Проведение исследований по определению причины образования дефекта «сажа» на конструкционном прокате
Часть 1 — Описание проблемы
При производстве конструкционный прокат, как правило, проходит несколько технологических стадий: прокатка, отжиг, подготовка, упаковка и отгрузка потребителю.
Дефект «пятна загрязнения» в виде «сажистого налета» образуется при колпаковом отжиге. «Сажистый налет» представляет собой смесь графита, ферритного железа, оксида железа и незначительного количества карбида железа. Обычно дефект образуется по кромке проката, так как загрязненность по кромке, как правило, на 30-50 % выше, чем на середине полосы. Образование сажи на поверхности отжигаемых полос вызвано, как за счет реакции взаимодействия окиси углерода с оксидами железа, или прямого разложения CO при полном восстановлении оксидов, так и за счет разложения метана:
3FeO+COFe3O4;
2COCO2+2H2;
СН4С+2Н2.
Основным процессом, влияющим на образование «кромочной сажи», является холодная прокатка. С увеличением степени обжатия краев полосы, возрастает количество частиц износа, катализаторов образования сажи. Этот процесс также зависит от используемой технологической смазки. Основной причиной появления кромочной сажи является повышенное количество загрязнений перед отжигом. Появлению дефекта способствуют также дефекты профиля полосы.
Основными факторами термической обработки, влияющими на образование «сажистого налета» после отжига, являются: тип защитной атмосферы, ее влажность и расход на продувку, скорость нагрева и температурные перепады по сечению отжигаемых рулонов.
Наличие остатков технологических смазочно-охлаждающих средств на поверхности металла (в том числе и влаги) может непосредственно изменять состав атмосферы печи. Остатки масла могут возгоняться, коксоваться, а металлические продукты износа являются катализаторами химических реакций, в том числе и реакции разложения углеводородов масел с выделением аморфного углерода.
Появление «сажи» может являться результатом разложения остатков смазки, находящейся в рулоне с образованием сложной смеси газообразных продуктов: ароматических, моно-, ди-, и поли- циклических углеводородов, метана и окиси углерода. Количество углерод — содержащих остатков в значительной степени зависит от состава применяемой технологической смазки.
Для оценки причин образования дефекта обычно проводят :
- Определение топографии расположения дефекта «сажа» по длине и ширине проката (оценивается визуально, обычно при прохождении рулонов на агрегатах подготовки полосы)
- Статистический анализ образования дефекта «сажа» в зависимости от параметров эмульсионной системы на прокатном стане, сортамента проката, расположения рулонов по высоте садки в колпаковых печах
Можно также провести ряд активных экспериментов:
- по оценке влияния времени продувки в колпаковых печах на «сажеобразование» на рулонах, прокатанных с разогревом и без разогрева на стане
- по оценке возможности возгонки остатков технологической смазки при нагреве колпаковых печах при изменении режимов нагрева в печах (температура первой ступени 600оС и температура второй ступени 700оС)
- по оценке влияния на «сажеобразование» увеличения концентрации масла в водомасляной смеси при прокатке на стане при существующей технологии нагрева
При проведении экспериментов фиксируют:
- энергосиловые параметры прокатки
- параметры эмульсионной системы
- параметры нагрева опытного металла в колпаковых печах
Кроме того, проводится отбор образцов на стане и агрегатах подготовки полосы для оценки загрязненности и определения содержания поверхностного углерода.
Оценка степени загрязненности поверхности конструкционного проката проводится гравиметрическим методом, основанном на удалении масла и механических примесей в эфире и определении количества загрязнений по уменьшению массы образца металла.
Содержание поверхностного углерода на пластинке измеренной площади определяют его сжиганием в токе кислорода с последующей индикацией излучения методом инфракрасной спектроскопии на приборе LECO RC-412 в трёх температурных диапазонах: 100 — 200°С, 200 — 400°С, 400 — 680 °С. Углерод, преимущественно первой и второй фаз, входит в состав органических соединений смазки. Углерод третьей фазы относится, преимущественно, к элементарному – графиту, саже, происхождение которых связано как с основой, так и со смазкой на поверхности жести. Продолжение (Часть 2)
Рекомендуем ознакомиться со статьями:
- Дефект «Сажа». Часть 2 — Экспериментальные исследования по выявлению причин образования дефекта (пример)
- Что такое загрязнения на холоднокатаном прокате?
- Исследование механических свойств металла. Модель управления свойствами
- Термический отжиг в колпаковых печах и структура металла (краткий обзор)
- Влияние параметров эмульсии на чистоту проката. Часть 2 — Хлориды, жесткость, железо, минеральное масло.
