Нагрев слитков

Все колодцы в ОН К разделены по группам нагреваемых сталей (на ОАО “Северсталь” — шесть групп, на многих других заводах их больше за счет высокой доли легированных марок стали). В каждой группе устанавливается свой режим нагрева. Каждый колодец, как правило, состоит из двух-четырех одинаковых ячеек. В одну ячейку загружают от 6 до 14 слитков одной плавки (редко — двух плавок той же марки или одной группы марок стали по нагреву). Слитки располагаются равномерно по периметру рабочего пространства ячейки (рис. 9.5, а). Она имеет центрально расположенную горелку (рис. 9.5, б), через которую подаются подогретые газ (реже — жидкое топливо) и воздух. Пламя от сгорания топлива распространяется вверх, отражается от крышки колодца и, равномерно огибая все слитки, устремляется вниз к дымовой трубе. Такое движение печных газов благоприятно с точки зрения качества нагрева, так как слиток быстро и равномерно омывается газами и прогревается по длине и поперечному сечению. Однако условия работы на колодцах такой конструкции очень тяжелые. Пламя, ударяясь в крышку, быстро изнашивает ее, температура в зоне обслуживания колодцев очень высока как для обслуживающего персонала, так и для механизмов.

В колодцах с боковой подачей топлива (рис. 9.5, в) пламя скользит вдоль крышки и не столь сильно разогревает и разрушает ее. Условия работы персонала значительно лучше. Но качество нагрева в таких колодцах ухудшается. Печные газы при длинном пламени омывают дальние слитки, а ближние прогреваются за счет излучения от стенок колодца практически только с одной стороны. Чтобы прогреть все грани слитков, нужно непрерывно изменять длину пламени с помощью специальной системы автоматического регулирования.

Нагрев слитков под прокатку состоит из двух периодов. Первый период характеризуется максимально допустимым расходом воздуха и газа, обеспечивающим для простых марок стали максимальную скорость подъема температуры слитка до заданного значения. Для многих легированных сталей до температур 700—800 °С скорость подъема температуры ограничивается низкой пластичностью металла. Из-за большого перепада температур по сечению слитка возможно образование трещин.

При более высоких температурах скорость подъема температуры может быть значительно увеличена. Второй период — томление слитка — протекает при умеренном расходе газа и воздуха, он необходим лишь для поддержания требуемой температуры в колодце и выравнивания температуры металла по сечению слитка. Температура томления в колодце определяется диаграммой состояния метал-

Рис. 9.5. Ячейки нагревательного колодца: а — вид сверху; б — ячейка с центральной горелкой; в — ячейка с боковой горелкой ла (рис. 9.6) и выбирается на 50-100 °С ниже линии солидуса (начала плавления сплава).

Рис. 9.6. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов

Для сталей первой группы, куда входят низкоуглеродистые стали с содержанием углерода не выше 0,37 %, температура газов в ячейке при томлении составляет 1340— 1360 °С, а температура металла при выдаче из колодца равняется 1270—1300 °С. К этой группе относятся кипящие стали марок СтО—Ст4, 08—20, 08Ю,

08кп и др. и полуспокойные стали СтЗпс—Ст5пс,

СтЗГпс и др.

Следующую группу марок составляют среднеуглеродистые и низколегированные конструкционные стали типа 40—55, Стбпс, 22Г, 12ХН,

• 09Г2, 17ГС, 35ГС, 14ХГС, 25ХГТ, 20Х-45Х,
• 30ХГСА и др. Температура выдачи таких слитков из печи составляет 1260—1290 °С.

Единую группу образуют стали 60, 60Г-65Г, 50Х, 40ХН, 20ХГСНМ, 18ХГТ, 12X17, 22Х2Г2АЮ, 38ХГН и др., температура их нагрева снижается до 1250— 1270 °С. Для высокоуглеродистых сталей с содержанием углерода 0,7—0,9 % (70-85, 60С2ХА, 5ХНВ, 6ХВ2С, У7—У8 и др.) температура металла при выдаче 1220—1250 °С. При более высоком содержании углерода (углеродистые У9— У12 и многие высоколегированные инструментальные и штамповые стали типа ШХ6—ШХ15, 9Х, ХВГ, ХГС, 85ХС и др.) температура выдачи металла снижается до 1100—1150 °С. Если для углеродистых и низколегированных сталей температура нагрева определяется однозначно по приведенной диаграмме, то для легированных и высоколегированных сталей диаграмма состояния сильно искажается, и температуру нагрева определяют по справочникам по нагреву. При более высокой температуре томления, чем рекомендовано технологической инструкцией, происходит неисправимый брак, который называется переже- гом, когда границы зерен металла начинают оплавляться.

Нагрев слитка перед прокаткой является весьма ответственной технологической операцией, в значительной мере определяющей качество готового металла. Помимо температуры много других параметров влияют на качество металла. Если для низкоуглеродистых сталей скорость подъема температуры нелимитирована, то для высокоуглеродистых и многих легированных марок сталей она ограничивается, так как температурные напряжения между наружными и внутренними слоями металла могут привести к образованию внутренних трещин. Внутренние разрывы могут выходить в виде поперечных наружных трещин на боковые грани слитка, которые называются скворечниками.

Важным параметром нагрева является время томления слитка. Известно, что при высокой температуре происходит рост зерна металла за счет рекристаллизации. Затем при пластической деформации наследственно крупное зерно может частично сохраниться, суммарная степень деформации может быть недостаточной, чтобы достигнуть мелкозернистой конечной структуры. Для крупного зерна в готовом изделии характерна пониженная пластичность. Особенно чувствительна к величине зерна ударная вязкость металла. Крупное зерно не желательно для некоторых легированных (инструментальных) сталей по той причине, что при прокатке они становятся недостаточно пластичными.

Крупное зерно образуется при длительном пребывании металла в печи. Такие ситуации возникают при поломках стана, при авариях и грубых нарушениях технологической инструкции по нагреву. Образующийся при этом брак называется перегревом. Он может быть исправлен путем перекристаллизации металла. Необходимо охладить металл до температуры начала рекристаллизации и вновь нагреть до заданной температуры в соответствии с технологической инструкцией.

Для высокоуглеродистых и инструментальных сталей длительное пребывание металла при высоких температурах связано с образованием еще одного вида брака — обезуглероживания. Углерод в поверхностных слоях слитка, соединяясь с кислородом, водородом и окисью углерода СО, находящихся в продуктах горения топлива, удаляется из металла. Поверхностные слои обедняются углеродом. После прокатки такой металл для инструмента не обеспечивает необходимые режущие качества. Обезуглероживание снижает твердость металла, сопротивление сжатию, истираемость и другие важные эксплуатационные характеристики металла. Бороться с обезуглероживанием можно двумя способами. Первый состоит в том, чтобы уменьшить в атмосфере колодца содержание кислорода 0₂, окиси углерода СО и водорода Н₂, определяющие реакции обезуглероживания. Второй (“варварский”, но легко реализуемый) способ, иногда применяемый на старых заводах, заключается в наведении, наоборот, сильно окислительной атмосферы в колодце путем дополнительной подачи кислорода. При этом поверхностные слои металла быстрее окисляются, чем обезуглероживаются. После удаления окалины на прокатном стане здоровая часть металла оказывается с нормальным содержанием углерода. Конечно, такой прием связан с большим отходом металла в окалину. Окалина — это также своего рода брак, который определяет угар металла. При нормальном нагреве слитков угар составляет 1—2 % по массе слитка, а при окислительном нагреве он увеличивается до 4—5 %.