ственно из жидкого металла методом непрерывного литья и прокатки. Ка танка поставляется в больших бухтах весом до 1500 кг.
Низкое удельное сопротивление меди, ее высокие механические ха рактеристики, хорошая свариваемость, возможность пайки, способность подвергаться лужению, возможность покрытия ее серебром ставят медь на первое место в ряду других материалов. Но содержание меди в земной ко ре - около 0,1 %, а алюминия - 7,5 %, поэтому в связи с дефицитностью меди широко применяется алюминий.
Мягкие отожженные медь и алюминий идут на изготовление прово локи; полутвердые - на изготовление продукции, для которой необходима определенная механическая прочность; твердотянутые - на изготовление изделий, которым приходится выдерживать высокие механические нагруз ки и которые не допускают никаких деформаций.
В кабельной промышленности находят также применение сплавы ме ди с элементами, позволяющими улучшить механические характеристики меди, сохранив удельную проводимость, близкую к проводимости чистой меди.
Медь с серебром (до 0,14 % Ag) используется при изготовлении кол лекторных полос, медь с кадмием (0,7-1 %) - при изготовлении контакт ных проводов железных дорог, троллейбусных линий и т.д. [2].
1.2. Изготовление медной и алюминиевой катанки
Существуют два метода получения медной катанки:
1)традиционный - горячей прокатки;
2)прогрессивный - непрерывного литья и прокатки.
Сущность процесса прокатки заключается в последовательном уменьшении поперечного сечения и увеличении длины прокатываемой за готовки при ее прохождении между несколькими парами валков, вращаю щихся в разные стороны. Валки имеют специальные углубления, называе мые ручьями. Валки установлены один над другим, и ручьи образуют ка либр, через который и проходит нагретая заготовка. Устройства, в которых смонтированы валки и механизмы для их регулирования, называются кле тями.
Основные технологические параметры, характеризующие процесс прокатки, указаны на рис. 1.2.
Процесс прокатки характеризуют следующие величины:
- абсолютное обжатие по высоте Ah - разность между высотой прока тываемой полосы до прокатки ho и высотой полосы после прокатки h\\
Ah = h0-h\;
Рис. 1.2. Схема прокатки
- относительное обжатие по высоте е - отношение абсолютного обжа тия по высоте к высоте полосы до прокатки, %:
Ah • 100 %
Б
л0 ;
- вытяжка по длине ц - отношение длины полосы после прокатки 1 к начальной длине IQ:
50
51 '
где S\H So~ сечение полосы до и после прокатки;
-уширение Аb - разность между шириной полосы после прокатки Ь\
ишириной полосы до прокатки Ьо:
АЬ = Ь\ - Ъо\
- угол захвата а - угол, образованный радиусами, проведенными из центра валка в точки начала и конца дуги захвата, по которой валок сопри касается с прокатываемым металлом:
1 А* cos а = 1------,
D
где D - диаметр валка;
- длина очага деформации / - проекция дуги захвата на продольную ось полосы:
1=ШЯ,
где R - радиус валка;
-опережение - разность скорости выхода полосы из валков и окруж ной скорости валков [2].
Все эти величины учитываются при расчете калибровки прокатного стана, заключающейся в разработке системы калибров необходимой фор мы и размера для всех клетей стана. При прокатке меди предельный угол захвата равен 26-30°. По мере уменьшения сечения прокатываемого ме талла скорость прокатки увеличивается.
При расчете калибровки прокатных станов принимаются во внимание следующие факторы:
-пластические свойства прокатываемого металла;
-захват металла валками;
-энергосиловые возможности стана;
-необходимость полного исключения переполнения калибра;
-получение наибольшей возможной вытяжки;
-соблюдение постоянства секундного объема металла при непре
рывной прокатке FnVn = const, где Fn - площадь поперечного сечения про катываемого металла в п-й клети; Vn - скорость выхода металла из этой же клети.
Если секундные объемы металла не равны, то могут наблюдаться ли бо разрывы проката, либо чрезмерное петлеобразование. При правильном технологическом процессе должно быть обеспечено постоянство констан ты прокатки непрерывных групп клетей:
С = F„D„п,
где Dn - диаметр валка в п-й клети; п - скорость вращения валков.
Из этого выражения можно определить катающий диаметр валка [1]. Прокатным станом называется технологический комплекс последо
вательно расположенных машин и агрегатов, предназначенных для пла
В методических печах нагреваемые слитки непрерывно перемещают ся в горизонтальном направлении навстречу движущемуся газу. При слишком высоких температурах или нарушениях установленного режима нагрева могут возникать следующие явления: усиленное окисление, про никновение газов в толщу слитка, «водородная болезнь» (т.е. медь стано вится хрупкой и склонной к растрескиванию). Может также при чрезмер ном нагреве произойти «перегрев» - рост крупных кристаллов меди, и «пережог» - окисление границ зерен. При горячей обработке металлов давлением выбор правильной температуры нагрева и обработки оказывает решающее влияние на качество готовой продукции.
Величина зерен металла после прокатки зависит от степени деформа ции, температуры, длительности (скорости) деформации и охлаждения. Если подвергать горячей обработке давлением металл с мелкозернистой структурой, то до некоторой вполне определенной деформации величина зерен при рекристаллизации не изменяется, а при достижении этой дефор мации происходит скачкообразный рост зерен. При дальнейшем увеличе нии степени деформации размеры зерен уменьшаются, и при больших де формациях получается снова мелкозернистая структура. На рис. 1.4 пока зана рекристаллизационная диаграмма меди.
16000
14000
12000
т 10000
а.
0
я1 8000
s
I 6000
0)
Ш
4000
2000
0 |
20 |
40 |
60 |
70 |
Степень деформации
(уменьшение высоты), %
Рис. 1.4. Диаграмма рекристаллизации меди
Деформация и температура прокатки, при которых в мелкозернистом металле происходит интенсивный рост зерен, например деформация
4-10% и температура 700 °С, называются критической деформацией и критической температурой.
Технологические процессы необходимо строить таким образом, чтобы на каждом переходе степень деформации была больше или меньше крити ческой. Катанка, полученная прокаткой при критической степени дефор мации, в дальнейшем при холодной обработке проявляет худшие качества, например имеет большую обрывность при волочении. Температура нагре ва и температурный интервал прокатки могут различаться для разных про катных станов, так как они зависят от калибровки стана, скорости прокат ки и условий охлаждения металла. Медные слитки нагреваются в методи ческих печах полунепрерывного прокатного стана со скоростью 9 °С/мин до 850-950 °С[1].
В прокатных цехах чаще используются методические нагревательные печи и электрические печи сопротивления.
Методические печи представляют собой агрегаты, в которых проис ходят сжигание топлива, теплообмен, нагрев металла и другие теплотех нические процессы. Рабочее пространство этих печей вытянуто в длину; газы движутся по длине рабочего пространства, и их температура посте пенно снижается в направлении движения; металл загружается в наиболее холодную часть печи и постоянно перемещается в ее более горячую часть навстречу движущемуся газу; тепловой и температурный режимы по зонам постоянны. Методические печи бывают двухрядные и однорядные, отап ливаются газом или мазутом. На печах можно устанавливать рекуперато ры - устройства для подогрева идущего на горение воздуха за счет тепла газов, отходящих из печи. Это экономит топливо и повышает коэффициент его использования.
Большинство алюминиевых слитков нагревается в электронагрева тельных печах. Конвейерные печи типа ОКБ-706 *&ляются печами сопро тивления с принудительной замкнутой циркуляцией воздуха. Нагрев слит ков осуществляется потоком нагретого воздуха, который проходит через электрокалориферы и рабочее пространство печи, обдувая загруженные слитки. Нагрев характеризуется температурой, скоростью и продолжи тельностью. Основой правильно выбранного режима нагрева является мак симально допустимая скорость нагрева, которая обеспечивает заданную производительность и высокое качество нагрева при минимальной затрате тепловой энергии.
1.4.Технология прокатки
1.4.1.Калибровка валков
После нагрева металл подается к клетям для прокатки.
Для каждого стана составляются схемы обжатий и калибровки валков.
Калибровкой стана называется последовательность расположения ка либров необходимой формы и размеров на валках всех клетей стана.
К основным критериям, определяющим правильность расчета схемы прокатки, относятся диаметр валков и допустимая (по условиям захвата металла валками) величина обжатия. Максимальное обжатие при любом диаметре валков не должно превышать 80 % [2].
При деформации металла в калибрах в той или иной мере происходит его расширение, поэтому необходимо предусматривать некоторый запас площади калибра, т.к. от этого зависит качество продукции. Если величина площади калибра занижена, то он переполняется металлом, что приводит к образованию «усов» и в конечном итоге к браку. Если величина площади калибра завышена, то он не заполняется металлом, что является причиной неустойчивости металла в следующем калибре после кантовки и тоже ве дет к браку.
Калибровка непрерывных станов имеет Свои особенности. Число ра бочих клетей равно числу проходов металла между валками. При прокатке металл находится одновременно в нескольких клетях, поэтому скорость валков подбирается таким образом, чтобы во всех клетях соблюдалось по стоянство секундных объемов металла:
FnVn = const.
Отсюда следует, что скорость прокатки по мере уменьшения сечения прокатываемого металла должна увеличиваться.
При калибровке учитывается константа прокатки:
C = FnDnп .
При константе непрерывной группы обеспечивается прокатка без на тяжения и петлеобразования.
На прокатных станах применяется в основном система вытяжных ка либров квадрат - овал, в которой лишь последний калибр обеспечивает получение катанки круглой формы.
1.4.2.Рабочие клети прокатных станов
Взависимости от конструкции и расположения валков рабочие клети прокатных станов можно разделить на три группы: 1) дуо; 2) трио; 3) спе циальные. На рис. 1.5 показано расположение валков в клетях, применяе мых на прокатных станах в кабельной промышленности.
Клети дуо (двухвалковые) используются в непрерывных, полунепре рывных, линейных проволочных и сортовых линейных станах. В каждой клети дуо производится только по одному проходу металла в одном на правлении.