CC BY
48
УДК 621.74.047
А. И. Шульга1, д-р техн. наук И. Ф. Червоный2, канд. техн. наук С. Г. Егоров2
1 ЗАО «Завод алюминиевой катанки», 2 Государственная инженерная академия,
г. Запорожье
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ОХЛАЖДЕНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ АЛЮМИНИЕВОЙ КАТАНКИ
Рассмотрен процесс охлаждения алюминиевой катанки после прокатного стана. Определены технологические факторы, которые оказывают влияние на ее механические свойства. Для обеспечения равномерного охлаждения предложена новая конструкция узла охлаждения.
Введение
Алюминиевая катанка используется как полуфабрикат при производстве алюминиевой проволки различных диаметров, электрических проводов, заклепок, сварочной проволоки в радиоэлектронной, электротехнической и других областях. Рынок потребления алюминиевой катанки можно разделить на три группы: неизолированные воздушные линии электропередач -ЛЭП, изолированный кабель, неэлектрический механический провод для производства гаммы метизов.
Единственным в Украине производителем алюминиевой катанки для электротехнических целей путем непрерывного литья является ЗАО «Завод алюминиевой катанки». Алюминиевую катанку производят на специализированных линиях. Диаметр катанки составляет от 9 до 15 мм.
Цель работы
Изучить процесс охлаждения алюминиевой катанки, выходящей из прокатного стана. Установить зависимость механических свойств катанки от условий охлаждения.
Основное содержание
На предприятии ЗАО «Завод алюминиевой катанки» для производства алюминиевой катанки применяется оборудование компании СоШшиш Рторега, которая является лидером в области изготовления технологического оборудования. Схема линии для получения алюминиевой катанки представлена на рис. 1.
Рис. 1. Технологическая схема линии получения алюминиевой катанки:
1 - литейная машина; 2 - прокатный стан; 3 - линия охлаждения, 4 - ножницы делительные; 5 - проводка моталки; 6 -моталка; 7 - подвал линии охлаждения; 8 - масло-эмульсионный подвал; АЗ - алюминиевая заготовка; АК - алюминиевая
катанка
© А. И. Шульга, И. Ф. Червоный, С. Г. Егоров, 2008
44
Для производства алюминиевой катанки используется алюминий первичный технологической чистоты в жидком и твердом виде, соответствующий по химическому составу ГОСТ 1 1069-2001. В качестве легирующих добавок в производстве сплавов для выпуска на их основе катанки используются титан губчатый и титановые сплавы, никель, магний, медь, марганец, кремний.
Основными рабочими устройствами каждой линии по производству алюминиевой катанки компании СоШшидо Ргорет являются литейная машина с замкнутым контуром водяного охлаждения, прокатный стан и моталки различной конструкции. Линия работает по принципу непрерывной разливки металла - расплавленный металл из миксеров поступает на медное вращающееся литейное колесо (кристаллизатор), охлаждается по определённой схеме и кристаллизуется. Далее полученная заготовка проходит через ролики прокатного стана. Полученная алюминиевая катанка требуемого диаметра с помощью моталки наматывается на барабаны (формируется партия продукции -бухта катанки).
Главным отличием процесса СоШшииБ Ргорет от других процессов непрерывного литья является то, что технология СоШшиш Ргорет представляет собой высокоскоростной непрерывный процесс литья - скорость составляет м/мин, в то время как для других аналогичных процессов кристаллизации скорость составляет см/мин. На литейном колесе СоШшииБ Ргорет кристаллизация почти заканчивается к моменту, когда алюминиевая заготовка покидает изложницу. Около 93.. .95 % теплообмена происходит в боковых направлениях, т. е. перпендикулярно к основным осям литья (и направлению вращения колеса). При этом, определяющими характеристиками металла являются скорость кристаллизации, текучесть, теплопроводность как в жидком, так и в твердом состоянии, химические свойства, такие как способность образования оксидов и их природа, температура плавления и т. д. Все эти характеристики влияют на скорость теплообмена с внутренними стенками изложницы, а также на способ или тип механизма кристаллизации. После прокатного стана алюминиевая катанка подвергается охлаждению. Однако в настоящее время температура катанки в бухтах составляет ~300 °С и является достаточно высокой - способствует быстрому износу и выходу из строя облицовки намоточных барабанов. Кроме того, условия охлаждения алюминиевой катанки могут оказывать влияние на ее свойства.
С целью определения зависимости между условиями охлаждения катанки и ее свойствами были проведены две экспериментальные серии № 1 и № 2. В экспериментах серии № 1 катанка охлаждалась эмульсолом «Випол-232» (температура жидкости, поступающей на охлаждение, составляла ~50 °С), после чего обдувалась сжатым воздухом. В экспериментах серии № 2 охлаждение осуществлялось водой (температура составляла ~ 65 °С) с последующим обдувом катанки сжатым воздухом. При этом фиксировалась температура алюминиевой катанки до охлаждения, температура алюминиевой катанки внутри и снаружи бухты. В качестве контролируемого механического параметра выступал предел прочности катанки (стВ).
Результаты проведенных экспериментов представлены на рис. 2. Видно, что прочность алюминиевой катанки зависит не от температуры заготовки, а от условий охлаждения - изменение величины предела прочности обратно пропорционально средней температуре бухты катанки, а не заготовки (рис. 2, б, в). Максимальные значения предела прочности соответствуют минимальной средней температуре бухты катанки (что характерно для обоих экспериментальных серий).
Несмотря на то, что в экспериментальной серии № 1 температура заготовки была выше и температура охлаждающей жидкости ниже, чем в экспериментальной серии № 2, диапазон изменения температуры бухты и предела прочности алюминиевой катанки оказался меньшим (табл. 1): величина перепада температуры между внутренними и наружными витками бухт в экспериментах № 1 не превышала 2...27 °С, в то время как в экспериментах № 2 она составляла 8...60 °С. При этом катанка серии экспериментов № 1 имеет значительно более стабильные свойства в сравнении с экспериментами серии № 2.
Можно сделать заключение о том, что процесс охлаждения катанки водой в существующем узле малоэффективна и не гарантирует стабильности механических свойств. Причинами нестабильности свойств являлось неравномерное охлаждение катанки по длине и периметру, что приводило к торможению процесса рекристаллизации на отдельных участках и фиксированию деформированной структуры после прокатки. В ходе исследования стало очевидным, что из-за несовершенной конструкции узла охлаждения, катанка частично проходит его в «паровой рубашке» без контакта с водой, в то время как другие ее участки могут быть полностью погружены в воду. Это приводит к зна-
Таблица 1 - Диапазон изменения контролируемых параметров
№ экспериме нта Диапазон изменения температуры, °С: Диапазон изменения предела прочности Стд, МПа
заготовки внутри бухты снаружи
1 473.493 297.320 284.298 92,70.97,73
2 455.475 170.295 152.308 90,01.107,91
1607-6885 Новi матерiали i технологи в металурги та машинобудувант №2, 2008
45
Рис. 2. Изменение температуры заготовки (а), средней температуры бухты катанки (б) и предела прочности алюминиевой
катанки (в) проводимых экспериментах:
1 - экспериментальная серия № 1; 2 - экспериментальная серия № 2
чительному температурному перекосу по длине и диаметру катанки, что в свою очередь вызывает возникновение высокого уровня остаточных термических напряжений и обуславливает неравномерность протекания процессов рекристаллизации. Равномерное охлаждение и уменьшение остаточных термических напряжений сможет обеспечить новый узел охлаждения (рис. 3).
Узел охлаждения состоит из нержавеющего короба, в котором находится внутренняя труба с отверстиями. Отверстия предназначены для обеспечения равномерной подачи охлаждающей жидкости на алюминиевую катанку. После охлаждения проточной водой катанка обдувается сжатым воздухом. При применении подобного узла охлаждения температура катанки на выходе должна значительно снизиться. Кроме того, применение в качестве охлаждающей жидкости эмуль-сола позволит решить некоторые существующие проблемы.
В результате проведения исследовательских работ было установлено, что существующая средняя температура катанки в бухте около 300 °С приводит к быст-
Рис. 3. Схема узла охлаждения:
1 - патрубок для подачи охлаждающей жидкости; 2 - металлический короб; 3 - внутренняя труба; 4 -алюминиевая катанка; 5 - патрубок для отвода жидкости; 6 - отверстия для подачи и отвода охлаждающей жидкости
рому износу и выходу из строя облицовки намоточных барабанов; существующий механизм охлаждения алюминиевой катанки не обеспечивает стабильности механических свойств по ее длине в пределах одной и той же плавки. Установлено, что факторами, определяющими конечный уровень механических свойств катанки, являются:
- степень рафинирования и модифицирования металла плавки;
- уровень металла и его температура в поплавковой камере перед подачей в кристаллизатор;
- стабильность температуры литой заготовки после выхода ее из кристаллизатора;
- расход проточной воды, которая подается на колесо кристаллизатора и в узел охлаждения катанки;
- расход эмульсии на каждой клети прокатного стана;
- конструкция узла охлаждения катанки.
Для стабилизации механических свойств катанки рекомендуется:
- осуществлять тщательный контроль полноты и качества рафинирующей обработки жидкого металла каждой плавки;
- следить за состоянием желобов, по которым жидкий металл транспортируется в кристаллизатор с целью предотвращения попадания в металл нежелательных включений;
- следить за температурой заготовки перед входом ее в прокатный стан;
- оптимизировать расход эмульсии на каждой клети прокатного стана;
- реконструировать узел охлаждения катанки с учетом внесенных предложений;
- оптимизировать условий охлаждения катанки в новом узле;
- снизить температуру катанки перед ее намоткой в бухты.
Выводы
В ходе проведенных исследований установлено, что механическая прочность алюминиевой катанки зависит от условий ее охлаждения после прокатного стана. Управляя охлаждением можно производить алюминиевую катанку требуемой марки. С этой целью рекомендуется изменить конструкцию узла охлаждения и применять в качестве охлаждающей жидкости -эмульсол.
Перечень ссылок
1. Техническая документация технологической линии по производству алюминиевой катанки «Continuous Properzi S.P.A.». - 1992. - 155 с.
Одержано 20.12.2007
Розглянуто процес охолодження алюмШевог катанки тсля прокатного стану. Визначено технологiчнi фактори, як впливають на iiмеханiчнi властивостi. Для забезпеченнярiвномiрного охолодження запропонована нова конструкцiя вузла охолодження.
The process of aluminum rolled wire cooling after the rolling mill is considered. Technology factors which influence its mechanical properties are defined. For ensuring of uniform cooling the new construction of the cooling node is offered.
УДК 621.983.4.
Канд. техн. наук В. I. Дубина, В. В. Широкобоков Нацюнальний техшчний ушверситет, м. Запорiжжя
ТЕПЛОВИЙ ЕФЕКТ ПРИ ЗВОРОТНОМУ ВИТИСКАНН1 ПОРОЖНИСТИХ ВИРОБ1В
Розглядаеться визначення температури металу в процеС холодного витискання. Виконано аналiз iснуючих датчитв замiру температури та запропоновано оптимальний. Проведет експериментальнi вимiри температури при витисканнi порожнистих стаканiв.
Бшьшють процеав холодного штампування ме-талiв вимагае значних витрат мехашчно! енергп при високих значениях питомих навантажень i виконуеть-ся на машинах з рiзним характером прикладання зу-силля i швидкосп деформування. Як вщомо, мехашч-на робота деформацп в основному перетворюеться в
теплову енерпю. Вщношення шлькосп енергп AD, що перетворилася в тепло, до енергп А, сприйнято! де-формованим тшом, називають виходом тепла:
П =■
A
D A
(1)
© В. I. Дубина, В. В. Широкобоков, 2008
ISSN 1607-6885 Hoei Mamepia.nu i технологи в металурги та машинобудувант №2, 2008
47
