Модернизация и развитие участка волочения тугоплавких металлов и сплавов

АКТУАЛЬНОСТЬ данной темы заключается в широком применении волочильного оборудования и стремлении усовершенствования и модернизации стана для повышения производительности цехов.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: усовершенствование оборудования для волочения тугоплавких металлов путем замены нагрева проволоки перед волочением в топливных камерах на внепечной нагрев, а именно с помощью индукционного метода нагрева.

ЗАДАЧИ РАБОТЫ:
Провести аналитический и патентный обзор методов нагрева материала перед волочением:
Физические основы
Оборудование для волочения
Индукционные установки
Оснастка и инструменты для волочения
Произвести расчеты основных параметров модернизированного волочильного оборудования
Разработать конструкцию модернизированной индукционной установки
Провести моделирование индукционного нагрева
Оценить экономическую эффективность установки
Изучить безопасность технологического процесса индукционного нагрева

Модернизация волочильного стана для волочения тугоплавких металлов
Схематическое изображение волочильного стана UDZSA 2500/3, где: 1 – волочимая проволока; 2 – фигурка; 3 – индуктор; 4 – система водоохлаждения; 5 – преобразователь частоты; 6 – генератор высокой частоты; 7 – обойма для волок; 8 – волока №1; 9 – месдозы; 10 – волочильный барабан; 11 – тахометр; 12 – волока №2; 13 – волока №3; 14 – датчик ODAC TRIO; 15 – фигурка для приема проволоки; 16 – редуктор; 17 – электродвигатель; 18 – батарея конденсатора

Расчет параметров индукционного нагрева вольфрамовой проволоки
Проволока до волочения
Проволока после волочения

На основании проведенных расчетов по формулам был сконструирован соленоид индуктора

За счет протекающего по индуктору электрического тока происходит его нагрев. Разработана схема для охлаждения индуктора
Принципиальная гидравлическая схема индукционной установки, где:
1 – электродвигатель; 2 – бак; 3 – фильтр; 4 – насос; 5 – индуктор

Габаритный чертеж индукционной установки
Показаны габариты индукционной установки смонтированной на волочильный стан: ее длина, ширина загрузочного окна и шаг между витками

Индукционная установка, где: 1 – индуктор; 2,3 – стальные боковины; 4 – болтовое соединение; 5 – верхняя крышка; 6 – нижняя крышка; 7 – уголки; 8 – электропровод; 9 – штуцер; 10 – стан, 11 – бетонная футеровка

Сокращенный габаритный чертеж 3-х кратного волочильного стана, где: 1 – индуктор; 2,3 – стальные боковины; 4 – болтовые соединения; 5 – верхняя крышка; 6 – нижняя крышка; 7 – крепежные уголки; 8 – электропроводка; 9 – штуцер; 10 – станина волочильного стана; 11 – жароупорная бетонная изоляция индуктора; 12 – волочильная коробка; 13 – электродвигатель; 14 – фундамент цеха; 15 – волочильный барабан;
16 – фигурка; 17а – волокодержатель; 17б – волока

Значения диаметров проволоки после выхода каждой волоки
Результаты расчета длин калибровочных зон волок
Значения длин рабочих зон волок

Волока №1
Волока №2
Волока №3

Модель для численного расчета
Рисунок 1 – а – геометрическая модель; б – построение сетки на геометрической модели: 1 – индуктор, 2 – охлаждающая жидкость, 3 – футеровка, 4 – вольфрамовая проволока, 5 – сетка конечных элементов, 6 – атмосфера
Моделирование — это метод воспроизведения и исследования определённого фрагмента действительности (предмета, явления, процесса, ситуации) или управления им, основанный на представлении объекта с помощью модели. Компьютерное моделирование свободно и доступно в использовании, позволяет проверить правильность расчетов индукционной установки, при этом сократить расходы на долгосрочные исследования.
Для моделирования индукционного нагрева применена программа Elcut 6. Изначально была построена геометрическая модель индуктора, нагреваемая заготовка, также обозначены материалы и их границы (рисунок 1).

Результаты расчета плотности тока, энергии и тепловыделения
Рисунок 2 ­– Плотность тока
Максимальный поток энергии составил 1490 Дж/м3, который сконцентрирован между внутренней поверхность индуктора и поверхность проволоки и представлен на рисунке 3.
Рисунок 3 – Плотность энергии
Рисунок 4 – Тепловыделение

Результаты расчета температурного поля
Температура нагрева вольфрамовой проволоки достигает 1520 оС (рисунок 5).
Рисунок 5 – Температура нагрева (при t=1520 оС за 1,03 с.)
Рисунок 6 – График зависимости температуры от времени (в центральной части изделия).
В результате моделирования усовершенствованная конструкция соленоида, за счет утолщения трубки, исправно производит индукционный нагрев вольфрамовой проволоки до температуры в 1500оС за 1,03 с (рисунок 6).

Оценка экономической эффективности

Безопасность технологического процесса.
Основные опасные факторы:
падение бунтов проволоки при транспортировке
поражение электрическим током
излучение, исходящее от нагреваемой заготовки
загрязнение воздуха токсичными элементами рабочей зоны инфракрасное
Меры предотвращения:
применение средств индивидуальной защиты: специальные костюмы, огнеупорные перчатки, теплоотражающие средства защиты
обеспечение защитным заземлением
проведение инструктажа по технике безопасности с персоналом
использование вентиляционных систем

Заключение
В данной работе была разработана технология горячего волочения вольфрамовой проволоки, были найдены значения диаметров после каждой протяжки, значения усилия и напряжения волочения, длина рабочей и калибровочной зоны волок и часовая производительность стана.
В результате проведенного исследования было выявлено, что при замене печного нагрева на внепечной увеличилась производительность волочильного стана в 1,5 раза.
С экономической точки зрения расчет стоимости затрачиваемой энергии на нагрев вольфрамовой проволоки показал, что использовать электроэнергию экономичнее, чем газообразное топливо. Что сокращает расходы в 2 раза. Также усовершенствованная установка индукционного нагрева способствует меньшему окалинообразованию и позволяет сократить потери металла в 3 раза.