БП-СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПРОВОЛОКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК C21D1/19 C21D9/54 

Изобретение относится к металлургии черных металлов и совершенствует технологию и оборудование для термической обработки проволоки.

Известен способ обработки проволоки, включающий нагрев до 820 - 970^oС, выдержку при этой температуре, интенсивное охлаждение до 400 - 550^oС путем погружения в ванну, с расплавом свинца или селитры, окончательное охлаждение водой до цеховой температуры и очистку поверхности проволоки от окалины травлением, промывку водой и нанесение на ее поверхность подсмазочного слоя [1]
Этот способ характеризуется неэкономичностью и низкой экологической чистотой. Для его реализации используются дорогостоящие материалы свинец либо селитра. Для поддержания постоянной температуры этих материалов по ходу технологического процесса требуется непрерывный дополнительный расход энергоносителей, испарении свинца и селитры, равно как и пары кислоты, загрязняют окружающую среду.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ обработки проволоки, включающий нагрев до 820 970^oC, выдержку при этой температуре в восстановительной атмосфере в течение 5-15 с, интенсивное охлаждение до 400 550^oC продувкой защитным газом со скоростью газового потока 8 170 м/с, в течение 4 15 с и интенсивное охлаждение водой [2] В этом способе продувка защитным газом проволоки ведется продольным по ходу технологического процесса потоком.

Данный способ реализует так называемое патентирование проволоки без применения нарушающих экологическую чистоту окружающей среды свинца, селитры, кислоты. Снижает он и расход энергоносителей.

Однако, в отдельных случаях, поскольку он не учитывает влияния на ход технологического процесса некоторых его факторов, имеет место разброс значений прочности проволоки и получение недостаточного уровня пластичности металла.

Как показал комплекс проведенных исследований самого процесса и свойств полученной по этому процессу проволоки, на уровень свойств патентированной проволоки существенное влияние оказывают ширина плоского газового потока, продольного по ходу технологического процесса, скорость газового потока, температура начала и конца интенсивного охлаждения. Все эти факторы диктуют необходимость для каждого конкретного типоразмера проволоки с целью стабилизации ее свойств устанавливать строго определенное время интенсивного охлаждения.

Таким образом, задача данного изобретения заключалась в том, чтобы в каждом конкретном случае правильно установить время интенсивного охлаждения и тем самым предотвратить широкий разброс технологических свойств термообработанной проволоки, повысить уровень ее пластических свойств.

Согласно изобретению поставленная цель достигается тем, что в способе-прототипе, включающем нагрев до 820 970^oC, выдержку при этой температуре в восстановительной атмосфере в течение 5 15 с, интенсивное охлаждение продувкой защитным газом со скоростью продольного по ходу технологического процесса газового потока 8 170 м/с и окончательное охлаждение водой до цеховой температуры, уровень конца интенсивного охлаждения повышают с 400 550^oС до 520 600^oС, в процессе этого охлаждения регулируют его время исходя из зависимости:
τ (1,0 2,5)d 0,46b [2,0V_г(4,5d 1) - 1,3t_н(2,3d 1) + 12,5 t_к(0,6d 1)] х 10^-3 + 0,9
а при конечной температуре интенсивного охлаждения 520 600^oС производят выдержку в защитном газе в течение 2 5 с,
где t время интенсивного охлаждения, с;
d диаметр проволоки, мм;
b ширина плоского разового потока, мм;
V_г скорость газового потока, м/с;
t_н температура начала интенсивного охлаждения, ^oС;
t_к температура конца интенсивного охлаждения, ^oС.

Кажущаяся одинаковость температур конца интенсивного охлаждения (400 - 550^oC) в прототипе и 520 600^oС в предлагаемом способе) фактически является существенным различием.

Так, например, при интенсивном охлаждении проволоки диаметром 4 мм от 930 до 550^oС для получения необходимых прочностных свойств, охлаждение необходимо вести в течение 8,5 с. При этом средняя скорость охлаждения будет равна 45^oС/с и это является причиной недостаточного уровня пластических свойств металла.

Известно, что для повышения пластичности металла необходимо повысить дисперсность пластинчатого перлита, что достигается за счет повышения скорости охлаждения. Если повышать среднюю скорость интенсивного охлаждения от 930 до 550^oС примерно в 2 раза, т. е. до 90^oС/с и интенсивное охлаждение вести, по-прежнему, в течение 8,5 с, то структурные превращения в интервале температур 520 550^oС не успевают закончиться и металл закаливается на мартенсит.

Время интенсивного охлаждения проволоки до 520 600^oС, установленное исходя из предлагаемой зависимости, с последующей выдержкой при этой температуре в течение 2 5 с, обеспечивая одновременно повышение дисперсности пластинчатого перлита и полноту протекания структурных превращений, существенно, по сравнению с прототипом, повышает пластические свойства проволоки, гарантируя требуемый уровень ее прочности.

Известно устройство для обработки проволоки, содержащее печь, камеру охлаждения с входным и выходным окном и расположенный в полости этой камеры вентилятор, выходной патрубок которого трубопроводами связан с холодильником и далее с напорными коробами, снабженными поперечными щелевыми соплами [3]
При охлаждении с помощью данного устройства проволоки, движущейся со скоростью 0,1 0,5 м/с, продувкой через поперечные щелевые сопла, не могут быть достигнуты скорости охлаждения, обеспечивающие получение такой же структуры металла и свойств проволоки, как в случае патентирования в расплавах свинца и селитры.

Этот недостаток устранен в наиболее близком к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату устройстве для обработки проволоки, содержащем печь, камеру охлаждения с термостатом, герметично примыкающим к ней на ее входе, расположенный в полости камеры вентилятор, выходной патрубок которого трубопроводами соединен с холодильником и напорным коробом, имеющим продольные по ходу технологического процесса щелевое сопло, и V-образные центрирующие элементы, установленные под щелевым соплом напорного короба в продольном направлении [2]
Это устройство вполне соответствует требованиям для реализации известного способа прототипа, однако вследствие влияния на свойства обработанной проволоки таких факторов как ширина плоского газового потока, что обеспечивается шириной щелевого сопла, строго заданного временем интенсивного охлаждения, а также в связи с необходимостью после интенсивного охлаждения производить выдержку проволоки при 520 600^oС в защитном газе, это устройство требует существенного конструктивного совершенствования.

Таким образом задача, стоящая перед изобретением, заключается в создании устройства для реализации заявляемого способа, которое позволило бы не допустить большой разброс свойств обработанной проволоки и обеспечить высокий уровень пластических свойств.

Согласно изобретению поставленная задача решается тем, что известное устройство прототип снабжается вторым термостатом, герметично соединенным с камерой охлаждения на ее выходе, и шиберным затвором, подвижно установленным в напорном коробе вдоль щелевого сопла.

На фиг. 1 представлена общая схема устройства; на фиг. 2 камера охлаждения.

Устройство содержит печь 1, камеру охлаждения 2 с термостатом 3, герметично примыкающим к ней на ее входе, расположенный в полости камеры охлаждения вентилятор 4, выходной патрубок 5 которого трубопроводами 6 соединен с холодильником 7 и напорным коробом 8, имеющим продольное по ходу технологического процесса щелевое сопло 9 и V-образные центрирующие элементы 10, установленные над или под щелевым соплом в продольном направлении.

Устройство снабжено вторым термостатом 11, герметично соединенным с камерой охлаждения на ее выходе и шиберным затвором 12, подвижно установленным в напорном коробе вдоль щелевого сопла и ванной 13 для окончательного охлаждения.

Сущность способа и работа устройства для его реализации при обработке проволоки заключается в следующем.

Проволочную заготовку разматывают и нагревают нитью в печи 1 с малоокисленной атмосферой до 820 970^oС. При таком нагреве проволока окисляется на глубину до 3,0 мкм. После этого она поступает в термостат 3, рабочее пространство которого разогрето соответственно до 820 970^oС и заполнено восстановительным газом, например смесью водорода и азота, где производят ее выдержку в течение 5 15 с. Длительность этой изотермической выдержки обеспечивает завершение процесса аустенитизации и полное восстановление окисленного слоя поверхности проволоки до чистого железа. Очищенная от окалины проволока попадает в камеру охлаждения 2, где интенсивное ее охлаждение ведут продувкой защитным газом со скоростью газового потока 8 - 170 м/с, при этом температура проволоки снижается до 520 600^oС. Время интенсивного охлаждения регулируют, исходя из нижеприведенных параметров по зависимости
t (1,0 2,5)d 0,46b [2,0V_г(4,5d 1) - 1,3t_н(2,3d 1) + 12,5 t_к(0,6d 1)] х 10^-3 + 0,9
где t время интенсивного охлаждения, с;
d диаметр проволоки, мм;
b ширина плоского разового потока, мм;
V_г скорость газового потока, м/с;
t_н^o температура начала интенсивного охлаждения, ^oС;
t_к^o температура конца интенсивного охлаждения, ^oС.

Предлагаемый способ предназначен в основном для обработки проволоки диаметром 2,5 6,0 мм.

Коэффициент 1,0 2,5 в формуле определения t учитывает статистические отклонения основных технологических параметров (b, V_г, t_н^o, t_к^o) от средних их значений, а также совместное их влияние на время интенсивного охлаждения проволоки различных диаметров, при этом значение коэффициента, равное единице, применяют для проволоки диаметром 2,5 мм, а значение, равное 2,5, для проволоки диаметром 6,0 мм.

Газовый поток в камере охлаждения нагнетается вентилятором 4 через холодильник 7 в напорный короб 8, щелевое сопло которого 9 обеспечивает ширину b плоского газового потока. Требуемое время t интенсивного охлаждения, определенное из приведенной зависимости, устанавливается длиной щелевого сопла, которая регулируется шиберным затворов 12, исходя из скорости перемещения проволоки через устройство.

По выходе из камеры охлаждения с температурой 520 600^oС проволока попадает во второй термостат 11, рабочее пространство которого нагрето до этой же температуры и заполнено защитным газом. Здесь проволоку выдерживают в течение 2 5 с. При этом время выдержки выбирается исходя из полноты структурных превращений в проволоке различного диаметра. Оценку структуры проволоки в этом случае производили следующим образом. Проволочную заготовку диаметром 2,5 6,0 мм из стали 70 нагревали до 900^oС и после выдержки при этой температуре в течение 4 минут охлаждали в струйной камере потоком защитного газа со скоростью V_г 65 м/с и шириной b 1,8 мм до температуры 560^oС. Продолжительность охлаждения определяли исходя из приведенной зависимости и устанавливали с помощью шиберного затвора 12. После интенсивного охлаждения проволоку перемещали в термостат, заполненный защитным газом, где при температуре 560 ± 15^oC выдерживали ее в течение 0,5 7,0 c после чего быстро погружали ее в ванну 13 с водой. Из охлажденных таким образом образцов готовили шлифы и оценку структуры металла производили по результатам их осмотра на металлографическом микроскопе типа "Неофот-2" при увеличении х 800. Результаты оценки структуры металла получаемой по предлагаемому способу приведены в табл. 1. в табл.1. Таблица 1 Влияние изотермической выдержки металла в термостате и последующего охлаждения водой на структуру проволоки диаметром 2,5 и 6,0 мм из стали 70
Таким образом, проволоку с чистой и свободной от окалины поверхностью можно окончательно охлаждать до цеховой температуры водой и сматывать ее в моток или шпулю.

На опытной установке по описанному процессу обрабатывали проволоку следующего химического состава: С 0,63 марганец 0,57 Диаметр проволоки 2,8 мм.

Для проволоки этого состава температура нагрева под обработку составляет 930^oС. Выдержку в термостате 3 осуществляли в течение 8 с. Термостат был заполнен смесью водорода 40 и азота 60 В процессе интенсивного охлаждения до t_к 550^oC скорость газового потока устанавливали равным 100 м/с. Ширина газового потока, соответствующая ширине щелевого сопла 9 напорного короба 8 устройства, была равна 4 мм.

В соответствии о приведенной зависимостью время t интенсивного охлаждения проволоки составило 2,1 с.

Это время было обеспечено установкой шиберного затвора 12, исходя из зависимости
l V_пр х t
где l длина открытой части щелевого сопла, м;
V_пр скорость перемещения проволоки м/с.

Поскольку в данном конкретном случае V_пр 0,5 м/с, а t 2,1 с
l 0,5 x 2,1 1,05 м.

По завершении интенсивного охлаждения, при температуре t_к 550^oС проволока поступала во второй термостат 11, заполненный азотным защитным газом, где выдерживалась в течение 3 с.

Получены следующие свойства проволоки:
s_в 1088 1108 Н/мм²,
δ 18,5 20,0
j 50,2 60,6
что полностью соответствует требованиям к проволоке, патентированной в свинцовой ванне.

Кроме того, по предлагаемому способу обработали проволоку разных диаметров при ширине газового потока (щелевого сопла) b 4,0 мм и скорости газового потока V_г 100 м/с. Результаты этих испытаний показаны в табл. 2.

Как видно из этой таблицы, предлагаемый способ обработки проволоки и устройство для его осуществления обеспечивают, по сравнению с прототипом, более высокий уровень пластических свойств при сохранении прочности проволоки на уровне современных требований. ТТТ1 ТТТ2 ТТТ3

Использование: изобретение относится к металлургии черных металлов. Сущность: проволоку диаметром 2,5 - 6,0 мм нагревают до 820 - 970^oС в среде водорода и азота, выдерживают в течение 5 - 15 с, oxлаждают газовым потоком со скоростью 8 - 170 м/с до 520 - 600^oС. Время охлаждения регулируют в зависимости от диаметра проволоки, скорости газового потока, температур начала и конца охлаждения, ширины плоского газового потока. При конечной температуре 520 - 600^oС осуществляют выдержку в течение 2 - 5 с и окончательно охлаждают. Устройство содержит печь, камеру охлаждения с термостатами, герметично примыкавшими к ней на ее входе и выходе, расположенный в полости камеры вентилятор, выходной патрубок которого трубопроводами соединен с холодильником и напорным коробом (НК), имевшим продельное по ходу технологического процесса щелевое сопло (ЩС), и V-образные центрирующие элементы, установленные вдоль НК в продольном направлении, и шиберный затвор, подвижно установленный в НК вдоль ЩС. 2 ил., 2 табл.

1. БП-способ обработки проволоки, включающий нагрев до 820-970^oC, выдержку при этой температуре, интенсивное охлаждение до заданной температуры и окончательное охлаждение водой до цеховой температуры, отличающийся тем, что интенсивное охлаждение ведут продувкой защитным газом со скоростью газового потока 8-170 м/с до 520-600^oC, время охлаждения регулируют исходя из зависимости

где τ время интенсивного охлаждения, с;
d диаметр проволоки, мм;
b ширина плоского газового потока, мм;
V_г скорость газового потока, м/с;
tон