RU2273546C2

RU2273546C2 - Method for continuously making electric current leads to lead-acid storage cells

Info

Publication number: RU2273546C2
Application number: RU2004116744/02A
Authority: RU
Inventors: Виктор Александрович Дзензерский (UA); Виктор Александрович Дзензерский; Юрий Иванович Скосарь (UA); Юрий Иванович Скосарь; Михаил Андреевич Незнанов (UA); Михаил Андреевич Незнанов; Евгений Владимирович Аникеев (UA); Евгений Владимирович Аникеев; Сергей Владимирович Бурылов (UA); Сергей Владимирович Бурылов; В чеслав Юрьевич Скосарь (UA); Вячеслав Юрьевич Скосарь
Original assignee: Виктор Александрович Дзензерский; Дзензерский Денис Викторович; Юрий Иванович Скосарь; Сергей Владимирович Бурылов; Вячеслав Юрьевич Скосарь
Priority date: 2003-09-01
Filing date: 2004-06-01
Publication date: 2006-04-10
Also published as: UA67345A; UA67345C2; RU2004116744A

Abstract

FIELD: electrical engineering, namely manufacture of lead-acid storage cells.

SUBSTANCE: method comprises steps of crystallizing melt lead by means of casting drum on profiled shaping belt in the form of lattice band; cooling formed band till temperature 65 - 80°C and squeezing it directly on profiled shaping belt. Volume of shaping cavities of profiled shaping belt normal relative to its axis is lowered by 3 - 4%. Three-dimensional compression provides increased strength of alloy structure of lattice seams and their smooth surface.

EFFECT: improved quality of current leads.

2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к производству свинцово-кислотных аккумуляторов, и может найти использование при их изготовлении.The invention relates to electrical engineering, namely to the production of lead-acid batteries, and may find use in their manufacture.

В настоящее время в массовом производстве электродных пластин намазного типа применяют решетчатые токоотводы из низколегированных свинцовых сплавов. Их изготавливают различными способами. К наиболее распространенным относятся, во-первых, гравитационное литье в кокили, во-вторых, литье непрерывной полосы (сляба) с последующей прокаткой и разнопрофильным перфорированием, в-третьих, непрерывное литье с кристаллизацией между литейными формами, одна из которых представляет собой вращающийся барабан. Все перечисленные способы имеют множество модификаций.Currently, in the mass production of plate-type electrode plates, lattice down conductors of low-alloyed lead alloys are used. They are made in various ways. The most common include, firstly, gravity chill casting, secondly, continuous strip (slab) casting followed by rolling and perforation of different profiles, thirdly, continuous casting with crystallization between casting molds, one of which is a rotating drum . All of these methods have many modifications.

Самым производительным и экономичным в настоящее время является способ непрерывного литья на вращающемся профилированном барабане [Патент №4544014 США, МКИ⁵ B 22 D 11/06. Melane Jack В., S. Raymond L., Rader Robert R., Wirtz John О.; Wirtz Manufakturing Co. Inc.; Опубл. 01.10.85 г. и Патент №4982482 США, МКИ⁵ Н 01 М 4/82. Wheadon Ellis G., Forrer Larry L.; Caltec International Inc.; Опубл. 08.01.91 г.], относящийся к третьей группе перечисленных выше способов изготовления токоотводов. При таком литье сразу формируется решетчатая лента с заданным рисунком ячеек и токоотводными ушками. Способ позволяет использовать сплавы с широким диапазоном легирующих добавок. Однако полученная решетчатая лента имеет блочную дендритно-ячеистую структуру с невысокой механической и коррозионной стойкостью. Кроме того, не обеспечивается постоянство толщины решетчатой ленты, поскольку ее поверхность, не соприкасающаяся с барабаном, получается неровной с множеством дефектов. Указанные недостатки снижают коррозионную стойкость токоотводов и сокращают срок службы аккумуляторов.The most productive and economical at present is the method of continuous casting on a rotating profiled drum [US Patent No. 4,544,014, MKI ⁵ B 22 D 11/06. Melane Jack B., S. Raymond L., Rader Robert R., Wirtz John O .; Wirtz Manufakturing Co. Inc .; Publ. 10/01/85, and US Patent No. 4982482, MKI ⁵ H 01 M 4/82. Wheadon Ellis G., Forrer Larry L .; Caltec International Inc .; Publ. 01/08/91,] relating to the third group of the above methods for the manufacture of down conductors. With this casting, a lattice tape is immediately formed with a predetermined pattern of cells and down conductors. The method allows the use of alloys with a wide range of alloying additives. However, the resulting lattice tape has a block dendritic-cellular structure with low mechanical and corrosion resistance. In addition, the constancy of the thickness of the trellis tape is not ensured, since its surface, which is not in contact with the drum, is uneven with many defects. These shortcomings reduce the corrosion resistance of down conductors and shorten the battery life.

Наиболее близким техническим решением, взятым в качестве прототипа, является способ непрерывного изготовления токоотводов для электродов намазного типа для свинцово-кислотных аккумуляторов из сплавов свинец-кальций-олово, при котором свинцовый расплав кристаллизуют с помощью литейного барабана в виде непрерывной решетчатой ленты, полученную ленту охлаждают и проводят механическую обработку, изменяя ее толщину [Next generation of continuous platemaking / Wirtz John О. // Batteries Int. - 1996, №26. - P.56-57. - Англ.]. В этом способе кристаллизацию расплава проводят между профилированным и гладким литейными барабанами, причем гладкий барабан является охлаждающим. Механическую обработку проводят путем пропускания решетчатой ленты через гладкие прокатные валки, которые удлиняют ее и делают соответственно тоньше.The closest technical solution, taken as a prototype, is a method for the continuous manufacture of down conductors for plated electrodes for lead-acid batteries from lead-calcium-tin alloys, in which the lead melt is crystallized using a casting drum in the form of a continuous grating, the resulting tape is cooled and carry out machining, changing its thickness [Next generation of continuous platemaking / Wirtz John O. // Batteries Int. - 1996, No. 26. - P.56-57. - English.]. In this method, melt crystallization is carried out between shaped and smooth casting drums, the smooth drum being a cooling drum. The mechanical processing is carried out by passing the lattice tape through smooth rolling rolls, which lengthen it and make it correspondingly thinner.

Способ является одним из самых производительных. Дополнительная прокатка с небольшой величиной обжатия по толщине калибрует токоотводы, способствует созданию однородной мелкозернистой структуры металла и тем самым упрочняет их.The method is one of the most productive. Additional rolling with a small amount of reduction in thickness calibrates the down conductors, contributes to the creation of a homogeneous fine-grained metal structure and thereby strengthens them.

К недостаткам описанного способа можно отнести следующее. Наличие ячеек (пустых клеточек) в ленте существенно изменяет характер растекания металла при прокатке. На внутренней поверхности, образующей контуры ячеек, образуются различные дефекты: микротрещины, наплывы, расслоения, сколы металла. Особенно опасны микротрещины, прогрессирующие при дальнейших технологических деформациях и становящиеся при эксплуатации очагами ускоренной коррозии, захватывающей внутренние слои металла. Это сокращает срок службы аккумуляторов.The disadvantages of the described method include the following. The presence of cells (empty cells) in the tape significantly changes the nature of the spreading of the metal during rolling. On the inner surface, forming the contours of the cells, various defects are formed: microcracks, sagging, delamination, chipped metal. Microcracks are especially dangerous, progressing with further technological deformations and becoming, during operation, foci of accelerated corrosion that traps the inner layers of the metal. This shortens battery life.

В основу изобретения поставлена задача увеличения долговечности электродов намазного типа за счет увеличения механической прочности и коррозионной стойкости решетчатой ленты путем объемного обжатия, упрочняющего структуру сплава жилок решетки и выравнивающего их поверхность.The basis of the invention is the task of increasing the durability of the plated type electrodes by increasing the mechanical strength and corrosion resistance of the lattice tape by volumetric compression, strengthening the alloy structure of the lattice veins and leveling their surface.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе непрерывного изготовления токоотводов для электродов намазного типа для свинцово-кислотных аккумуляторов, при котором свинцовый расплав кристаллизуют с помощью литейного барабана в виде решетчатой ленты, полученную решетчатую ленту охлаждают и проводят механическую обработку, согласно изобретению, кристаллизацию расплава проводят на профилированной формообразующей ленте, которую пропускают поверх литейного барабана, после отливки решетчатую ленту охлаждают до температуры (65-80)°С и обжимают непосредственно на профилированной формообразующей ленте за счет ее изгиба, причем уменьшение объема формообразующих полостей профилированной формообразующей ленты, перпендикулярных ее оси, составляет 3-4%.The problem is solved in that in the known method for the continuous production of down conductors for plated electrodes for lead-acid batteries, in which the lead melt is crystallized using a casting drum in the form of a lattice strip, the resulting lattice strip is cooled and mechanical processing is performed according to the invention, melt crystallization carried out on a profiled forming tape, which is passed over the casting drum, after casting, the lattice tape is cooled to a temperature (65-80) ° C and crimped directly on the profiled forming tape due to its bending, and the decrease in the volume of the forming cavities of the shaped forming tape perpendicular to its axis is 3-4%.

Раскроем суть заявленного технического решения. Свинцовый расплав равномерно подают на профилированную формообразующую ленту и заполняют им формообразующие полости (канавки). Поскольку расплавленный металл очень короткое время находится в зоне кристаллизации (в узкой полосе контакта формообразующей ленты и литейного валика), то требуется быстрое охлаждение расплава непосредственно перед зоной формообразования до температуры, близкой к точке кристаллизации, а также быстрая кристаллизация расплава в самой зоне формообразования. Для этого формообразующая лента проходит между гладким литейным барабаном, который одновременно выполняет функцию холодильника, и литейным валиком. Гладкий барабан охлаждает формообразующую ленту и расплав до необходимой температуры. Кроме того, гладкий барабан задает кривизну изгиба формообразующей ленты наружу, в сторону от профилированной поверхности, что приводит к увеличению объема формообразующих полостей (канавок) и количества залитого в них расплава. Затвердевший расплав образует решетчатую ленту, которая вместе с несущей ее формообразующей лентой подвергается принудительному охлаждению, а затем попадает в зону обжатия. Здесь формообразующая лента изгибается на обжимном вале на профилированную сторону, что приводит к уменьшению объема формообразующих полостей и обжатию жилок и рамок решетчатой ленты. Объемное обжатие жилок и рамок, проведенное в диапазоне температур порога рекристаллизации (65-80)°С, при котором уменьшение объема формообразующих полостей профилированной формообразующей ленты, перпендикулярных ее оси, составляет 3-4%, позволяет не только выровнять поверхность жилок, но также увеличить механическую прочность и коррозионную стойкость сплава. Более того, такое деформационное воздействие не только приводит к глубокому смещению слоев металла с образованием зон напряжения (что ускоряет процесс дальнейшей рекристаллизации), но и устраняет дефекты, образовавшиеся при отливке. Причем устраняются не только поверхностные дефекты в виде выхода деформационных дислокации, прорастаний в поверхностные слои дендритов, но и микротрещины в междендритных промежутках.We will reveal the essence of the claimed technical solution. Lead melt is uniformly fed onto a profiled forming tape and filling the forming cavities (grooves) with it. Since the molten metal is in the crystallization zone for a very short time (in a narrow strip of contact between the forming tape and the casting roll), it is necessary to quickly cool the melt directly in front of the forming zone to a temperature close to the crystallization point, as well as fast crystallization of the melt in the forming zone itself. For this, the forming tape passes between a smooth casting drum, which simultaneously serves as a refrigerator, and a casting roller. A smooth drum cools the forming tape and the melt to the required temperature. In addition, a smooth drum sets the curvature of the bending of the forming tape outward, away from the profiled surface, which leads to an increase in the volume of forming cavities (grooves) and the amount of melt poured into them. The solidified melt forms a lattice strip, which, together with its forming tape, is subjected to forced cooling, and then falls into the compression zone. Here, the forming tape is bent on the crimping shaft on the profiled side, which leads to a decrease in the volume of the forming cavities and compression of the veins and frames of the lattice tape. Volumetric compression of the veins and frames, carried out in the temperature range of the recrystallization threshold (65-80) ° С, at which the reduction in the volume of the forming cavities of the profiled forming tape, perpendicular to its axis, is 3-4%, allows not only to smooth the surface of the veins, but also to increase mechanical strength and corrosion resistance of the alloy. Moreover, such a deformation effect not only leads to a deep displacement of the metal layers with the formation of stress zones (which accelerates the process of further recrystallization), but also eliminates the defects formed during casting. Moreover, not only surface defects are eliminated in the form of the yield of deformation dislocations, sprouting into the surface layers of dendrites, but also microcracks in the interdendritic spaces.

При указанных условиях облегчается процесс деформации монокристаллов и перемещения дислокации, но нагрева еще недостаточно для снятия внутренних напряжений и они могут фиксироваться и накапливаться, образуя энергетическое обеспечение процессов образования мелких зерен при старении сплава.Under these conditions, the process of deformation of single crystals and dislocation movement is facilitated, but heating is still not enough to relieve internal stresses and they can be fixed and accumulate, forming energy support for the formation of small grains during aging of the alloy.

Как показали эксперименты, при температурах менее 65°С все полезные процессы замедляются, обжатие происходит с повышением плотности дислокации и выходом их на поверхность, а также с образованием микротрещин, что снижает коррозионную стойкость сплава. Особенно большое количество дефектов в этих условиях образуется на жилках, расположенных параллельно оси формообразующей ленты, поскольку они по геометрическим причинам не обжимаются, а подвергаются изгибу. Наоборот, при температурах более 80°С быстро снимаются внутренние напряжения в сплаве и уменьшается эффект упрочнения решетчатой ленты в процессе дальнейшего старения, что также является неблагоприятным фактором. При слишком большой величине обжатия (когда уменьшение объема формообразующих полостей профилированной формообразующей ленты, перпендикулярных ее оси, составляет более 4%) усиливаются процессы образования различных дефектов: дислокации, микротрещин, снижающих коррозионную стойкость сплава. Кроме того, такое объемное обжатие превосходит объемную усадку свинца, возникающую при кристаллизации расплава и дальнейшем охлаждении твердого металла, что может привести к образованию другого дефекта - облоя. При слишком малом обжатии (менее 3%) эффект упрочнения жилок и увеличения коррозионной стойкости сплава становится незначительным.As experiments have shown, at temperatures less than 65 ° C all useful processes slow down, compression occurs with an increase in the dislocation density and their exit to the surface, as well as with the formation of microcracks, which reduces the corrosion resistance of the alloy. A particularly large number of defects under these conditions is formed on the veins located parallel to the axis of the forming tape, because for geometric reasons they are not crimped, but are bent. On the contrary, at temperatures above 80 ° C, internal stresses in the alloy are quickly removed and the effect of hardening of the grating tape during further aging is reduced, which is also an unfavorable factor. With too large a reduction (when the decrease in the volume of the forming cavities of the profiled forming tape, perpendicular to its axis, is more than 4%), the formation of various defects is intensified: dislocations, microcracks that reduce the corrosion resistance of the alloy. In addition, such volumetric compression exceeds the volumetric shrinkage of lead that occurs during crystallization of the melt and further cooling of the solid metal, which can lead to the formation of another defect - a flake. With too little reduction (less than 3%), the effect of hardening of the veins and an increase in the corrosion resistance of the alloy becomes insignificant.

По имеющимся у авторов сведениям предложенные существенные признаки, характеризующие суть изобретения, не известны в данном разделе техники.According to the information available to the authors, the proposed essential features characterizing the essence of the invention are not known in this section of the technology.

Предложенное техническое решение может быть использовано на предприятиях по производству свинцово-кислотных аккумуляторов и аккумуляторных батарей, в частности в производстве герметизированных аккумуляторных батарей с токоотводами из свинцово-кальциевого сплава.The proposed technical solution can be used at enterprises producing lead-acid batteries and storage batteries, in particular, in the production of sealed storage batteries with down conductors from lead-calcium alloy.

На фиг.1 представлена общая схема процесса изготовления токоотводов согласно заявляемому способу. На фиг.2 представлена схема обжатия жилок и рамок решетчатой ленты за счет изгибов формообразующей ленты.Figure 1 presents a General diagram of the manufacturing process of down conductors according to the claimed method. Figure 2 presents a diagram of the compression of the veins and frames of the lattice tape due to the bends of the forming tape.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.The inventive method is as follows.

Вначале отливают решетчатую ленту, подавая расплав низколегированного свинцового сплава из литникового ковша 1 на движущуюся профилированную формообразующую ленту 2 и заполняя ее формообразующие полости (канавки). Обычно используют свинцово-сурьмянистые или свинцово-кальциевые сплавы, в том числе сплавы свинец-кальций-олово, причем массовое содержание свинца в сплавах составляет 96-99,5%. Кристаллизация расплава происходит тут же, когда профилированная формообразующая лента 2 проходит между литейным валиком 3 и гладким литейным барабаном 4, радиус которого равен R₁. Затем формообразующую ленту 2 вместе с отлитой решетчатой лентой, температура которой составляет 180-200°С, пропускают через узел охлаждения 5. Здесь обе ленты охлаждают до температуры, близкой к 65-80°С. Процесс обжатия профиля жилок и рамок ленты производят за счет изгиба формообразующей ленты 2 на профилированную сторону на обжимном вале 6, радиус которого равен R₂. Прижимные валики 7 фиксируют изгиб формообразующей ленты 2 и обеспечивают равномерное распределение давления ее на обжимной вал 6. После операции обжатия с помощью натяжного вала 8 решетчатую ленту 9 отделяют от формообразующей ленты 2 и отводят в сторону валиком 10. Скорость движения формообразующей ленты 2 задается ведущим валом 11.First, the lattice tape is cast, feeding the melt of low-alloyed lead alloy from the gating ladle 1 to the moving profiled forming tape 2 and filling its forming cavities (grooves). Usually, lead-antimony or lead-calcium alloys are used, including lead-calcium-tin alloys, and the mass content of lead in the alloys is 96-99.5%. Crystallization of the melt occurs immediately when the profiled forming tape 2 passes between the casting roll 3 and the smooth casting drum 4, the radius of which is equal to R ₁ . Then the forming tape 2 together with the molded lattice tape, the temperature of which is 180-200 ° C, is passed through the cooling unit 5. Here both tapes are cooled to a temperature close to 65-80 ° C. The process of crimping the profile of the veins and the framework of the tape is produced by bending the forming tape 2 to the profiled side on the crimping shaft 6, the radius of which is equal to R ₂ . The pressure rollers 7 fix the bending of the forming tape 2 and ensure uniform pressure distribution on the compression shaft 6. After the crimping operation using the tension shaft 8, the grating tape 9 is separated from the forming tape 2 and taken away by the roller 10. The speed of movement of the forming tape 2 is set by the drive shaft eleven.

Величина объемного обжатия 5 жилок и рамок решетчатой ленты выражается формулойThe volume compression of 5 veins and frames of the lattice tape is expressed by the formula

где L, H - ширина и толщина жилок (рамок), равные 1,0-1,5 мм;where L, H - the width and thickness of the veins (frames), equal to 1.0-1.5 mm;

γ - угол обжатия, показывающий изменение профиля формообразующей полости в процессе изгиба ленты 2 (недеформированный профиль 12 становится максимальным профилем 13 в момент заливки расплава и минимальным профилем 14 при обжатии на обжимном вале 6).γ is the compression angle, showing the change in the profile of the forming cavity during the bending of the tape 2 (undeformed profile 12 becomes the maximum profile 13 at the time of pouring the melt and the minimum profile 14 during compression on the crimp shaft 6).

Для обеспечения качественного объемного обжатия формообразующая лента 2 должна быть изготовлена из низкоуглеродистой стали с большим значением модуля упругости и локальной закалкой формообразующих стенок 15. Оптимальные механические и температурные условия обжатия, а также габаритные размеры элементов инструмента и изделия получены экспериментальным путем в цеховых условиях.To ensure high-quality volumetric compression, the forming tape 2 should be made of low-carbon steel with a large elastic modulus and local hardening of the forming walls 15. The optimal mechanical and temperature conditions of compression, as well as the overall dimensions of the tool and product elements, were obtained experimentally in workshop conditions.

По окончании отливки и обжатия изготовленную решетчатую ленту подвергают дальнейшим технологическим операциям изготовления электродных пластин намазного типа для свинцово-кислотных аккумуляторов.At the end of casting and crimping, the fabricated grating tape is subjected to further technological operations of manufacturing plastered electrode plates for lead-acid batteries.

Claims

A method for the continuous manufacture of down conductors for plug-in electrodes for lead-acid batteries, in which the lead melt is crystallized using a casting drum in the form of a lattice strip, the resulting lattice strip is cooled and mechanical processing is carried out, characterized in that the melt crystallization is carried out on a profiled forming tape, which pass over the casting drum, after casting, the lattice tape is cooled to a temperature of 65-80 ° C and crimped directly onto the profiled forming the tape due to its bending, the volume reduction shaped mold cavities of the molding belt, perpendicular to the axis thereof is 3-4%.