СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПРОВОЛОКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК C21D9/52 C21D9/54 

Изобретение относится к области металлургии черных металлов, конкретнее
к термической обработке проволоки.

Известен способ обработки проволоки, включающий ее нагрев до 820^o - 970^oС, выдержку при этой температуре, интенсивное охлаждение до 400^o 550^oС погружением в ванну с расплавом свинца или селитры и окончательное охлаждение водой доцеховой температуры (1).

Недостатком этого способа является его низкая экономичность и неэкологичность. Для получения заданной структуры металла и его свойств способ требует использования дорогостоящих материалов свинца, селитры, а экологически вредные испарения расплавов свинца, селитры и растворенные в промывочных водах остатки этих продуктов загрязняют атмосферу, водоемы и окружающую местность.

Известно устройство для обработки изделий, содержащее печь, камеру охлаждения с входным и выходным окнами и расположенный в полости этой камеры вентилятор, выходной патрубок которого соединен трубопроводами с холодильником и далее с напорными коробами, имеющими поперечные щелевые сопла (2).

Применительно к известному рассмотренному способу при охлаждении проволоки, движущейся со скоростью 0,1 0,5 м/с, продувкой через поперечные щелевые сопла не может быть достигнута скорость охлаждения, обеспечивающая такую же структуру металла и его свойства, как и в случае патентирования в расплавах свинца и селитры.

Наиболее близким аналогом по новизне и достигаемому результату к предлагаемому является техническое решение по заявке на способ обработки проволоки и устройство для его осуществления (3,4). Данный способ включает нагрев до 820° 970°С, выдержку при этой температуре, интенсивное охлаждение до 400^o 550^oС, окончательное охлаждение до цеховой температуры. При этом интенсивное охлаждение ведут продувкой газом со скоростью газового потока 8-170 м/с.

Способ обеспечивает патентирование проволоки и достижение требуемых для нее свойств без использования свинцовых или селитровых ванн, однако при определенных условиях, поскольку он не учитывает влияния других технологических факторов, имеет место довольно широкий разброс значений прочности проволоки и получение более низкого уровня пластичности металла.

На уровень свойств патентированной проволоки существенное влияние, как показали исследования, оказывают ширина плоского газового потока, исходящего из щелевого сопла, температура начала и конца интенсивного охлаждения, скорость газового потока. Все это диктует необходимость для каждого конкретното типоразмера проволоки устанавливать строго определенное время интенсивного охлаждения.

Таким образом, задача при разработке предлагаемого способа заключалась в том, чтобы в каждом конкретном случае правильно установить время ускоренного охлаждения и тем самым предотвратить широкий разброс свойств термообработанной проволоки.

Известное устройство для исполнения способа-прототипа содержит печь, вентилятор, выходной патрубок которого соединен о напорным коробом, имеющим щелевое сопло, расположенное вдоль камеры охлаждения по ходу технологического процесса, и V-образные центрирующие элементы, основания которых расположены под щелевым соплом в продольном направлении.

Недостатком этого устройства является то, что оно не позволяет устанавливать для различных диаметров проволоки оптимальное время интенсивного охлаждения в зависимости от скорости газового потока, его ширины и других технологических факторов процесса, а расположение оснований V-образных центрирующих элементов под щелевым соплом усложняет его эксплуатацию.

Задача при создании нового устройства для реализации предлагаемого способа заключалась в том, чтобы благодаря ему обеспечить решение задачи, стоящей перед новым способом, при одновременном упрощении этого устройства.

Согласно изобретениям, поставленная задача решается следующим образом.

В способе обработки проволоки, включающем нагрев до 820^o - 970^oС, выдержку при этой температуре, интенсивное охлаждение до 520^o 600^oС продольным по ходу технологического процесса газовым потоком со скоростью 8-170 м/с и окончательное охлаждение до цеховой температуры, в процессе интенсивного охлаждения регулируют его время, исходя из зависимости:
τ (1,0 2,5) d 0,4 b [2,0 V_r (4,5 d 1) 1,3 toн

(2,3d-1) + 12,5 toк (0,6 d l)]• 10^-3 + 0,9,
где τ время интенсивного охлаждения, с;
d диаметр проволоки, мм;
b ширина плоского газового потока, мм;
V_r скорость газового потока, м/с;
toн температура начала интенсивного охлаждения, ^oС;
toк температура конца интенсивного охлаждения, ^oС.

Настоящая зависимость получена исключительно экспериментальным путем при отработке процесса на полупромышленной установке.

В устройстве для охлаждения проволоки, содержащем все приведенные выше признаки прототипа, дополнительно выполнены шиберные затворы, подвижно установленные в напорном коробе под соплом, а V образные центрирующие элементы своими основаниями установлены над этим соплом.

Описание изобретения в дальнейшем будет сопровождаться чертежом, где изображено схематическое решение предлагаемого устройства.

Устройство для обработки проволоки содержит печь (не показана) и камеру охлаждения, включающую вентилятор 2, выходной патрубок 3 которого соединен с напорным коробом 4, имеющим щелевое сопло 5, расположенным вдоль по ходу технологического процесса, V образные центрирующие элементы 6, основания 7 которых расположены в плоскости продольной симметрии 8 щелевого сопла. Оно снабжено шиберным затвором 9, установленным в напорном коробе под соплом и подвижным вдоль него, а V образные центрирующие элементы своими основаниями установлены над этим соплом в продольном направлении.

Сущность способа и работа устройства заключаются в следующем.

Способ предназначен в основном для обработки проволоки диаметром 2,5-6,0 мм. Проволочную заготовку разматывают и нагревают нитью в печи в процессе ее перемещения в зависимости от химического состава стали до 820-970^oС. Нагретую таким образом до заданной температуры проволоку выдерживают в печи в течение времени, необходимого для завершения процесса аустенизации. Затем она поступает в устройство для охлаждения, где перемещается над щелевым соплом 4 по V образным центрирующим элементам 5. Воздух от работающего вентилятора 1 через его выходной патрубок 2 поступает в напорный короб 3, а из него через щелевое сопло 4 на проволоку, охлаждая ее до 520-600^oС продольным по ходу технологического процесса потоком. Интенсивное охлаждение проволоки продувкой продолжается в течение времени, определяемого применительно к конкретным условиям из зависимости:
τ (1,0 2,5) d 0,4b [2,0 V₁ (4,5d 1) 1,3 toн

(2,3d 1) + 12,5 toк (0,6d 1)] •10^-3 + 0,9
где
d диаметр проволоки;
b ширина газового потока и то же самое, что и ширина щелевого сопла 5;
V_r скорость газового потока;
toн и toк температуры соответственно начала и донца интенсивного охлаждения.

Коэффициент 1,0 2,5 в формуле определения τ учитывает статистические отклонения параметров основных технологических факторов (b, V_г, toн

, toк) от выбранных 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.

Время τ, полученное из приведенного выражения, это тот временной промежуток, в течение которого воздух через щелевое сопло 4 воздействует на проволоку в период интенсивного ее охлаждения. Необходимый временной режим охлаждения устанавливают, исходя из выражения:
t = l/V_n c.,,
где
V_n скорость перемещения проволоки вдоль щелевого сопла, а
l активная длина щелевого сопла, изменяемая продольным перемещением шиберного затвора 8.

Расположение V образных центрирующих элементов своими основаниями 6 над щелевым соплом 4 упрощает процесс заправки проволоки в устройство для охлаждения. В этом случае не требуется пропускать проволоку с помощью стержня через замкнутый контур, образованный, как это показано на чертеже, торцом щелевого сопла 4 и V образной прорезью центрирующих элементов 5. Для заправки предлагаемого устройства достаточно проволоку уложить сверху в V - образные центрирующие элементы, что значительно упрощает процесс его эксплуатации.

На опытной установке осуществляли обработку по предлагаемому способу проволоки диаметром 2,5 мм с содержанием углерода 0,68 и марганца 0,65 Для этого размера проволоки коэффициент равен единице. Ширина щелевого сопла устройства определяла ширину газового потока и составляла b 1,8 мм. Проволоку перемещали со скоростью V_n 24 м/мин и нагревали до toн

910^oС. Интенсивное охлаждение вели продувкой воздушным потоком со скоростью V_г 65 м/с до температуры toк 540^oС. При этих условиях время интенсивного охлаждения при активной длине щелевого сопла l 1440 мм, устанавливаемой с помощью подвижного шиберного затвора 8, составляло τ 3,6 с.

Полученные свойства проволоки полностью соответствовали тем свойствам, которые имели место при патентировании с охлаждением в свинцовой ванне.

Кроме этого, провели обработку проволоки разных диаметров, указанных в таблице, при ширине газового потока (щелевого сопла) b 4,0 мм и скорости газового потока V_г 100 м/с. Как видно из этой таблицы предлагаемый способ обработки проволоки и устройство для его осуществления обеспечивают механические свойства проволоки на уровне современных требований, предъявляемых к металлу, патентированному в расплавах селитры и свинца. ТТТ1

Использование: изобретение относится к области металлургии черных металлов, конкретнее к термической обработке проволоки. Сущность: проволоку диаметром 2,5 нагревают до 9 - 10^oС, выдерживают, охлаждают продувкой воздушным потоком со скоростью V_г = 65 м/с до 540^oС в течение 3,6 сек и окончательно охлаждают. При этом время охлаждения воздушным потоком регулируют а зависимости от диаметра проволоки, температуры начала и конца охлаждения, ширины плоского газового потока. Устройство для осуществления способа обработки содержит печь, вентилятор 1, выходной патрубок 2, соединенный с напорным коробом 3, имеющим продольное по ходу технологического процесса щелевое сопло ЩС 4 и V-образные направляющие элементы 5, основания 6 которых расположены в плоскости продольной симметрии 7 ЩС, шиберный затвор 8, установленный в напорном коробе под ЩС и подвижным вдоль него, а V -образные центрирующие элементы своими основаниями установлены над этим ЩС. 1 ил., 1 табл.

1. ВП-способ обработки проволоки, включающий нагрев до 820-970°С, выдержку при этом температуре, интенсивное охлаждение до температуры выше M_н и окончательное охлаждение до цеховой температуры, отличающийся тем, что интенсивное охлаждение ведут продувкой защитным газом со скоростью газового потока 8-170 м/с до 520-600°C, а время охлаждения регулируют исходя из зависимости

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

температура начала интенсивного охлаждения, ^oС;
tjк температура конца интенсивного охлаждения, °С. 2. Устройство для обработки проволоки, содержащее печь, камеру охлаждения с вентилятором, соединенным с вентилятором через трубопровод напорным коробом с щелевым соплом, отличающееся тем, что оно снабжено V-образным центрирующим элементом и шиферным затвором, подвижно установленным в напорном коробе под соплом, а сопло расположено вдоль по ходу технологического процесса, при этом V-образные центрирующие элементы установлены своими основаниями над соплом.