6. Обработка проволоки витками и спиралью
Обработка проволоки прямой нитью через многониточные проходные агрегаты-комбайны имеет следующие недостатки. Для прохождения металла через агрегат требуется сложное намоточное оборудование. Длина комбайна достигает 100 м и более. Большие габаритные размеры требуют, с одной стороны, больших производственных площадей, а с другой — увеличивают трудоемкость и штат обслуживающего персонала.
Трудоемка и занимает много времени операция заправки многониточного комбайна при переходе на другой типоразмер или при обрыве проволоки в агрегате.
За рубежом разработаны новые способы обработки катанки и проволоки путем их перемещения по агрегату витками и спиралью. Первый способ разработан в США и получил название "Лупро" (виток, петля), второй — во Франции под названием "Геликофил" (от франц. helico — виток, спираль и fil — проволока).
При обработке металла витками и спиралью резко уменьшаются габаритные размеры агрегата и количество обслуживающего персонала. Большое преимущество данного способа — возможность совмещения в одну поточную линию различных технологических процессов и операций: волочения, термической обработки и подготовки поверхности или волочения, термической обработки, травления и электролитического нанесения металлических покрытий. Например, при способе Лупро проволока с волочильного стана горизонтально уложенными витками поступает в проходную печь для термической обработки (нормализации, рекристаллизационного и сфероидизирующего отжигов, воздушного и газовоздушного патентирования), а из нее — в ванны с соответствующими растворами. При этом весь совмещенный агрегат может обслуживаться одним или двумя операторами вместо большой бригады рабочих, необходимых при обычных способах производства с раздельными технологическими процессами. Производительность этих способов обработки значительно выше, чем при обработке с перемещением нитью.
Агрегаты, работающие способами Лупро и Геликофил, применимы для производства проволоки как из низкоуглеродистых, углеродистых и легированных сталей, так и из цветных металлов и сплавов.
На рис. 14 изображена схема агрегата для подготовки поверхности катанки способом Лупро.
Катанка диаметром 5,0—9,5 мм в бунтах массой 2—3 т разматывается и проходит нитью через двухроликовый окалиноло-магель, где очищается на 85—-95% от окалины. Затем на витко-образователе катанка формируется в витки диаметром 970 мм и подается на конвейер, движущийся со скоростью до 7 м/мин. Вместе с конвейером катанка проходит травильную ванну с 15— 20%-ным раствором соляной кислоты при температуре 18—22 °С. После выхода из травильной ванны витки проходят через секцию струйной промывки водой, секции нанесения подсмазочных покрытий (фосфатов, буры и извести) и сушильное устройство с температурой 200—300 °С. Затем витки формируются в бунт массой до 3 т.
Рис. 14. Схема агрегата для подготовки поверхности катанки и проволоки по способу Лупро: 1 -- размоточное устройство; 2 - окалиполоматель; 3 - виткообразователь; 4 - конвейер; 5 - травильная ванна; 6, 7, 8 — устройство соответственно промывочное, для нанесения буры или фосфата, для известкования; 9 — сушило; 10 — бунтообразователь
Производительность такого агрегата при обработке катанки диаметром 5,5 мм составляет 2,5—3,0 т/ч. Агрегат обслуживается только одним травильщиком. Расход соляной кислоты составляет 3,6—4,5 кг на 1 т протравленого металла. Значительное увеличение производительности и экономии производственной площади достигается при использовании двухрядных агрегатов. Друхрядный агрегат с описанной технологией имеет производительность 5,2 т/ч или 35 тыс.т в год. Длина агрегата составляет 27 м, ширина — 15м, высота — 5,5 м. Потребляемая мощность — 150 кВт • ч. Коэффициент использования оборудования — 0,8.
В последнее время подготовка поверхности катанка и проволоки способом Лупро совмещается с процессами волочения, термической обработки и нанесения защитных и декоративных покрытий.
На рис. 15 изображены схемы таких агрегатов. На них изготовляют омедненную сварочную проволоку диаметром 1,5— 2,5 мм из низкоуглеродистой марганцовистой стали, которая используется для сварки в среде углекислого газа. Катанка диаметром 5,0—5,5 мм обрабатывается на агрегате Лупро по технологии, показанной на рис. 14. Затем на двухрядном агрегате (рис. 15) катанку протягивают на передельную проволоку диаметром 2,5—3,6 мм и раскладывают витками диаметром 610 мм при шаге 50 мм на движущийся роликовый под проходной печи, где подвергают отжигу с применением защитной атмосферы. Скорость движения роликового пода печи — 7,32 м/мин при линейной скорости движений проволоки 440 м/мин. Затем витки травят в растворе соляной кислоты, подвергают каскадной промывке водой, покрывают медью электролитическим способом в количестве 1,5—5,0 г/кг, наносят буру, сушат и формируют в моток. Далее передельную заготовку протягивают на проволоку готового размера. Производительность такого агрегата — около 2,04 т/ч и обслуживается он только двумя.рабочими.
При перемещении катанки способом Лупро значительно облегчается заправка всего агрегата, поскольку металл по агрегату перемещается движущимися конвейерами в отличие от заправки комбайнов, где каждая нить вручную протаскивают через всю длину агрегата.
Теоретическая производительность агрегата Лупро определяется следующим образом.
Рис. 15. Схемы агрегатов Лупро:
а — однорядного, совмещающего первоначальное волочение, термообработку и нанесение подсмазочного покрытия; б - двухрядного, совмещающего первоначальное волочение, термообработку, подготовку поверхности, нанесение металлического, подсмазочного или предохранительного покрытия; 1 - размоточное устройство; 2 - волочильный стан; 3 - накопительно-натяжное устройство; 4 - виткообразователь; 5 - нагревательная печь; 6 - охладительная секция; 7 - травильная ванна; 8 - промывочное устройство; 9 - ванна для нанесения подсмазочного или предохранительного покрытия; JO - сушильное устройство; 11 -устройство для формирования витков б бунт или моток; 12 - ванна для нанесения металлического покрытия
Количество витков катанки или проволоки диаметром d, мм, и шагом а, мм, уложенной на одном метре погонной длины конвейера, шт.,
(11)
При массе одного витка 1,935·10-8Dd2 , т, масса металла, уложенного на одном метре погонной длины конвейера будет, т,
(12)
где D — диаметр витков, мм.
Теоретическая производительность агрегата Лупро, т/ч,
(13)
где V — скорость движения конвейера, м/мин.
При обработке металла развернутой нитью, например, на комбайне скорость прохождения проволоки по агрегату, соответствующая производительности агрегата Лупро, м/мин,
(14)
Сравнение технико-экономических показателей обработки катанки и проволоки методом Лупро и на многониточных комбайнах дает следующие результаты.
При обработке катанки диаметром 5,5 мм по способу Лупро со скоростью движения конвейера V=7м/мин с диаметром витков D = 910 мм, уложенных с шагом а = 50 мм, теоретическая производительность
При этом соответствующая скорость движения нити при обработке на комбайне
При скорости патентирования Vп =7,5 м/мин катанки диаметром 5,5 мм на 24-нигочном протяжном комбайне его теоретическая производительность составит QK = 3,67 - 10-4 • 5,52 7,5 24 = 2,0 т/ч.
Повышение производительности обработки катанки при способе Лупро по сравнению с обычным комбайном Qл/Qк = 2,015.
Большим резервом повышения производительности при способе Лупро служит уменьшение шага витков и применение двухрядных агрегатов. Например, при шаге витков а — 25 мм соответствующая скорость при обработке нитью на комбайне увеличится до Vк = 655,8 м\мин, а производительность возрастет до Qл = 7,33 т/ч. С использованием двухрядных агрегатов эти показатели увеличиваются в 2 раза.
Эффект агрегата Лупро дополнительно выражается в малых необходимых производственных площадях. Если 24 ниточный комбайн при обработке катанки или проволоки нитью габаритными размерами 115 х 1,5 м занимает площадь 172 м2, то агрегат Лупро (27x1,5 м) занимает всего 40,5 м2, что составляет 23,5% площади комбайна.
Удельная производительность на 1 м2 производственной площади при применении агрегата Лупро составляет 4,03 / 40,5 = 0,10т/(м2.ч), а при применении обычных комбайнов —2,0/172.5 = 0,012 т/(м -ч).
Отсюда следует, что эффективность агрегатов Лупро в 8,32 раза выше эффективности обычных комбайнов.
Сущность способа Геликофил состоит в перемещении катанки или проволоки вертикальными витками в виде бесконечной спирали по маршругу всего агрегата с предварительным удалением окалины и нанесением подсмазочных покрытий. Иногда агрегаты по способу Геликофил совмещают с волочильным станом.
На рис. 16 показана схема агрегатов, работающих по способу Геликофил. Катанка или проволока с бунта или мотка 1 массой 2 т, расположенного на размоточной фигурке, проходит нитью сначала через роликовый окал и кол ома гель 2, а затем после поворота на угол 90° через рихтовальное приспособление 3. Выпрямленная нить наматывается витками диаметром около 1 м в спираль на бочки пары круглых транспортирующих барабанов 4, расположенных рядом параллельно друг другу и вращающихся от отдельного привода 5 с электродвигателем мощностью 22 кВт, который размещен со стороны входного горна агрегата. Оба барабана смонтированы над длинным баком с кислотными, промывочными, нетрализационными и другими ваннами, выполненными в нем в виде отдельных секций. Спираль катанки или проволоки погружается по несколько витков, двигающихся в Пазах направляющей гребенки на одной из боковых стенок бака сверху, в соответствующие растворы и промывочную воду на глубину примерно 1/3 диаметра витка и обрабатывается. Витки перемещаются но барабанам со скоростью 2,0 — 4,0 м/с. Расстояние между витками спирали составляет около 25 мм. Длительность травления витка в кислотной ванне 6 (в первой секция) после предварительного механического удаления окалины роликами на 75—90% равна 1,0—1,5 мин. Одновременно в травильный раствор могут быть погружены 125 витков (или 380 м) катанки или проволоки диаметром 5,4 мм и массой примерно 2 т. После кислотной ванны длиной 3,2 м витки спирали по 4— 6 шт. промывают горячей водой последовательно в шести секциях 7, имеющих длину 0,612 м (каждая по 0,102 м). При этом свежая горячая вода подается сначала только в последнюю секцию и оттуда противотоком поступает в другие секции (от пятой до первой). Затем витки катанки по 4— 6 шт. попадают в секцию 8 длиной 0,15 м с горячим (100 °С) раствором буры или извести для нейтрализации остатков кислоты, а также нанесения подсмазочного покрытия. После этого по два витка входят в секцию 9 длиной 0,102 м для сбора избыточной буры или извести, которая отделяется от поверхности металла при вращении витков на барабанах с окружной скоростью 3,5—4 м/с, и поступают из бака на намоточное устройство 10. Намоточным сердечником в данном случае может служить либо неподвижная фигурка, на которую витки катанки накидываются, выходя из бака, либо катушка большой вместимости, вращающаяся от собственного привода. Общая длина всех секций составляет примерно 45 м.
При обработке катанки и проволоки диаметром 5,4 мм производительность агрегата равна 2,5 т/ч. Потребление кислоты на этом агрегате на 90% меньше, чем на существующих агрегатах (без предварительного механическою удаления окалины). Расход воды составляет 70—140 л на I т обработанного металла. Агрегат компактен, обслуживается одним человеком и управляется с пульта. Занимаемая им площадь составляет 18,6 м2. Весь агрегат закрыт плотным кожухом и имеет систему отсоса 11 кислотных и других паров. Концы задаваемого и сходящего бунтов сваривают встык на сварочной машине 12.
На другом полуавтоматическом травильном агрегате аналогичного типа, занимающем площадь 50 м2, предусмотрена еще секция сушки витков струей горячего воздуха перед поступлением металла в намоточное устройство. При этом протравленый и покрытый подсмазочным слоем металл после сушки может быть подан в виде нити сразу на волочение к волочильному стану 13 без намотки в бунты (см. рис. 15,6).
Агрегаты Геликофил для подготовки поверхности более компактны, чем агрегаты Лупро, имеют меньшие габаритные размеры и обеспечивают лучшее качество обработки за счет исключения перекрытия витков.
Недостаток данного способа — невозможность применения термической обработки в потоке с подготовкой поверхности.
Теоретическая производительность агрегата Геликофил рассчитывается аналогично производительности агрегата Лупро.
При обработке катанки или проволоки способом Геликофил технико-экономические показатели следующие.
При обработке катанки диаметром d = 5,5 мм и диаметре навиваемой спирали D = 910 мм с шагом а = 22 мм, поступательной скоростью перемещения витков Vг=7,0м/мин производительность
Соответствующая скорость при обработке нитью
(15)
Площадь, занимаемая агрегатом Геликофил, равна 18,6 м2. Удельная производительность на 1 м2 производственной площади составляет 7,33/18,6 = 0,4 т/(м2 ч).
Сравнение способа Геликофил с обычным комбайнами показывает, что при обработке катанки спиралью производительность увеличивается в 3,7 раза, а удельная производительность -- в 33 раза.
Приведенные расчеты показывают, что способы Лупро и Геликофил по сравнению с традиционной обработкой развернутой нитью на комбанках и в мотках на стационарных установках гораздо производительнее, требуют меньших производственных площадей и меньшего количества обслуживающего персонала. Преимущества способов Лупро и Геликофил в настоящее время обусловили их широкое, применение. Использовать агрегаты Лупро и Геликофил целесообразно во вновь строящихся железо-и сталепроволочиых цехах.
Рис. 16. Схемы aгрегатов для подготовки поверхности катанки или проволоки спиралью:
а — раздельный агрегат; 6 — агрегат, совмещенный с волочильным станом
Рис. 17. Схемы расположения ванн в травильных отделениях:
а - существующий тип; б - новый (туннельный); 1 - садочные ванны; 2 - мостовой кран; 3 - С-образный крюк; 4 — садка; 5 — коробчатая П-образная крышка; 6 - узкая щель; 7 - тельферы; 8 - монорельс