RU2133289C1

RU2133289C1 - Coiled metal induction heating annealing apparatus

Info

Publication number: RU2133289C1
Application number: RU97120204A
Authority: RU
Inventors: Д.М. Закиров; М.В. Бобылев; Ю.А. Лавриненко; Л.П. Лебедев; М.Л. Балло; В.И. Сюльдин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Автонормаль"
Priority date: 1997-12-04
Filing date: 1997-12-04
Publication date: 1999-07-20

Abstract

FIELD: thermal treatment equipment used for spheroidizing and recrystallization induction annealing of gaged coiled steel wire . SUBSTANCE: apparatus is adapted for induction annealing of gaged steel during rewinding from coil to coil and is provided with unwinding drum, drawing mechanism, heating unit and five-zone thermal chamber with winding drums, heaters, and drawing mechanism. Drawing mechanism has device for varying diameters of gaged steel to be treated. Device for varying rotational speed of receiving drum is adapted for providing dense laying of wire coils and has double-staged chain transmission, with transmission ratio at first transmission stage being automatically changed at invariable metal feeding rate, deforming unit positioned between unwinding drum and drawing mechanism and adapted for cold hardening of metal prior to heating, and protective heat-insulating screen disposed between heating unit and wire coil forming mechanism. Thermal chamber is further provided with fans. Each of five thermal zones has its individual winding drum rotating drive for providing uniform temperature field within thermal chamber. Such equipment may be used in technological processes requiring intensified heating and slowed down cooling at predetermined rate. EFFECT: increased efficiency, enhanced reliability in operation, improved quality by homogeneous structure and properties of thermally treated coiled steel. 5 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для термический обработки металлов и может быть использовано в технологических процессах, требующих ускоренного нагрева и замедленного охлаждения с заданной скоростью, в частности для сфероидизирующего и рекристаллизационного отжига калиброванной стали в бунтах. The invention relates to equipment for the heat treatment of metals and can be used in technological processes requiring accelerated heating and delayed cooling at a given speed, in particular for spheroidizing and recrystallization annealing of calibrated steel in riots.

Известно устройство для медленного охлаждения предварительно нагретой катанки, содержащее теплоизоляционную камеру, расположенные в ней взаимно параллельно по направлению вертикали опорные оси колеса для медленного охлаждения, установленные с возможностью вращения на каждой из осей и электрически изолированные одно от другого. К каждому из колес подводится электрический ток, благодаря чему колеса нагреваются до определенной температуры, при этом происходит медленное охлаждение нагретой катанки [1]. A device is known for slow cooling of a preheated wire rod, comprising a heat-insulating chamber, supporting axles of the wheel for slow cooling, mutually parallel in the vertical direction, mounted for rotation on each axis and electrically isolated from one another. An electric current is supplied to each wheel, due to which the wheels are heated to a certain temperature, and the heated wire rod is slowly cooled [1].

Недостаток известного устройства состоит в сложной металлоемкой конструкции, которая не обеспечивает равномерную температуру в начале и в конце бунта. Громоздкая система регулирования температуры обогрева снижает надежность устройства в работе. Кроме того, затруднение вызывает заправка начала бунта в устройство. A disadvantage of the known device is the complex metal-intensive design, which does not provide a uniform temperature at the beginning and at the end of the riot. A bulky heating temperature control system reduces the reliability of the device in operation. In addition, the difficulty is fueling the beginning of a riot in the device.

Наиболее близким к предлагаемый установке по совокупности признаков является установка для отжига ТВЧ калиброванной стали, содержащее размоточный барабан, протягивающий механизм с устройством варьирования диаметров термообрабатываемой стали, узел нагрева, экран и термокамеру (ТК) с намоточными барабанами, нагревателями и устройствами контроля и регулирования температуры. ТК разделена на расположенные по окружности зоны, соответствующие позициям намотки, технологического охлаждения, ускоренного охлаждения и выгрузки. Внутри ТК на позиции намотки установлено устройство формирования бунта. На поворотном столе, находящемся под ТК, размещены с возможностью перемещения по позициям ТК намоточные барабаны, привод вращения которых имеет устройства синхронизации скорости вращения при намотке и скорости подачи стали [2]. Closest to the proposed installation, by the totality of features, is an installation for annealing HDTV calibrated steel, comprising an unwinding drum, a pulling mechanism with a device for varying the diameters of heat-treated steel, a heating unit, a screen and a heat chamber (TK) with winding drums, heaters, and temperature control and regulation devices. The TC is divided into circumferential zones corresponding to the positions of winding, process cooling, accelerated cooling and unloading. Inside the TC at the winding position, a riot forming device is installed. On the turntable located under the TC, winding reels are placed with the possibility of moving along the TC positions, the rotation drive of which has devices for synchronizing rotation speed during winding and steel feed speed [2].

Данное устройство имеет ряд недостатков, связанных с невозможностью проведения операции деформации перед нагревом стали, что не позволит обеспечить полную сфероидизацию легированных сталей. На наиболее близкой установке на позиции между индуктором и термокамерой расположена стальная направляющая втулка, которая приводит в повышенному теплоотводу от поверхности разогретого металла в начальные моменты отжига, что приводит к нестабильности свойств. С другой стороны, отсутствие защитного терморегулируемого (подогреваемого) экрана при перемещении нагретого прутка от блока нагрева до ТК не позволяет соблюсти оптимальный режим отжига сталей с узким интервалом отжигаемости. В прототипе затруднено обеспечение однородного температурного поля внутри ТК, что не позволит обеспечить требуемую однородность структуры и свойств отжигаемого металла. Плотная укладка бунта достигается за счет применения сложной электронной системы на основе использования привода постоянного тока с автоматическим изменением числа оборотов. Данная электронная система в условиях сильных электромагнитных наводок, создаваемых индуктором, работает весьма ненадежно, что приводит к простоям комплекса. This device has several disadvantages associated with the inability to conduct a deformation operation before heating the steel, which will not allow for the complete spheroidization of alloy steels. At the closest installation at the position between the inductor and the heat chamber, there is a steel guide sleeve, which leads to increased heat removal from the surface of the heated metal at the initial moments of annealing, which leads to instability of the properties. On the other hand, the absence of a protective thermally adjustable (heated) screen when moving the heated rod from the heating unit to the heat-transfer agent does not allow us to observe the optimal mode of steel annealing with a narrow annealing interval. In the prototype, it is difficult to ensure a uniform temperature field inside the TC, which will not allow to provide the required uniformity of the structure and properties of the annealed metal. Tight rioting is achieved through the use of a complex electronic system based on the use of a direct current drive with automatic change in the number of revolutions. This electronic system in conditions of strong electromagnetic interference generated by the inductor, is very unreliable, which leads to downtime of the complex.

В основу изобретения поставлена задача создать установку для сфероидизирующего и рекристаллизационного отжига с индукционным нагревом калиброванной стали при перемотке из бунта в бунт, обладающую высокой производительностью, улучшенными эксплуатационными характеристиками и обеспечивающую хорошее качество и однородность структуры и свойств термообработанной стали. The basis of the invention is the task of creating an installation for spheroidizing and recrystallization annealing with induction heating of calibrated steel during rewinding from riot to riot, which has high performance, improved performance and provides good quality and uniformity of the structure and properties of heat-treated steel.

Поставленная задача решена тем, что в установке для отжига с индукционным нагревом калиброванной стали, содержащей размоточный барабан, протягивающий механизм, узел нагрева, пятизонную термокамеру с намоточными барабанами и нагревателями, протягивающим механизмом, снабженным устройством варьирования диаметров термообрабатываемой стали, дополнительно введен узел варьирования скорости вращения приемного барабана (обеспечивающий плотную укладку витков проволоки), состоящий из двухступенчатой цепной передачи, причем передаточное число на первой передаче автоматически изменяется при неизменной скорости подачи металла, а также блок деформации (между размоточным барабаном и протягивающим механизмом), обеспечивающий нагартовку металла перед нагревом, защитный теплорегулируемый экран между блоком нагрева и механизмом формования бунта, в ТК установлен вентилятор, а также в каждой из пяти позиций установлены индивидуальные приводы для вращения намоточных барабанов, что в целом обеспечило однородность температурного поля внутри термокамеры. The problem is solved in that in the installation for annealing with induction heating of calibrated steel containing an unwinding drum, a pulling mechanism, a heating unit, a five-zone heat chamber with winding drums and heaters, a pulling mechanism equipped with a device for varying the diameters of heat-treated steel, an additional unit for varying the rotation speed receiving drum (providing a tight laying of turns of wire), consisting of a two-stage chain transmission, and the gear ratio In the first gear, it automatically changes at a constant metal feed rate, as well as a deformation unit (between the unwinding drum and the pulling mechanism), which ensures metal charging before heating, a protective heat-adjustable screen between the heating unit and the riot forming mechanism, a fan is installed in the TC, as well as Each of the five positions has individual drives for rotating winding reels, which generally ensured the uniformity of the temperature field inside the heat chamber.

На фиг. 1 представлен общий вид установки; на фиг. 2 - термокамера, вид сверху; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - устройство формирования бунта, на фиг. 5 - принципиальная схема узла варьирования скорости вращения приемного барабана. In FIG. 1 shows a general view of the installation; in FIG. 2 - heat chamber, top view; in FIG. 3 is a section AA in FIG. 2; in FIG. 4 - a riot forming device, FIG. 5 is a schematic diagram of a node for varying the speed of rotation of the receiving drum.

Установка для индукционного отжига калиброванной стали содержит размоточный барабан 1, блок деформации 2, протягивающий механизм 3 с устройством варьирования диаметров термообрабатываемой стали 4, узел нагрева 5, защитный теплорегулируемый экран 6 и термокамеру 7, разделенную на зоны, соответствующие позициям намотки 8, технологического охлаждения 9, ускоренного охлаждения 10 с устройством душирования 11 и выгрузки 12, а также вентиляторами 13. На первой позиции установлен узел варьирования скорости вращения приемного барабана 25 с полумуфтой сцепления. Перемещение бунтов круглой стали по зонам осуществляется с помощью привода 14 поворотным столом 15, на котором по окружности размещены приемные барабаны 16. В нижней части термокамеры выполнен паз 17, позволяющий производить поворот барабанов с позиции на позицию. Непосредственно в термокамере на позиции намотки расположено устройство формирования бунта, состоящее из роликов 18, 19, 20. Ось ролика 18 выполнена неподвижно. Ролик 19 размещен на рычаге кривошипного механизма, система автоматического управления приводом которого состоит из упора рычажного типа 21 и датчика 22. Для получения радиуса гибки в связи с применением данной установки на разные диаметры термообрабатываемой стали ролик 20 снабжен регулировочным механизмом винтового типа 23. Для предотвращения сползания стали с канавок роликов 19, 20 за счет массы витков в начальный момент намотки предусмотрен поджимной ролик 24. Приемный барабан получает вращение на позиции намотки от узла варьирования скорости вращения приемного барабана 25 (расположенного в нижней части поворотного стола). Узел варьирования скорости вращения намоточного барабана (фиг. 5) состоит из редуктора 35, звездочек 36, 37, 38, 39, цепей 40 и 41, плиты 42, натяжного устройства 43 с пружиной 44. Узел 25 связан с приводом 26 протягивающего механизма через редуктор. Термокамера снабжена теплоизоляционными подъемными шторками 27. Для создания заданных условий охлаждения термообрабатываемой калиброванной стали в термокамере установлены нагреватели 28 и устройство контроля и регулирования температуры 29. Поверхность барабанов, контактирующая с нагретой сталью, имеет теплоизоляционное покрытие 30. Теполоизоляция 31 термокамеры выполнена из волокнистого материала, обеспечивающего падение температуры от 600^oC внутри камеры до 50^oC и менее на ее поверхности. Узел 25 снабжен полумуфтой 33, а приемный барабан - полумуфтой 34.An apparatus for induction annealing of calibrated steel contains an unwinding drum 1, a deformation unit 2, a pulling mechanism 3 with a device for varying the diameters of heat-treating steel 4, a heating unit 5, a protective heat-adjustable screen 6, and a heat chamber 7 divided into zones corresponding to the positions of the winding 8, technological cooling 9 , accelerated cooling 10 with a choking device 11 and unloading 12, as well as fans 13. At the first position there is a unit for varying the speed of rotation of the receiving drum 25 with a coupling half tsepleniya. The movement of round steel riots in the zones is carried out using the drive 14 by the rotary table 15, on which the receiving drums 16 are located around the circumference. A groove 17 is made in the lower part of the heat chamber, which allows the drums to be rotated from position to position. Directly in the heat chamber at the winding position is a riot forming device consisting of rollers 18, 19, 20. The axis of the roller 18 is stationary. The roller 19 is placed on the lever of the crank mechanism, the automatic drive control system of which consists of a lever type stop 21 and a sensor 22. To obtain a bending radius due to the use of this installation for different diameters of heat-treated steel, the roller 20 is equipped with a screw type 23 adjustment mechanism. To prevent sliding steel from the grooves of the rollers 19, 20 due to the mass of turns at the initial moment of winding, a pinch roller 24 is provided. The receiving drum receives rotation at the winding position from the speed variation unit rotation axes of the receiving drum 25 (located at the bottom of the turntable). The node for varying the rotation speed of the winding drum (Fig. 5) consists of a gearbox 35, sprockets 36, 37, 38, 39, chains 40 and 41, a plate 42, a tensioner 43 with a spring 44. The assembly 25 is connected to the drive 26 of the pulling mechanism through a gearbox . The heat chamber is equipped with heat-insulating lifting curtains 27. To create the specified cooling conditions for heat-treated calibrated steel, heaters 28 and a temperature control and regulation device 29 are installed in the heat chamber. The surface of the drums in contact with heated steel has a heat-insulating coating 30. The heat insulation 31 of the heat chamber is made of fibrous material, which provides temperature drop from 600 ^o C inside the chamber to 50 ^o C or less on its surface. The node 25 is equipped with a coupling half 33, and the receiving drum with a coupling half 34.

Устройство работает следующим образом. Сталь с размоточного барабана 1 подается на блок деформации 2, затем через протягивающей механизм 3, устройство варьирования диаметров 4, которое заранее установлено на нужный размер, поступает в узел нагрева 5, затем через теплорегулируемый экран, предотвращающий подстуживание разогретого металла за счет подогрева экрана спиральными нихромовыми нагревателями, попадает в термокамеру на гибочные ролики 18, 19, 20 устройства формирования бунта. Предварительно, до начала размотки, устанавливают с помощью винтовой передачи 32 радиус гибки, соответствующий диаметру термообрабатываемой стали. Поворотный ролик 19 в начальный момент подачи прутка отжат. Круглая сталь, перемещаясь прямолинейно, нажимает на упор 21 рычага, поворачивает ось с кулачком и срабатывает датчик 22. Подается команда на привод рычажного механизма и ролик 19 приводится в рабочее положение, при котором происходит формирование спиралей бунта, опускающихся под собственным весом на вращающийся приемный барабан 16. После окончания формирования бунта подается команда на подъем шторок 27, включается привод 14 и осуществляется поворот стола 15 на угловой шаг. При этом бунт термообрабатываемой стали перемещается с позиции намотки 8 на позиции технологического охлаждения 9. Шторки опускаются. При следующих поворотах стали бунта с t<500^oC поступает в камеру ускоренного охлаждения 10, где вступает в работу устройство душирования 11 затем переходит в зону выгрузки 12. Одновременно с перемещением сформированного бунта на позицию медленного охлаждения свободной намоточный барабан поворотного стола переходит из зоны выгрузки на позицию намотки, где за счет соединения управляемой полумуфты 33, узла 25 и полумуфты 34 намоточного барабана начинается его принудительное вращение, связанное со скоростью привода 26, и формирование нового бунта. Нагреватели 28 генерируют определенное количество тепла, которое в сочетании с количеством тепла, отдаваемым горячей сталью, обеспечивает поддержание постоянного температурного режима по позициям намотки и медленного охлаждения, который выбирается от требуемой скорости охлаждения в интервале от температуры нагрева до 500^oC, что соответствует 0,5 - 0,05^oC/с. Устройство контроля и регулирования температуры 29 корректирует работу нагревателей. Для обеспечения однородности температурного поля внутри термокамеры установлен вентилятор, обеспечивающий конвекцию нагретого воздуха, а индивидуальные приводы обеспечивают постоянное вращение намоточных барабанов, что также способствует реализации однородных условий охлаждения проволоки в бунте.The device operates as follows. Steel from the unwinding drum 1 is fed to the deformation unit 2, then through the pulling mechanism 3, the diameter variation device 4, which is pre-set to the desired size, enters the heating unit 5, then through the heat-adjustable screen, which prevents the heated metal from undermining by heating the screen with spiral nichrome heaters, gets into the heat chamber on the bending rollers 18, 19, 20 of the riot forming device. Preliminarily, before the start of unwinding, a bending radius corresponding to the diameter of the heat-treating steel is set using a screw drive 32. The rotary roller 19 at the initial time of the filing of the bar is pressed. Round steel, moving rectilinearly, presses on the lever stop 21, rotates the axis with the cam and the sensor 22 is triggered. A command is issued to drive the linkage mechanism and the roller 19 is brought into the operating position, in which the riot spirals are formed, falling under their own weight onto the rotating receiving drum 16. After the riot formation is completed, a command is issued to raise the blinds 27, the drive 14 is turned on, and the table 15 is rotated by an angular step. In this case, the rebellion of heat-treated steel moves from the position of winding 8 to the position of technological cooling 9. The shutters are lowered. At the next turns of steel, a riot with t <500 ^o C enters the accelerated cooling chamber 10, where the choking device 11 enters into operation, then moves to the unloading zone 12. Simultaneously with the movement of the formed riot to the slow cooling position, the winding drum of the rotary table moves from the unloading zone at the winding position, where due to the connection of the controlled half-coupling 33, the node 25 and the half-coupling 34 of the winding drum, its forced rotation associated with the speed of the drive 26 and the formation of a new riot begins. The heaters 28 generate a certain amount of heat, which, in combination with the amount of heat given off by hot steel, ensures a constant temperature regime for winding and slow cooling positions, which is selected from the required cooling rate in the range from the heating temperature to 500 ^o C, which corresponds to 0, 5 - 0.05 ^o C / s. The temperature control and regulation device 29 corrects the operation of the heaters. To ensure uniformity of the temperature field, a fan is installed inside the heat chamber, which provides convection of heated air, and individual drives ensure constant rotation of the winding drums, which also contributes to the implementation of uniform conditions for cooling the wire in a riot.

Узел варьирования скорости вращения намоточного барабана работает следующим образом: от главного привода 26 (фиг.1) вращение посредством цепной передачи 32 (фиг. 3), звездочки 36 (фиг. 5), редуктора 35 передается на звездочку 37, которая на выходном валу 42 редуктора устанавливается с регулируемым эксцентриситетом "е" (фиг. 5). За счет эксцентриситета линейная скорость цепи 40 меняется и в итоге звездочка 46 на муфте привода наматывающего барабана вращается с переменной угловой скоростью. The node for varying the rotation speed of the winding drum operates as follows: from the main drive 26 (Fig. 1), rotation by means of a chain drive 32 (Fig. 3), sprocket 36 (Fig. 5), gearbox 35 is transmitted to the sprocket 37, which on the output shaft 42 the gearbox is installed with adjustable eccentricity "e" (Fig. 5). Due to the eccentricity, the linear speed of the chain 40 changes and as a result, the sprocket 46 on the winding drum drive clutch rotates with a variable angular velocity.

Claims

Installation for annealing using induction heating of steel in riots, containing an unwinding drum, a pulling mechanism with a device for varying the diameters of the heat-treated steel, a heating unit and a five-zone heat chamber with receiving drums, a device for forming a riot, heaters and temperature control and regulation devices, characterized in that it additionally contains a deformation unit that provides metal hardening before heating, a node for varying the speed of rotation of the receiving drum, consisting from a two-stage chain transmission, with the gear ratio in the first gear stage automatically changing at a constant metal feed rate, a thermally-controlled protective screen located between the heating unit and the heat chamber, while the heat chamber is additionally equipped with fans and individual rotation drives of the receiving drums.