Способ и устройство для термической обработки, в частности, металлических изделий - RU2327746C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к устройству в виде атмосферной печи для термической обработки, в частности металлических изделий при высоких температурах. Изобретение также относится к способу термической обработки, в частности, металлических изделий в такой печи.

Вертикальные конструкции печей названного выше рода до сих пор находили применение в качестве так называемых «шахтных печей». К недостатку «шахтных печей» относится, однако, то, что после термической обработки металлические изделия должны извлекаться из шахтных печей с помощью подъемного оборудования и потом перегружаться в расположенную рядом с шахтной печью закалочную ванну. Во время этого процесса перегрузки, вследствие контакта нагретых изделий с окружающим воздухом, происходит негативное явление окисления обработанных деталей, что в результате ведет к поверхностному обезуглероживанию металла и сопутствующей этому потере качества.

Для устранения указанных недостатков в уровне техники известны горизонтальные многокамерные печи, которые оснащены интегрированными закалочными ваннами, так что процесс термической обработки и закалка могут осуществляться равным образом в атмосфере защитного газа. Однако к недостатку таких многокамерных печей можно отнести непосредственное соединение закалочной ванны с печью, в результате чего установка становится мало пригодной для закалки в различных средах. При этом коэффициент использования закалочной ванны, интегрированной в многокамерную печь, имеет очень низкую величину и находится в пределах от 10 до 20%, так как продолжительность цикла нагрева и термической обработки многократно превышает продолжительность цикла закалки.

С целью придания большей гибкости процессу закалки была разработана так называемая вертикальная система купольных печей. В этой системе выполненные в виде колоколов купольные печи расположены на рельсах с возможностью перемещения и могут реверсивно перемещаться над соответствующим образом выполненными закалочными ваннами. После термической обработки изделий в печи они могут вместе с купольной печью перемещаться над соответствующей закалочной ванной, что делает их более гибкими в плане закалки, по сравнению с описанными выше многокамерными печами. При этом закалка осуществляется при возможно близком приближении отверстия купольной печи к верхнему отверстию закалочной ванны, при этом для исключения нежелательного окисления термически обработанных изделий в небольшой зазор, имеющий место между закалочной ванной и отверстием купольной печи, подают азот. Однако полное герметичное прилегание к закалочной ванне обеспечить не удается, так что и в случае применения купольных печей не может быть достигнуто полное предотвращение окисления при термической обработке изделий.

Исходя из представленного уровня техники, задачей изобретения является разработка печи для термической обработки металлических изделий, которая не имела бы перечисленных выше недостатков, и при одновременно простом устройстве и комфорте в обслуживании обеспечивала бы перемещение термически обработанных изделий в камеру закалки без контакта с окружающей печь атмосферой.

Согласно изобретению эта задача решается с помощью печи, в частности, для термической обработки металлических изделий при высоких температурах, выполненной в виде горизонтальной атмосферной печи, имеющей преимущественно цилиндрическую печную камеру, а также герметично закрывающие печную камеру дверцы печи, при этом дверцы печи расположены с возможностью перемещения внутри дверной коробки, образующей герметично закрываемый шлюз.

Высокие температуры в контексте изобретения - это температуры от 400 до 1050°С.

Предложенная печь отличается, в частности, герметично закрываемыми печными дверцами с одной стороны и дверной коробкой, образующей шлюз, с другой стороны. Наличие этих конструктивных элементов позволяет герметично соединять выполненную горизонтально атмосферную печь с сопрягаемым модулем, выполненным в виде транспортного модуля. Таким образом, изделия, прошедшие термическую обработку, могут извлекаться из печи, не контактируя с окружающей печь атмосферой, и переноситься в сопрягаемый модуль. Так как с помощью дверной коробки между печью с одной стороны и сопрягаемым модулем с другой может быть надежно обеспечена герметичность, полностью исключается неконтролируемое окисление прошедших термическую обработку изделий. В одном варианте реализации предлагается герметичное соединение печи, выполненной в виде горизонтальной атмосферной печи с сопрягаемым модулем, выполненным в виде транспортного модуля. Благодаря этому достигается то, что нагретые изделия без какого-либо окисления могут транспортироваться через транспортный модуль к различным закалочным модулям и там подвергаться закалке в атмосфере защитного газа без окисления. Таким образом, процесс закалки может быть полностью отделен от процесса термической обработки в печи, так что предложенная печь имеет гораздо большие возможности в отношении закалки термически обработанных изделий.

Дверцы печи имеют возможность перемещаться преимущественно перпендикулярно относительно продольного направления печи. Дверная коробка, образующая шлюз, с одной стороны герметично закрыта и предоставляет в распоряжение объем определенной величины, который при необходимости может быть продут защитным газом. На стороне, обращенной от камеры печи, дверная коробка снабжена преимущественно средством для герметичного примыкания дверной коробки к выполненному соответствующим образом сопрягаемому модулю. Такой сопрягаемый модуль служит для загрузки и разгрузки предложенной печи, при этом с помощью описанного выше исполнения дверной коробки может быть надежно обеспечено герметичное соединение печи с одной стороны и сопрягаемого модуля с другой стороны. Как печь, так и сопрягаемый модуль, преимущественно имеют тепловую изоляцию и выполнены герметичными, так что подлежащие термической обработке изделия могут перегружаться в предложенную печь или извлекаться из нее после термической обработки, не контактируя с окружающей печь атмосферой.

Загрузка предложенной печи при применении сопрягаемого модуля может осуществляться так, как описывается ниже: предложенная печь, которую еще называют печь-бокс, находится в состоянии готовности, то есть осуществляется подача газа и температура поднята до рабочей для обработки изделий, подлежащих термической обработке. Холодный сопрягаемый модуль с загруженными, подлежащими термической обработке изделиями присоединяется к печи. Для этого на печи могут быть предусмотрены соответствующие зажимные приспособления, которые после процесса соединения препятствуют относительному смещению печи и сопрягаемого модуля. В результате процесса соединения между печными дверцами с одной стороны и сопрягаемым модулем с другой стороны создается образованная дверной коробкой печи шлюзовая камера. В таком положении печь и сопрягаемый модуль образуют единое целое. Далее открываются дверцы сопрягаемого модуля, вследствие чего создается общая камера, образованная из шлюза и внутренней камеры сопрягаемого модуля. Образованная камера с целью очистки заполняется азотом, при этом может быть предусмотрено, что или дверная коробка, и/или сопрягаемый модуль снабжены соответствующими впускными отверстиями для подвода азота. Равным образом сам сопрягаемый модуль может быть заранее заполнен азотом, так что в этом случае должен быть только откачан воздух из шлюзовой камеры, прежде чем будут открыты обе дверцы. Во время продувки азот отводится через спуск преимущественно размещенной в дверной коробке печи. После соединения могут открыться дверцы печи и находящаяся в сопрягаемом модуле загрузка перегружается в печную камеру, где подвергается обработке. Для этой цели в сопрягаемом модуле могут быть предусмотрены тягово-толкающие цепи, с помощью которых транспортное устройство, на котором расположены изделия, подлежащие термической обработке, могут быть перемещены из сопрягаемого модуля в печную камеру. Как только подлежащая термической обработке загрузка поступит в печную камеру, снова закрываются как дверцы печи, так и дверь сопрягаемого модуля. После этого происходит отсоединение сопрягаемого модуля от печи и сопрягаемый модуль освобождается для дальнейшей транспортировки. С этого момента внутри печи происходит термическая обработка загруженных изделий.

Для разгрузки предложенной печи описанный выше технологический процесс осуществляется в обратном порядке: нагретый и заполненный защитным газом сопрягаемый модуль соединяется с выполненной согласно изобретению печью. С целью очистки из шлюзовой камеры, образованной между печью и сопрягаемым модулем, откачивается воздух и туда вдувается азот. После этого открываются дверцы печи и двери сопрягаемого модуля и термически обработанные изделия с помощью тягово-толкающей цепи сопрягаемого модуля перегружаются из печной камеры в сопрягаемый модуль. Затем закрываются как дверцы печи, так и двери сопрягаемого модуля. Как только сопрягаемый модуль будет отсоединен от печи, изделия, прошедшие термическую обработку, но все еще в нагретом состоянии, из сопрягаемого модуля транспортируются к выполненному соответствующим образом закалочному модулю.

Предложенная печь может работать с азотом, но также с горючими или частично токсичными газами. По этой причине термически обработанные изделия не могут транспортироваться при атмосфере печи. Более того, существует необходимость перед перегрузкой изделий из печи в транспортный модуль атмосферу печи продувать инертным газом, при этом этот защитный газ по соответствующим печным отводным трубопроводам может отводиться для сжигания в факеле. Соответственно, перед перегрузкой изделий воздух через место выпуска в дверной коробке отводится из шлюзового пространства, образованного дверной коробкой печи, и заменяется инертным газом. Как только будет завершен процесс очистки, изделия, прошедшие термическую обработку, безопасно и при изоляции от окружающей печную установку атмосферы могут быть перемещены в сопрягаемый модуль, выполненный, например, в виде транспортного модуля и далее подвергнуты закалке. В случае, когда печная атмосфера представлена горючими газами, она выдувается или уже в печи незадолго перед размещением изделий в сопрягаемый модуль, или только в сопрягаемом модуле незадолго перед помещением изделий, например, в закалочную камеру.

Далее предложенная печь отличается своей простой конструкцией. Она состоит в основном из цилиндрически выполненной печной камеры, внутри которой расположены выполненные в виде стержней нагревательные элементы, предназначенные для нагрева печной атмосферы. Для циркуляции печной атмосферы печная камера с торцевой стороны имеет устройство для циркуляции газа, которое преимущественно выполнено в виде вентилятора. Вентилятор приводится в движение двигателем, который из соображений свободного доступа расположен снаружи печной камеры. Назначение устройства для циркуляции газа в рамках процесса термической обработки - осуществлять при необходимости циркуляцию находящейся в печи атмосферы. При этом с помощью изменения скорости вращения устройства для циркуляции газа, выполненного в виде вентилятора, можно оказывать влияние на степень циркуляции газа.

Параллельно оси продольного распространения печной камеры внутри печной камеры предусмотрены выполненные в виде стержней нагревательные элементы, которые относительно устройства для циркуляции газа расположены наподобие револьверного барабана. Такой способ расположения нагревательных элементов надежно обеспечивает равномерный нагрев находящегося в печной камере изделия или загрузочного объема, образованного несколькими изделиями. Таким образом, особо простым образом может быть реализован воспроизводимый способ термической обработки.

Подлежащие термической обработке изделия загружаются в печную камеру преимущественно с помощью транспортного устройства, которое может перемещаться по рельсам в продольном направлении печной камеры. Когда транспортное устройство в целях термической обработки находится в своем конечном положении внутри печной камеры, то изделия, расположенные на транспортном устройстве, будут находиться внутри области обработки, замкнутой расположенными в виде револьверного барабана нагревательными элементами. Подобный вид исполнения позволяет проводить всесторонний равномерный нагрев расположенных внутри печной камеры изделий.

Преимущества предложенной печи заключаются, в частности, в том, что она имеет простую конструкцию. Для загрузки и выгрузки в печи имеются дверцы, которые расположены в дверной коробке, образующей шлюз, так что изделия могут загружаться и выгружаться в печь, не вступая в контакт с атмосферой, окружающей печь. Печная камера имеет цилиндрическую форму, которая способствует равномерной термической обработке находящихся внутри печи изделий. Устройство для циркуляции газа, выполненное в виде вентилятора, окружено расположенными наподобие револьверного барабана нагревательными элементами, так что относительно подлежащих термической обработке изделий может осуществляться равномерная циркуляция печной атмосферы. Кроме того, предложенная печь позволяет оптимально объединять несколько печей в модульный парк, который может обслуживаться одним, соответствующим образом выполненным сопрягаемым модулем. Он отличается своей высокой гибкостью в соединении с другими камерами, в которых производится обработка. Далее предложенную печь, вследствие ее сравнительно простой конструкции, легко обслуживать и ремонтировать.

В изобретении предложен способ для термической обработки, в частности, металлических изделий в горизонтальной атмосферной камерной печи, при котором подлежащие термической обработке изделия загружаются в атмосферную камерную печь с помощью транспортной камеры, обладающей относительной подвижностью, расположенной против атмосферной камерной печи, при этом:

- на первом этапе транспортная камера, заполненная защитным газом, герметично соединяется с дверной коробкой атмосферной камерной печи,

- на втором этапе пространство, замкнутое дверной коробкой, а также при необходимости и транспортная камера продуваются защитным газом,

- на третьем этапе изделия, подлежащие термической обработке, в атмосфере защитного газа перегружаются из транспортной камеры в атмосферную камерную печь и

- в заключение, на четвертом этапе в атмосфере защитного газа загруженные в атмосферную камерную печь изделия подвергаются термической обработке.

Описанный выше способ позволяет преимущественным образом осуществлять термическую обработку без окисления, так как подлежащие термической обработке изделия в процессе всего осуществления способа находятся в атмосфере защитного газа. Таким образом, может быть надежно предотвращено нежелательное окисление изделий.

После перегрузки изделий, которые подлежат термической обработке, из транспортной камеры в атмосферную камерную печь транспортная камера может применяться в другом месте, благодаря чему достигается высокая гибкость всей установки для термической обработки.

После завершения термической обработки изделия могут быть перемещены в закалочную камеру. В этой связи изобретением предлагается способ, который отличается тем, что изделия после завершения термической обработки с помощью транспортной камеры доставляются в закалочную камеру, при этом:

- на первом этапе термически обработанные изделия в атмосфере защитного газа из атмосферной камерной печи перегружаются в транспортную камеру, герметично соединенную с атмосферной камерной печью,

- на втором этапе транспортная камера и атмосферная камерная печь герметично закрываются,

- на третьем этапе объемное пространство, образованное дверной коробкой, продувается азотом,

- на четвертом этапе транспортная камера отсоединяется от атмосферной камерной печи,

- на пятом этапе транспортная камера перемещается к закалочной камере и герметично соединяется с ней,

- на шестом этапе воздух из объемного пространства, образованного дверной коробкой между транспортной камерой и закалочной камерой, продувается азотом,

- на седьмом этапе изделия в атмосфере защитного газа после открытия дверей обеих камер перегружаются из транспортной камеры в закалочную камеру и

- в заключение, на восьмом этапе помещенные в закалочную камеру изделия, после того как будут закрыты двери обеих камер, подвергаются закалке.

Согласно описанному выше способу также и перегрузка прошедших термическую обработку изделий из атмосферной камерной печи в закалочную камеру осуществляется в атмосфере защитного газа. Таким образом, весь процесс термической обработки, включая процесс закалки, может осуществляться предпочтительным образом без контакта с окружающей установку атмосферой. Следовательно, весь процесс термической обработки при одновременной гибкости отдельных компонентов установки осуществляется без окисления.

Согласно другому признаку способа согласно изобретению предлагается, что после завершения термической обработки термически обработанные изделия из атмосферной камерной печи перегружаются в транспортную камеру, при этом в случае применения защитной атмосферы, состоящей из горючих газов, она или незадолго перед перегрузкой изделий в транспортную камеру вместе с негорючим газом удаляется путем продувки атмосферной камерной печи, или удаляется путем продувки транспортной камеры после перегрузки изделий в транспортную камеру. Этот этап будет иметь преимущество, в частности тогда, когда термическая обработка изделий в атмосферной камерной печи проходила в защитной атмосфере, состоящей из горючих газов. Путем продувки атмосферной камерной печи или транспортной камеры, например, инертным газом, из атмосферной камерной печи или транспортной камеры может быть удалена защитная атмосфера, состоящая из горючих газов. Соответственно после каждого процесса соединения шлюзовое пространство (дверная коробка) между обеими камерами должно освобождаться от воздуха (с помощью азота) точно так же перед каждым процессом отсоединения от атмосферной камерной печи атмосфера печи, состоящая из горючих газов, должна выдуваться из шлюзового пространства (дверная коробка) с помощью вдувания азота.

Другие признаки и преимущества изобретения вытекают из последующего описания со ссылкой на чертежи, на которых показано:

фиг.1 - схематическое изображение разреза предложенной печи согласно предпочтительному варианту исполнения и

фиг.2 - предложенная печь в разрезе по линиям II-II на фиг.1.

На фиг.1 и 2 показана выполненная согласно изобретению печь в соответствии с предпочтительным вариантом исполнения. Этим вариантом изобретение не ограничивается, и он приведен только в качестве примера для более подробного описания принципа действия. Одинаковые части на фиг.1 и 2 обозначены одними позициями.

Печь 1 имеет стальной корпус 3, который для большей устойчивости стоит на соответственно выполненных опорах 4. Внутри стального корпуса 3 расположена печная камера 2, которая на внутренней стороне стального корпуса 3 имеет изоляцию 5.

Внутри печной камеры 2 расположено устройство для циркуляции газа в атмосфере печной камеры в виде вентилятора 9. Вентилятор 9 приводится в действие двигателем 10, который расположен в пределах доступа снаружи печной камеры 2. Двигатель 10 и вентилятор 9 соединены с помощью не показанного здесь приводного вала.

Для термической обработки изделий 11, расположенных внутри печной камеры 2, предусмотрены нагревательные элементы 8. Нагревательные элементы 8 выполнены в форме стержней и проходят в продольном направлении 20 печной камеры 2. Как, в частности, можно видеть на фиг.2, всего имеется шесть нагревательных элементов, которые расположены в виде барабана револьвера вокруг вентилятора 9, при этом они образуют схематически изображенную область 22, в которой производится обработка.

Изделия 11, подлежащие термической обработке, расположены для осуществления термической обработки преимущественно в центре области 22. Преимуществом такого расположения является то, что отдельные изделия равномерно нагреваются за счет тепла, создаваемого нагревательными элементами 8, что позволяет осуществлять воспроизводимый процесс термической обработки.

Изделия 11 расположены на транспортном устройстве 21, которое стоит на рельсах 6, опирающихся на основание 7. Транспортное устройство расположено преимущественно с возможностью перемещения в продольном направлении 20.

На торцевой стороне печной камеры 2, противоположной вентилятору 9, имеется отверстие для загрузки и выгрузки, которое открывается и герметично закрывается дверцей 12 печи. Дверца 12 печи при этом расположена внутри дверной коробки 13, образующей шлюз, внутри которого дверца 12 печи может подниматься вверх относительно дверной коробки. На фиг.1 показана дверца 12 печи, когда отверстие печи для загрузки и выгрузки закрыто.

Для создания желательной атмосферы в печи печная камера 2 преимущественно на торцевой стороне имеет трубопровод 14 для подвода технологического газа. Кроме этого, может быть предусмотрен трубопровод 15 для защитного газа, по которому, например, азот может подаваться в печную камеру 2. Для контроля печной атмосферы, установившейся в печной камере 2, могут быть предусмотрены измерительные приборы 17.

В случае избыточного давления внутри печной камеры 2 оно может быть при необходимости снято с помощью только схематически изображенного отверстия 18, которое закрыто клапаном 19, выравнивающим давление. В клапане 19 для выравнивания давления имеется интегрированная разрывающаяся пленка, так что при наступлении критического избыточного давления автоматически происходит соответствующее выравнивание давления. С помощью устройства 16 для сжигания в факеле, которое также имеется в печи, при необходимости технологический газ, находящийся в печной камере, может сжигаться.

Особое преимущество предложенной печи заключается в том, что она с помощью дверной коробки 13, образующей шлюз, может герметично соединяться с сопрягаемым модулем, например, имеющим форму транспортного модуля. В отсутствие контакта с окружающей печь атмосферой и, следовательно, в отсутствие какого-либо окисления, нагретые изделия могут перегружаться из печи в сопрягаемый модуль и, соответственно, из сопрягаемого модуля в печь. При работе предложенной печи, например, с применением горючих или токсичных газов, например СО, если необходимо при перегрузке изделий в сопрягаемый модуль, атмосфера печи может быть предварительно заменена инертным защитным газом, при этом защитный газ отводится по соответствующему печному газопроводу с дальнейшим сжиганием в факеле. Согласно этому также и воздух из шлюзового пространства дверной коробки 13 продувается инертным газом через средство 23 выпуска в дверной коробке 13.

Перечень позиций

1. Печь

2. Печная камера

3. Стальной корпус

4. Опора

5. Изоляция

6. Рельсы

7. Основание

8. Нагревательный элемент

9. Вентилятор

10. Двигатель

11. Изделия

12. Дверцы печи

13. Дверная коробка

14. Трубопровод для подвода технологического газа

15. Трубопровод для подвода защитного газа

16. Устройство для сжигания в факеле

17. Измерительный прибор

18. Отверстие

19. Клапан для выравнивания давления

20. Продольное направление

21. Транспортное устройство

22. Область обработки

23. Средство выпуска газа.

Реферат

Изобретение относится к области металлургии, в частности к оборудованию для термической обработки металлических изделий при высоких температурах. Для упрощения конструкции устройство содержит цилиндрическую печную камеру и герметично закрывающую печную камеру дверцу, при этом дверца печи расположена с возможностью перемещения внутри дверной коробки, образующей герметично закрываемый шлюз, причем в печной камере предусмотрены несколько выполненных в виде стержней, проходящих в продольном направлении печной камеры, нагревательных элементов. Дверная коробка имеет средство для герметичного соединения с соответствующим образом выполненным сопрягаемым модулем. Изделия подают в камерную печь посредством выполненной с возможностью перемещения относительно атмосферной камерной печи транспортной камеры, в которой имеется атмосфера из защитного газа. Транспортную камеру герметично соединяют с дверной коробкой атмосферной камерной печи, а затем объемное пространство, ограниченное дверной коробкой, а также транспортную камеру продувают защитным газом и перегружают изделия из транспортной камеры в атмосферную камерную печь, подвергают термической обработке в атмосфере защитного газа при температуре от 400 до 1050°С. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула