RU2023030C1

RU2023030C1 - Method for treatment of wire and device for its realization

Info

Publication number: RU2023030C1
Authority: RU
Inventors: Г.П. Борисенко; В.Л. Пилюшенко; А.П. Лохматов; Е.В. Барышев; М.В. Кузьмичев; И.В. Сикачина; Б.Г. Подольский; С.Ф. Коровайный; А.С. Щербак; В.В. Артемов; Ю.Е. Диканский; Н.И. Покровков; Л.И. Демьянова; В.В. Кривощапов; В.С. Адамчук; Е.И. Кузнецов; В.Г. Хакимов; В.К. Семенов; В.П. Рудаков
Original assignee: Инновационная фирма "Экомет ЛТД"; Харцызский сталепроволочно-канатный завод; Магнитогорский калибровочный завод
Priority date: 1991-08-20
Filing date: 1991-08-20
Publication date: 1994-11-15

Abstract

FIELD: production of general metal goods, in steel-wire shops for production of patent wire. SUBSTANCE: wire is heated up to 820-970 C, held at this temperature, cooled intensive by blasting of gas with speed of gas flow 8-170 m/sec during 4-15 from 400 C up to 550 C, is cooled finally by water up to shop temperature. The surface of wire is cleaned of scale before intensive cooling. For that purpose holding is carried out in reduction atmosphere at 820-970 C. Device includes unroll device, furnace, thermostat, connected hermetically to the unit for stream cooling including camera provided with inlet and outlet openings located in cavity of this camera fan, whose outlet connection is coupled with refrigerator and pressure boxes provided with slotted nozzles mounted according to technological process and winding device. Slotted nozzles are equipped with V-shaped centered members. EFFECT: increased efficiency. 3 cl, 6 tbl

Description

Изобретение относится к метизному производству и может быть использовано в сталепроволочных цехах при патентировании проволоки. The invention relates to hardware production and can be used in steel workshops for patenting wire.

Одним из видов термической обработки в сталепроволочных цехах является патентирование проволоки в расплавах свинца или селитры с последующим удалением окалины кислотным травлением. One type of heat treatment in steel workshops is the patenting of wire in lead or nitrate melts, followed by descaling by acid etching.

Известен способ патентирования стальной проволоки закалкой в горячей воде с последующим отпуском, включающий нагрев до 820-850^оС, интенсивное охлаждение погружением в водный раствор поверхностно-активных веществ с температурой 100^оС в течение 4-6 с, выдержку в печи при 500-600^оС в течение 20-90 с, охлаждение на воздухе до цеховой температуры, очистку поверхности от окалины травлением.Known is a method of patenting steel wires in hot water quenching followed by tempering, comprising heating to 820-850 ^C, an intense cooling by immersion of surfactants in aqueous solution at 100 ^{° C} for 4-6 s, exposure in an oven at 500 600 ^о С for 20-90 s, cooling in air to workshop temperature, cleaning the surface of scale by etching.

Недостатком этого способа является окисление поверхности проволоки в процессе патентирования, что влечет за собой в дальнейшем необходимость очистки ее от окалины кислотным травлением со всеми следующими из этого экологическими и экономическими издержками. The disadvantage of this method is the oxidation of the surface of the wire during the patenting process, which entails the further need to clean it of scale from acid etching with all the following environmental and economic costs.

Известно устройство для патентирования проволоки, содержащее размоточное устройство, нагреватель, ванну, составляющую вместе с насосом и теплообменником циркуляционному систему, и намоточное устройство. Для поддержания необходимой температуры расплава селитры 400-550^оС ванна оборудована соответствующими нагревательными устройствами.A device for patenting a wire is known, comprising an unwinding device, a heater, a bath, which together with a pump and a heat exchanger make up a circulation system, and a winding device. To maintain the required melt temperature of nitrate 400-550 ^о С, the bath is equipped with appropriate heating devices.

Недостатками этого устройства являются недостаточные его экономичность вследствие низкого КПД и экологическая чистота, особенно при подогреве ванны сжиганием природного газа. The disadvantages of this device are its insufficient efficiency due to low efficiency and environmental friendliness, especially when the bath is heated by burning natural gas.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является известный способ, включающий нагрев до 820-970^оС, выдержку при этой температуре, интенсивное охлаждение до 400-550^оС погружением в ванну с расплавом свинца или селитры, окончательное охлаждение водой до цеховой температуры и очистку поверхности проволоки от окалины травлением, промывку водой и нанесение на поверхность проволоки подсмазочного слоя.The closest to the claimed technical essence and attainable effect is a known method which comprises heating to 820-970 ^{° C,} holding at this temperature, intensive cooling to 400-550 ^{° C} by immersion in a bath of molten lead or nitrate, the final cooling water to the guild temperature and cleaning the surface of the wire from scale by etching, washing with water and applying a lubricant layer to the surface of the wire.

Недостатками прототипа являются недостаточные его экономичность и экологическая чистота. Для получения заданной структуры металла и соответствующих ей механических свойств в этом процессе применяют такие дорогостоящие и дефицитные материалы, как свинец, селитра и др. Поддержание постоянной температуры расплавов этих материалов требует постоянных и значительных расходов различных энергоносителей. Кроме этого, испарения расплавов свинца и селитры загрязняют атмосферу цеха, а растворенные в промывных водах остатки селитры после интенсивного охлаждения проволоки в расплавах загрязняют прилегающие водоемы и местность. В этом случае требуются дополнительные затраты на осуществление здоровых условий труда и соответствующих природоохранных мер. Кроме этого, нагрев проволоки до 820-970^оС, выдержка при этой температуре, погружение в ванну с расплавом селитры сопровождаются окислением поверхности проволоки, в результате чего потери металла в окалину и соответствующее им снижение выхода годной продукции достигают 5-14 кг/т. Очистка поверхности проволоки от окалины травлением, являющимся необходимой технологической операцией перед нанесением на нее подсмазочного слоя, не только требует значительных материальных затрат, но и сильно загрязняет атмосферу цеха парами кислоты и окружающую местность сернокислыми стоками и продуктами их нейтрализации.The disadvantages of the prototype are its lack of efficiency and environmental friendliness. To obtain a given metal structure and the corresponding mechanical properties, expensive and scarce materials such as lead, nitrate, etc. are used in this process. Maintaining a constant temperature of the melts of these materials requires constant and significant expenditures of various energy carriers. In addition, the evaporation of lead and nitrate melts pollute the atmosphere of the workshop, and the residues of nitrate dissolved in the wash water after intensive cooling of the wire in the melts pollute adjacent water bodies and terrain. In this case, additional costs are required for the implementation of healthy working conditions and appropriate environmental measures. In addition, heating the wire to 820-970 ^о С, holding at this temperature, immersion in a bath with molten nitrate are accompanied by oxidation of the wire surface, as a result of which the metal loss in scale and the corresponding decrease in the yield yield 5-14 kg / t. Cleaning the wire surface from scale by etching, which is a necessary technological operation before applying a lubricant layer on it, not only requires significant material costs, but also strongly pollutes the atmosphere of the workshop with acid fumes and the surrounding area with sulfuric effluents and products of their neutralization.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является известное устройство, содержащее печь и блок струйного охлаждения, включающий камеру охлаждения с входным и выходным окнами и расположенный в полости этой камеры вентилятор, выходной патрубок которого трубопроводами соединен с холодильником и далее с напорными коробами, снабженными поперечными щелевыми соплами. The closest to the claimed technical essence and the achieved effect is a known device comprising a furnace and a jet cooling unit, including a cooling chamber with inlet and outlet windows and a fan located in the cavity of this chamber, the outlet pipe of which is connected by pipelines to the refrigerator and further to pressure boxes, equipped with transverse slotted nozzles.

Недостатком этого устройства является то, что при охлаждении проволоки, движущейся со скоростью 0,1-0,5 м/с, продувкой через поперечные щелевые сопла не могут быть достигнуты скорости охлаждения, обеспечивающие получение такой же структуры металла и механических свойств проволоки как и в случае патентирования в расплавах свинца и селитры. The disadvantage of this device is that when cooling a wire moving at a speed of 0.1-0.5 m / s by blowing through transverse slotted nozzles, cooling rates cannot be achieved, providing the same metal structure and mechanical properties of the wire as in case of patenting in lead and nitrate melts.

Целью изобретения является повышение экономичности и экологической чистоты производства при сохранении требуемой структуры металла и механических свойств проволоки. The aim of the invention is to increase the efficiency and environmental friendliness of production while maintaining the required metal structure and mechanical properties of the wire.

Задача, техническое решение которой обеспечивает достижение поставленной цели, состоит в изыскании новой экологически чистой охлаждающей среды, дополнительных технологических операций и оптимальных условий их совокупного применения, позволяющих увеличить выход годной продукции, исключить кислотное травление проволочной заготовки перед нанесением на ее поверхность подсмазочного слоя и одновременно получить структуру металла и механические свойства проволоки такие же как и при традиционном патентировании, но без применения расплавов свинца или селитры. The problem, the technical solution of which ensures the achievement of the goal, is to find a new environmentally friendly cooling medium, additional technological operations and optimal conditions for their combined use, which can increase the yield of products, eliminate acid etching of the wire billet before applying a lubricant layer to its surface and at the same time obtain metal structure and mechanical properties of the wire are the same as with traditional patenting, but without the use of melt s lead or nitrate.

Поставленная цель достигается тем, что интенсивное охлаждение ведут продувкой газом со скоростью газового потока 8-170 м/с в течение 4-15 с; очистку поверхности проволоки от окалины проводят перед интенсивным охлаждением, для чего выдержку при 820-970^оС осуществляют в восстановительной атмосфере в течение 5-15 с, а интенсивное охлаждение ведут продувкой защитным газом; после печи установлен термостат, герметично примыкающий к блоку струйного охлаждения, а напорные короба и их щелевые сопла выполнены вдоль камеры охлаждения по ходу технологического процесса, причем под каждым щелевым соплом в продольном его направлении установлены V-образные центрирующие элементы.This goal is achieved in that intensive cooling is carried out by purging with gas at a gas flow rate of 8-170 m / s for 4-15 s; cleaning the surface of the wire is carried out prior descaled intensive cooling, for which exposure at 820-970 ^{° C} is performed in a reducing atmosphere for 5-15 s and the intensive cooling of lead blowing protective gas; after the furnace, a thermostat is installed that is tightly adjacent to the jet cooling unit, and pressure boxes and their slot nozzles are made along the cooling chamber during the process, and V-shaped centering elements are installed under each slot nozzle in its longitudinal direction.

Заявляемое устройство содержит печь, блок струйного охлаждения, включающий камеру охлаждения с входными и ответными им выходными окнами и расположенный в полости этой камеры вентилятор, выходной патрубок которого трубопроводами соединен с холодильником и далее с напорными коробами, снабженными щелевыми соплами. После печи установлен термостат, герметично примыкающий к блоку струйного охлаждения, а напорные короба и их щелевые сопла выполнены вдоль камеры охлаждения по ходу технологического процесса, причем под каждым щелевым соплом в продольном его направлении установлены V-образные центрирующие элементы. The inventive device comprises a furnace, an inkjet cooling unit, comprising a cooling chamber with inlet and outlet exit windows and a fan located in the cavity of this chamber, the outlet of which is connected by pipelines to the refrigerator and then to pressure boxes equipped with slot nozzles. After the furnace, a thermostat is installed that is tightly adjacent to the jet cooling unit, and the pressure boxes and their slot nozzles are made along the cooling chamber during the process, and V-shaped centering elements are installed under each slot nozzle in its longitudinal direction.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. The proposed method is as follows.

Проволочную заготовку разматывают и нагревают нитью в печи с малоокислительной атмосферой до 820-970^оС. При таком нагреве в печах современной конструкции поверхность проволоки окисляется на глубину до 3,0 мкм. После этого проволока поступает в термостат, рабочее пространство которого разогрето соответственно до 820-970^оС и заполнено восстановительным газом, например смесью водорода и азота, где производят выдержку ее в течение 5-15 с. Указанная длительность изотермической выдержки обеспечивает завершение процесса аустенитизации и полное восстановление окисленной поверхности проволоки до чистого железа. Очищенная таким образом от окалины проволока поступает в блок струйного охлаждения, где интенсивное ее охлаждение ведут продувкой защитным газом со скоростью газового потока 8-170 м/с в течение 4-15 с, при этом температура проволоки снижается до 400-450^оС. Охлажденная таким образом проволока с чистой и свободной от окалины поверхностью, выходя из блока струйного охлаждения, окончательно охлаждается до цеховой температуры водой по известному способу и сматывается в моток или на шпулю.The wire rod is unwound and heated in an oven with a thread malookislitelnoy atmosphere to 820-970 ° ^C. When such heating ovens modern construction wire surface is oxidized to a depth of 3.0 microns. Thereafter the wire supplied to a thermostat, which working space respectively warmed to 820-970 ^{° C} and filled with the reducing gas, for example a mixture of hydrogen and nitrogen, which produces it was held for 5-15 seconds. The specified duration of isothermal exposure ensures the completion of the austenitization process and the complete restoration of the oxidized surface of the wire to pure iron. Purified thus descaled wire enters the spray cooling unit, where its intensive cooling of lead with protective gas purge gas flow rate of 8-170 m / sec for 4-15 seconds, and the wire temperature is reduced to 400-450 ° ^C. Chilled thus, the wire with a clean and free of scale surface, leaving the jet cooling unit, is finally cooled to the workshop temperature with water according to the known method and is wound into a skein or onto a spool.

Предлагаемый способ существенно повышает экологическую чистоту и экономичность производства проволоки. The proposed method significantly increases the environmental cleanliness and profitability of wire production.

Выдержка проволоки, нагретой до 820-970^оС, с поверхностью, окисленной на глубину до 3 мкм при 820-970^оС в восстановительной атмосфере в течение 5-15 с, обеспечивая практически полную очистку поверхности от окалины, исключает необходимость применения для этой цели дорогостоящей серной или соляной кислоты, извести, других материалов и энергоресурсов. В результате этого существенно снижаются эксплуатационные расходы на патентирование проволоки и ликвидируется загрязнение цеха испарениями кислотных растворов и окружающей среды сернокислыми стоками и продуктами нейтрализации. Интенсивное охлаждение продувкой газом со скоростью газового потока 8-170 м/с в течение 4-15 с обеспечивает необходимые прочностные свойства проволоки, исключает необходимость применения для этой цели дорогостоящих и дефицитных материалов: свинца и селитры. В результате этого снижаются эксплуатационные расходы на патентирование проволоки и ликвидируются загрязнения цеха испарениями расплавов свинца и селитры. Кроме этого, по сравнению с прототипом отпадает необходимость очищает поверхность проволоки от остатков селитры растворением их в промывных водах и тратить определенные средства на очистку этих вод, что также заметно повышает экономичность процесса и его экологическую чистоту.Extract wire heated to 820-970 ^C with the surface of the oxidized to a depth of 3 mm at 820-970 ^{° C} in a reducing atmosphere for 5-15 s, providing virtually complete cleaning of the surface scale, eliminates the need to use for this purpose expensive sulfuric or hydrochloric acid, lime, other materials and energy. As a result of this, operating costs for patenting the wire are significantly reduced and pollution of the workshop by evaporation of acid solutions and the environment by sulfuric waste and neutralization products is eliminated. Intensive cooling by gas purging with a gas flow rate of 8-170 m / s for 4-15 s provides the necessary strength properties of the wire, eliminates the need for expensive and scarce materials: lead and nitrate. As a result, operating costs for patenting the wire are reduced and pollution of the workshop by the evaporation of lead and nitrate melts is eliminated. In addition, compared with the prototype, there is no need to clean the surface of the wire from the remains of nitrate by dissolving them in wash water and spend some money on cleaning these waters, which also significantly increases the efficiency of the process and its environmental cleanliness.

Предлагаемый способ предназначен, в основном, для обработки проволоки диаметром 1,0-8,0 мм. Интенсивное охлаждение продувкой газом со скоростью газового потока 8-170 м/с в течение 4-15 с обеспечивает получение требуемой структуры металла и прочностных свойств проволоки соответственно диаметром 1,0 и 8,0 мм. The proposed method is intended mainly for processing wire with a diameter of 1.0-8.0 mm Intensive cooling by gas purging with a gas flow rate of 8-170 m / s for 4-15 s provides the desired metal structure and strength properties of the wire, respectively, with a diameter of 1.0 and 8.0 mm.

Снижение скорости газового потока до величин менее 8 м/с не имеет смысла, так как при этом предел прочности в проволоке диаметром 1,0 мм меньше, чем при патентировании в расплавах селитры или свинца. Reducing the velocity of the gas stream to values less than 8 m / s does not make sense, since the tensile strength in a wire with a diameter of 1.0 mm is less than when patenting in molten saltpeter or lead.

Увеличение скорости газового потока свыше 170 м/с также не имеет смысла, так как при этом проволока диаметром 8,0 мм сильно упрочняется и теряет свои пластические свойства. An increase in the gas flow velocity over 170 m / s also makes no sense, since in this case the wire with a diameter of 8.0 mm is greatly hardened and loses its plastic properties.

Время продувки проволоки диаметром 1,0 мм газовым потоком со скоростью 8 м/с менее 4 с неприемлемо, так как при этом не обеспечивается полнота структурных превращений металла и при дальнейшем охлаждении водой до цеховой температуры происходит закалка отдельных участков проволоки на мартенсит, что недопустимо с точки зрения дальнейшей ее переработки волочением. The time of blowing a wire with a diameter of 1.0 mm by a gas stream at a speed of 8 m / s less than 4 s is unacceptable, since this does not ensure the completeness of the structural transformations of the metal and upon further cooling with water to the workshop temperature, individual sections of the wire are quenched to martensite, which is unacceptable with point of view of its further processing by drawing.

Увеличение времени продувки проволоки диаметром 8,0 мм газовым потоком со скоростью 170 м/с свыше 15 с не имеет смысла, так как при этом деформирование структуры металла закончилось, проволока имеет также как и при охлаждении в расплавах свинца и селитры сорбитную структуру, а дальнейшее увеличение времени продувки увеличивает габариты блока струйного охлаждения и снижает экономичность производства. An increase in the time of purging a wire with a diameter of 8.0 mm with a gas stream at a speed of 170 m / s over 15 s does not make sense, since the deformation of the metal structure has ended, the wire has a sorbitol structure as well as when cooling in lead and nitrate melts, and further increasing purge time increases the size of the jet cooling unit and reduces the efficiency of production.

Интервал времени 5-15 с, затрачиваемого на выдержку проволоки в восстановительной атмосфере, определен из условия наиболее полного восстановления окисленного слоя металла толщиной до 3 мкм при температуре 820 и 970^оС.Time interval from 5-15 spent on exposure wire in a reducing atmosphere depends on requirements of the most complete recovery of the oxidized metal layer to a thickness of 3 mm at 820 and 970 ° ^C.

Для обеспечения полного восстановления окисленной поверхности при 970^оС достаточна продолжительность ее выдержки 5 с. При выдержке менее 5 с окислы на поверхности проволоки восстанавливаются не полностью и для дальнейшей переработки проволоки требуется дополнительная очистка поверхности окалины травлением.To ensure complete reduction of the oxidized surface at 970 ^{° C} it is sufficient duration of exposure to 5. If the exposure time is less than 5 s, the oxides on the surface of the wire are not completely reduced and further processing of the wire requires additional cleaning of the scale by etching.

С понижением температуры выдержки продолжительность ее увеличивается. При 820^оС полное восстановление окисленной поверхности происходит за 15 с. Увеличение выдержки свыше 15 с не имеет смысла, так как при этом происходит бесполезное увеличение длины технологической линии, что снижает экономичность производства.With decreasing the temperature of exposure, its duration increases. At 820 ^{° C} a complete recovery of the oxidized surface is 15 seconds. An increase in shutter speed over 15 s does not make sense, since this results in a useless increase in the length of the production line, which reduces the efficiency of the production.

Таким образом применение в предлагаемом способе выдержки при температуре 820-970^оС в восстановительной атмосфере в течение 5-15 с с последующим интенсивным охлаждением продувкой защитным газом со скоростью газового потока 8-170 м/с в течение 4-15 с, а затем окончательного охлаждения проволоки водой до цеховой температуры, исключая необходимость очистки поверхности проволоки от окалины травлением и необходимость применения расплавов селитры или свинца, позволяет повысить экологическую чистоту и экономичность производства при сохранении требуемой структуры металла и механических свойств проволоки.Thus the use of the proposed method, heating at a temperature ^of 820-970 C in a reducing atmosphere for 5-15 seconds followed intensive cooling inert gas purge at a rate of gas flow 8-170 m / sec for 4-15 seconds and then final cooling the wire with water to the workshop temperature, eliminating the need to clean the wire surface from scale by etching and the need to use nitrate or lead melts, can improve the environmental cleanliness and economy of production while maintaining uemoy metal structure and mechanical properties of the wire.

На фиг. 1 показана общая компоновка узлов предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема блока струйного охлаждения в поперечном его сечении; на фиг. 3 - схема узла щелевых сопл. In FIG. 1 shows the General layout of the nodes of the proposed device; in FIG. 2 is a diagram of a jet cooling unit in its cross section; in FIG. 3 is a diagram of a slotted nozzle assembly.

Устройство содержит печь 1, термостат 2, герметично примыкающий к блоку 3 струйного охлаждения и ванну 4. Узел блока 3 включает камеру 5 охлаждения с входными и ответными им выходными окнами 6 и расположенный в полости камеры 5 вентилятор 7. Выходной патрубок 8 вентилятора 7 трубопроводами 9 соединен с холодильником 10 и далее с напорными коробами 11, снабженными щелевыми соплами 12, а входной патрубок 13 вентилятора 7 находится в полости камеры 5, образуя с остальными элементами блока струйного охлаждения замкнутую систему. Напорные короба 11 и их щелевые сопла 12 имеют продольное исполнение и расположены вдоль камеры 5 по ходу технологического процесса, причем под каждым щелевым соплом 12 в продольном его направлении установлены с определенным шагом V-образные центрирующие элементы 14, выполненные в виде неподвижных пластин или вращающихся роликов. При этом щелевые сопла 12, элементы 14, входные и ответные им выходные окна 6 взаимно расположены таким образом, что плоскость 15 продольной симметрии каждого щелевого сопла 12 проходит через ось 16, соединяющую центры входного и ответного ему выходного окна 6, а оси 17 симметрии элементов 14 лежат в плоскости 15 каждого щелевого сопла 12, причем дно углубления каждого элемента 14 расположено на оси 16, проходящей через центры входного и ответного ему выходного окна 6. The device comprises a furnace 1, a thermostat 2, hermetically adjacent to the jet cooling unit 3 and a bath 4. The unit of the unit 3 includes a cooling chamber 5 with inlet and outlet windows 6 and a fan 7 located in the cavity of the chamber 5. The outlet pipe 8 of the fan 7 by piping 9 connected to the refrigerator 10 and further to the pressure boxes 11 provided with slotted nozzles 12, and the inlet pipe 13 of the fan 7 is located in the cavity of the chamber 5, forming a closed system with the remaining elements of the jet cooling unit. The pressure boxes 11 and their slotted nozzles 12 are longitudinally arranged and are located along the chamber 5 in the course of the technological process, with V-shaped centering elements 14 made in the form of fixed plates or rotating rollers with a certain step under each slotted nozzle 12 in its longitudinal direction . At the same time, slotted nozzles 12, elements 14, input and output windows 6 corresponding to them are mutually arranged so that the longitudinal symmetry plane 15 of each slotted nozzle 12 passes through an axis 16 connecting the centers of the input and output windows 6, and the axis of symmetry 17 14 lie in the plane 15 of each slotted nozzle 12, and the bottom of the recess of each element 14 is located on the axis 16 passing through the centers of the input and output windows 6.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.

Перед началом работы рабочее пространство печи 1 и термостата 2 разогревают соответственно до 820-970^оС, при этом рабочее пространство термостата 2 предварительно заполняют восстановительным газом, например смесью водорода и азота. Полость камеры 5 блока 3, вентилятора 7, холодильника 10, напорных коробов 11 с щелевыми соплами 12 и соединяющих их трубопроводов 9 заполняют защитным газом. Ванну 4 наполняют водой, после чего на размоточное устройство устанавливают шпулю с проволокой, передний конец которой пропускают через рабочее пространство печи 1, термостата 2, блока 3, ванну 4 и закрепляют в намоточном устройстве. Включают двигатель блока струйного охлаждения и с помощью регулирующих шиберов или путем изменения числа его оборотов устанавливают в зависимости от диаметра проволоки и марки стали необходимую скорость газового потока на выходе из щелевых сопл 12. Защитный газ, вытекая из щелевых сопл, формируется в систему плоских струй, атакующих поверхность обрабатываемых проволочных нитей, охлаждая их. Далее нагретый защитный газ через отсасывающие каналы поступает из полости камеры 5 на всас циркуляционного вентилятора 7, а затем с его выхлопа направляется в холодильник 10, где отдает тепло охлаждающей воде. Из холодильника 10 охлажденный газ вновь движется в напорные короба 11 и щелевые сопла 12 для повторения теплообменного цикла. Устройство таким образом подготовлено к работе.Before working furnace operating space 1 and the thermostat 2 is heated respectively to ^about 820-970 C, the workspace thermostat 2 pre-filled with a reducing gas such as hydrogen and nitrogen mixture. The cavity of the chamber 5 of block 3, fan 7, refrigerator 10, pressure boxes 11 with slotted nozzles 12 and the pipelines 9 connecting them are filled with protective gas. The bath 4 is filled with water, after which a spool with wire is installed on the unwinding device, the front end of which is passed through the working space of the furnace 1, thermostat 2, block 3, bath 4 and fixed in the winding device. The engine of the jet cooling unit is turned on and, using control gates or by changing the number of revolutions, the required gas flow rate at the outlet of the slotted nozzles 12 is established, depending on the wire diameter and steel grade. The protective gas emerging from the slotted nozzles is formed into a flat jet attacking the surface of the processed wire threads, cooling them. Next, the heated protective gas through the suction channels enters from the cavity of the chamber 5 to the inlet of the circulation fan 7, and then from its exhaust is sent to the refrigerator 10, where it gives off heat to the cooling water. From the refrigerator 10, the cooled gas again moves to the pressure boxes 11 and slotted nozzles 12 to repeat the heat exchange cycle. The device is thus prepared for operation.

После включения намоточного устройства проволока, перемещаясь со скоростью 0,1-0,5 м/c, нагревается в печи 1, изотермически выдерживается в течение определенного времени в термостате 2 и интенсивно охлаждается в блоке 3 продувкой скоростным газовым потоком с постоянной скоростью по всей длине продольного щелевого сопла 12. Для обеспечения строго постоянной скорости охлаждения в каждом поперечном сечении проволоки и высокой однородности структуры и механических свойств металла проволока при своем движении вдоль щелевого сопла строго фиксируется относительно продольной его оси с помощью элементов 14, при этом выбранный шаг их установки вдоль щелевого сопла исключает в промежутках между ними прогиб и возможность бокового смещения проволоки под воздействием скоростного напора газового потока. Намоточное устройство, протягивая проволоку через ванну с водой, охлаждает ее до цеховой температуры и сматывает на шпулю или в моток. After turning on the winding device, the wire, moving at a speed of 0.1-0.5 m / s, is heated in furnace 1, isothermally held for a certain time in thermostat 2 and is intensively cooled in block 3 by blowing with a high-speed gas stream at a constant speed over the entire length longitudinal slotted nozzle 12. To ensure a strictly constant cooling rate in each cross section of the wire and high uniformity of the structure and mechanical properties of the metal metal, the wire during its movement along the slotted nozzle is strictly fixed It is relatively relative to its longitudinal axis with the help of elements 14, while the selected installation step along the slot nozzle eliminates the deflection and the possibility of lateral displacement of the wire under the influence of the high-pressure gas flow in the spaces between them. The winding device, pulling the wire through the bath with water, cools it to the workshop temperature and wraps it on a spool or in a coil.

Применение в предлагаемом устройстве термостата, герметично примыкающего к блоку струйного охлаждения, напорных коробов и их щелевых сопл, выполненных вдоль камеры охлаждения по ходу технологического процесса, и V-образных центрирующих элементов, установленных под каждым щелевым соплом в продольном его направлении, обеспечивает очистку поверхности проволоки от окалины без применения кислоты, а также высокие скорости охлаждения проволоки движущейся со скоростью 0,1-0,5 м/с и получение за счет этого такой же структуры металла и механических свойств проволоки как и в случае патентирования в расплавах свинца и селитры. The use in the proposed device of the thermostat, hermetically adjacent to the jet cooling block, pressure boxes and their slotted nozzles made along the cooling chamber during the process, and V-shaped centering elements installed under each slotted nozzle in its longitudinal direction, ensures cleaning of the wire surface from scale without the use of acid, as well as high cooling speeds of a wire moving at a speed of 0.1-0.5 m / s and due to this obtaining the same metal structure and mechanical x wire properties as in the case of patenting in molten lead and nitrate.

Таким образом, применение предлагаемого устройства, исключая необходимость очистки поверхности проволоки от окалины травлением и необходимость применения расплавов селитры и свинца, позволяет повысить экологическую чистоту и экономичность производства при сохранении требуемой структуры металла и механических свойств проволоки. Thus, the use of the proposed device, eliminating the need to clean the surface of the wire from scale by etching and the need to use molten saltpeter and lead, improves the environmental cleanliness and economy of production while maintaining the required metal structure and mechanical properties of the wire.

П р и м е р. В настоящее время предлагаемое устройство реализовано в виде опытного агрегата безокислительного газового патентирования, сооруженного в прокатной лаборатории Института черной металлургии. В состав опытного агрегата входят устройство для размотки шпуль, электрическая проходная муфельная печь малоокислительного нагрева, электрический муфельный термостат, блок струйного охлаждения, водяная ванна и шпуленамоточный аппарат. Техническая характеристика опытного агрегата приведена в табл. 1. PRI me R. Currently, the proposed device is implemented as a pilot unit of non-oxidizing gas patenting, built in the rental laboratory of the Institute of ferrous metallurgy. The experimental unit includes a device for unwinding bobbins, an electric continuous muffle furnace with low-oxidation heating, an electric muffle thermostat, a jet cooling unit, a water bath and a bobbin winder. The technical characteristics of the experimental unit are given in table. 1.

На опытном агрегате производили обработку проволоки диаметром 4 мм из стали 70 по режиму, указанному в табл. 2. On the experimental unit, the wire was machined with a diameter of 4 mm from steel 70 according to the regime specified in the table. 2.

По такому режиму было обработано и испытано более 1500 м проволоки. Вся проволока после охлаждения имела металлически блестящую поверхность. Металлографическими исследованиями подтверждено отсутствие на поверхности проволоки окалины. Механические испытания и металлографические исследования также показали, что проволока, обработанная на опытном агрегате, имеет такую же структуру металла и прочностные свойства, как и после патентирования в расплавах селитры или свинца. In this mode, more than 1,500 m of wire was processed and tested. The whole wire after cooling had a metallic shiny surface. Metallographic studies confirmed the absence of scale on the surface of the wire. Mechanical tests and metallographic studies also showed that the wire processed on the experimental unit has the same metal structure and strength properties as after patenting in saltpeter or lead melts.

Следовательно, применение предлагаемого устройства обеспечивает очистку поверхности проволоки от окалины без применения кислотного травления и интенсивное охлаждение проволоки, исключая использование расплавов селитры или свинца. Therefore, the use of the proposed device provides for cleaning the surface of the wire from scale without the use of acid etching and intensive cooling of the wire, excluding the use of molten nitrate or lead.

Предлагаемый способ опробован на экспериментальной установке, сооруженной в прокатной лаборатории Института черной металлургии. Образцами служила проволочная заготовка диаметром 1,0-8,0 мм из стали 70. Образцы длиной 200 мм нагревали в электрической печи до 900^оС. Общее время нагрева образцов с выдержкой при этой температуре составило 4 мин. Нагретые таким образом образцы перемещали из печи в камеру струйного охлаждения, где производили интенсивное их охлаждение до цеховой температуры продувкой воздухом с различными скоростями газового потока. Необходимую скорость воздушного потока устанавливали по величине давления воздуха на срезе щелевого сопла с учетом его плотности, исходя из известных соотношений. Давление воздуха при малых скоростях потока измеряли манометром типа НМП-52, 0-250 Па. При высоких скоростях воздушного потока давлением воздуха измеряли V-образным манометром l=2000 мм.The proposed method was tested on an experimental installation, built in the rolling laboratory of the Institute of ferrous metallurgy. Samples served as the blank wire diameter of 1.0-8.0 mm of steel 70. Specimens 200 mm long were heated in an electric furnace to 900 ^C. The total time of sample heating with holding at this temperature was 4 min. The samples heated in this way were transferred from the furnace to the jet cooling chamber, where they were intensively cooled to the workshop temperature by air blowing at different gas flow rates. The required air flow rate was determined by the air pressure at the slit nozzle section, taking into account its density, based on known ratios. Air pressure at low flow rates was measured with a pressure gauge type NMP-52, 0-250 Pa. At high air flow rates, air pressure was measured with a V-shaped manometer l = 2000 mm.

О прочностных свойствах проволочной заготовки различного диаметра судили по величине временного сопротивления σ_в, а пластичности металла - по величине относительного сужения Ψ. Для каждой скорости воздушного потока испытывали по пять образцов. Полученные средние значения σ_в и Ψ для каждого предельного значения диаметра образцов в сравнении с соответствующими требованиями для прототипа приведены в табл. 3 и 4.The strength properties of a wire billet of various diameters were judged by the value of the temporary resistance σ _in , and the ductility of the metal by the value of the relative narrowing Ψ. Five samples were tested for each airflow rate. The obtained average values of σ _in and Ψ for each limit value of the diameter of the samples in comparison with the corresponding requirements for the prototype are given in table. 3 and 4.

Из табл. 3 и 4 видно, что установленный интервал скоростей газового потока 8-170 м/с при интенсивном охлаждении проволоки воздухом от 900 до 20^оС, является оптимальным с точки зрения получения механических свойств для основного размерного сортамента проволочной заготовки позволяет при этом по сравнению с прототипом исключить применение дорогостоящих материалов (свинца и селитры) и повысить таким образом экономичность и экологическую чистоту производства.From the table. 3 and 4 that the predetermined interval gas flow rate 8-170 m / s under intensive cooling air wire from 900 ^to 20 ° C, is optimal from the point of view of obtaining mechanical properties for the basic size gauge wire rod thus allows comparison with the prototype to exclude the use of expensive materials (lead and nitrate) and thus increase the efficiency and environmental friendliness of production.

Для повышения экономичности производства путем сокращения длины технологической линии предлагаемый способ предусматривает ограничение времени интенсивного охлаждения продувкой газом и применение после него окончательного охлаждения проволоки до цеховой температуры погружением ее в воду. Комбинация этих технологических приемов существенно влияет на структуру металла. Оценку структуры проволоки при обработке ее по предлагаемому способу производили следующим образом. Проволочную заготовку диаметром 1,0 и 8,0 мм из стали 70 нагревали до 900^оС и после выдержки при этой температуре в течение 4 мин охлаждали в струйной камере газовыми потоками со скоростями соответственно 8 и 170 м/с. Через определенные промежутки времени интенсивное охлаждение продувкой газом прерывали и экспериментальные образцы быстро погружали в ванну с водой. Из охлажденных таким образом образцов готовили шлифы и оценку структуры металла производили по результатам их осмотра на металлографическом микроскопе типа "Неофот-2" при увеличении х 800. Результаты оценки структуры металла, получаемой по предлагаемому способу, приведены в табл. 5.To improve the efficiency of production by reducing the length of the technological line, the proposed method provides for limiting the time of intensive cooling by gas purging and the use of it after it to finally cool the wire to the workshop temperature by immersing it in water. The combination of these technological methods significantly affects the structure of the metal. Assessment of the structure of the wire when processing it according to the proposed method was carried out as follows. Wire rod diameter of 1.0 and 8.0 mm made of steel 70 was heated to 900 ^{° C} and after holding at this temperature for 4 minutes in a jet chamber cooled gas flows with speeds of 8 and 170 m / s. After certain periods of time, intensive cooling by gas purging was interrupted and the experimental samples were quickly immersed in a bath of water. Sections were prepared from the samples so cooled, and the metal structure was evaluated according to the results of their examination with a Neofot-2 type metallographic microscope at a magnification of x 800. The results of the metal structure obtained by the proposed method are given in table. 5.

Известно, что традиционный способ патентирования проволоки в расплавах свинца или селитры (прототип) обеспечивает получение сорбитной структуры металла. Сравнивая с прототипом данные, приведенные в табл. 5, видно, что установленный интервал времени интенсивного охлаждения проволоки продувкой газом 4-15 с при скоростях газового потока 8-170 м/с является оптимальным с точки зрения получения сорбитной структуры металла для основного размерного сортамента проволочной заготовки и в сочетании с окончательным охлаждением проволоки водой позволяет повысить экономичность производства за счет соответствующего сокращения технологической линии. It is known that the traditional method of patenting wire in lead or nitrate melts (prototype) provides a sorbitol metal structure. Comparing with the prototype data shown in table. 5, it can be seen that the set time interval of intensive cooling of the wire by gas blowing 4-15 s at gas flow velocities of 8-170 m / s is optimal from the point of view of obtaining a sorbitol metal structure for the main dimensional assortment of the wire billet and in combination with the final cooling of the wire with water allows you to increase the efficiency of production due to a corresponding reduction in the production line.

Чистоту поверхности проволоки после очистки ее от окалины перед интенсивным охлаждением при обработке проволоки по предлагаемому способу оценивали следующим образом. Проволочную заготовку диаметром 6,0 мм из стали 70 со светлой поверхностью нагревали в трубчатой электрической печи с защитной атмосферой до 820 и 970^оС. Нагретые таким образом образцы регламентировано окисляли в течение 0,5-1,5 с на воздухе таким образом, чтобы толщина окалины не превышала 3 мкм, после чего помещали их в трубчатый термостат, рабочее пространство которого было разогрето, в одном случае до 820^оС, а в другом случае до 970^оС, и заполнено азотоводородной смесью следующего состава: водорода 40% и азота 60%. При их температурах образцы выдерживали в термостате в течение 1-20 с, после чего, исключая контакт с воздухом, перемещали их в камеру, заполненную защитным газом состава: водорода 4% и остальное азот, где охлаждали до цеховой температуры. Из охлажденных таким образом образцов готовили шлифы, на которых металлографическим методом определяли степень восстановления окислов. Для каждой длительности выдержки в восстановительной атмосфере при данной температуре исследовано по пять шлифов. Зависимость степени восстановления окислов на поверхности проволоки для каждого из предельного значения температуры изотермической выдержки от ее продолжительности приведена в табл. 6. Из табл. 6 видно, что оптимальным интервалом выдержки проволоки с окисленной поверхностью при 820 и 970^оС в восстановительной атмосфере с точки зрения чистоты поверхности является 5-15 с. При длительности обработки при 970^оС менее 5 с не обеспечивается однородность состояния поверхности, что при дальнейшей переработке проволоки будет осложнять процесс волочения и таким образом снижать экономичность производства проволоки. Увеличение длительности изотермической выдержки при 820^оС свыше 15 с лишено смысла, поскольку процесс очистки поверхности проволоки от окалины практически закончился. Как показала переработка опытных мотков проволоки с чистотой поверхности, полученной при обработке ее по предлагаемому способу, процесс волочения по штатной технологии протекал также устойчиво как и в случае волочения проволоки после очистки ее поверхности от окалины, согласно прототипу, травлением.The purity of the surface of the wire after cleaning it from scale before intensive cooling during processing of the wire according to the proposed method was evaluated as follows. Wire rod of 6.0 mm diameter made of steel with a bright surface 70 is heated in a tubular electric furnace with a protective atmosphere to 820 and 970 ^C. The heated samples thus oxidized is regulated within 0.5-1.5 with air so that scale thickness is less than 3 .mu.m and then placed them in the tubular thermostat whose workspace was warmed up, in one case to 820 ^{° C,} and in another case to 970 ^{° C} and filled nitric mixture of the following composition: hydrogen 40% nitrogen 60% At their temperatures, the samples were kept in a thermostat for 1–20 s, after which, excluding contact with air, they were transferred to a chamber filled with protective gas of the composition: hydrogen 4% and the rest nitrogen, where it was cooled to the workshop temperature. Sections were prepared from samples thus cooled, on which the degree of reduction of oxides was determined by the metallographic method. Five sections were studied for each exposure time in a reducing atmosphere at a given temperature. The dependence of the degree of reduction of oxides on the surface of the wire for each of the limiting values of the temperature of isothermal holding on its duration is given in table. 6. From the table. 6 shows that the optimum exposure interval wire oxidated surface at 820 and 970 ^C in a reducing atmosphere from the viewpoint of surface roughness is from 5-15. When the duration of treatment at 970 ^{° C} of less than 5 is not provided with the uniformity of the surface state that in the further processing of the wire will complicate the drawing process and thus to reduce the production efficiency of the wire. Increasing the duration of the isothermal hold at 820 ^{° C} over 15 with meaningless because the process of cleaning the surface of wire descaling practically ended. As shown by the processing of experimental coils of wire with a surface finish obtained by processing it according to the proposed method, the drawing process using standard technology proceeded as stably as in the case of wire drawing after cleaning its surface from scale, according to the prototype, by etching.

Таким образом, реализация предлагаемого способа и устройства для его осуществления обеспечивает повышение экологической чистоты и экономичности производства при сохранении требуемой структуры, механических свойств металла и чистоты поверхности проволоки. Thus, the implementation of the proposed method and device for its implementation provides increased environmental cleanliness and economy of production while maintaining the required structure, mechanical properties of the metal and the surface finish of the wire.

Claims

1. The method of processing the wire, including heating to 820 - 970 ^o C, holding at this temperature, intensive cooling to 400 - 550 ^o C, the final cooling with water to the workshop temperature and cleaning the surface of the wire from scale, characterized in that, in order to increase environmental cleanliness and economy of production while maintaining the required metal structure and mechanical properties of the wire, cleaning the surface of the wire from scale is carried out before intensive cooling by holding at 820 - 970 ^o C in a reducing atom the atmosphere for 5–15 s, and intensive cooling is carried out by purging with shielding gas at a gas flow rate of 8–170 m / s for 4–15 s.

2. A device for processing wire containing a furnace, a cooling chamber with inlet and outlet windows, a fan located in the cavity of the chamber, the outlet pipe of which is connected by pipelines to the refrigerator and pressure boxes having slot nozzles, characterized in that it is provided with a hermetically adjacent to the cooling chamber a thermostat and V-shaped centering elements, pressure boxes with slotted nozzles are installed along the cooling chamber during the process, while the centering elements are located s under each slit nozzle in the longitudinal direction.