PL219616B1

PL219616B1 - Method of manufacturing coat wire

Info

Publication number: PL219616B1
Application number: PL390367A
Authority: PL
Inventors: Bogumił Miklasz; Antoni Dziembaj
Original assignee: Antoni Dziembaj; Bogumił Miklasz
Priority date: 2010-02-06
Filing date: 2010-02-06
Publication date: 2015-06-30
Also published as: PL390367A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób produkcji drutu płaszczowego posiadającego metalowy rdzeń, na którym jest osadzona otulina z innego metalu.The present invention relates to a method of producing a casing wire having a metal core on which a coating of other metal is deposited.

Wynalazek dotyczy sposobu produkcji drutu płaszczowego, w procesie ciągłym na skalę przemysłową. Materiały stosowane do produkcji drutu płaszczowego powinny mieć specjalnie dobrane właściwości, tj. rdzeń powinien posiadać wyższą temperaturę topnienia od metalu tworzącego otulinę. Drut będący rdzeniem wyrobu powinien być jednorodny metalurgicznie, pozbawiony tlenków i odtłuszczony.The invention relates to a method for the production of sheath wire in a continuous process on an industrial scale. Materials used for the production of casing wire should have specially selected properties, i.e. the core should have a higher melting point than the metal forming the cover. The wire being the core of the product should be metallurgically homogeneous, free of oxides and degreased.

Znany jest sposób produkcji drutu płaszczowego za pomocą lutowania. Drut stalowy będący rdzeniem pokrywa się cienką warstwą mosiądzu i umieszcza w osłonie z blachy miedzianej. Następnie rozgrzewa się całość do temperatury, w której następuje połączenie warstw metali. Tą metodą nie można uzyskać drutu płaszczowego dobrej jakości. Połączenie metali za pomocą lutowania nie jest trwałe, a ponadto wprowadzenie mosiądzu zakłóca przewodnictwo elektryczne.A method of producing casing wire by soldering is known. The steel wire, which is the core, is covered with a thin layer of brass and placed in a sheath made of copper sheet. Then it is heated to the temperature at which the metal layers are joined. Good quality sheath wire cannot be obtained with this method. The connection of metals by soldering is not permanent, in addition, the introduction of brass disrupts the electrical conductivity.

Znany jest sposób produkcji drutu płaszczowego w procesie ciągnienia i wyżarzania. Drut stalowy, będący rdzeniem, pokrywa się otuliną z blachy miedzianej i poddaje się wielokrotnemu ciągnieniu podczas którego uzyskuje się wgniecenie powłoki zewnętrznej do rdzenia oraz wyżarza. Wyżarzanie drutu stalowego z płaszczem miedzianym następuje w temperaturze około 650°C, co powoduje dyfuzję atomów miedzi do rdzenia stalowego i atomów żelaza do miedzi. Sposób ten wymaga dobrania materiałów o specjalnych właściwościach. Drut rdzeniowy powinien być ze stali o dużej czystości, a płaszcz wymaga stosowania miedzi próżniowej beztlenowej. Stosowanie tego sposobu produkcji druku płaszczowego wymaga wysokich nakładów inwestycyjnych i jest energochłonne. Sposób jest bardzo skomplikowany i wymaga wielu operacji jak rozwinięcia powierzchni drutu, zagniatania zewnętrznej warstwy blachy, spawania szwu, ciągnienia i żarzenia.There is a known method of producing casing wire in the drawing and annealing process. The steel wire, which is the core, is covered with a copper sheet and is subjected to multiple drawing during which the outer coating is indented to the core and annealed. Annealing of steel wire with a copper jacket occurs at a temperature of about 650 ° C, which causes the diffusion of copper atoms into the steel core and iron atoms into copper. This method requires the selection of materials with special properties. The cored wire should be of high purity steel and the jacket requires the use of vacuum oxygen-free copper. The use of this method of producing an overcoat printing requires high capital expenditure and is energy-consuming. The method is very complicated and requires many operations such as unrolling the wire surface, kneading the outer sheet layer, seam welding, drawing and glowing.

Znany jest z patentu EP 0811701 elektrochemiczny sposób produkcji drutu płaszczowego. Sposób ten wykorzystuje zjawisko elektrolizy i polega na wprowadzeniu drutu będącego rdzeniem do kąpieli elektrolitycznej, zawierającej sole metalu warstwy płaszczowej. W procesie elektrolizy pod wpływem prądu stałego o dużym natężeniu na powierzchni rdzenia osadza się chemicznie czysty metal wytrącony z elektrolitu. W ten sposób produkuje się druty stalowe lub miedziane pokryte warstwą srebra, miedzi, chromu, niklu lub innych metali. W tym sposobie, przed procesem elektrolizy, drut przechodzi przez kąpiele odtłuszczające, myjące, wytrawiające a po procesie też przechodzi przez kąpiele myjące, pasywujące itp. Jest to metoda energochłonna, wymagająca dużych nakładów inwestycyjnych i znacznej robocizny. Otrzymane druty płaszczowe mają nierówną powierzchnię i są porowate. Ich zastosowanie jest ograniczone. Sposoby elektrochemiczne są nieprzyjazne dla środowiska ze względu na powstawanie dużych ilości szkodliwych chemicznych ścieków oraz szkodliwych oparów gazowych.The patent EP 0811701 discloses an electrochemical method for the production of casing wire. This method uses the phenomenon of electrolysis and consists in introducing the wire being the core into an electrolyte bath containing metal salts of the cladding layer. In the electrolysis process, under the influence of high intensity direct current, a chemically pure metal precipitated from the electrolyte is deposited on the surface of the core. In this way, steel or copper wires are produced with a layer of silver, copper, chromium, nickel or other metals. In this method, before the electrolysis process, the wire passes through degreasing, washing and etching baths, and after the process it also passes through washing, passivating baths, etc. It is an energy-consuming method, requiring high investment and labor. The sheath wires obtained have an uneven surface and are porous. Their use is limited. Electrochemical methods are unfriendly to the environment due to the formation of large amounts of harmful chemical wastewater and harmful gas vapors.

Podstawową wadą powyższych znanych sposobów jest możliwość wykonywania jedynie cienkich powłok płaszczowych.The main disadvantage of the above known methods is that only thin shell coatings can be made.

Znane są metalurgiczne sposoby produkcji drutu płaszczowego w których rdzeń drutu przeprowadza się przez roztopiony metal który po skrystalizowaniu na nim i ochłodzeniu tworzy trwałą otulinę.There are known metallurgical methods of casing wire production in which the wire core is led through molten metal which, after being crystallized on it and cooled, forms a durable coating.

Znany jest z patentu US 3842896 sposób wytwarzania drutu płaszczowego w którym wykorzystuje się dwie komory z roztopionym metalem, gdzie metal z górnej komory jest przelewany poprzez zawór do komory dolnej. Rdzeń drutu przeprowadza się przez tuleję znajdującą się w górnej komorze i wprowadza do komory dolnej, przez roztopiony metal i wyprowadza się dołem w postaci drutu płaszczowego. Drogę przejścia rdzenia drutu przez płynny metal wyznacza wysokość słupa metalu w komorze dolnej jest regulowany przez zawór przelewowy.There is known from the patent US 3 842 896 a method of producing a casing wire in which two chambers with molten metal are used, where the metal from the upper chamber is transferred through a valve to the lower chamber. The core of the wire passes through the sleeve in the upper chamber and enters the lower chamber through the molten metal and exits downwards in the form of a casing wire. The path of the wire core through the molten metal is determined by the height of the metal column in the lower chamber and is regulated by an overflow valve.

Znany jest z patentu GB 1105708 rozbudowany sposób osadzania płaszcza metalowego gdzie rdzeń drutu jest wstępnie przygotowywany w wielu procesach oraz przeprowadzany przez roztopiony metal w celu wytworzenia otuliny.There is known from the patent GB 1105708 an extensive method of depositing a metal jacket, where the wire core is pre-prepared in many processes and passed through the molten metal to produce the cover.

Znany jest z patentu US 5437748 proces mosiądzowania drutu stalowego w którym są zastrzeżone parametry powstawania drutu pokrytego mosiądzem.There is known from the patent US 5437748 the process of brassing a steel wire in which the parameters of forming a brass-coated wire are reserved.

Znany jest z patentu EP 0149064 proces pokrywania żelaznego drutu miedzią. Rdzeń drutu podgrzewa się w atmosferze wodoru i przeprowadza się od góry przez roztopioną miedź w celu uzyskania otuliny.A process for coating iron wire with copper is known from the patent EP 0149064. The core of the wire is heated under an atmosphere of hydrogen and passed through the molten copper from above to form a jacket.

Znane jest z patentu US 3112226 urządzenie do ciągłej produkcji drutu płaszczowego gdzie rdzeń z drutu jest wprowadzany od góry bezpośrednio przez roztopiony metal do tuby, w której następuje krystalizacja otuliny. Dolna część tuby jest chłodzona.There is known from the patent US 3 112 226 a device for the continuous production of casing wire, where the wire core is introduced from above directly through the molten metal into the tube in which the crystallization of the coating takes place. The lower part of the tube is cooled.

PL 219 616 B1PL 219 616 B1

Znany jest z patentu EP 0329611 sposób wytwarzania drutu płaszczowego polegający na wstępnym przygotowaniu drutu, podgrzaniu w oddzielnym module i przeprowadzeniu przez roztopiony metal o stałej drodze przejścia. Urządzenie posiada pneumatyczny układ wyprowadzania drutu z otuliną wraz z jego schładzaniem.There is known from the patent EP 0329611 a method of producing a casing wire consisting in preliminary preparation of the wire, heating it in a separate module and passing it through a molten metal with a constant path. The device has a pneumatic wire discharge system with a cover with its cooling.

Znane metalurgiczne sposoby wytwarzania drutów płaszczowych wymagają stosowania rozbudowanych instalacji lub nie posiadają stopniowego nagrzewania wprowadzanego rdzenia drutu lub też regulacji drogi przejścia przez roztopiony metal.Known metallurgical methods for the production of casing wires require the use of extensive installations or do not have a gradual heating of the wire core introduced or the control of the path through the molten metal.

Celem wynalazku jest opracowanie nowego sposobu produkcji drutu płaszczowego umożliwiającego wykonywanie powłok płaszczowych o dowolnej grubości z zapewnieniem wysokiej jakości i niższych kosztów wytwarzania.The aim of the invention is to develop a new method for the production of casing wire which enables the production of sheaths of any thickness while ensuring high quality and lower production costs.

Istotą sposobu produkcji drutu płaszczowego jest wprowadzenie rdzenia z drutu poprzez głowicę centrującą zapewniającą stopniowe rozgrzewanie drutu do temperatury roztopionego metalu, mającego być jego otuliną i zapewniającą dobranie właściwej długości przejścia przez roztopiony metal następnie przejście przez roztopiony metal oraz przejście przez krystalizator i wyprowadzenie na zewnątrz z otuliną ze schłodzonego metalu. Głowica centrująca, w kształcie tulei, posiada komory o zmniejszającym się przekroju poprzecznym, od góry w kierunku krystalizatora, rozdzielone przekładkami centrującymi. Przekładki centrujące posiadają dodatkowe otwory dla przepływu gazu obojętnego. Głowica oraz przekładki centrujące są wykonane z materiału ceramicznego i są nagrzewane od roztopionego metalu znajdującego się w tyglu topielniczym. Dzięki takiej budowie głowicy oraz zastosowaniu regulowanego przepływu gazu mamy możliwość uzyskania stopniowego nagrzewania rdzenia drutu wprowadzanego od góry. Unika się szoku termicznego co ma istotny wpływ na wzajemne przenikanie się atomów na granicy faz metalu będącego w stanie ciekłym a metalem rozgrzanym do temperatury plastyczności. W sposobie produkcji odległość pomiędzy głowicą centrującą a krystalizatorem jest regulowana poprzez obniżanie lub podnoszenie głowicy w komorze z płynnym metalem.The essence of the casing wire production method is the introduction of the wire core through the centering head ensuring gradual heating of the wire to the temperature of the molten metal which is to be its cover and ensuring the appropriate length of the passage through the molten metal, then passing through the molten metal and passing through the crystallizer and leading outside with the coating from chilled metal. The centering head, in the shape of a sleeve, has chambers with a decreasing cross-section from the top towards the crystallizer, separated by centering spacers. The centering spacers have additional openings for the flow of inert gas. The head and centering spacers are made of ceramic material and are heated by the molten metal contained in the melting crucible. Thanks to such a construction of the head and the use of regulated gas flow, we can gradually heat up the core of the wire introduced from the top. Thermal shock is avoided, which has a significant impact on the interpenetration of atoms at the interface of the metal in the liquid state and the metal heated to the plasticity temperature. In the production method, the distance between the centering head and the crystallizer is adjusted by lowering or lifting the head in the molten metal chamber.

Po wyprowadzeniu drutu z głowicy centrującej i jego przejściu przez roztopiony metal następuje dyfuzja atomów płynnego metalu do rdzenia oraz dyfuzja atomów rdzenia do płynnego metalu. Stosuje się metale o różnych temperaturach topnienia ponieważ rdzeń przechodzący przez płynny metal zachowuje stałą plastyczną postać.After the wire is led out of the centering head and passed through the molten metal, the liquid metal atoms diffuse into the core and the core's atoms diffuse into the liquid metal. Metals with different melting points are used because the core retains a constant plastic form when passing through the molten metal.

Podczas przechodzenia przez krystalizator drut zostaje stopniowo schłodzony i płynny metal otuliny przechodzi w stan stały. Na wyjściu z krystalizatora otrzymuje się drut z otuliną metalową trwale połączoną z rdzeniem. Przy wytwarzaniu drutów płaszczowych o przekrojach okrągłych i regularnych rdzeń z drutu powinien być wprowadzony do krystalizatora centrycznie. Rdzeń z drutu nie może być zanieczyszczony.As it passes through the mold, the wire is gradually cooled down and the molten sheath metal becomes a solid. At the outlet from the crystallizer, a wire is obtained with a metal sheath permanently connected to the core. When producing sheath wires with round and regular cross sections, the wire core should be introduced centrally into the crystallizer. The wire core must not be contaminated.

Sposób produkcji drutu płaszczowego według wynalazku umożliwia wytwarzanie drutu w procesie ciągłym metodami przemysłowymi. W sposobie tym nie występuje ograniczenie grubości metalowej otuliny jak też ograniczenie kształtu i wielkości przekroju gotowego wyrobu, który może być dowolny. Wprowadzenie rdzenia drutu przez regulowaną warstwę roztopionego metalu do krystalizatora za pomocą głowicy centrującej zapewnia pełne kontrolowanie procesu powstawania drutu płaszczowego. Sposób według wynalazku jest przyjazny dla środowiska i spełnia wymogi ekologiczne.The method of producing the casing wire according to the invention enables the production of the wire in a continuous process by industrial methods. In this method, there is no limitation in the thickness of the metal cover and no limitation in the shape and cross-sectional size of the finished product, which can be any. The introduction of the wire core through the adjustable layer of molten metal into the crystallizer by means of the centering head provides full control of the process of creating the casing wire. The method according to the invention is environmentally friendly and meets ecological requirements.

Sposób produkcji drutu płaszczowego według wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na urządzeniu na którym fig. 1 przedstawia widok schematyczny urządzenia, fig. 2 przedstawia przekrój krystalizatora, fig. 3 przedstawia przekrój głowicy centrującej.The method of producing the sheath wire according to the invention is shown in the embodiment on the device in which Fig. 1 shows a schematic view of the device, Fig. 2 shows a cross-section of the crystallizer, Fig. 3 shows a cross-section of the centering head.

W przykładzie przedstawiono sposób produkcji drutu płaszczowego z rdzeniem ze stali niskowęglowej z otuliną miedzianą.The example shows how to produce a sheath wire with a low-carbon steel core with a copper coating.

Drut stalowy 1 jest wprowadzany przez koło naprowadzające 11, zespół rolek prostujących 9 do głowicy centrującej 4 komory pieca topielniczego 3 z roztopioną miedzią o temperaturze 1200°C. Głowica centrująca posiada komorę 13 o zmniejszającym się przekroju poprzecznym, w której znajdują się przekładki centrujące 14 dzielące komorę na 3 obszary o coraz mniejszych objętościach. Przekładki centrujące 14 posiadają dodatkowe otwory dla przepływu azotu, który jest wprowadzany do górnego obszaru komory i wyprowadzany sondą z dolnego obszaru komory 13. W komorze centrującej drut stalowy 1 nagrzewa się stopniowo z możliwością regulacji przyrostu tej temperatury za pom ocą regulacji przepływu azotu. Z głowicy centrującej drut stalowy 1 przechodzi do roztopionej miedzi i jest kierowany do krystalizatora 5 gdzie jest stopniowo schładzany. W czasie przejścia drutu 1 przez roztopioną miedź następuje dyfuzja atomów miedzi do drutu 1 oraz dyfuzja atomów żelaza do powstającej otuliny miedzianej. W górnej strefie 6 oraz w środkowej strefie 7 krystalizatora 5 następuje przejście stanu ciekłego miedzi w stan stały który tworzy otulinę drutu płaszczowego.The steel wire 1 is introduced through the guide wheel 11, the set of straightening rollers 9 into the centering head 4 of the chamber of the melting furnace 3 with molten copper at a temperature of 1200 ° C. The centering head has a chamber 13 with a decreasing cross-section, in which there are centering spacers 14 dividing the chamber into 3 areas of increasingly smaller volumes. The centering spacers 14 have additional openings for nitrogen flow, which is introduced into the upper area of the chamber and led out with a probe from the lower area of the chamber 13. In the centering chamber, the steel wire 1 is gradually heated up, with the possibility of adjusting the increase in this temperature by regulating the nitrogen flow. From the centering head, the steel wire 1 passes into the molten copper and is directed to the crystallizer 5 where it is gradually cooled. As wire 1 passes through the molten copper, copper atoms diffuse into wire 1 and iron atoms diffuse into the copper coating that is formed. In the upper zone 6 and in the middle zone 7 of the crystallizer 5, there is a transition from the liquid copper state to the solid state which forms the cover of the casing wire.

PL 219 616 B1PL 219 616 B1

Dolna część 8 krystalizatora 5 jest strefą chłodzenia i wyprowadzany drut płaszczowy 2 mający pełną wytrzymałość mechaniczną jest wyciągany na zewnątrz przez zespół kół ciągowych 10. W fazie końcowej drut płaszczowy 2 jest naprowadzany przez koło kierunkowe 12 do nawijania na bęben. W przykładzie wykonania piec topielniczy posiada atmosferę azotu chroniącą roztopioną miedź przed utlenieniem. Jest też możliwość regulacji drogi przejścia drutu przez roztopiony metal poprzez odpowiednie ustawienie wysokości głowicy centrującej 4.The lower part 8 of the crystallizer 5 is a cooling zone and the discharged sheath wire 2 having full mechanical strength is pulled out by the drawing wheel set 10. In the final phase, the sheath wire 2 is guided through the guide wheel 12 onto the drum. In an exemplary embodiment, the melting furnace has a nitrogen atmosphere to protect the molten copper from oxidation. It is also possible to adjust the wire path through the molten metal by adjusting the height of the centering head 4.

Ważną zaletą sposobu jest stała droga przejścia drutu niezależna od poziomu roztopionego metalu którego w procesie ubywa co wymaga okresowego bieżącego uzupełniania.An important advantage of the method is the constant path of the wire passage, independent of the level of the molten metal which is depleted in the process, which requires periodic and ongoing replenishment.

W sposobie produkcji ważne jest ustalenie parametrów technologicznych tj. stopniowego podgrzewania drutu, jego prędkości posuwu, długości przejścia przez roztopiony metal oraz schładzania dolnej strefy krystalizatora. Dla drutów o średnicy rdzenia do 6 mm prędkość jego posuwu wynosi ok. 5 mm/sek.In the production method, it is important to determine the technological parameters, i.e. the gradual heating of the wire, its feed speed, the length of the passage through the molten metal and cooling the lower zone of the crystallizer. For wires with a core diameter of up to 6 mm, the feed speed is approx. 5 mm / sec.

Sposób produkcji drutu płaszczowego, według wynalazku, jest szczególnie przydatny dla drutów z rdzeniem stalowym ze stali niskowęglowej lub stali stopowej z otuliną z miedzi, aluminium, srebra lub złota.The method of producing the casing wire according to the invention is particularly suitable for steel cored wires of low carbon steel or alloy steel coated with copper, aluminum, silver or gold.

Druty płaszczowe wysokiej jakości, o gładkiej powierzchni są dobrym nośnikiem prądów powierzchniowych o wysokiej częstotliwości. Druty takie mogą mieć zastosowanie w teletransmisji informacji, w przesyłowych sieciach cyfrowych typu LAN, układach sygnalizacji itp.High-quality sheathed wires with a smooth surface are a good carrier of high-frequency surface currents. Such wires can be used in teletransmission of information, in LAN digital networks, signaling systems, etc.

Druty płaszczowe z rdzeniem stalowym mające przez to większą wytrzymałość mechaniczną mogą mieć zastosowanie w energetyce oraz transporcie szynowym.Steel core sheathed wires, which therefore have greater mechanical strength, can be used in power engineering and rail transport.

Claims

1. Method for the production of casing wire, characterized in that the wire core (1) is introduced from above into the centering head (4) having a chamber (13) with a variable cross-section, equipped with centering spacers (14), then introduced into the molten metal and passes through the crystallizer (5) to form a cover of the cooling metal.

Method according to claim 1, characterized in that the chamber (13) of the centering head (4) has a cross-section that decreases from above.

The method according to claim 1, characterized in that the centering spacers (14) are spaced apart in order to divide the chamber (13) into areas of decreasing volume.

The method according to claim 3, characterized in that the centering spacers (14) have additional openings in order to allow the protective gas to flow through all areas of the chamber (13) between the spacers (14) for regulating the temperature rise of the wire core (1).

The method according to claim 1, characterized in that the position of the centering head (4) with respect to the mold (5) is adjusted to ensure an optimal distance of passage of the wire core (1) through the molten metal.