RU2559615C1

RU2559615C1 - Device for continuous casting, rolling and pressing of rod iron

Info

Publication number: RU2559615C1
Application number: RU2014102334/02A
Authority: RU
Inventors: Олег Павлович Белянин; Александр Геннадьевич Пелевин; Сергей Борисович Сидельников; Светлана Александровна Герасимова; Сергей Викторович Солдатов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр"
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2015-08-10
Also published as: RU2014102334A; WO2014168501A1; WO2014168501A8

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to metallurgy and can be used for producing of continuous and hollow moulded articles from metals and alloys. The device contains a furnace mixer 1, shaft fixed roll 3 with a pass and a roll 4 with a ledge, forming the working calibre 5 with cooled channels 8, a matrix 6 with the parallel land 7 and the cooled channels, installed downstream the calibre. Downstream the array the irrigating device 15 with the branch pipe 16 for coolant supply and nozzles 17 for its spraying on a surface of finished product is installed. Plugs are installed on end faces of the rolls. The cooled channels 8 are made along the whole length of rolls and located on a roll circle. In plugs on a part of length the spot facings are made which guide coolant at an angle to a pressing axis, and in the shaft the holes connected with plugs for coolant supply to plugs and removal of coolant from plugs.

EFFECT: intensive heat removal from the zone of pressing of rod iron and improvement of quality of moulded articles are provided.

5 dwg

Description

Изобретение относится к области совмещенных процессов литья и обработки металлов давлением и может быть использовано для получения сплошных и полых пресс-изделий из металлов и сплавов.The invention relates to the field of combined processes of casting and metal forming and can be used to obtain solid and hollow press products from metals and alloys.

Известно устройство для прессования труб (Авторское свидетельство СССР №1667979, 1991), включающее валок с ручьем и валок с выступающим гребнем, образующим калибр, на выходе из которого установлена матрица с камерой сварки и с выступающим в сторону входной части калибра рассекателем, причем на донной поверхности ручья и наружной поверхности гребня выполнены кольцевые канавки с параллельными стенками, а примыкающие к этим стенкам донные поверхности ручья и наружные поверхности гребня выполнены с образующими, наклоненными к осям вращения соответствующих валков под острыми углами, встречно обращенными для каждого из валков своими вершинами, на матрице перед питающими каналами выполнены выступы.A device for pressing pipes (USSR Author's Certificate No. 1667979, 1991) is known, including a roll with a stream and a roll with a protruding ridge forming a gauge, at the outlet of which there is a matrix with a welding chamber and with a divider protruding towards the entrance of the caliber, and on the bottom annular grooves with parallel walls are made to the surface of the stream and the outer surface of the ridge, and the bottom surfaces of the stream adjacent to these walls and the outer surfaces of the ridge are made with generators inclined to the axis of rotation respectively corners of the rolls at acute angles, with their peaks opposite each other for the rolls, projections are made on the matrix in front of the feed channels.

Однако данное устройство не позволяет достичь высоких коэффициентов вытяжки по сварочной зоне, и, как следствие, пресс-изделия имеют сравнительно низкие механические свойства в зоне сварного шва, так как размеры сварной камеры (и соответственно коэффициенты вытяжки по сварочной зоне) зависят от размеров матрицы, а последние ограничены межвалковым пространством, в котором размещена матрица, и размерами рассекателя.However, this device does not allow to achieve high drawing coefficients in the welding zone, and, as a result, the press products have relatively low mechanical properties in the weld zone, since the dimensions of the welded chamber (and, accordingly, the drawing coefficients in the welding zone) depend on the dimensions of the matrix, and the latter are limited by the roll space in which the matrix is located, and the size of the divider.

Известно устройство для непрерывного литья, прокатки и прессования цветных металлов и сплавов (Патент России №73245, 2008), включающее печь-миксер, моталку, два водоохлаждаемых валка, один из которых выполнен с ручьем, а второй с выступом, расположенные в станине и образующие закрытый калибр, на выходе из которого установлена матрица с калибрующим отверстием, имеющая клиновидные полости для охлаждения. Данная установка обеспечивает непрерывность процесса, снижение энергозатрат, высокие механические свойства пресс-изделий за счет значительных степеней деформации при прессовании, варьирование размеров пресс-изделий. Однако отсутствие кристаллизатора усложняет конструкцию установки и требует согласования скоростей наклона печи и скорости вращения валков, что снижает ее производительность, так как не предоставляется возможным увеличить скорость обработки металла в валках из-за низкой скорости кристаллизации литой заготовки.A device for the continuous casting, rolling and pressing of non-ferrous metals and alloys (Russian Patent No. 73245, 2008), including a mixer-mixer, coiler, two water-cooled rolls, one of which is made with a stream, and the second with a protrusion located in the frame and forming closed gauge, at the exit of which a matrix with a gauge hole is installed, having wedge-shaped cavities for cooling. This installation ensures the continuity of the process, reducing energy consumption, high mechanical properties of the press products due to significant degrees of deformation during pressing, varying sizes of the press products. However, the absence of a crystallizer complicates the design of the installation and requires coordination of the furnace tilt speeds and the roll rotation speed, which reduces its productivity, since it is not possible to increase the metal processing speed in the rolls due to the low crystallization rate of the cast billet.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является устройство для непрерывного литья, прокатки и прессования цветных металлов и сплавов (Патент России 2100136, 1997), включающее печь-миксер, кристаллизатор роторного типа, валок с ручьем и валок с выступом, образующие рабочий калибр, на выходе из которого установлена матрица с калибрующим пояском. Однако данное устройство не позволяет длительно работать с высокой скоростью прессования из-за отсутствия системы интенсивного охлаждения, так как постоянное поступление расплава металла в валки ведет к перегреву валков и матрицы. Температура пресс-изделия на выходе из матрицы растет и через определенное время работы устройства это приводит к появлению температурных трещин и браку. Устройство также не позволяет получать изделия из высоколегированных сплавов, так как при их обработке требуется поддерживать высокую температуру на всем протяжении участка транспортировки металла от печи-миксера до точки начала кристаллизации.The closest in combination of essential features is a device for continuous casting, rolling and pressing of non-ferrous metals and alloys (Patent of Russia 2100136, 1997), including a mixer furnace, rotary type crystallizer, a roll with a stream and a roll with a protrusion, forming a working gauge, at the output from which the matrix with a calibrating girdle is installed. However, this device does not allow long-term operation with a high pressing speed due to the lack of an intensive cooling system, since the constant flow of metal melt into the rolls leads to overheating of the rolls and matrix. The temperature of the press product at the exit of the matrix increases and after a certain time of the device, this leads to the appearance of temperature cracks and marriage. The device also does not allow to obtain products from highly alloyed alloys, since during their processing it is required to maintain a high temperature throughout the length of the metal transportation section from the mixer furnace to the point of crystallization.

Основной задачей изобретения является увеличение производительности, расширение технологических возможностей устройства и повышение качества пресс-изделий за счет улучшения теплоотвода.The main objective of the invention is to increase productivity, expand the technological capabilities of the device and improve the quality of the press products by improving heat dissipation.

Технический результат заключается в увеличении интенсивности отвода тепла из рабочей зоны прессования.The technical result consists in increasing the intensity of heat removal from the working area of the pressing.

Поставленный технический результат достигается тем, что в устройстве для непрерывного литья, прокатки и прессования катанки, содержащем печь-миксер, закрепленные на валах валок с ручьем и валок с выступом, образующие рабочий калибр и имеющие охлаждаемые каналы, матрицу с калибрующим пояском и охлаждаемыми каналами, установленную на выходе из калибра, согласно заявленному изобретению оно снабжено установленным на выходе из матрицы оросительным устройством с патрубком для подвода хладагента и форсунками для его разбрызгивания на поверхность готового изделия, заглушками, установленными на торцах валков соосно с ними, при этом охлаждаемые каналы выполнены в валках по всей длине и расположены по окружности валка, в заглушках на части длины выполнены проточки, направляющие хладагент под углом к оси прессования, а в валах выполнены отверстия, соединенные с заглушками для подвода хладагента к заглушкам и отвода хладагента из заглушек.The technical result is achieved by the fact that in a device for continuous casting, rolling and pressing of wire rod containing a mixer-mixer, rolls with a stream and a roll with a protrusion mounted on the shafts, forming a working gauge and having cooled channels, a matrix with a calibrating girdle and cooled channels, installed at the outlet of the caliber, according to the claimed invention, it is equipped with an irrigation device installed at the outlet of the matrix with a nozzle for supplying refrigerant and nozzles for spraying it on top the finished product, with plugs installed coaxially with the ends of the rolls, while the cooled channels are made in rolls along the entire length and are located around the roll circumference, grooves are made in the plugs for part of the length, guiding the refrigerant at an angle to the pressing axis, and in the shafts openings connected to plugs for supplying refrigerant to the plugs and for removing refrigerant from the plugs.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами.The invention is illustrated graphic materials.

На фиг. 1 показан общий вид устройства в разрезе во время осуществления процесса непрерывного литья, прокатки и прессования катанки, на фиг. 2 - продольный разрез валков А-А, на фиг. 3 - валки с валами в изометрии с разрезом указан пути движения хладагента, на фиг. 4 - поперечный разрез Б-Б заглушек по каналам охлаждения спереди, а на фиг. 5 - поперечный разрез В-В заглушек по каналам охлаждения сзади.In FIG. 1 shows a general sectional view of the device during the continuous casting, rolling and pressing of a wire rod, FIG. 2 is a longitudinal section through rolls AA, in FIG. 3 - rolls with shafts in isometric section showing the path of movement of the refrigerant, in FIG. 4 is a cross-sectional view of BB plugs along the cooling channels in front, and in FIG. 5 is a cross-sectional view of the BB plugs along the cooling channels at the rear.

Заявляемое устройство для непрерывного литья, прокатки и прессования катанки включает печь-миксер 1 с расплавом 2, валок 3 с ручьем и валок 4 с выступом, образующие рабочий калибр 5, перекрытый на выходе матрицей 6 с калибрующим пояском 7. Для увеличения интенсивности отвода тепла в процессе прессования в валке 3 с ручьем и в валке 4 с выступом имеются каналы 8 для перемещения хладагента, которые выполнены по окружности валка 3 с ручьем и валка 4 с выступом, с торцов валков установлены заглушки 9 с проточкам 10, создающие направленное движение хладагента под углом к оси прессования для максимального отвода тепла при первичном охлаждении. Подвод и отвод хладагента к заглушкам 9 обеспечивается с помощью отверстий 11 через подводящие 12 и отводящие 13 отверстия вала 14. На выходе из матрицы 6 установлено дополнительное оросительное устройство 15, выполнение в виде коллектора с подводящим патрубком 16 и форсунками 17. Хладагент через форсунки 17 попадает непосредственно на пресс-изделие 18, обеспечивая вторичное охлаждение.The inventive device for continuous casting, rolling and pressing of wire rod includes a mixer-mixer 1 with a melt 2, a roller 3 with a stream and a roller 4 with a protrusion, forming a working gauge 5, blocked at the outlet by a matrix 6 with a calibrating girdle 7. To increase the intensity of heat removal in the pressing process in the roll 3 with a stream and in the roll 4 with a protrusion there are channels 8 for moving the refrigerant, which are made around the circumference of the roll 3 with a stream and the roll 4 with a protrusion, plugs 9 with grooves 10 are installed from the ends of the rolls, creating a directional movement of refrigerant cient at an angle to the extrusion axis for maximum heat removal during the initial cooling. The refrigerant is supplied and discharged to the plugs 9 through openings 11 through the supply 12 and exhaust 13 of the shaft 14. At the outlet of the matrix 6, an additional irrigation device 15 is installed, made in the form of a collector with a supply pipe 16 and nozzles 17. The refrigerant enters through the nozzles 17 directly to the mold 18, providing secondary cooling.

Устройство работает следующим образом. На фиг. 1 показано, как расплавленный металл 2 из печи-миксера 1 подается на поверхность валков 3 и 4, при этом начинается его кристаллизация. Одновременно с подачей расплава из печи-миксера 1 подается хладагент в охлаждаемые каналы, расположенные в матрице 6 и валах 14 валка 3 с ручьем и валка 4 с выступом, см. фиг. 2. Далее закристаллизовавшийся металл захватывается валками 3 и 4, деформируется в закрытом калибре между валками 3 и 4 и выдавливается по оси прессования через рабочий канал матрицы 6 с калибровочным пояском 7 в виде изделия - катанки 18, которая сматывается на моталку (на фигурах не показана). При этом хладагент с помощью оросительного устройства 15 подается на катанку, охлаждая ее.The device operates as follows. In FIG. 1 shows how molten metal 2 from a mixer furnace 1 is fed to the surface of rolls 3 and 4, and its crystallization begins. Simultaneously with the supply of the melt from the mixer-mixer 1, refrigerant is supplied to the cooled channels located in the matrix 6 and the shafts 14 of the roll 3 with a stream and the roll 4 with a protrusion, see FIG. 2. Next, the crystallized metal is captured by rollers 3 and 4, is deformed in a closed gauge between rollers 3 and 4, and is extruded along the pressing axis through the working channel of matrix 6 with a calibration girdle 7 in the form of a wire rod 18, which is wound onto a coiler (not shown in the figures ) When this refrigerant using irrigation device 15 is supplied to the wire rod, cooling it.

На фиг. 3 показано, что для увеличения интенсивности охлаждения подаваемого расплавленного металла 2 в валах 3 и 4 через входное отверстие 12 и боковое 11 подается хладагент в заглушки 9, где через проточки 10 хладагент направляется под углом к оси прессования, проходя отверстия 8, отбирая тепло от валов 3 и 4, попадает в заглушки 9, проходя проточки 10 и выходя из отверстий 11, удаляется из зоны охлаждения через отверстие 13 (фиг. 4, 5).In FIG. 3 it is shown that to increase the cooling rate of the supplied molten metal 2 in the shafts 3 and 4 through the inlet 12 and side 11, the refrigerant is supplied to the plugs 9, where through the grooves 10 the refrigerant is directed at an angle to the pressing axis, passing through the holes 8, taking heat from the shafts 3 and 4, gets into the plugs 9, passing the grooves 10 and leaving the holes 11, is removed from the cooling zone through the hole 13 (Fig. 4, 5).

Охлаждаемые каналы 8 в валке 3 с ручьем и валке 4 с выступом выполнены по окружности, где количество, угол наклона к оси прессования и размер каналов 8 определяется из условия, в соответствии с которым количество тепла, которое необходимо отвести от валков, пропорционально площади контактирующей поверхности с горячим металлом и разности температуры хладагента на входе и выходе из валка.The cooled channels 8 in the roll 3 with a stream and the roll 4 with a protrusion are made in a circle, where the quantity, the angle of inclination to the pressing axis and the size of the channels 8 are determined from the condition that the amount of heat that must be removed from the rolls is proportional to the area of the contacting surface with hot metal and the difference in temperature of the refrigerant at the inlet and outlet of the roll.

Отвод тепла из рабочей зоны прессования производится методом конвекции при прохождении хладагента по каналам матрицы 6 и валков 3, 4. Переданную теплоту можно определить с помощью следующего уравнения:Heat is removed from the working zone of the pressing by convection when the refrigerant passes through the channels of the matrix 6 and rolls 3, 4. The transferred heat can be determined using the following equation:

Q=A·α·(T₁-T₂) Вт/К·м²,Q = A · α · (T ₁ -T ₂ ) W / K · m ² ,

где Q - переданная теплота в Вт, А - поверхность, участвующая в теплопередачи в м², α - коэффициент теплоотдачи, T₁ и Т₂ - верхний и нижний уровень температуры в градусах Кельвина. Применение вышеуказанной формулы позволяет разработать модели технологического процесса и создать опытную установку для непрерывного литья, прокатки и прессования цветных металлов и сплавов для различной производительности и формы.where Q is the transferred heat in W, A is the surface involved in heat transfer in m ² , α is the heat transfer coefficient, T ₁ and T ₂ are the upper and lower temperature levels in degrees Kelvin. Application of the above formula allows us to develop process models and create a pilot plant for the continuous casting, rolling and pressing of non-ferrous metals and alloys for various capacities and shapes.

Созданная конструкция устройства для непрерывного литья, прокатки и прессования изготовлена и испытана в промышленных условиях на алюминиевом заводе компании РУСАЛ. Полученные изделия имеют форму прутка круглого сечения с диаметром 9,5 и 15 мм. Устройство для непрерывного литья, прокатки и прессования обеспечивает интенсивный отвод тепла из зоны прессования катанки, тем самым увеличивая производительность процесса прессования и высокое качество пресс-изделий. Свойства полученной катанки отличаются от свойств катанки, полученных на устройстве прототипе более высокой пластичностью, но низкой механической прочностью, при этом электросопротивление остается на прежнем уровне. Высокая пластичность полученного прутка обеспечивает при производстве из него проволоки высокую скорость волочения и более редкий отжиг для снятия нагартованности. При этом прочность проволоки наращивается до требуемой, с сохранением низкого электросопротивления, которое при частом отжиге обычно вырастает. Полученная катанка на устройстве для непрерывного литья, прокатки и прессования имеет высокий потенциал для производства проволоки из новых сплавов с новыми свойствами по прочности и электросопротивлению.The design of the device for continuous casting, rolling and pressing was created and tested under industrial conditions at the RUSAL aluminum smelter. The resulting products are in the form of a round bar with a diameter of 9.5 and 15 mm. The device for continuous casting, rolling and pressing provides intensive heat removal from the pressing zone of the wire rod, thereby increasing the productivity of the pressing process and the high quality of the press products. The properties of the resulting wire rod differ from the properties of the wire rod obtained on the prototype device with higher ductility but low mechanical strength, while the electrical resistance remains the same. The high ductility of the obtained rod ensures a high drawing speed and rarer annealing in order to remove the cured material during wire production from it. In this case, the strength of the wire increases to the required, while maintaining low electrical resistance, which with frequent annealing usually grows. The resulting wire rod on a device for continuous casting, rolling and pressing has a high potential for the production of wire from new alloys with new properties in strength and electrical resistance.

Claims

A device for continuous casting, rolling and pressing of wire rod, containing a mixer-mixer, mounted on the shafts of a roll with a stream and a roll with a protrusion, forming a working gauge and having cooled channels, a matrix with a calibrating girdle and cooled channels, installed at the exit of the caliber, characterized in that it is equipped with an irrigation device installed at the outlet of the matrix with a nozzle for supplying refrigerant and nozzles for spraying it onto the surface of the finished product, with plugs installed on the ends of the rolls with it is clear with them, while the cooled channels are made in rolls along the entire length and are located around the roll circumference, grooves are made in the plugs for part of the length, guiding the refrigerant at an angle to the pressing axis, and holes are made in the shafts connected to the plugs for supplying refrigerant to the plugs and venting the refrigerant from the plugs.