Способ получения проволоки и устройство для его осуществления

Опубликовано 23.10.81, Бю о делан лэебретеннй летенья 28.10.81 крнтий Да бликования описа(71) Заявите арственныиевченко вскии ордена Ленина гоим. Т. Г. 54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОВОЛОКИ И УСТРОЙСТВ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯИзобретение относится к металлургии, конкретно, к непрерывной разливке проволоки.Известен способ, заключающийся в протягивании стеклянной трубки, наполненной расплавом, через коническое отверстие в медной колодке. Струя расплава формируется совместно с формированием стеклянного капилляра 1.Недостаток способа - невозможность получения однородной проволоки столь же низкой стоимости, как и остеклованной.Для армирования композиционных материалов, для изготовления фильтров и катализаторов нужна однородная (без стеклянной оболочки). проволока.Удаляют стекло растворением его в плавиковой кислоте. Это длительный процесс, повышающий стоимость проволоки практически до уровня полученной волочением. Кроме того, не все металлы устойчивы к плавиковой кислоте. Поэтому указанный способ Тейлора не нашел применения при получении однородной проволоки. 20Наиболее близким по технической сущности является устройство для получения проволоки, содержащее вертикальную стеклянную трубку, заполненную расплавом, подсоединенную верхним концом к газостату и оттянутую в нижней части в виде конического сопла, охватывающий стеклянную трубку нагреватель, бобину с приВодом для приема проволоки и приспособление для охлаждения проволоки, расположенное между стеклянной трубкой и бобиной 2.Недостаток устройства - невозможность получения однородной проволоки.Цель изобретения - повышение надежности протекания процесса и повышение качества продукции.Поставленная цель достигается тем, что в способе получения проволоки, заключающемся в формировании струи расплава с помощью дозвукового литейного сопла и последующей ее кристаллизации, расплав подают в узкий конец сопла, через струю пропускают электрический ток, направляя его вдоль оптической оси конденсорной магнитной линзы со скоростью истечения, превышающей критическую скорость дробления струи на капли.Для осуществления способа получения проволоки предложено устройство, содержащее дозвуковое литейное сопло, подсоединен 8742585 1 О 15 го 25 зо З 5 40 45 50 55 ное к литейному ковшу, размещенному в газостате, конденсорную магнитную линзу, электропроводную бобину с приводом для приема проволоки, в котором дозвуковое сопло консольно подсоединено расширенным концом к литейному ковшу, а свободным зауженным концом погружено в расплав: на выходе сопла расположена конденсорная магнитная линза с осью, совпадаюшей с осью сопла; за линзой установлен последовательно по оси сопла электромагнит и бобина, выполненная в виде чаши с внутренней цилиндрической полостью, подключенная вместе с соплом к источнику постоянного тока.Подача расплава в узкий конец сопла и выпуск из расширенного приводят к сужению струи, поэтому на выходе из сопла она имеет меньший диаметр, чем внутренний диаметр узкого конца сопла.Пропускание через струю тока с направлением ее по оси линзы дополнительно сужает струю. Поэтому диаметр проволоки в несколько раз меньше диаметра узкого конца сопла.Превышение скорости истечения струи над критической скоростью дает возможность пропускать по струе ток и управлять ею магнитогидродинамическими силами. Кроме того, непрерывность струи - это необходимое условие получения проволоки. Сама непрерывность осуществляется тогда, когда кинетическая энергия струи превышает сумму поверхности и магнитной энергий струи (или равна этой сумме).Подсоединение сопла расширенным концом к ковшу и погружение его зауженным концом в расплав имеет следующие преимушества: струя расплава сужается за счет углового градиента скорости до диаметра, меньшего внутреннего диаметра узкого конца сопла; стенки сопла работают на сжатие, поэтому увеличивается долговечность сопла (это преимушество существенно в связи с тем, что для обеспечения струе значительной скорости истечения приходится применять большие давления и высокие температуры, а также изготавливать сопла из хрупких веществ, плохо работающих на растяжение; сопло меньше забивается твердыми частицами, избежать которых трудно даже в случае соблюдения специальных предосторож ностей.Применение конденсаторной линзы в устройстве и подключение бобины и сопла к источнику постоянного тока позволяет сжимать струю по диаметру и управлять ею.Применение электромагнита позволяет укладывать проволоку в бобину.Выполнение бобины в виде чаши с внутренней цилиндрической полостью позволяет прижимать проволоку цнтробежными силами к бобине и осуществлять электрический контакт проволоки с бобиной. Кроме того, бобина в виде чаши позволяет ловить конец проволоки в начале процесса и при обрывах проволоки.На чертеже представлено устройство для осушествления способа.Устройство содержит проволоку 1, струю 2 расплава, дозвуковое литейное сопло 3 с осью АВ; расплав 4, силовые линии 5 фокусируюшего магнитного поля; основание 6 и крышку 7 газостата; литейный ковш 8, электропроводную бобину 9 для приема проволоки 1, источник 10 постоянного тока, электрод 11, погруженный в расплав 4, векторы 12 - 14 скорости истечения расплава 4 через свободный зауженный конец сопла 3, электромагнит 15 для направления проволокив бобину 9; привод 16 бобины 9; внутреннюю цилиндрическую полость 17 бобины 9 для приема проволоки 1, обмотку 18 и сердечник 19 конденсорной магнитной линзы, ось которой совпадает с АВ, прокладку 20 для уплотнения зазора между литейным ковшом 8 и основанием газостата 6, нагреватель 21 литейного ковша 8, шайбу 22, прижимающую ковш 8 к основанию 6 газостата.Способ получения проволоки заключается в следующем. Формируют струю 2 расплава 4 с помощью дозвукового сопла 3 и кристаллизуют ее, охлаждая, Расплав 4 подают в узкий конец согла 3, а выпускают из расширенного. Через струю 2 пропускают электрический ток, направляя ее вдоль оптической оси АВ конденсорной магнитной линзы 18 - 19 со скоростью истечения, превышающей критическук скорость дробления струи на капли.Устройство для получения проволоки 1 содержит дозвуковое литейное сопло 3, подсоединенное к литейному ковшу 8, размешенному в основании газостата 6, электропроводную бобину 9 с приводом 16 для приема проволоки 1. Дозвуковое сопло 3 консольно подсоединено расширенным концом к литейному ковшу 8, а свободным зауженным погружено в расплав 4. На выходе сопла 3 расположена конденсорная магнитная линза с оптической осью, совпадаюшей с осью АВ сопла 3 За линзой установлены последовательно по оси АВ сопла 3 электромагнит 15 для направления проволоки 1 в бобину 9, поле которого перпендикулярно оси АВ сопла 3, а обмотка подключена к генератору пилообразного напряжения, и бобина 9, выполненная в виде чаши с внутренней цилиндрической полостью 17 для приема проволоки 1, подключенная вместе с соплом 3 к источнику 10 постоянного тока.Устройство для получения проволоки работает следующим образом.Г 1 од действием давления газа, закачиваемого в газостат, расплав, подогреваемый нагревателем 21, устремляется в узкий конец сопла 3. Вектор 13 скорости расплава 4 совпадает с осью АВ, а векторы 12 и 14 наклоиены к оси АВ. Поэтому струя 2 сжимается на конце. Струя 2 пролетает по оси АВ, охлаждается и ударяет в полость 17 вращающейся бобины 9. В этот момент электрическая цепь бобина 9 в источн 10 в электр 1 в распл 4 замыкается струей 1 и на струю начинают действовать магнитогидродинамические силы, в линзе (силовые линии 5) силы сжимают струю, в электромагните 15 силы отклоняют проволоку 1 от оси АВ и укладывают ее виток к витку в полость 17.Поскольку в обмотку электромагнита 15 подается пилообразное напряжение, то проволока 1 сканирует по полости 17, укладываясь послойно. Если происходит обрыв проволоки 1, то ток через струю прекращается и проволока, сформированная за счет вылета струи 2, ударит по краю верхнего слоя проволоки, намотанного перед обрывом, в тот его участок, который лежит на оси АВ. Поэтому процесс литья проволоки возобновится.Пример, Способ опробован на устройстве со следующим параметрами,Ковш 8 выточен из алундового блока. Высота - 80 мм, наружный диаметр - 40 мм, внутренний - 30 мм, высота полости для заливки расплава 4 составляет 40 мм. На ковше 8 навита вольфрамовая спираль, допускающая мощность 1 кВт (при 1500 - 1700 С) .Сопло 3 выточено из рубина. Внутренняя полость сопла выжжена лазером и прошлифована в виде фильеры для волочения проволоки, После шлифования сопло перерезано по экватору фильеры и обточено снаружи на конце в 30, в вершине которого остался канал диаметром 62 мкм на глубине до 50 мкм, который постепенно уширяется до диаметра 2 мм, образуя расширенную часть сопла. Расширенный конец сопла 3 выполнен цилиндрическим снаружи с диаметром 7 мм, Этим концом сопло 3 посажено на силикатном клее в выточку в ковше 8 на глубину 4 мм.Испытаны и традиционные толстостенные сопла, повернутые узким концом в направлении выхода струи. Они имеют следующие недостатки по сравнению с предложенным соплом:а) струя неустойчивая из-за того, что температура расплава менялась по мере продвижения по соплу, а также из-за нерегулярности сил трения о стенки сопла. При погружении предложенного сопла в расплав узким концом темперзтура конца сопла равняется температуре расплава, Расплав контактирует со стенками сопла только на длине порядка 50 мкм. Поэтому силы трения меньше влияют на форму струи. Вязкость расплава также более постоянна из-за стабильности температуры в канале формирования струи;б) традиционное сопло собирает расширенной частью твердотелые частицы, а поток расплава загоняет их в узкую часть. Поэтому такое сопло забивается конгломератом из твердых частиц (в основном, окись алюминия), удалить которые можно только прожиганием лучом лазера. Предложенное соп ло повернуто узким концом в сторону расплава. Поэтому его засоряют только те частицы, которые попадают на вершину конуса, Поскольку площадь вершины конуса не превышает 0,1 мм, то вероятность забивания такого сопла, по сравнению с традиционным, меньше в 40 раз (отношение площадей расширенной части сопла к площади узкой части);в) традиционное сопло выскакивало изместа закрепления уже при давлении в газостате 5 атм. Предложенное сопло и место крепления в ковше 8 работают на сжатие, С увеличением давления в газостате герметичность стыка сопла с ковшом возрастает.Поэтому предложенное сопло пригодно до давлений 40 атм (которое можно применить, например, при получении проволочного железного войлока для целей катализа при производстве аммиака).Газостат выполнен цилиндрическим (диаметр - 100 мм, высота - 140 мм), из нержавеющей стали и расчитан на рабочее давление не менее 40 атм (толщина стенок - 10 мм, все поверхности водоохлаждаемые). Герметизация осуществлена с помощью алюминиевых прокладок, за исключением прокладки 20, выполненной из свинца.30 Газостат подсоединен через газовый редуктор к баллону с водородом.Магнитная линза - это конденсаторнаялинза микроскопа ЭМ - 5 выпуска 1960 г., питаемая стабилизированным током от блока питания этого микроскопа (количество 55 витков в обмотке - 29260, провод ПЭВ/2диаметром 0,25, сопротивление 2500 Ом, рабочее напряжение 220 В).Электромагнит 15 имеет обмотку из 100ампервитков, питаемую от генератора пилообразного напряжения осциллографа С - 4 с простыми изменениями в радиосхеме (увеличение сопротивления в цепи обратного хода пилы), в результате которых генератор дает импульсы в виде равносторонних треугольников.Бобина 9 имеет полость 17 диаметром100 мм и высотой (по оси вращения бобины) 40 мм, Бобина насажена на вал мотора 16 постоянного тока мощностью 140 Вт,Источник постоянного тока - выпрямитель на ток до 1 А при релулируемом напря жении до 110 В с пульсацией тока до 0,01%.Расстояние от узкого конца сопла дополюсов сердечника 19 линзы равно 160 мм, от электромагнита 15 до полюсов линзы - 200 мм, от электромагнита 15 до середины 55бобины - 600 мм.Бобина расположена в герметичном объеме, наполненном водородом ( в связи с тем, что водород имеет наибольшую теплопроводность, что способствует охлаждению874258 Формула изобретения 35 струи, и наименьшее внутреннее трение, что уменьшает деформацию струи, и ее дробление на капли).Вся конструкция, на которой проверяли способ, смонтирована на станине микроскопа ЭМ - 5 с использованием его откачных средств, блоков питания и узлов колонны.При получении алюминиевой проволоки устройство работает следующим образом,Загружают в ковш 8 гранулы алюминия чистотой 99, 999 (чем выше чистота, тем меньше вероятность забивания сопла 3) . Откачивают газостат и объем, в котором расположена бобина. Заполняют всю систему водородом при атмосферном давлении. Расплавляют алюминий, затем повышают температуру до 850 С и поддерживают ее с точностью до 0,5 С для того, чтобы вязкость расплава не изменялась в течение всего процесса литья проволоки.После этого раскручивают бобину до 6000 об/мин, запитывают линзу током 0,08 А, электромагнит 5 и включают исочник 10 постоянного тока (электрод 11 изготовлен из графита). Увеличивают давление водорода в газостате до тех пор, пока амперметр источника 10 не покажет, что в его цепи течет ток, Это будет обозначать, что скорость поступления проволоки в бобину равна линейной скорости полости 17. В нашем случае (6000 об/мин), это произошло при давлении 5,53 атм в газостате 6 - 7. Далее, увеличивая ток в цепи источника 10, увеличивают обжатие проволоки магнитным полем. Изменяя частоту и амплитуду пилообразного напряжения, а также увеличивая частоту вращения бобины 9, добиваются, чтобы витки проволоки равномерно укладывались в, полость 17.Так достигают стационарного режима работы устройства, постоянство которого определяется стабильностью температуры расплава 4, давления газа в газостате, скорости вращения бобины 9, частоты и амплитуды генератора пилообразного напряжения тока в цепи источника 10 (в примере испол 8нения ток равнялся 0,05+0,001 А) и наличием твердых примесей в расплаве.Все параметры процесса, за исключениемдавления газа и чистоты расплава, стабилизируются легко,5 1. Способ получения проволоки, включающий формирование струи расплава с помощью дозвукового литейного сопла и последующую ее кристаллизацию, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности протекания процесса и повышения качества продукции, расплав подают в узкий конец 15 сопла, причем через струю пропускают электрический ток и пропускают ее через магнитную конденсорную линзу со скоростью истечения, превышающей критическую скорость дробления струи на капли.2. Устройство для осуществления способа по и. 1, содержащее дозвуковое литейное сопло, подсоединенное к литейному ковшу, размещенному в газостате, электропроводную бобину с приводом для приема проволоки, отличающееся тем, что оно снабжег 5 но дозвуковым соплом и конденсорной магнитной линзой, причем дозвуковое сопло консольно подсоединено расширенным концом к литейному ковшу, на выходе сопла расположена конденсорная магнитная линза с осью, совпадающей с осью сопла; за линзой установлены последовательно по оси сопла электромагнит и бобина, выполненная в виде чаши с внутренней цилиндрической полостью, подключенные вместе с соплом к источнику тока. Источники информациипринятые во внимание при экспертизе 1. Ангерер Э. Техника физического эксперимента. М.,физматгиз, 1962, с. 337.2. Сб. Микропровод и приборы сопротив 4 о ления. АН МССР, Кишинев Штиинца, 1962,с. 1 - 10.Составитель АТехред А. БойкасТираж 872сударствеиного комит м изобретений и ота, . Ж - 35, Раушскаяатент, г. Ужгород, у Редактор О. Половка Заказ 9135/ 8 ВНИИПИ Г по дела 113035, Моск Филиал ППП П