專利名稱：在金屬、特別是鋼熱加工時(shí)減少氧化皮生成的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在金屬、特別是鋼熱加工時(shí)減少氧化皮生成的方法和裝置，其中經(jīng)過(guò)加熱的金屬短時(shí)間內(nèi)在高的壓力下塑性變形并隨后能夠卸除應(yīng)力。
所有非貴重金屬的表面均與其周圍大氣中的組份發(fā)生反應(yīng)并通過(guò)起氧化皮形成一個(gè)防腐蝕層，該防腐蝕層保護(hù)在其下面的金屬，使其不進(jìn)一步受到腐蝕?？諝庵械难鯕馀c金屬發(fā)生反應(yīng)并形成一個(gè)由金屬氧化物構(gòu)成的氧化皮層。該氧化物層是脆的。在金屬出現(xiàn)劇烈的機(jī)械變形時(shí)，該氧化物層輕易斷裂并輕易爆裂脫落，在周圍大氣的影響下又重新形成氧化物層。
在本文開頭提及的熱加工過(guò)程中觀察到，微小的氧化皮顆粒從金屬表面上大量脫落并以氣懸體云形式出現(xiàn)的懸浮物質(zhì)逸出。例如在熱軋機(jī)機(jī)列中，在每個(gè)輥隙的后面均生成大量的氧化鐵微粒和(根據(jù)合金成份)重金屬微粒散發(fā)物。這些散發(fā)物對(duì)環(huán)境、特別是對(duì)軋鋼廠工作人員構(gòu)成很大負(fù)擔(dān)。迄今，人們?cè)噲D通過(guò)抽吸來(lái)控制和消除這些散發(fā)物。但為此所需的設(shè)備投資費(fèi)用、如從空氣或軋輥的冷卻水中濾出懸浮微粒所需的設(shè)備費(fèi)用是相當(dāng)大的，此外，會(huì)丟失大量的鋼。
現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，如按照本發(fā)明在卸應(yīng)力階段用惰性氣體覆蓋金屬表面，則可出乎意料地、大大地減少氧化皮的形成。其原因至今尚未明確澄清，不是輕易可掌握的。
設(shè)定在金屬必須被加熱至達(dá)致延展?fàn)顟B(tài)的高溫下，生成氧化皮的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程加速了，而且是自發(fā)進(jìn)行的。另外還設(shè)定，熱加工過(guò)程開始時(shí)在金屬上的氧化皮層在變形時(shí)斷裂并大量脫落。詳細(xì)觀察和鑒定的結(jié)果是，經(jīng)過(guò)加熱的鋼帶通過(guò)軋機(jī)時(shí)出現(xiàn)的大量氧化皮散發(fā)物顯然不能單單來(lái)自在加工過(guò)程開始時(shí)存在于金屬表面上的氧化皮層。
在經(jīng)變形后的金屬上很快形成新的氧化皮層這一情況說(shuō)明，經(jīng)變形后的金屬在卸應(yīng)力階段以一定串接方式實(shí)現(xiàn)多次氧化皮的形成和脫落過(guò)程，因?yàn)殡S著塑性變性也出現(xiàn)一部分彈性變形，而彈性變形導(dǎo)致金屬出現(xiàn)一定程度的再度膨脹，在這種再度膨脹中有可能快速交替地出現(xiàn)氧皮層的形成、斷裂和脫落過(guò)程。
可是，至今對(duì)這一情況的發(fā)生過(guò)程仍沒有一個(gè)肯定的說(shuō)法;只有一點(diǎn)是肯定的，即出乎專業(yè)人員的預(yù)料，在緊隨熱加工后的一段時(shí)間內(nèi)一在熱軋連續(xù)的材料時(shí)，這相當(dāng)于離開輥隙后一個(gè)一定的路段-覆蓋經(jīng)過(guò)熱加工變形的金屬表面將大大減少氧化皮的形成(更確切地說(shuō)大大減少由以懸浮物質(zhì)形式出現(xiàn)的、脫落的氧化皮微粒構(gòu)成的云的形成)。
最好是用氮?dú)庾鳛槎栊詺怏w，在熱軋鋼材時(shí)在一定的路段上把氮?dú)獯祰姷诫x開了輥隙的材料上。
為了在這種情況下掌握熱軋鋼材時(shí)在軋材離開輥隙后在其內(nèi)形成由氧化皮微粒和重金屬微粒構(gòu)成的氣懸體云的整個(gè)關(guān)鍵性區(qū)域范圍，在熱軋鋼材時(shí)，在一個(gè)確定的路段上把隋性氣體吹噴到離開了輥隙的鋼材上。這一路段在前面所給出的說(shuō)明的上下文中相當(dāng)于經(jīng)過(guò)在輥隙中塑性變形的鋼帶的“卸應(yīng)力階段”。情況肯定地表明，顯然在這一確定的路段之后自然會(huì)形成一層(一般是薄的)氧化皮，但不會(huì)出現(xiàn)那些懸浮物散發(fā)的情況。
在應(yīng)用本發(fā)明的方法時(shí)，隋性氣體的吹噴方向最好斜對(duì)鋼材的送進(jìn)方向。在一個(gè)發(fā)展的實(shí)施形式中，可確定把惰性氣體也吹入輥隙內(nèi)的、位處軋材側(cè)部的自由空間內(nèi)。
按照本發(fā)明，在塑性變形結(jié)束后的卸應(yīng)力階段，在各種情況下通過(guò)吹入惰性氣體對(duì)處于熱加工過(guò)程中的金屬進(jìn)行覆蓋都是適當(dāng)?shù)模谝韵碌那闆r中也是如此，諸如自由鍛、模鍛或熱壓時(shí)的加工過(guò)程基本上是在固定不動(dòng)的情況下進(jìn)行的，因而，可以通過(guò)比較簡(jiǎn)單的方式使工件和工具周圍的空間得到屏蔽，使其與大氣隔絕。因此，實(shí)施本發(fā)明的方法的裝置的特征在于，有一個(gè)輸送惰性氣體的裝置與金屬熱加工設(shè)備相接，該隋性氣體輸送裝置具有多個(gè)朝向加工件的噴咀及裝置，這些噴咀及裝置把惰性氣體的輸送限制在加工后的卸應(yīng)力階段。最好是該裝置具有在卸應(yīng)力階段不論在甚么情況下都圍住加工件的構(gòu)件，處于高于大氣壓的壓力下的惰性氣體能支持在上述諸構(gòu)件的內(nèi)側(cè)上。情況表明，惰性氣體需要一定的壓力，以便在接近加工件時(shí)，惰體氣體縱使在自動(dòng)地受到加熱的情況下也能充分密封地和強(qiáng)制地貼近加工件的表面。如果在卸應(yīng)力階段中沒有至少是盡可能地包圍住加工件的條件，惰性氣體的這樣的壓力就不可能建立起來(lái)。
只要加工件是以高的(并在增大的)速度通過(guò)軋機(jī)的軋制鋼材，包圍的構(gòu)件可以是軋機(jī)的軋機(jī)牌坊出口側(cè)的構(gòu)件。
下面借助附圖以熱軋帶材軋機(jī)為例闡明本發(fā)明。在附圖中

圖1是軋機(jī)出口側(cè)部分的示意圖;
圖2是上側(cè)冷卻水箱的俯視圖;
圖3是下軋制工作臺(tái)的俯視圖;
圖4示出在輥隙中的加工過(guò)程;
圖5是圖4所示軋輥和軋材的垂直斷面圖。
在圖1中僅示意地示出了夾持在軋機(jī)牌坊1中的工作輥2、3和支承輥4、5的一部分的側(cè)視截面。在圖1中，經(jīng)加熱的軋材自左向右通過(guò)輥隙6，在圖1中所示的、屬于軋機(jī)的構(gòu)件位于軋材的出口側(cè)。
在這些構(gòu)件中，在熱軋帶材下方設(shè)有一個(gè)由兩部分8a和8b構(gòu)成的軋制工作臺(tái)，該軋制工作臺(tái)帶有貼靠在工作輥3上的剝離器(Abstreifer)9，以及在軋制工作臺(tái)8a下方設(shè)有一個(gè)冷卻水分配器10。由該冷卻水分配器噴到工作輥3上的冷卻水用11表示。
在圖1中，在熱軋帶材7的上方有一個(gè)水箱12，其底側(cè)16在工作輥2的部位設(shè)有一個(gè)剝離器13。噴向工作輥2的冷卻水15的分配器14設(shè)在水箱12中。剝離器13阻止冷卻水由于其自身重量流落至熱軋帶材上;冷卻水從側(cè)面在牌坊1的機(jī)座從壁部位流出并在軋機(jī)的下方被排出。
按照本發(fā)明，不僅在軋制工作臺(tái)8的范圍內(nèi)，而且也在上部水箱12的范圍內(nèi)設(shè)有吹送氮?dú)獾难b置，把氮?dú)獯等氡还ぷ髋_(tái)和水箱、及它們的剝離器9、13以及牌坊1的側(cè)部構(gòu)件完全圍住的、熾熱帶材7在離開輥隙6后隨即通過(guò)的空間。相對(duì)于軋制方向橫向伸展的管子20通過(guò)一根軟管21把惰性氣體輸往一個(gè)雙管式橫向分配器22，該橫向分配器22把惰性氣體分配給為數(shù)很多的、比較細(xì)的、帶噴咀的管子23，這些帶噴咀的管子23的口部24密封地穿過(guò)水箱12的底側(cè)16并把斜對(duì)熱軋帶材7的送進(jìn)方向的惰性氣體射流25對(duì)準(zhǔn)熱軋帶材7的上表面。
另一條連接軟管26把來(lái)自管子20的惰性氣體輸往一個(gè)沿?zé)彳垘Р牡乃徒o方向設(shè)在水箱12前方的橫向分配器27，該橫向分配器27設(shè)有分布在熱軋帶材7的寬度上的不同的噴咀開口28并再次噴出斜對(duì)熱軋帶材7的送進(jìn)方向的惰性氣體射流29。相應(yīng)情況也適用于在距離輥隙6更遠(yuǎn)處的、通過(guò)一根分配管31從管子20供給惰性氣體的橫向分配器30。
熱軋帶材7的下表面通過(guò)同樣方式用惰性氣體覆蓋住。一個(gè)雙管式橫向分配器42通過(guò)一根軟管41得到來(lái)自管子40的惰性氣體并把這些惰性氣體分配到為數(shù)很多的、分布在軋機(jī)的寬度上的、帶噴咀的管子43中并進(jìn)而分配到噴咀44中，噴咀44穿過(guò)下軋制工作臺(tái)8a并使斜對(duì)熱軋帶材7的送進(jìn)方向的惰性氣體射流45對(duì)準(zhǔn)熱軋帶材7。
橫向分配器48、49通過(guò)軟管46、47與管子40接通并且也使斜對(duì)送進(jìn)方向的惰性氣體射流50、51(穿過(guò)軋制工作臺(tái)8b的相互帶間距設(shè)置的構(gòu)件;參見圖3)對(duì)準(zhǔn)熱軋帶材7的下表面。
圖4示意地示出了熱軋帶材7通過(guò)工作輥2、3時(shí)的狀況。熱軋帶材7以起始厚度S從左面進(jìn)入，在輥隙6塑性變形成一個(gè)較小的厚度，在距輥隙6一點(diǎn)距離處減薄至厚度S1。在圖4中的輥隙6的左側(cè)可見到進(jìn)入輥隙6前包在熱軋帶材7周圍的氧化皮層7a。該氧化皮層在楔形變形過(guò)程中出現(xiàn)斷裂和爆裂，在圖4中跨張地示出了這一情況。
一當(dāng)熱軋帶材7通過(guò)輥隙(即工作輥2和3之間的最小距離線)后，工作輥2和3之間的距離快速增大，因而熱軋帶材7的材料能夠卸除應(yīng)力。根據(jù)材料的特性和熱軋帶材7的送進(jìn)速度，卸應(yīng)力階段的區(qū)域E在一個(gè)有一定長(zhǎng)度的、在送進(jìn)方向上與輥隙6的相接的路段上伸展，該路段在圖4中的熱軋帶材7的上側(cè)和下側(cè)用“E”來(lái)標(biāo)明。按照本發(fā)明，在卸應(yīng)力階段的區(qū)域E中，熱軋帶材7用惰性氣體、最好是用氮?dú)飧采w，使帶材此處不再能形成新的氧化皮。熱軋帶材7一離開有惰性氣體覆蓋著的卸應(yīng)力區(qū)E，金屬表面就與周圍空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)并形成(新的)氧化皮層7b，但其厚度較薄。
圖5示意地示出了工作輥2和3以及處在輥隙6中的熱軋帶材7的垂直斷面。按照本發(fā)明的一個(gè)發(fā)展形式，惰性氣體也吹入輥隙6內(nèi)的、在熱軋帶材7旁邊的自由空間52內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在金屬、特別是鋼的熱加工時(shí)減少氧化皮生成的方法，其中經(jīng)過(guò)加熱的金屬短時(shí)間內(nèi)在高的壓力下塑性變形并隨后能夠卸除應(yīng)力，其特征在于，在卸應(yīng)力階段，金屬表面用惰性氣體覆蓋。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用氮?dú)庾鳛槎栊詺怏w。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的、熱軋鋼的方法，其特征在于，離開輥隙的鋼材在一個(gè)確定的路段上用惰性氣體吹噴。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，把惰性氣體的吹噴方向調(diào)到斜對(duì)鋼材的送進(jìn)方向。
5.按照權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，把惰性氣體也吹入輥隙內(nèi)的、位處軋材側(cè)部的自由空間內(nèi)。
6.實(shí)施權(quán)利要求1至5中之至少一項(xiàng)所述方法的、與金屬熱加工設(shè)備相接的裝置，其特征在于，有一個(gè)輸送惰性氣體的裝置與熱加工設(shè)備相接，該惰性氣體輸送裝置具有多個(gè)朝向加工件的噴咀及裝置，這些噴咀及裝置把惰性氣體的輸送限制在加工后的卸應(yīng)力階段。
7.按照權(quán)利要求6所述的設(shè)置，其特征在于，該裝置具有在卸應(yīng)力階段不論在甚么情況下都圍住加工件的構(gòu)件，處于高于大氣壓的壓力下的惰性氣體能支持在這些構(gòu)件的內(nèi)側(cè)上。
8.按照權(quán)利要求7所述的、實(shí)施權(quán)利要求4或5所述方法的設(shè)備，其特征在于，這些構(gòu)件是軋機(jī)的軋機(jī)牌坊出口側(cè)的構(gòu)件。
全文摘要
一種在金屬、特別是鋼熱加工時(shí)減少氧化皮生成的方法，經(jīng)加熱的金屬短時(shí)間在高壓力下塑性變形并隨后卸除應(yīng)力，鋼材在離開輥隙一段路段上被惰性氣體包圍著。惰性氣體斜對(duì)著鋼材送進(jìn)方向吹噴，也可同時(shí)吹入輥隙內(nèi)的鋼材兩側(cè)空間。吹噴裝置與熱加工設(shè)備相接，設(shè)有管道供氣，通過(guò)噴嘴及裝置將惰性氣體的輸送限制在由軋制工作臺(tái)、冷卻水箱及軋機(jī)機(jī)座從壁構(gòu)件構(gòu)成的基本上封閉的空間內(nèi)，對(duì)從輥隙出來(lái)的鋼材的卸應(yīng)力區(qū)段進(jìn)行吹噴。
文檔編號(hào)C21D7/13GK1078179SQ93103128
公開日1993年11月10日 申請(qǐng)日期1993年3月15日 優(yōu)先權(quán)日1992年3月14日
發(fā)明者K·格魯茨馬赫, V·耶格, F·拉福夫, K·烏爾里希 申請(qǐng)人:克洛克納鋼鐵有限公司