Энерго- и ресурсосбережение является одним из основных составляющих современных технологий, в частности, в металлургии и машиностроении. Для придания металлу пластических свойств перед прокаткой его нагревают до температуры 1200-1300оС. Существенной проблемой высокотемпературного нагревания является значительные потери метала „в угар” при образовании окалины в результате окисления метала. Так, при температуре больше 700оС идет процесс образования сплошной гетерогенной окалины
Необходимость подвергать металл высокотемпературному нагреву перед дальнейшей обработкой приводит к значительным потерям по причине его угара. В некоторых случаях при многократном нагреве угар может составлять примерно 8%. Изначально высокая стоимость стали и затраты, связанные с удалением окалины, являются стимулом для поиска и разработки новых технологий и оптимальных режимов нагрева. Повышение конкурентоспособности металлургических предприятий за счет прогрессивных технологических процессов, основанных большей частью на малоотходности и ресурсосбережении, - один из этапов стратегического развития горно-металлургического комплекса Украины.
Снижение угара стали (скорости окалинообразования) при высокотемпературном нагреве, разработка основ технологического процесса и оснастки для его реализации.
Разработанная технология нагрева стали с электрофизическим воздействием включает предложения по способу подвода отрицательного электрического потенциала к массиву нагреваемого металла. Ресурсосберегающая технология предложена к использованию в методических толкательных печах ОАО «ДМЗ».
Одним из способов частичного снижения угара является электрофизическое воздействие (ЭФВ) на тепломассообменные процессы при высокотемпературном окислении стали. Суть воздействия заключается в том, что при компенсации избыточного положительного заряда, образующегося в результате присоединения электронов из оксида железа к кислороду и образование вакансий, внешним электрическим зарядом, электрохимический градиент потенциала в слое окалины стремится к нулю, реакционное сопротивление увеличивается, за счет чего и снижается скорость диффузии кислорода к металлу через слой окалины, т.е. уменьшается окалинообразование [1]. Экспериментальные исследования [2,3] в лабораторных и промышленных условиях показали возможность снижения потерь металла с окалиной на 20-30%. При этом также снижается расход энергии на нагревание, т.к. уменьшается теплоизолирующее действие слоя окалины. Наиболее приспособлена для ЭФВ методические толкательные печи для нагрева стальных заготовок под прокатку. В таких печах садка металла, состоящая из отдельных заготовок, перемещается посредством толкания. По мере перемещения от зоны загрузки до зоны выдачи, заготовки проходят через несколько температурных зон и нагреваются до необходимого состояния. В печи возможен подвод электрического потенциала в холодной зоне, а также осуществляется плотный механический и электрический контакт за счет действия толкателя, следовательно, и распространение электрофизического воздействия на всю садку. В работе предлагается способ управления ЭФВ. Проведен хронометраж подачи стальных заготовок в печь, тем самым – ЭФВ на заготовки. Время контакта толкателя с заготовкой, т.е. и электрода для подвода электрического потенциала, составляет в среднем до 5 минут, интервал, когда толкатель не контактирует с заготовкой – 0.5 минут, что составляет 94% и 6% соответственно. На способ подана заявка на патент, поэтому детали способа здесь не приводятся. Основными положениями концепции управления ЭФВ являются:
- расположение контактного электрода внутри головки толкателя, что удобно в зоне работы загрузочных механизмов, а также соответствует требованиям безопасности;
- электромеханическая система управления расположением контактного электрода;
- система синхронизации работы:
а) механизмов подачи (отключения) электрического потенциала;
б) механизмов управления расположением электрода;
в) толкателя.
Таким образом, в работе сделан анализ возможности использования электрофизического воздействия в методических нагревательных печах с толкателем при высокотемпературном нагреве стальных заготовок, а также предложены концепции управления ЭФВ.
1. Новикова Е.В., Курбатов Ю.Л. Снижение угара стали при электрофизическом воздействии // Экотехнологии и ресурсосбережение. –1998. - №5. - С. 38-41.
2. Новикова Е.В., Курбатов Ю.Л. Окалинообразование при электрофизическом воздействии на нагреваемый металл // Экотехнологии и ресурсосбережение. – 1999. - №6. - С. 73-74.
3. Новикова Е.В., Курбатов Ю.Л. Разработка математической модели высокотемпературного нагрева стали с применением постоянного электрического поля // Наукові праці ДонНТУ: Металургія. - Донецьк. – 2002. - №40. - С. 145-149.
4. Патент України 51118, МКИ C21D1/34; 1/40. Спосіб нагрівання сталевих заготівок у нагрівальній печі / Курбатов Ю.Л., Новікова О.В. (Україна) // БВ, №3, 2005.