.П., Прокатка автолистовой стали - М: Металлургия, 1981 236 стр.

3.Башнин Ю.А., Ушаков Б.К. Технология термической обработки -- М: Металлургия, 1986 424стр.

Размещено на Allbest.ru