RU2701979C1

RU2701979C1 - Device for continuous casting, rolling and pressing of non-ferrous metals and alloys

Info

Publication number: RU2701979C1
Application number: RU2019101678A
Authority: RU
Inventors: Роман Илсурович Галиев; Сергей Борисович Сидельников
Original assignee: Роман Илсурович Галиев
Priority date: 2018-02-22
Filing date: 2018-02-22
Publication date: 2019-10-02

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to combined methods of continuous casting, rolling and pressing of non-ferrous metals. Device comprises tilting mixing furnace (1) with melt feed regulator (2) in rolls (3, 4), one of which is made with a groove, and the second one – with a ledge, forming a closed gage, at outlet of which there installed is cooled matrix (9) with calibrating hole, equipped with mechanism of its pressing to rollers, prechamber (7) located between matrix and caliber, and reeler (12). Rolls are installed in frame (5) cantilever at an angle β=5–85°. Prechamber (7) is made with cooling channels (8) and cylindrical cavity with inclination in range α=90–175°. On the bed there is pressure unit (13) made in the form of two plates (14) with two idle rollers (15) fixed in them and contacting with roller (4) with the protrusion and providing its clamping to roller (3) with a groove. Pressure unit (13) compensates increase of clearance between rolls and prevents penetration of metal into it.

EFFECT: continuous mode of processing of non-ferrous metals and alloys.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к обработке металлов совмещенными методами непрерывного литья, прокатки и прессования, и может быть использовано для получения пресс-изделий из цветных металлов и сплавов, преимущественно из алюминиевых сплавов.The invention relates to the field of metallurgy, and more particularly to the processing of metals by combined methods of continuous casting, rolling and pressing, and can be used to obtain press products from non-ferrous metals and alloys, mainly from aluminum alloys.

Известно устройство, позволяющее получать изделия совмещенным методом непрерывного литья и прессования цветных металлов и сплавов (Патент РФ 73245, МПК В21С 3/00, B22D 11/00, 2007), включающее печь-миксер, моталку, два водоохлаждаемых валка, один из которых выполнен с ручьем, а второй с выступом, расположенные в станине и образующие закрытый калибр, на выходе из которого установлена матрица с калибрующим отверстием, имеющая клиновидные полости для охлаждения, отличающееся тем, что валки расположены в станине в вертикальной плоскости, печь-миксер выполнена наклоняемой с регулятором подачи расплава в калибр валков, а матрица снабжена клиновым механизмом поджима ее к валкам с направляющими роликами для удаления пресс-изделия. Соотношение высоты калибра в сечении, перекрытом матрицей, к диаметру калибрующего отверстия -'матрицы составляет 2,3…4,0, а соотношение длины зоны контакта валка с металлом к диаметру валка составляет не менее 0,35.A device is known that allows to obtain products by the combined method of continuous casting and pressing of non-ferrous metals and alloys (RF Patent 73245, IPC B21C 3/00, B22D 11/00, 2007), including a mixer oven, coiler, two water-cooled rolls, one of which is made with a stream, and the second with a protrusion, located in the bed and forming a closed gauge, at the exit of which there is a matrix with a calibrating hole having wedge-shaped cooling cavities, characterized in that the rolls are located in the bed in a vertical plane, the mixer-mixer is executed ene tiltable melt flow regulator in the caliber rolls, and the matrix is provided with a wedge mechanism for biasing it to the rollers with guiding rollers for removing moldings. The ratio of the height of the caliber in the cross section covered by the matrix to the diameter of the calibrating hole-matrix is 2.3 ... 4.0, and the ratio of the length of the contact zone of the roll with metal to the diameter of the roll is at least 0.35.

Данное устройство, принятое за аналог, обеспечивает непрерывность процесса, снижение энергозатрат, стабильные механические свойства пресс-изделий за счет значительных степеней деформации при прессовании, варьирование размеров пресс-изделий.This device, taken as an analogue, ensures the continuity of the process, reduction of energy consumption, stable mechanical properties of the press products due to significant degrees of deformation during pressing, varying sizes of the press products.

Однако применение такого устройства не обеспечивает повышенных механических свойств пресс-изделий, так как в структуре закристаллизовавшейся заготовки, особенно в ее центральной осевой части, сохраняется литая дендритная структура металла. Даже при последующей обработке (прокатке и прессовании) возможно появление осевой пористости и снижение прочностных свойств. Кроме того, расположение валков в горизонтальной плоскости усложняет конструкцию прессового инструмента, в связи с чем приходится применять специальные клиновые устройства и склизы для изменения направления выхода пресс-изделия, как правило, на 90 градусов, с целью намотки его на барабан моталки. В производственных условиях при обработке сплавов с повышенными прочностными свойствами такое резкое изменение направления перемещения прутка может привести к появлению дефектов (трещин, разрывов и т.п.), что снижает качество готовых пресс-изделий.However, the use of such a device does not provide increased mechanical properties of the press products, since the cast dendritic structure of the metal is preserved in the structure of the crystallized billet, especially in its central axial part. Even with subsequent processing (rolling and pressing), the appearance of axial porosity and a decrease in strength properties are possible. In addition, the location of the rolls in the horizontal plane complicates the design of the pressing tool, and therefore it is necessary to use special wedge devices and slides to change the exit direction of the press product, usually 90 degrees, in order to wind it onto the reel drum. In industrial conditions, when processing alloys with increased strength properties, such a sharp change in the direction of movement of the bar can lead to the appearance of defects (cracks, tears, etc.), which reduces the quality of the finished press products.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для непрерывного литья, прокатки и прессования цветных металлов и сплавов (Патент РФ 2457914, МПК В21С 3/00, B22D 11/00, 2012), включающее наклоняемую печь-миксер с регулятором подачи расплава в калибр валков, один из которых выполнен с ручьем, а второй с выступом, расположенные в станине и образующие закрытый калибр, на выходе из которого установлена матрица с калибрующим отверстием, имеющая клиновидные полости для охлаждения и снабженная механизмом прижима ее к валками моталку, отличающееся тем, что оно снабжено форкамерой, расположенной между матрицей и калибром, и выполненной с охлаждающими каналами и цилиндрической полостью с наклоном в диапазоне α=90-175° причем ее форма эквидистантна форме калибрующего отверстия матрицы, а валки расположены в станине консольно таким образом, что плоскость, проходящая через центры валков, составляет с горизонтальной плоскостью угол β=5-85 градусов.The closest in technical essence and the achieved result is a device for continuous casting, rolling and pressing of non-ferrous metals and alloys (RF Patent 2457914, IPC V21C 3/00, B22D 11/00, 2012), including a tiltable mixer furnace with a regulator of melt supply in caliber rolls, one of which is made with a stream, and the second with a protrusion, located in the frame and forming a closed gauge, at the exit of which there is a matrix with a calibrating hole, having wedge-shaped cavities for cooling and equipped with a mechanism for pressing it to a winder, characterized in that it is equipped with a prechamber located between the matrix and the caliber, and made with cooling channels and a cylindrical cavity with a slope in the range α = 90-175 °, and its shape is equidistant to the shape of the calibrating hole of the matrix, and the rolls are located in the cantilever frame so that the plane passing through the centers of the rolls makes an angle β = 5-85 degrees with the horizontal plane.

Данное устройство обладает более широкими возможностями по сравнению с аналогом за счет возможности обработки сплавов, имеющих повышенные прочностные свойства, а также повышение качества пресс-изделий за счет улучшения механических свойств имеет. Однако консольное расположение валков приводит к тому, что при заполнении калибра валков и деформации металла в нем возникают большие распорные усилия, которые раздвигают валки, при этом увеличивается просвет между валками и зазор между валками и матрицей, что ведет к проникновению металла в этот зазор, возникновению облоя, торможению и остановке валков. При этом процесс выдавливания металла прекращается и необходимо повторять цикл обработки после удаления облоя.This device has wider capabilities in comparison with the analogue due to the possibility of processing alloys having increased strength properties, and it also has an increase in the quality of press products due to improved mechanical properties. However, the cantilever arrangement of the rolls leads to the fact that when filling the caliber of the rolls and deformation of the metal, large spacer forces arise in it, which push the rolls apart, while the clearance between the rolls and the gap between the rolls and the matrix increase, which leads to the penetration of metal into this gap, causing flashing, braking and stopping rolls. In this case, the extrusion process of the metal is terminated and it is necessary to repeat the treatment cycle after removing the flash.

Основной задачей изобретения является расширение его технологических возможностей за счет применения нажимного устройства, компенсирующего увеличение зазора между валками и исключающего проникновение в него металла.The main objective of the invention is the expansion of its technological capabilities through the use of a pressure device that compensates for the increase in the gap between the rollers and prevents the penetration of metal into it.

Для решения поставленной задачи устройство для непрерывного литья, прокатки и прессования цветных металлов и сплавов, включающее наклоняемую печь-миксер с регулятором подачи расплава в калибр валков, один из которых выполнен с ручьем, а второй с выступом, расположенные в станине и образующие закрытый калибр, на выходе из которого установлена матрица с калибрующим отверстием, имеющая клиновидные полости для охлаждения и снабженная механизмом прижима ее к валками моталку, снабжено форкамерой, расположенной между матрицей и калибром, и выполненной с охлаждающими каналами и цилиндрической полостью с наклоном в диапазоне α=90-175° причем ее форма эквидистантна форме калибрующего отверстия матрицы, а валки расположены в станине консольно таким образом, что плоскость, проходящая через центры валков, составляет с горизонтальной плоскостью угол β=5-85 градусов, согласно изобретению выполнено таким образом, что на станине установлено нажимное устройство в виде двух пластин с закрепленными в них двумя неприводными роликами, контактирующими с валком с выступом и обеспечивающими его прижим к валку с ручьем в процессе их вращения.To solve this problem, a device for continuous casting, rolling and pressing of non-ferrous metals and alloys, including a tiltable mixer furnace with a regulator for supplying the melt to the roll caliber, one of which is made with a stream, and the second with a protrusion located in the frame and forming a closed gauge, at the exit from which a matrix with a calibrating hole is installed, having wedge-shaped cavities for cooling and equipped with a mechanism for pressing it to the rolls, the winder is equipped with a pre-chamber located between the matrix and the caliber, and you filled with cooling channels and a cylindrical cavity with a slope in the range α = 90-175 °, moreover, its shape is equidistant to the shape of the gauge hole of the matrix, and the rolls are located in the frame cantilever so that the plane passing through the centers of the rolls makes an angle β = with the horizontal plane 5-85 degrees, according to the invention, is designed in such a way that a press device is installed on the bed in the form of two plates with two non-drive rollers fixed in them, in contact with the roller and providing it clip to the roll with a stream in the process of rotation.

Конструктивные особенности заявляемого устройства по сравнению с прототипом, характеризующиеся отличительными признаками, По отношению к прототипу у предлагаемого устройства имеются следующие отличительные признаки: устройство снабжено дополнительно нажимным узлом в виде двух пластин с закрепленными в них неприводными роликами, контактирующими с валком с выступом и обеспечивающим его прижим к валку с ручьем в процессе их вращения. Это позволяет при заполнении металлом калибра валков предотвращать их перемещение в вертикальной плоскости. Тогда просвет между валками будет оставаться минимальным, что обеспечивает фиксированный прижим форкамеры к поверхностям валков и позволяет контролировать величину облоя, выдавливаемого в зазор между валками и форкамерой. Выполнение роликов холостыми обеспечивает синхронизацию их вращения с валками при контакте.Design features of the claimed device in comparison with the prototype, characterized by distinctive features, In relation to the prototype of the proposed device has the following distinctive features: the device is equipped with an additional pressure unit in the form of two plates with non-drive rollers fixed in them, in contact with the roller with a protrusion and providing its clamp to the roll with a stream in the process of their rotation. This makes it possible to prevent their movement in the vertical plane when filling the roll caliber with metal. Then the clearance between the rolls will remain minimal, which provides a fixed clamp of the prechamber to the surfaces of the rolls and allows you to control the size of the burst squeezed into the gap between the rollers and the prechamber. Performing idle rollers ensures synchronization of their rotation with the rolls upon contact.

Таким образом, между отличительными признаками и решаемой задачей существует следующая причинно-следственная связь. Выполнение устройства для непрерывного литья, прокатки и прессования цветных металлов и сплавов, имеющего указанную выше совокупность отличительных признаков, позволяет конструктивно изменить схему инструментального узла, что приводит к расширению технологических возможностей устройства за счет обеспечения.Thus, between the distinguishing features and the task at hand, there is the following causal relationship. The implementation of the device for continuous casting, rolling and pressing of non-ferrous metals and alloys, having the above set of distinctive features, allows you to constructively change the diagram of the tool node, which leads to the expansion of technological capabilities of the device due to the provision.

Сущность предложения поясняется графическими материалами при этом на фиг. 1 показан общий вид устройства в разрезе, а на фиг. 2 общий вид станины и валков с нажимным узлом в разрезе.The essence of the proposal is illustrated by graphic materials in this case in FIG. 1 shows a general sectional view of the device, and FIG. 2 is a sectional general view of the bed and rolls with the pressure unit.

Устройство для непрерывного литья, прокатки и прессования металла включает печь-миксер 1 с регулятором 2 подачи расплава в калибр валков, валок 3 с ручьем и валок 4 с выступом, расположенные в станине 5, имеющие полости 6 для охлаждения и образующие закрытый калибр, перекрытый на выходе форкамерой 7 с охлаждающими каналами 8 и матрицей 9 с клиновидными полостями для охлаждения 10. Для поджима матрицы и форкамеры 7 к валкам имеется гидравлический прижим 11 (на рис. не показан), а для смотки готового пресс-изделия в бухту - моталка 12. Нажимной узел 13 состоит из двух пластин 14 и закрепленными в них двух неприводных роликов 15, контактирующих с валком 4.A device for continuous casting, rolling and pressing of metal includes a mixer-mixer 1 with a regulator 2 for supplying the melt to the caliber of the rolls, a roller 3 with a stream and a roller 4 with a protrusion located in the frame 5, having cavities 6 for cooling and forming a closed caliber, closed on the output of pre-chamber 7 with cooling channels 8 and matrix 9 with wedge-shaped cavities for cooling 10. There is a hydraulic clamp 11 (not shown in Fig.) for pressing the matrix and pre-chamber 7 to the rolls, and for winding the finished press product into the bay - winder 12. Push unit 13 co It consists of two plates 14 and two non-drive rollers 15 fixed in them, which are in contact with the roll 4.

Устройство работает следующим образом. Металл, расплавленный с помощью печи-миксера 1, захватывается валками 3 и 4. В процессе работы регулятор 2 дозирует количество металла, подаваемого в калибр валков, уменьшая или увеличивая поток расплава. При этом на поверхностях водоохлаждаемых валков 3, 4 начинается кристаллизация металла. Далее закристаллизовавшийся в виде заготовки металл обжимается в закрытом калибре, распрессовывается и через цилиндрическую полость форкамеры 7 поступает в матрицу 9, а затем выдавливается через калибрующее отверстие, матрицы 9 с образованием пресс-изделия заданной формы и размеров. Выходной конец движущегося пресс-изделия направляется на моталку 12, где производится его смотка в бухту. При вращении валков 3 и 4 ролики 15 нажимного узла 13 плотно прижимаются к поверхностям валка 4 и обеспечивают постоянный зазор между валками 3, 4 и форкамерой 7.The device operates as follows. The metal melted using the mixer furnace 1 is captured by the rolls 3 and 4. In the process, the regulator 2 doses the amount of metal supplied to the caliber of the rolls, reducing or increasing the melt flow. Moreover, on the surfaces of the water-cooled rolls 3, 4, crystallization of the metal begins. Next, the metal crystallized in the form of a preform is crimped in a closed gauge, decompressed, and through the cylindrical cavity of the prechamber 7 enters the matrix 9, and then extruded through the calibrating hole, the matrix 9 with the formation of the press product of a given shape and size. The output end of the moving press is sent to a coiler 12, where it is coiled into a bay. When the rolls 3 and 4 rotate, the rollers 15 of the pressure unit 13 are tightly pressed against the surfaces of the roll 4 and provide a constant clearance between the rolls 3, 4 and the pre-chamber 7.

В качестве примера практического использования устройства приведем результаты экспериментальных исследований. С помощью лабораторной установки СЛИПП-2,5 с диаметром валков по выступу 462 мм и по ручью 394 мм моделировали процесс совмещенного литья, прокатки и прессования (СЛИПП) для получения прутков диаметром 9 мм при скорости вращения валков до 14 об/мин. Размеры калибра в наименьшем сечении составляли 12×22 мм. Использовали сплав алюминия марки 6082. Температура расплава составляла 750°С, а температура прессования - около 520°С. Прессование проводили с помощью форкамер и матриц с вытяжкой =10. В процессе обработки ролики нажимного узла были плотно поджаты к валку с выступом, при этом изменение зазора между валками не превышало 0,1 мм. Это обеспечило бесперебойную работу устройства и получения пресс-изделия в виде прутка диаметром 9 мм длиной более 30 метров.As an example of the practical use of the device, we present the results of experimental studies. Using a laboratory setup SLIPP-2.5 with a roll diameter of 462 mm over the protrusion and 394 mm along the creek, the process of combined casting, rolling and pressing (SLIPP) was simulated to obtain rods with a diameter of 9 mm at a roll rotation speed of up to 14 rpm. The dimensions of the caliber in the smallest section were 12 × 22 mm. An aluminum alloy of grade 6082 was used. The melt temperature was 750 ° C and the pressing temperature was about 520 ° C. Pressing was carried out using prechambers and dies with a hood = 10. During processing, the rollers of the pressure unit were tightly pressed against the roll with a protrusion, while the change in the gap between the rollers did not exceed 0.1 mm. This ensured the smooth operation of the device and the receipt of the press product in the form of a rod with a diameter of 9 mm and a length of more than 30 meters.

Как показывает анализ приведенных данных, предложенное устройство позволяет получить пресс-изделия в непрерывном режиме обработки и обеспечить устойчивый процесс выдавливания пресс-изделия диаметром 9 мм из исследуемого сплава, что дает возможность расширить технологические возможности производства деформированных полуфабрикатов в виде катанки, прутков и проволоки.As an analysis of the data shows, the proposed device allows to obtain a press product in a continuous processing mode and to provide a stable extrusion process of a press product with a diameter of 9 mm from the alloy under study, which makes it possible to expand the technological capabilities of the production of deformed semi-finished products in the form of wire rod, rods and wire.

Claims

A device for the continuous casting, rolling and pressing of non-ferrous metals and alloys, containing a tiltable mixer furnace with a regulator for feeding the melt into the caliber of the rolls, one of which is made with a stream, and the second with a protrusion mounted in the frame cantilever at an angle β = 5-85 ° and forming a closed gauge, at the exit of which a cooled matrix with a calibrating hole is installed, equipped with a mechanism for clamping it to the rolls, a prechamber located between the matrix and the caliber and made with cooling channels and a cylindrical cavity yew with a slope in the range α = 90-175 °, and a winder, characterized in that it is equipped with a pressure unit mounted on a bed, made in the form of two plates with two non-driven rollers fixed in them, in contact with the roller with a protrusion and providing its clamp to the roll with a stream in the process of their rotation.