SE452268B - Sett och anordning for framstellning av legerad koppartrad genom strenggjutning - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 452 268 2 maskinbearbetbarhet - för framställning av skruvar, kopplingselement och komponenter för motorer och om- kopplare. Cu-Zr-legeringen med 0,1-D,2% Zr används slut- ligen tack vare dess goda elektriska ledningsförmàga och utmärkta draghàllfasthet vid hög temperatur och särskilt tack vare dess bearbetbarhet för framställning av kollektorringar, strömledande axlar, transformatorer som skall arbeta vid hög temperatur, och vidare av backar för stumsvetsmaskiner.

Förutom de nämnda applikationerna och möjligheter- na föreligger ytterligare krav på strängar med diametern 8-12 mm som skall bearbetas i snabba dragmaskiner i moderna kabelverk. Till dessa krav hör homogenitet och kemisk renhet hos tràden, varvid totalmängden av oönska- de föroreningar - frånsett syrehalten och halten av, legeringselement - icke får vara högre än 80 ppm. Ett ytterligare viktigt krav är att tråden måste vara fri fràn alla fysikaliska defekter, sàsom inklusioner, sprickor, invalsningsdefekter, och samtidigt måste ytan av tråden som skall bearbetas vara metallren. Slutligen är det ett oeftergivligt krav att tråden är mjuk och lätt dragbar och tillgänglig i lindade rullar pà åt- minstone 2000 kp. De legerade koppartrádsträngarna fram- ställs tradionellt genom stångvalsning eller genom kon- tinuerlig gjutning och valsning.

Med den traditionella teknologin framställs lege- ringen i induktionsugnar, i vissa fall under vakuum eller skyddsgaser. Den därpå följande fasen innefattar gjutning av runda göt i vattenkylda kokiller. Efter kylning bortkapas götets sjunkhuvud och det för valsning erforderliga materialet prepareras genom varmpressning, varpå strängen varmvalsas till den erforderliga dia- metern och upplindas, varpå lindningarna hetsas, om sa är nödvändigt; Under genomföring av ovan beskrivna serie av behandlingssteg måste materialet upphettas resp kylas under tre operationsfaser, dvs smältning, pressning och valsning. Energiförbrukningen gör produk- 10 15 20 25 30 35 452 268 3 tionen mycket oekonomisk och det under processen bildade spillet minskar materialutbytet. En ytterligare nackdel med den traditionella processen ligger i att de fram- ställda lindningarnas vikt icke är mer än 100-150 kg, som icke är i linje med moderna kabelproducerande maski- ners krav. Beroende på lindningarnas ringa vikt ökar antalet svetsade skarvar, vilket leder till ytterligare felkällor i framställningsprocessen.

En ytterligare nackdel ligger i att de framställda trådarnas yta icke är blank, varför dessa trådar måste betsas i ett extra steg.

Kontinuerlig gjutning av strängar och framställning av legerad tråd genom varmvalsning representerar den hittills modernaste tekniken. Enligt denna teknik smäl- tes metallen i en induktionsugn, varefter smältan fås att stelna i en grafitform i vertikalt eller horison- tellt arrangerade anordningar, varpå alltefter lege- ringens typ tråden, vanligen med en diameter på 20-30 mm, _ lindas till lindningar med ca 2000 kg vikt. Efter upp- W hettning, valsning och betsning är trådlindningarna klara för användning i kabelmaskiner. Den dyra tekno- login och den höga syrehalten i strängen såväl som pro- blemen som vidhäftar användningen av grafitformar har ett dåligt inflytande på ekonomin och effektiviteten av produktionen.

En teknik för framställning av koppartrådsträng av syrefri och hög ren koppartràdsträng är också känd och går under namnet dip-forming. Ren koppartràd, den s k kärntràden, drivs genom smält koppar, som stelnar och kristalliserar på ytan av kärntråden, alltmedan kärntràdens temperatur ökar till omgivningens tempera- tur. Den erhållna strängen förkyles ovh varmvalsas och därpå kyles i ett slutet emulsionssystem och slutligen upplindas till lindningar vägande 2500-3500 kg. Enligt denna teknik används en del av den för smältning er- forderliga energin för valsningen. Inget ytterligare värmningssteg erfordras i processen. Syrefri, högren 10 15 20 25 30 35 452 268 4 kopparkatod med 99,99% kopparinnehåll och framställd genom elektrolys är råmaterialet i processen. Katodens kvalitet skyddas i ugnssystemet med ett träkolsskikt och i hela systemet med en neutral skyddsgas.

Denna process, som innefattar kristallisering och valsning, är en ganska ekonomisk kontinuerlig framställ- ningsprocess för koppartrådsträngar. Trots detta faktum används den icke för framställning av legerade koppar- tråd. Skälet till detta är att ugnsystemet, för att säkerställa kontinuerlig gjutning, innehåller en rela- tivt stor mängd smält metall. Framställning av legerad koppartråd kräver legering av hela metallmängden för att man skall uppnå den nödvändiga sammansättningen, och hela denna mängd måste tillspilloges när legerings- materialet ändras. Metallen som är kontaminerad av det tidigare legeringselementet måste bortföras från syste- met och en ny sats motsvarande den nya legeringskom- positionen måste smältas. Exempel på denna teknik åter- Sy ges i "Handbook of Continuous Casting" av Herrmann, 1980, referat 1132.

Sättet enligt uppfinningen är baserat på den enkla och överraskande upptäckten, att det är överflödigt att kontaminera den högrena kopparsmältan med legerings- material i själva ugnssystemet, utan det är tillräckligt att satsa legeringsmaterialet till den i degeln befint- liga högrena kopparsmältan, och detta med en hastighet som svarar mot gjuthastigheten. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstad- komma ett sätt för framställning av på olika sätt le- gerad kopparsträng under en bibehållande av fördelarna med den för närvarande gynnade dip-forming~processen för framställning av syrefri koppartrådsträng och som gör det möjligt att anpassa det för kontinuerlig fram- ställning av legerad kopparsträng i valfri mängd, prak- tiskt utan materialförlust och så att byte av legering icke har något inflytande på framställningen av högren, syrefri koppartrådsträng. 10 15 20 25 30 35 452 268 5 Ändamålet enligt uppfinningen uppnås sålunda med ett sätt och en anordning som har kännetecknen enligt patentkraven.

Huvudfördelen med uppfinningen, jämfört med de kända processerna, är att den erhållna produkten möter kvalitetskraven på moderna kabelframställningsmaski- ner vad avser produktion av làglegerade koppartràdar, i synnerhet vad gäller kraven pà yta, homogenitet och vikt på lindningarna. Som en speciell fördel kan nämnas, att utövandet av sättet icke erfordrar höga investe- ringskostnader eller speciell utrustning. Ännu en för- del är att sättet enligt uppfinningen är att trádlind- ningar av valfria legeringar kan framställas utan någon väsentlig materialförlust.

Uppfinningen beskrivs närmare i det följande under hänvisning till bifogade ritning, som schematiskt visar ett utföringsexempel på en anordning för genomförande av sättet enligt uppfinningen.

I huvuddrag innefattar anordningen enligt uppfin- ningen en valstransportör 2 som upptar en lindad kärn- sträng l, styrrullar 3, anordningar 4 för dragning och avskalning av kärnsträngen 1, en drivningen 5 innehållan- de kylzon, en varmzon som innehåller det integrerade ugnssystemet 6 och valsverket 7, vidare en kylzon 8, en upplindningsanordning 9 samt en slutsträcka, som består av ett roterande bord 10 som upptar lindningen.

I den illustrerade utföringsformen innefattar ugns- systemet 6 en induktionssmältugn 61, en uppehàllsugn 62 av induktionstyp och degeln 63, som är förbunden med uppehàllsugnen 62 medelst en genomgángsöppning.

Degeln 63 som mottager den från kylsträckan kommande kärnsträngen l och i vilken den förefintliga smälta metallen kristalliserar på kärnsträngens ovanyta, är fritt utbytbar och kan på i och för sig känt sätt an- slutas till uppehàllsugnen 62, alltefter den önskade legeringen; dessutom är kristallisationsdegeln 63 för- sedd med en doseranordning 64 för tillförande av le- 452 268 10 15 20 25 30 35 6 geringsmaterialet. Doseranordningens matningshastighet kan linjärt ändras inom området 0,0l-l,5 m/s.

På ett här icke visat sätt doseras kopparkatoden med ett Cu-innehåll av 99,99% medelst en vakuumtransport- och doseranordning. Doseringen styres av metallnivàn i degeln 63 och i den härmed förbundna uppehàllsugnen 62. I smältugnen 6l och uppehållsugnen 62 skyddas me- tallen mot oxidation medelst ett träkolsskikt eller skyddsgas, något som icke heller illustreras.

I drift placeras kärnsträngen l pà rulltranspor- tören 2; strängens framände svetsas på änden av den föregående kärnsträngen medelst en stumsvetsmaskin.

Därefter föres kärnsträngen l genom drag-skalanordningar- na 4, vilka åstadkommer den önskade diametern. Kärn- strängen med korrekt storlek införes medelst drivningen 5 i degeln 63.

I degeln 63 uppvärmes kärnsträngen l medelst den i degeln upptagna metallen, varvid metallen kristalli- Ü seras på strängens yta. Draghàllfastheten av strängen som lämnar degeln med en temperatur pà ca lO63°C är låg, så att den inte kan formas med någon formningspro- cess. Av detta skäl kyles strängen till 80000 i den icke visade kylkammaren.

Valsning av tråden till slutdiameter sker i vals- verket 7, som företrädesvis är ett tandemsystem. Ehuru det icke visas här övervakas arbetsvalsarnas hastighet medelst elektronik med automatisk hastighetsreglering och digital display. Därefter kyles tråden i kylsektio- nen 8, som företrädesvis är utformad som ett kylrör, till 40OC, och den kylda tråden upplindas medelst en lindningsanordning 9 på ett rotationsbord 10.

Om en kopparlegering med 0,l% Ag skall framstäl- las, träs en silvertråd med 2 mm diameter och av indu- striell renhet (99,9%) genom doseranordningen 64 för legeringsmaterialet och inställes hastigheten av lik- strömsmotorn så, att en linjärt varierande doserings- hastighet på mellan 0,01 m/s och 0,5 m/s mot degeln 10 15 20 25 30 35 452 268 7 63 erhålles. Legeringsmaterialets doseranordning är så utformad, att införandet av legeringstràden i de- geln kanske under skyddsatmosfär. Efter start av den sedvanliga operationen för koppartrådsträngproduktion, dvs när lindningen av legeringskärnsträng l börjar att användas, doseras alltefter mängden av den smälta me- tallen i degeln 63 legeringen med en högre hastighet medelst doseranordningen 64, och detta så länge som den smälta metallen i degeln 63 har fått Ag-innehållet 0,l%. Därefter minskas doseringshastigheten för den legerande Ag-tråden till ett värde som svarar mot gjut- hastigheten, vilken hastighetsminskning göres genom justering pá doseranordningen 64. Samtidigt med inställ- ningen av den slutliga doseringshastigheten för lege- ringen injusteras också de andra tekniska parametrarna för produktionen, t ex vattenmängden i kylzonen 8, gjut- hastigheten, tippningsvinkeln av det integrerade ugns- systemet 62, smälthastigheten, nivån av den smältan metallen i degeln 63, samt valsverkets 7 valsningstem- peratur, etc. Efter kylning i kylzonen 8 lindas den legerade tråden på bordet 10, medelst lindningsanord- ningen 9.

Om det skall framställas en syrefri legerad kop- partràdsträng med l% Cd-innehåll, förfares enligt det ovan beskrivna exempelt; i motsvarighet till det högre procentuella innehållet av legeringsmaterial i kadmium- -bronstràden inställes doseranordningen 64 på en mat- ningshastighet av O,l-1,5 m/s. I detta fall prepareras legeringsmaterialet företrädesvis på sådant sätt, att ett glödgat kapillärt kopparrör med hög renhet fylles med Cd-pulver; kadmiumet införes tillsammans med kop- parröret i degeln 63 under en skyddsgas, varvid dose- ringshastigheten motsvarar gjuthastigheten. I fortsätt- ningen förfares pà det tidigare beskrivna sättet, dock att den elektriska effekten hos anordningen som värmer degeln 63 ökas till den energinivá som erfordras för smältning av kopparröret och kadmiumet som införes i smältan. . 8 Degeln enligt uppfinningen är utformad med varier- bara dimensioner och kan anslutas till uppehâllsugnen 62 med en enkel mekanisk koppling.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 452 258 PATENTKRAV

1. Sätt för framställning av legerad koppartrád genom stränggjutning, vid vilket en kopparsmälta med hög renhet tillföres en smältadegel kontinuerligt och doserat i motsvarighet till gjuthastigheten, var- vid en kärntràd matas genom smältadegeln, k ä n n e - t e c k n a t därav, att kopparsmältan i smältadegeln tillföres ett legeringsmaterial i form av en fast kropp på doserat vis kontinuerligt och med en mat- ningshastighet som är anpassad till kärntràdens fram- matningshastighet, varigenom en önskad konstant sam- mansättning av legeringen upprätthâlles under fram- matningen av kärntråden, och att en kärntråd med åt- minstone 90% kopparhalt används.

2. Sätt enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att legeringsmaterialet tillföres med en mat- ningshastighet på 0,01-1,5 m/s.

3. Sätt enligt kravet l eller 2, k ä n n e - t e c k n a t därav, att legeringsmaterialet tillföres smältadegeln anordnat i ett glödgat kopparrör med hög renhet.

4. Sätt enligt kravet 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a t därav, att legeringsmaterialet tillföres smältadegeln i form av en tråd.

5. Sätt enligt något av kraven l - 4, k ä n n e - t e c k n a t därav, att legeringsmaterialet till- föres smältadegeln på så vis att sammansättningen av smältan överensstämmer med sammansättningen av kärntràden.

6. Anordning för genomförande av legeringsförfaran- det vid stränggjutning enligt något av kraven l - 5, vilken anordning har en smältadegel och en drivanordning för tillförande av kärntrád till smältadegeln, k ä n - n e t e c k n a d därav, att smältadegeln (63) är tillordnad en doseranordning (64) för legeringsmateria- let. 452 268 10

7. Anordning enligt kravet 6, k ä n n e t e c k - n a d av en synkroniseringsanordning för doseranord- ningen (64) och drivanordningen (5).