Устройство для термообработки стальной проволоки Советский патент 1989 года по МПК C21D9/56 

Изобретение относится к термообработке, а именно к устройствам патен- тирования стальной проволоки, в частности для проволоки диаметром 3 мм или менее, предпочтительно диаметром 0,7-1,5 мм.

Цель изобретения - повышение качества термообработки стальной проволоки путем обеспечения заданного температурного режима вдоль печи.

На фиг.) и 2 схематически показаны установки для патентирования стальной проволоки с использованием расплавленного свинца и обычного кипящего (флюидизированного) слоя и кривые структурных превращений стали при охлаждении проволоки соответственно, продольный разрез; на фиг.З кривые структурного превращения при охлаждении проволоки из углеродистой стали в процессе патентирования с использованием расплавленного свинца и обычного флюидизированного слоя; на фиг,4 - предлагаемая установка с флю- идизированньм слоем, два варианта; на фиг.5 - то же, третий вариант, и полученные при использовании этой ус-: тановки кривые патентирования; на фиг. 6 - зона вьщержки; на фиг. 7-кривые структурной трансформации стали при охлаждении, полученные при осуществлении процесса патентирования стальной проволоки во флюидизирован- ном слое; на фиг.8 - схема предлагаемой установки; на фиг.9 - кривые разброса измеренных величин прочности

01

о о

С5

ы

3,150016

стальной проволоки, патентирование которой(производят В расплавленном свинце и в псевдоожиженном слое; на фиг,10 - кривые патентирования сталь- с ной проволоки в псевдоожиженном слое. На фиг.1а и 2а схематически показана линия патентирования со свинцовой ванной (РЬ) и с обычным флюиди- зированным слоем (FB) соответственно, 10 во время работы-которых стальная проволока W после ее нагревания в аустени- зационной печи 1 входит в установку 2 для термообработки проволоки (в свинцовую ванну РЬ или в обычную одно- 15 зонную установку с флюидизированным слоем FB), температура которых с использованием соответствующих средств (не показаны) поддерживается на постояннам уровне.

На фиг.16 и 26 представлены кривые измерения температуры стальной проволоки в функции времени, начиная от температуры аустенизации (Та,) до температуры вьщерживания (Тр), получен- ные для двух установок (фиг.1а и 2а), причем участки кривых, Обозначенные Ти, соответствуют изменению температуры проволоки во время ее закалки. Сравнивая кривые (фиг, 16 и 26), вид- но, что в случ.ае установки с обычным сЬлюидизированным слоем температура начала структурных превращений и действительная температура проволоки во время структурных превращений (кри- вал Т и заштрихованная область) значительно отличается от оптимальной температуры (Тр) и реакция образовани перлитной структуры может проходить в широком диапазоне температур. Темпера тура проволоки во время структурных превращений во время реакции значительно возрастает, что обусловлено комбинированным эффектом рекалесцен- ции (генерации тепла в процессе струк превращений) и пониженными значениями теплопередачи и теплоемкости флюидизированного слоя.

Кривые изменения температуры проволоки в процессе охлаждения и струк- турных превращений (фиг.З), полученные при патентировании проволоки в обычном флюидизированном слое (кривые FB), представлены на диаграмме температура-время-структурная транс- формация в сравнении с кривой измене- 5-шя температуры проволоки в процессе ее патентирования в расплавленном.t свинце, (кривая РЬ). Пунктирные кри0 5

0

0 5 0 5

o

вые (TR) и (TR) 100 показывают нача- : ло и конец превращения аустенита, а заштрихованная область (ОТВ) представляет оптимальный для получения тонкой перлитной микроструктуры диапазон температур выдерживания стальной проволоки после ее закалки. В случае осуществления патентирования проволоки в обычном флюидизированном слое температура проволоки во время ее выдержки выходит за пределы оптимальной области ОТВ. Исправить это положение можно, например, путем/ предварительного охлаждения проволоки в псевдоожиженном слое с холодным флюидизирующим воздухом или путем - резкого снижения температуры флюидизированного слоя выдержки в соответствии с температурной кривой Т, (фиг. 2б). Однако эти приемы являютг ся весьма критическими вследствие того, что их применение связано с вероятностью образования бейнитной структуры, когда температура Т опускается ниже температуры Тр.

В систему предлагаемой установки (фиг.4) входят аустенизационная нагревательная печь 1 и установка 2 для термообработки проволоки (с двухзон- ным флюидизированным слоем), которая имеет независимую зону закалки и зону структурных превращений или выдержки TR-S. Каждая из этих зон образована модулем 3, состоящим из контейнера 4 для порошкообразного материала, напорной камеры 5, газораспределительной плиты 6 (например, перфорированной плиты, предпочтительно с газовыми патрубками или соплами), которая одновременно служит дном контейнера 4 и крьшкой напорной камеры 5. Каждый модуль установки соединен с питающим газопроводом насосной станции 7 трубопроводом 8 с газовым вводом 9 в днище напорной камеры 5. В насосной станции 7 осуществляется приготовление флюидизирующего газа требуемого состава и требуемого объема, а также она снабжена средствами для регулирования базовой температуры флюидизирующего слоя.

Базовая температура флюидизирующего газа для каждой зоны определяется типом обрабатываемой проволоки и заданным технологическим режимом и в процессе работы установки регулируется в соответствии с условиями работы флюидизированного слоя, связанными с

51

изменениями режима работы установки (запуск, нормальный рабочий режим), диаметром проволоки, и другими параметрами. В качестве внешних насосных станций в составе оборудования предлагаемой установки могут быть исполь зованы газогенераторы, подходящие камеры сгорания, формирующие горячую смесь (предпочтительно бедную смесь) нагреватели сжатого воздуха воздуходувки и комбинации подобных устройств Закалочная зона Q отделена от зоны выдержки TR-S стенкой из теплоизоляционного материала, в которой имеют- ся отверстия для прохода обрабатываемой проволоки. Установка рассчитана на одновременную термообработку нескольких ниток проволоки, движущихся через зоны флюидизирован-ного слоя по параллельным, прямолинейным траекториям. Во время движения проволоки из аустенизационной печи 1 в зону закалки Q она может проходить через защит- .ный кожух или колпак.

В варианте установки с двухзонным флюидизированным слоем (фиг.4б) отработанный газ из аустенизационной печи сначала используется для флюидиза- ции порошкообразного материала в зоне выдержки, а затем для флюидизации порошкообразного материала в зоне закалки (или наоборот, когда отработан- ньш газ аустенизационной печи перед его использованием в установке пред- варительно охлаждается). В этой системе отработанный газ из аустенизационной печи подается в установку 2 с флюидизированным слоем по газопроводу 8 с помощью насосной станции 7 (вытяжного вентилятора).

Регулировка базовой темп ературы флюидизирзтощего газа перед подачей в образующие зоны выдержки и закалки осуществляется раздельными теплооб- менниками 10, включенными на входах соответствующих зон.

Наиболее предпочтительная конструкция предлагаемой установки изображена на фиг. 5а. Для флю- идизации порошкообразного материала используется отработанный газ аустенизационной нагревательной печи 1 (предпочтительно неокисляющий гаэ), который по газопроводу 8 пода- ется в зону закалки Q, тогда как для флюидизирования порошкообразного материала в зоне выдерживания TR-S используется отдельная насосная стан676

ция 7 (газогеиерагор) , liaUjJuMOp камера сгорания (горелка). В этой установке базовая температура флюидизи- рующего газа на входе в зону закалки регулируется следующим образом. Первоначально откачиваемый из аустенизационной печи отработанный газ : подвергается охлалодению в рекуператоре 11 до температуры ниже 150 °С, а затем подается в регулируемый теплообменник 12 (например, электрический нагреватель), где температура газа дводится до требуемой в данный момент начальной температуры, которая может изменяться в соответствии с существующими в данный момент условиями в флюидизированном слое закалки, определяемыми технологическим режимом работы установки, количеством запасенного обрабатьшаемой проволокой тепла, скоростью движения проволоки через фпюидизированный слой и другими -переменными параметрами. Первичная регулировка начальной температуры газа, подаваемого в флюидизирован- ный слой закалки9 дополняется регулировкой. Осуществляемой дополнительной системой регулирования и обеспечивающей точнзгю регулировку теьшера- туры газа внутри флюидйзированного слоя и ее приведение к заданному значению. На практике дополнительная система терморегулироваьшя вступает в действие после выхода установки на устойчивый рабочий режим, когда дополнительного подвода тепла флюидизи- рующим газом больше не требуется и батарея нагревателей для предварительного нагревания газа, подаваемого в зону закалки, может быть выключена.

Порошкообразный материал в зоне выдержки TR-S флюиднзируется и нагревается горячим газом, подаваемым в зону насосной станцией 7, например, из камеры сгорания, в которой приготавливается горячая газовая смесь, имеющая заданную базовую температуру. Начальная температура флюидизирующего газа на входе зоны выдержки, обеспечивающая нагревание флюидйзированного слоя выдержки и стабилизацию Средней температуры слоя на заданном уровне, регулируется автоматически в функции действительного теплового баланса флюидйзированного слоя вьщержки (рабочая Нагрузка, тепло, освобождаемое, в процессе структурных превращений, тепловые потери и т.д.).

Таким образом, в предлагаемой установке флюидизация порошкообразного материала, нагревание и регулирование температуры флюидизированных слоев в зонах закалки и выдержки производятся независимо и так, что температура флюидизированного слоя в каждой зоне остается постоянной и на определенном уровне для каждой зоны и соответст- вует параметрам обрабатьтаемой проволоки и требуемым характеристикам конечного продукта. Например, при осуществлении процесса патентирования стальной проволоки температура внутри флюидизированного слоя закалки может изменяться в пределах от 250 до (для получения температуры проволоки в пределах между значением MS и заданной температурой реакции обра- зования перлитной структуры), тогда как температура флюидизированного слоя выдержки может устанавливаться в пределах от 450 до (дпя получения перлитной структуры с различной зернистостью).

Кривые охлаждение - структурное превращение (фиг.56) получены для процесса патентирования стальной проволоки с использованием предлагаемой установки (кривые FB-iN),a кривые FB-PA - для процесса патентирования стальной проволоки с использованием установки с одним флюйдизированным слоем.

Получение кривых FB-iN обеспечивается более точным регулированием процесса охлаждения проволоки и правильным выбором начальных условий процесса структурного превращения в комби- нации с более точным регулированием температуры реакции формирования перлитной структуры.

Локальная температура флюидизиро- ванного слоя в некоторых его точках может иметь тенденцию к увеличению относительно оптимального уровня на данном этапе процесса структурного

превращения, что связано с эффектом рекалесценции (освобождение теплоты реакции струт турного превращения) . Причем, экспериментально установлено что степень рекалесценции и местоположение точек с максимальным увеличением температуры в псевдоожиженном слое зоны, выдержки могут изменяться с изменением диаметра обрабатываемой проволоки, рабочей скорости движения

5 0 5

0 5

0

0

5

проволоки и выбранной кривой структурного превращения,

Применение, вспомогательных нагревательных элементов и датчиков температуры, размещаемых в ряде точек флюидизированного слоя зоны выдержки вдоль всей ее длины и независимое регулирование каждого вспомогательного нагревательного элемента обеспечивают коррекцию локальной температуры по всей длине флюидизированного слоя зоны выдержки, которая осуществляется в сочетании с регулированием температуры флюидизирующего газа.

Система обеспечивает возможность программирования реакции формирования перлитной структуры путем организации определенного температурного профиля по длине зоны вьщерживания и управляемого изменения скорости реакции структурного превращения на всем протяжении зоны вьщержки. Предлагаемое техническое решение имеет ряд . преимуществ. Например, оно повьппает гибкость технологического процесса патентирования и его целенаправленность и обеспечивает повышение производительности используемого оборудования благодаря уменьшению длительности периода запуска и более быстрому переходу оборудования на требуемьй режим работы.

Схема предлагаемой установки (фиг.6) иллюстрирует процесс регулирования оптимальной температуры реакции структурного превращения при осуществлении этой реакции с использованием предлагаемых устройств, Флю- идизированный слой вьщерживания TR-S (фиг.6).разделен на несколько секций

13,в каждой из которых внутри флюидизированного слоя размещена отдельная группа нагревательных элементов

14.Каждая группа нагревательньк элементов 14 соединена с пультом 15 управления , также как и датчик 16 температуры, функционально связанный со своей группой нагревателей, управляемых регулятором 17 мощности.

Датчик 16 с пультом 15 линий 18 связи. Нагревательные элементы 14 в нормальном режиме работы генерируют определенное количество тепла, которое в сочетании с количеством тепла, подводимым .к флюидизированному слою горячим флюидизирующим газом, подаваемым в зону вьщержки.газогенераторной станцией, обеспечивает под 1500167

держание заданной температуры флюидизированного слоя вьщержки, В случае отклонения локальной температуры флго- идизированного слоя относительно за- данного уровня температуры выдержки вверх или вниз регулятор 17 соответствующей, секции флюидизированного . слоя изменяет режим работы соответствующей группы нагревательных элемен- тов в сторону увеличения или уменьшения их теплоотдачи. Газогенераторная станция, являющаяся источником горячего флюидизирующего газа, располагается вне корпуса основной техноло- гической установки, В предлагаемой системе газогенераторная, станция представляет собой топочное ус:тройст- во, предназначенное для производства

0

На фиг.8 показана более детальная конструкция установки с флюидизиро- ванным слоем, воплощающей принципы установки, схематически изображенной на фиг.6. Аустенизированная проволока W из газовой печи 1 последовательно пропускается через закалочную зону Q и отдельную зону охлаждения TR-S установки с флюидизированным слоем (фиг.8.). Зона выдержки (старения) состоит из нескольких секций 13, каждая из которых имеет погруженный в флюидизированный слой вспомогательный нагреватель, функционально связанный с индивидуальным управляющим устройством (фиг.6). По трубопроводу через тепловой рекуператор 24, смонтиро- ванный в отводной трубе 25 камеры вы

Изобретение относится к области термообработки, а именно к устройствам, патентирования стальной проволоки. Цель изобретения - повышение качества термообработки стальной проволоки путем обеспечения заданного температурного режима вдоль оси печи. Сущность изобретения заключается в том, что после печи аустенизации проволока поступает в установку, состоящую из двух зон с кипящим слоем - зоны закалки и зоны выдержки. Каждая зона снабжена индивидуальными установками подогрева флюидизирующего газа. Для создания заданной структуры (например, мелкозернистого перлита) зона выдержки снабжена дополнительными нагревателями, размещенными в кипящем слое вдоль оси зоны, причем нагреватели имеют индивидуальные средства поддержания заданного температурного режима. 3 з.п. ф-лы, 10 ил., 3 табл.

смеси газообразных продуктов сгорания 20-держки, подается нагретый в

газовую горелку 2l.

25

в требуемом количестве и с заданными температурой и давлением. Сигнал, пропорциональный начальной температуре флюидизирующего газа, по линии 19 подается на пульт 15 з равления. В конструкцию ггопочного устройства вхо- дят камера 20 сгорания, газовая горелка 21, к которой подводится сжатый воздух 22 и газообразное топливо 23 (например, природный газ) из воз- духодувки 7. Флюидизирующий газ для зоны закалки Q из аустенизационной печи после предварительного охлаждения нагнетается в зону закалки через теплообменник 12,.35

Диаграмма, представленная на фиг. 7, иллюстрирует эффект дополнительной коррекции температуры в зоне выдержки на положение кривых,отражающих т 40 процесс патентирования в функции температуры и времени. Кривая изменения температуры вьщержки, при которой происходит структурное превращение или

реакция образования перлитной струк-д 20 см), Флюидизирующий газ поступает

туры, может быть полностью принудительно смещена в область оптимальных значений ОТВ (кривая А) путем корррк- дии локальной температуры флюидизированного слоя выдержки. Однако, если зона выдержки не разделена на независимо регулируемые секции, кривая изменения температуры флюидизированного слоя вьщержки (кривая В) может выйти области оптимальных значений температуры структурного превращения, в результате чего возникает частичный отжиг (укрепнение зерен) перлитной структуры.

50

55

в сопла 26 из напорной камеры 5, которая соединена газопроводом с камерой 20 сгорания, в которой производится Флюидизирующий газ. Предлагаемая система обеспечивает получение и поддержание оптимальной скорости флюидизирующего газа (около 10 - Г2 см/с), обеспечивающей стабильность флюидизированного слоя. Система регулирования температурного режима флюидизированного слоя модуля выдержки (не показана) включает в себя терморегулятор, который производит регулирование режима работы газовой горелки

держки, подается нагретый в

газовую горелку 2l.

Из камеры 20 сгорания подготовленный Флюидизирующий газ подается в модуль выдержки TR-S, который предс- давляет собой металлический резервуар, размещенный в U-образном внутреннем пространстве печи с флюидизированным слоем, в которой резервуар для порошкообразного материала, напорная камера и .входной газовый канал объединя- ются в единую конструкцию. Слой порошкообразного материала в контейнере во время работы установки поддерживается в псевдоожиженном состоянии. В конструкцию модуля также входят напорная газовая камера 5, имеющая входной канал (газовый ввод) 9, и газо- / распределительная плита 6, располо- / женная между днищем контейнера и напорной камерой и имеющая множество флюидйзирующих сопел 26, располагающихся на небольшом, одинаковом расстоянии одно от другого (например, на расстоянии в пределах от 3 до

0

5

в сопла 26 из напорной камеры 5, которая соединена газопроводом с камерой 20 сгорания, в которой производится Флюидизирующий газ. Предлагаемая система обеспечивает получение и поддержание оптимальной скорости флюидизирующего газа (около 10 - Г2 см/с), обеспечивающей стабильность флюидизированного слоя. Система регулирования температурного режима флюидизированного слоя модуля выдержки (не показана) включает в себя терморегулятор, который производит регулирование режима работы газовой горелки

)

1 тлк, что ояо обеспечивает полу }е ние и выдерживание заданной температуры ф.пюиянзирующего газа на входе модуля выдержки (для нагревания флю- идизированного слоя выдержки и поддержания базовой температуры слоя), и описанные вспомогательные терморегуляторы (фиг,6), которые функционально связаны с вспомогательными нагревателями в каждой секции флюиди- зированного слоя выдержки, -осуществляют коррекцию локальной температуры на всем протяжении флюидизированного слоя выдержки и производят добавление тепла к тому теплу,которое отдает флюи- дизирующему слою горячий флюидизирующи газ (это создает преимущества во время выхода установки на рабочий режим)

Закалочная зона Q выполнена в ни- де одного модуля с флюидизированным слоем, подобного описанному модулю выдержки, но меньшей длины, предпочтительно в пределах от 50 до 250 см. Флюидизация слоя закалки может осу- ществляться подобно тому, как это описано в отношении модуля вьщержки, т.е. с использованием внешнего.газогенератора, камера сгорания которого соединена с модулем закалки. В предлагаемой установке в качестве . флюидизирующего газа Для зоны закалки используются отработанные газы газовой аустенизированной печи. Состав отработанных газов должен быть таким, чтобы это обеспечивало уменьшение или даже исключение окисления горячей проволоки во время ее закалки. Например, содержание кислорода в смеси отработанных газов, используе- мой в закалочном модуле в качестве флюидизирующего газа, должно быть не более 2 об.%упредпочтительно не боле 0,5 об.%. При таком содержании кислорода в смеси отработанных газов неже лательное поверхностное окисление проволоки снижается или полностью предотвращается. Наилучшие результаты ограничения окисления проволоки в процессе ее закалки получены при содер- жании кислорода в используемом в закалочной зоне флюидизирующем газе не более 0,1 об.% и при наибольшем содержании окиси углерода, например, в пределах от О, 5 до 2 об.%.В последнем случае потребление энергии в нагревательной печи несколько увеличивается вследствие нестехиометрического .процесса горения.

Вытяжная попдухоДУ кя 27 подает отработанный гзэ из аустенизациоиной печн в устройство предварительного охлаждения или тепловой рекуператор (не показан), где температура газа понижается. Далее предварительно охлажденный отработанный газ пропускается через регулируемый теплообменник (электрический газонагреватель 12), обеспечивающий возможность приведения температуры флюидизирующего газа к любому требуемому начальному уровню. Из элекрического нагревателя флюидизирующий газ подается в закалочный модуль. Первичный контур терморегулирования включает в себя управляющее устройство 28, регулирующее работу источника 29 тока, питающего предварительный нагреватель 12, в ( функции температуры закалочного флюидизированного слоя. Электрические сигналы, пропорциональные температуре флюидизированного слоя закалки и начальной температуре флюидизирующего газа, поступают на управляющее устройство 28 по линиям 30 и 31 соответственно.

Для регулирования и поддержания заданной температуры внутри -закалочного флюидизированного слоя во. время работы установки в установившемся режиме установка снабжена дополнительной системой регулируемого охлаждения, которая действует тогда, когда количество тепла, отдаваемого горячей проволокой, значительно превьш1ает количество тепла, которое может быть Поглощено флюидизированным закалочным слоем при выключенном газонагревателе 12. В эту дополнительную систему охлаждения входит нерегулируемое охлаждающее устройство в виде погруженного в флюидизированный слой водо- охлаждаемого змеевика (не показан) и регулируемое охлаждающее устройство, представляющее собой регулируемую воздуходувку 32, которая по воздухопроводу 33 из источника 34 направляет регулируемое количество охлаждающего воздуха на поверхность флюидизированного закалочного слоя. Регулирование подачи охлаждающего воздуха в зака- лочньй модуль Q осуществляется автоматическим клапаном 35, приводимым в .действие управляющим устройством 28, с которым он связан линией 36.

Управляющее устройство 28 производит сравнение действительной темпера13

туры флюидизировэнного закалочного .слоя, представленной соответствующим электрическим сигналом в линии 30, с заданной температурой закалки и в со ответствии с результатами сравнения управляет работой автоматического клапана 35, уменьшающего или увеличивающего подачу охлаяодающего воздуха в закалочный модуль Q. В другом вари анте для регулирования температуры фпюидизированного слоя в закалочном модуле Q может быть использована система водяного охлаждения, включающая змеевиковые теплообменники, раз- мещенные внутри флюидизированного слоя и снабженные автоматическим клапаном, обеспечивающим регулирование, количества пропускаемой через них воды в соответствии с изменениями тем- . пературы флюидизированного слоя.

В процессе патентирования проволоки из углеродистой стали температура флюидизированного слоя в зоне закалки, имеющей протяженность 0,5 - 2,5 м, может поддерживаться в пределах от 250 до 650 С, тогда как температура флюидизированного слоя в зоне выдерживания может поддерживаться и регулироваться в пределах от 450 до 700 С, предпочтительно в пределах от 500 до 650 °С.

В предлагаемой установке для термообработки стальной проволоки предпочтительно использование автоматической системы регулирования нагревания и охлаждения флюидизированного слоя в зонах закалки и выдержки..

Пример 1. Образцы проволоки диаметром 1,50 мм с содержанием углерода 0,71% подвергают патентированию на двух различных установках с флюиди зированным слоем и с использованием расплавленного свинца. Во всех случаях температура аустенизации образ- цов составляет 920 С, а скорость движения проволоки в процессе патентирования равна 24 м/мин. Для.патентирования стальной проволоки используют установки с флюидизированным слоем двух типов: установка FBI - обычная однозонная установка с одним флюидизированным слоем, температура которого поддерживается на уровне ItB - 560 °С, и установка FB2 - пред- лагаемая установка с разделенными зонами закалки и вьщерживания, каждая из которых снабжена индивидуальными средствами флюидизации и регулироваг

- ю 1520

0167

ния температуры флюидизнрованного слоя. Температуру флюидизированного слоя в зоне закалки поддерживают на уровне Ic, 500 С. Температуру флюидизированного слоя в зоне выдержки поддерживают на уровне Tf 560 С. Дпина зоны закалки 2,5 м, длина зоны вьздерживания 4,5 м.

Образцы патентированной проволоки имеют характеристики, приведенные в табл.1.

- ю 5 0

5 0

з

0 j

0

Полученные зкспериментальные данные, приведенные в табл.1, иллюстрируют значительный положительный эф- : фект реализации предлагаемой установки (FB2). при сравнении свойств патентированной стальной проволоки со f- свойствами такой же проволоки, патен- тирование которой производят на обычной однозонной установке с флюидизированным слоем (FBI).

Пример 2. 36 образцов стальной проволоки подвергают патентированию в предлагаемой установке с двух- эонным.флюидизированным слоем, имею- щей зону закалки длиной 1,5 м и зону вьщерживания длиной 5,5 м. температуру в которых поддерживают на заданных различных уровнях. Процесс флюидизации в зоне закалки осуществляют с использованием различных газовых смесей. Получены следующие технологические параметры процесса: диаметр проволоки 1,3 мм, сталь с содержанием углерода 0,69%; температура флюидизированного слоя в зоне закалки 455 С; температура флюидизированного слоя в зоне вьщержки 530 С; температура аус тенизации 900 С, скорость движения проволоки через установку 30 м/мин; различные режимы закалки и состав газовых смесей, используемых в качестве флгоидизируннцего газа в зоне закалки; FB3 - отработанный газ из аустенизацион- ной печи, содержание окиси углерода 0,15%, содержание кислорода 2%; FB4- газообразные продукты сгорания природного газа из внешней камеры сгорания, содержание кислорода 5%, содержание углекислого газа 4%, содержание окиси углерода 0%; FB5 - горячий воздух.

Характеристики стальной проволоки, патентирование которой производилось в установке с флюидизированным слоем, сравнивают с характеристиками такой же проволоки, патентированной в расп 1500167

лавленном с температурой 560 С. Сравнительные данные приведены в табл.2,

Из приведенных в табл.2,данных видно что при осуществлении патентиро- вания стальной проволоки в предлагаемой установке свойства и микроструктура

проволоки получаются близкими к свой- } о ия (в зоне выдержки) необходимо боствам и микрострзжтуре проволоки, па- тентирование которой производят в pai сплавленном свинце, за исключением случаяf когда в зоне закалки в качестве флюидизирующего газа используется горячий воздух, при очевидном положительном эффекте использования ; в зоне закалки неокисляющего флюиди- зир5т)щего газа для предотвращения поверхностного окисления обрабатываемой проволоки.

Пример 3. Для эксперимента используют дв ухзонную установку с , флюидязированным слоем, аналогичнзпо

лее 1 ч.

Проведено сравнение распределения и разброса температур в различых секциях зоны выдержки в установившемся

15 режиме работы оборудования.

Результаты исследования распределения температур по длине флюидизирован- ного слоя в зоне выдержки приведены в таОл.3.

20 Результаты, полученные при соблюдении условий А1 и А2, показывают положительный эффект на выравнивание температуры по длине зоны выдерживания , достигаемый ее делением на секописанной в примере 2, но отличающую- 25 ции с независимым регулированием тем

ся от нее применением дополнительной системь регулирования температуры в зоне выдержки, разделенной на пять секций с индивидуальными нагреватель ньми элементами, обеспечивающими полнительное нагревание флюидизиро- ванного слоя и коррекцию локальной температуры по всей длине зоны вьп держки. Используют образцы проволоки диаметром 1,25 мм, изготовленные из стали с содержанием углерода 0,73%. Заданный уровень температуры в зоне закалки составляет 550 С, а в зоне вьщержки 520 С. Процесс ведут при следующих технологических уело- вияк; А - нагревательные элементы во всех секциях зоны выдержки включены; AI - начальная температзгра флюидизи- рующего газа в зоне выдержки 400 С, общ&я потребляемая мощность всех на-; гравательных элементов всех секций зоны вьздерживания 12 кВт; А2 - начальная температура флюидизирующего газа в зоне выдержки общая потребляемая мощность всех нагревательных элементов всех секций зоны вьодержки 25 кВт; что обеспечивает компенсацию изменений локальной температуры и поддержание базовой температу- - обычная, несекционированная зона вьщержки (без вспомогательных нагревательных элементов), те мпера- тура флюидизирующего газа в зоне выдержки 500 С.

16

В случае реализации условий А установка достигает установившегося оа- бочего режима менее, чем за 40 мин, а в случае реализации условий А2 - менее, . чем за 30 мин. В случае несекциониро - ванной зоны выдержки условие В) для получения требуемого температурного профиля в зоне структурного превращелее 1 ч.

Проведено сравнение распределения и разброса температур в различых секциях зоны выдержки в установившемся

режиме работы оборудования.

Результаты исследования распределения температур по длине флюидизирован- ного слоя в зоне выдержки приведены в таОл.3.

Результаты, полученные при соблюдении условий А1 и А2, показывают положительный эффект на выравнивание температуры по длине зоны выдерживания , достигаемый ее делением на сек

30 35 .40 45 „

50

пературы. При соблюдении условия В локальная температура флюидизирован- ного слоя в зоне вьщержки к концу зоны возрастает (действительная температура проволоки или температура структурного превращения тоже возрас-. тает)5 поднимаясь вьше оптимального уровня. Нежелательные отклонения температуры в зоне вьщерживания относительно заданного уровня на практике могут быть более значительными,например, вследствие изменений диаметра обрабатываемой проволоки или в случае нарушений непрерьшности работы установки (например, в случае повреждения каких-либо элементов оборудования) , а это соответственно приводит к снижению качества проволоки и к увеличению брака, что характерно для обычных процессов патентирования стальной проволоки в псевдоожиженном слое.

Кроме того, получены следующие характеристики стальной проволоки, па- тентированной при соблюдении условий А1, А2 и В (данные для проволоки, па- тентированной в расплавленном свинце, приведены для сравнения); А1 - предел прочности при растяжении 1217 Н/мм , средний разброс для образцов 12,7 Н/мм ; А2 - предел прочности при растяжении 1234 Н/мм , средний разброс дапя образцов 10,2 Н/мм ; В -предел прочности при растяжении 1192 Н/мм ,

i 1 i

г-ррдний разброс для образцов 19,5Н/мм расплавленргый свинец (560 С) - предел прочности при растяжении 1247 WMM средний разброс для образцов 12,4Н/мм

На фиг.9 показаны кривые распределения величин предела прочности на растяжение для 36 образцов стальной проволоки (это распределение обусловлено различным расположением образцов в установке в процессе их патентиро- вания), патентирование которых производят при соблюдении условий А1 и В, и также сравнительная кривая распределения величин пр едела прочности г при растяжении для образцов проволоки, патентированных в расплавленном свинце.

На фиг/10 графически представлено, несколько режимов.патентирования, каждый из которых может быть точно реализован при использовании двухзон- ной предлагаемой установки с псевдо- ожиженным слоем, в которой флюидизи- рованный слой в зоне выдержки разделен на несколько секций с индивиду- .альным регулированием температуры. На диаграмме температура - время - структурное превращение кривые 1 и 2 представляют процесс патентирования на двух различных температурных уровнях, кривая 3 - процесс патентирования, в котором структурное превращение начинается при одной температзФе, а продолжается и заканчивается при другой, более высокой температуре, определяемой необходимостью получения той или иной фракции микроструктуры (За, ЗЬ и 3с) , и кривая 4 - процесс ступенчатого патентирования, при котором сначала производится переохлаждение аустенитной стали, а затем быстрое нагревание до температуры, требуемой для изотермического превращения- структуры в перлит.

Для осуществления непрерьшной закалки стальной проволоки на мартенсит с использованием двухзонного флюиди- зированного слоя требуется определенная модификация оборудования. С этой целью зона закалки должна быть рассчитана на глубокое охлаждение и должна обеспечивать возможность перехода от мягкой закалки до закалки ниже уровня MS ((температура начала процесса образования мартенсита) без пересечения перлитного выступа - на кривой диаграммы температура - время - структурное превращение. Соответствующая модификация

15

20

25

d 1

; , .

д

0 д

30

35

0

671«

зо Лз закалки может быть ггрсигг.шрдена се удлинением или, если требуется, применр- нием в установке доплнителыюго закалочного модуля, что обеспечивало бы полное превращение аустенита в мартенсит до момента входа обрабатываемой про- волоки в зону вьщержки, где мартенсит при поддерживаемой в зоне температуре может подвергнуться отпуску.

Для патентирования стальной прово-- локи с экстремально малыми диаметра- ми может быть использована установка с одним общим флюидизированным слоем и с применением в качестве флюидизи- рующего газа газовой смеси (отрабо- танные газы аустенизационной печи или газообразные продукты сжигания природного газа), имеющей pasjT iHO выбранную низкую базовую теьтературу. Модуль с флюидизированньи слоем в этом случае делится на несколько секций с индивидуальным регулированием температуры. Первая из секций моду ля, используемая для закалки проволоки, должна быть оборудована нерегулируемым и .регулируемым охлаждающими устройствами, обеспечивающими поглощение избыточного тепла закаливаемой проволоки. Вторая и последзпощие i секции модуля, образующие зону турного превращения, должны быть снабжены регулируемыми внутренними нагревательными элементаьш, мощность которых, должна быть достаточной установления и поддержания в зоне требуемой температуры CTpyicTypHoro превращения. В данном случае все необхог димые для функционирования флюидизи- рованного слоя устройства нэлементы должны входить в конструкцию модуля, причем устройства регз лирования теплового режима и температурной компенсации дпя процесса закалки и выдержки соответственно должны образовывать две независимые одна от другой систе мы управления.

Оптимальный выбор мощности вспомогательных нагревательных элементов (эта мощность должна быть достаточно большой для обеспечения компенсации температурных изменений в широких пределах и более низкой по сравнению с мощностью для поддержания обычной температуры флюидизирующего газа) обеспечит высокую гибкость технологического процесса патентирования и дает возможность поддерживать локальную

температуру в зоне выдержки на строго определенном уровне.

Формула изобретения

1240-1255 15 1140-1204 64

В установке FB2

1186-1222 36

Максимальный разброс величины предела прочности при растяжении определяют на одной и той же проволоке и между различными проволоками в соответствии с их расположением в печи.

турного режима вдоль печи, устройство снабжено дополнительными нагревательными элементами, расположенными вдоль оси зоны выдержки внутри кипящего слоя, причем каждый из злементов имеет индивидуальные средства регулиро - вания температуры.

Т а б л и ц а 1

Тонкий перлит

Смешанная, до 20% крупнозернистыйперлит

Тонкий перлит+ +небольшое количество крупных пластинчатых образований

21

FB3

FB4

FB5

1207-1221

1205 - 1222 52 - 57

1191 - 1281 41 - 5A

Свинец при 122А - 1238

56,5 - 53,5 Тонкий сорбит+ 0,6 - 0,9 +следы плас- тинчатого перлита

Тонкий сорбит+ - 1,5 +следы пластинчатогоперлита

Тонкий сор- 1,5 бит+крупный перлит+фер- рит Тонкий сорбит 1,0 - 1,2

48 - 55

Снижение температуры в последней секции обусловлено влиянием выхода отработанных газов.

ю т т ю

S 3№tPtfff

1500167

22

Шск/

Фиг.З

6 Q T/f-s

Ю -Риг.

w

т

650

600

550

500

50

(TRIOmm

v--; I

шт

X

зг 35

/X

и f

Й

zzzizrr

. /

ЕД,г.....,.,„у...,..,.,.лта-,...,.,.,У.. E I f ft 11 firiiI iifIM111 l i 11111 fi i 11 l r /ri i i7 iV i.

; 1 :f : . . IИ

feBT

L

I.QJ

jTf

шт

X

Фиг. 7

V

4

ffj /ff/TJ

и и M I M M M M I I t M I KM «t t

11 Чв «я ИИДГ

im

П90

пм nw

ибо

П50

пчо itJO

« та

1WO- fW 100

an Ибо rtn

«« ff

t|H И « Ml HIMt t I М Tt e « 9nfinietannt9t930K34)e Фи,9

X W 1

глюв