1.3. Нагрев металла перед прокаткой
Перед прокаткой медные слитки нагреваются в методической печи. Нагрев исходных материалов должен обеспечить высокую пластичность и наименьшее сопротивление металла деформации. Поэтому чем выше температура, тем меньше расход энергии на деформацию, реже ломаются валки и другие детали стана.
В методических печах нагреваемые слитки непрерывно перемещаются в горизонтальном направлении навстречу движущемуся газу. При слишком высоких температурах или нарушениях установленного режима нагрева могут возникать следующие явления: усиленное окисление, проникновение газов в толщу слитка, «водородная болезнь» (т.е. медь становится хрупкой и склонной к растрескиванию). Может также при чрезмерном нагреве произойти «перегрев» – рост крупных кристаллов меди, и «пережог» – окисление границ зерен. При горячей обработке металлов давлением выбор правильной температуры нагрева и обработки оказывает решающее влияние на качество готовой продукции.
Величина зерен металла после прокатки зависит от степени деформации, температуры, длительности (скорости) деформации и охлаждения. Если подвергать горячей обработке давлением металл с мелкозернистой структурой, то до некоторой вполне определенной деформации величина зерен при рекристаллизации не изменяется, а при достижении этой деформации происходит скачкообразный рост зерен. При дальнейшем увеличении степени деформации размеры зерен уменьшаются, и при больших деформациях получается снова мелкозернистая структура. На рис. 1.4 показана рекристаллизационная диаграмма меди.
Рис. 1.4. Диаграмма рекристаллизации меди
Деформация и температура прокатки, при которых в мелкозернистом металле происходит интенсивный рост зерен, например деформация 4–10 % и температура 700 ºС, называются критической деформацией и критической температурой.
Технологические процессы необходимо строить таким образом, чтобы на каждом переходе степень деформации была больше или меньше критической. Катанка, полученная прокаткой при критической степени деформации, в дальнейшем при холодной обработке проявляет худшие качества, например имеет большую обрывность при волочении. Температура нагрева и температурный интервал прокатки могут различаться для разных прокатных станов, так как они зависят от калибровки стана, скорости прокатки и условий охлаждения металла. Медные слитки нагреваются в методических печах полунепрерывного прокатного стана со скоростью 9 ºС/мин до 850–950 ºС [1].
В прокатных цехах чаще используются методические нагревательные печи и электрические печи сопротивления.
Методические печи представляют собой агрегаты, в которых происходят сжигание топлива, теплообмен, нагрев металла и другие теплотехнические процессы. Рабочее пространство этих печей вытянуто в длину; газы движутся по длине рабочего пространства, и их температура постепенно снижается в направлении движения; металл загружается в наиболее холодную часть печи и постоянно перемещается в ее более горячую часть навстречу движущемуся газу; тепловой и температурный режимы по зонам постоянны. Методические печи бывают двухрядные и однорядные, отапливаются газом или мазутом. На печах можно устанавливать рекуператоры – устройства для подогрева идущего на горение воздуха за счет тепла газов, отходящих из печи. Это экономит топливо и повышает коэффициент его использования.
Большинство алюминиевых слитков нагревается в электронагревательных печах. Конвейерные печи типа ОКБ-706 являются печами сопротивления с принудительной замкнутой циркуляцией воздуха. Нагрев слитков осуществляется потоком нагретого воздуха, который проходит через электрокалориферы и рабочее пространство печи, обдувая загруженные слитки. Нагрев характеризуется температурой, скоростью и продолжительностью. Основой правильно выбранного режима нагрева является максимально допустимая скорость нагрева, которая обеспечивает заданную производительность и высокое качество нагрева при минимальной затрате тепловой энергии.