Одним из перспективных направлений повышения качества стальной продукции, а также снижения её себестоимости является производство проката из непрерывно литого металла, который подвергается предварительному нагреву перед прокаткой в нагревательных печах для повышения пластичности, понижения сопротивления деформации, а также улучшения структуры металла. При высокотемпературном нагреве стали в печах окисляющим газом является свободный и связанный кислород, входящий в состав продуктов полного сгорания топлива [2]. Соотношение количества диоксида углерода к оксиду углерода и водяных паров к водороду определяет способность взаимодействовать печной атмосферы с железом, данные соотношения зависят от коэффициента расхода воздуха и температуры [3, 5].
В прокатном производстве большое практическое значение имеет чистота поверхности раската, которая оказывает существенное влияние на качество изделий. Такие дефекты как: пелена, заплес, неметаллические включения возникают на различных стадиях технологических операций [1]. Вышеперечисленные дефекты покрыты окалиной, поэтому правильная их идентификация позволяет эффективно бороться с их причинами и возникновением. Также окалинообразование является причиной таких видов брака как вкатанная или вмятая окалина, рябизна, раковины (язвины и оспины), что также снижает качество поверхности проката [4].
В сортопрокатном цехе № 1 ОАО ОЭМК проанализировали работу печей нагрева, с целью исследования влияния содержания кислорода в атмосфере печей нагрева на образование окалины при тепловой обработке непрерывнолитых заготовок (НЛЗ) и условия удаления окалины на установке гидросбива перед прокаткой в клети «1000».
Нагрев НЛЗ под прокатку производят в трех методических печах с шагающими балками. Печи имеют 6 зон регулирования температуры:
– 1, 2 – зоны подогрева (методические зоны);
– 3, 4 – зоны нагрева (сварочные зоны);
– 4, 6 – зоны выравнивания (томильные зоны);
Обогрев верхних зон (зоны 1, 3, 5) осуществляют сводовыми плоскопламенными горелками. Обогрев нижней зоны 2 – боковыми длиннофакельными горелками с регулируемой длиной факела, обогрев нижних зон 4 и 6 – торцевыми длиннофакельными горелками. Температура рабочего пространства печей контролируется термоэлектрическими преобразователями, установленными в зонах печей. Заданный по технологии температурный режим обеспечивается работой автоматики.
Нагрев опытных партий металла проводился в трех методических печах с различным содержанием кислорода в атмосфере печей, с использованием следующих марок стали: Ст5сп, 36Г2С, Ст3сп.
Исследовательская работа состояла из трех экспериментов, каждый из которых включал в себя нагрев непрерывнолитых заготовок с содержанием кислорода ~ 3-4 %, 4-5 %, 5-7 % соответственно, которое удалось получить с помощью изменения соотношения воздух/газ в зонах печей нагрева. Измерение процентного содержания кислорода проводилось в результате отбора проб в зонах нагревательных печей. После нагрева заготовки по транспортирующему рольгангу направлялись к окалиноломателю. Давление на прижимных роликах на всех этапах эксперимента составляло 8,0 МПа, давление на установке гидросбива окалины ~ 17,6 МПа.
В результате проведения трех экспериментов, в зависимости от изменения соотношения воздух/газ, были получены данные (фактическое содержание кислорода в атмосфере печей, фактическое содержание СО и СО2 в атмосфере печей нагрева, фактический расход газа в нагревательных печах при проведении экспериментов, среднее значение количества сбитой окалины по граням литых заготовок), анализ которых показал, что при нагреве стали с содержанием кислорода в атмосфере печей нагрева от 3% до 4% является оптимальным как по расходу газов в методических печах, так и по удалению окалины с непрерывнолитых заготовок на установке гидросбива перед прокаткой в клети «1000».