CS276378B6 - Vacuum furnace for heat treatment of metallic workpieces - Google Patents

Description

Vynález se týká vakuové pece pro tepelné zpracování kovových obrobků, sestávající z válcovitého tlakového pláště, ve kterém je uspořádán vsázkový prostor s axiálně provedeným topným vedením tento prostor obklopujícím, opatřeným tepelnou izolací a zařízení pro chlazení plynu, kterým je veden chladicí plyn přes trysky a vsázkovým prostorem přes tepelný, výměník. Takovéto vakucvé pece se obzvláště využívají pro vytvrzování nástrojů a stavebních dílů všeho druhu z různých typů oceli. Zčásti je tato pec také použitelná pro jiná tepelná zpracování, jako je například žíhání a pájení.

V DE-PS č. 28 39 807 a DE-PS č.28 44 843 jsou podle druhů popsány vakuové pece. Sestávají v podstatě z válcového tlakového pláště, ve kterém se nachází vsázkový prostor, ohraničený tepelně izolovanými stěnami a vyhřívaný topnými prvky a zařízení pro chlazení plynu. Nástroje a stavební cíly se ve vsázkovém prostoru zahřívají za vakua na austenitizační teplotu a pro rychlé zchlazení se v peci cirkuluje za tlaku chlazený inertní plyn. Chlazený plyn proudí přitom s vysokou rychlostí na horkou vsázku, zahřívá se touto tepelnou energií a vede se přes tepelný výměník, kde se ochladí a opět se zavádí do prostoru vsázky. Zavádění zchlazeného plynu do prostoru vsázky se provádí podle DE-PS č. 28 39 807 pomocí trysek, které jsou uspořádány na zvláštních, axiálně uspořádaných přívodních trubkách. Nevýhodou této konstrukce jsou vysoké materiální náklady a náklady na zhotovení přívodních trubek v peci. Trubky a trysky musí být zhotoveny z tepelně vysoce odolného materiálu.

Ventilátory, použité podlé DE-PS č. 28 44 843, mají tu nevýhodu, že chladicí plyn proudí ve značném rozsahu pouze podél horkého povrchu vsázky a nevniká do vnitřku vsázky.

Z DE-OS č. 19 19 493 je známé, že se v teplotním rozmezí mezi teplotou místnosti a asi 750 °C zahřívání vsázky urychlí tak, že se v peci cirkuluje inertní plyn pomocí ventilátoru a tak vedle záření dochází také ke konvekci. Ale také při tomto provedení není převod tepla mezi vodičem tepla a vsázkou optimální.

Úkolem vynálezu je tedy zkonstruování vakuové pece pro tepelné zpracování kovových obrobků s válcovitým tlakovým pláštěm, ve kterém se nacházejí axiálně uspořádaná topná vedeni, obklopující vsázkový prostor, opatřený tepelnou izolací, a zařízení pro chlazení plynu, kterým se chladicí vzduch vede tryskami přes vakuový prostor a přes tepelný výměník. Tato vakuová pec by měla zaručovat pokud možno rychlé a rovnoměrné ochlazení vyhřáté vsázky, měla by mít pokud možno jednoduchou konstrukci a měla by být pokud možno rychle vyhřívatelná.

Výše uváděné nevýhody byly podle vynálezu odstraněny konstrukcí vakuové pece, ve které jsou vodiče tepla vytvořeny jako trubky, které jsou opatřené ve směru ke vsázkovému prostoru otvory a jsou spojeny se zařízením pro rozdělování chladicího plynu pres elektroisolační kusy.

Je výhodné, když je stěna tepelné izolace v oblasti rozdělovacího zařízení opatřena uzavíratelným otvorem. Tím může být během zahřívací periody vsázky zachováno proudění horkého plynu za obejití tepelného výměníku ve vnitřním prostoru pece.

Výhodně je rozdělovači zařízení chladicího plynu opatřeno ventilátorem, který žene chladicí plyn přes topné trubky a z prostoru vsázky jej znovu nasává. U drahých chladicích plynů je rovněž výhodné opatřit pec zařízením pro zpětné získávání chladicího plynu.

Za použiti inertního plynu o vysokém tlaku se při jeho vysoké rychlosti dosáhne u pece podle vynálezu srovnatelné intenzity ochlazení, jako je intenzita dosahovaná v olejových lázních. Mohou se tak vytvrzovat a ochlazovat pomocí chlazení plynem i jiné tyoy ocelí než dosud.

Obrázky 1 a 2 ukazují schematicky, podélný řez příkladným provedením vakuové pece podle vynálezu, přičemž obr. 1 znázorňuje vakuovou pec ve vyhřívací fázi až do asi 750 °C a obr. 2 v chladicí fázi.

Vakuová pec sestává z válcovitého tlakového pláště jehož čelní plocha je vytvořena jako dveře Ϊ, kterými se může pec nakládat a vyprazdňovat. Vsázkový prostor je z vnějšku

CS 276 378 86 ohraničen tepelnou izolací £ ve formě válcovité trubky, sestávající z tepelně izolačního materiálu a na čelních plochách je opatřen odpovídajícími stěnami, z nichž alespoň jedna stěna 2 je pohyblivá. Tato tepelná izolace £ odstiňuje záření ve vsázkovém prostoru 2 °d vnějšího prostoru, takže vznikají pouze nepatrné energetické ztráty. Uvnitř tepelná izolace 4- jsou ve vsázkovém prostoru 3_ v kruhu axiálně uspořádány elektrické topné vodiče _6> která jsou vytvořeny jako topné trubky a směrem do vsázkového prostoru 2 jsou opatřeny otvory T_. Tyto topné trubky mají například tloušťku stěny 1 až 3 nim a světlost 40 až 150 mm. Průměr otvorů ]_ je určen tak, že suma ploch otvorů topné trubky odpovídá ploše jejího vnitřního průřezu. Topné vodiče 6. jsou upevněny na rozdělovači zařízeni £ chladicího plynu pres elektroizolační kusy

8.· Toto rozdělovači zařízení 9_ chladicího plynu je uspořádáno pod stěnou protilehlou dveřím 2 společně s hnacím motorem 10 a ventilátorem 11 v tlakovém plášti. Stěna tepelné izolace 4., sousedící s rozdělovacím zařízením 9_ chladicího plynu, je opatřena otvorem 12, který může být zavřen a otevřen pomocí šoupátka 23· Mezi tlakovým pláštěm 2 ^a tepelnou izolací 2 jsou umístěny vodou chlazené teplosměnná trubky 14.

Po. naplnění vsázkového prostoru 2 například nástroji, se tento napustí inertním plynem a zahřeje. Šoupátko 13 ponechává otvor 12 v tepelné izolaci 4. volný (obrázek 1), takže se inertní plyn pomocí ventilátoru vtlačuje do topné trubkj' £, odkud se pres otvory které jsou rozděleny po délce této trubky, dostává do vsázkového prostoru 3_ a odtud otvorem 12 v tepelné izolaci 4. opět k ventilátoru. Vzhledem k tomu, že je· inertní plyn přiváděn přes topnou trubku 6, stoupne velmi rychle jeho teplota, což má za následek rychlé a homogenní zahřívání vsázky horkým plynem v oblasti temného záření. Přímým prouděním horkého plynu do vsázky se tato vsázka zahřívá rovnoměrně také uvnitř. Tento zahřívací proces se využívá s ochranným plynem až asi do dosažení teploty 750 °C. Při tvrdících zpracováních, při nichž se musí obrobky zahřát až asi na teplotu 1 300 °C, se potom inertní plyn z pece odstraní a další zahřívání probíhá pouze tepelným zářením, které je v této teplotní oblasti velmi účinné.

Pro rychlé ochlazení se vsázka při otevřeném otvoru 12 tepelné izolace proplachuje za přetlaku inertním plynem. Přitom se stěna 2 tepelné izolace 4 oddálí od válcovité trubky, takže vznikne štěrbina a vsázkový prostor 2 í^{e ve} spojení s prostorem mezi tlakovým pláštěm 2 a tepelnou izolací 2 (obrázek 2). Chladicí plyn se ventilátorem I1 vede přes ochlazené topné trubky 6 vysokou rychlostí do vsázkového prostoru 2) odkud se přes teplosměnné trubky 14 vede zpět do rozdělovacího zařízení 2 chladicího plynu a znovu se recirkuluje. Při použití odpovídajícího inertního plynu ve spojení s vysokým tlakem plynu a jeho velikou rychlostí se dosáhne u pece podle vynálezu intenzity ochlazení, která je srovnatelná s intenzitou dosažitelnou v olejových zchlazovacích lázních. Tím se mohou chladit a vytvrzovat také jiné typy ocelí než dosud pomocí zchlazování plynem.

Topné trubky, které současně slouží jako přívodní trubky pro plyn, sestávají obzvláště výhodně z uhlíku, zpevněného uhlíkovými vlákny. Elektricky vodivý průřez topné trubky, který je rozhodující pro výrobu tepla a pro objemový proud plynu rozhodující vnitřní průřez topné trubky musí přitom být navzájem sladěny.

Kombinace topného prvku a přívodní trubký pro plyn sebou přináší podstatné provozně technické zjednodušení při výrobě takovýchto vakuových pecí.

Když se pro ochlazování vsázky používá drahý inertní plyn, je v tomto případě výhodné tento plyn opět získávat zpět. K tomuto účelu se chladicí plyn po ukončení postupu rychlého ochlazování kompresorem z vnitřního prostoru pece odčerpá a přečerpá se do vysokotlakého zásobníku, kde se ponechává pro další použití.

Claims (2)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Vakuová pec pro tepelné zpracování kovových obrobků s válcovitým tlakovým pláštěm, ve kterém je uspořádán vsázkový prostor, opatřený tepelnou izolací a obklopený axiálně vedenými topnými vodiči, a zařízení pro chlazení plynu, kterým může být chladicí plyn veden přes trysky do vsázkového prostoru a přes tepelný výměník, vyznačující se tím, že topný vodič /6/ je vytvořen jako trubka, opatřená směrem do vsázkového prostoru /3/ otvory /7/, spojená s rozdělovacím zařízením /9/ chladicího plynu přes elektroizolační kus.

2. V 3<uová pec podle bodu 1, vyznačující se tím, že stěna tepelné izolace /4/ je v oblasti rozdělovacího zařízení /9/ chladicího plynu opatřena uzavíratelným otvorem /12/.