PL156379B1 - Vacuum furnace for heat tempering of metal objects - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest piec próżniowy do obróbki cieplnej przedmiotów metalowych, zawierający cylindryczną obudowę ciśnieniową, w której znajduje się otoczona osiowo skierowanymi przewodami grzejnymi komora wsadowa, zaopatrzona w izolację termiczną i urządzenie do chłodzenia gazu, za którego pomocą można prowadzić gaz chłodzący poprzez dysze przez komorę wsadową i poprzez wymiennik ciepła. Piece próżniowe stosuje się zwłaszcza do utwardzania przedmiotów i części konstrukcyjnych wszelkiego rodzaju z różnorodnych gatunków stali. Częściowo stosuje się je do innego rodzaju obróbki cieplnej, np. wyżarzenia i lutowania.

Tego rodzaju piece próżniowe są opisane w opisach patentowych RFN nr nr 2839 807 i 2 844 843. Zasadniczo składają się one z cylindrycznej obudowy ciśnieniowej, w której znajduje się otoczona termicznymi ścianami izolacyjnymi komora wsadowa, ogrzewana elementami grzejnymi i urządzenie do chłodzenia gazu. Przedmioty i elementy konstrukcyjne są ogrzewane w komorze wsadowej w warunkach próżni do temperatury austenityzacji, a do schłodzania przetacza się w piecu schłodzony gaz obojętny pod ciśnieniem. Gaz chłodzący napływa przy tym z dużą prędkością na gorący wsad, odbiera energię cieplną i jest kierowany przez wymiennik ciepła, gdzie jest schładzany i ponownie doprowadzany do komory wsadowej. Doprowadzanie gazu chłodzącego do komory wsadowej realizuje się według opisu patentowego RFN nr 2 839 807 za pomocą dysz, które są umieszczone na osobnych, osiowo przebiegających rurach doprowadzających gaz. Niedogodnością tej konstrukcji jest duży nakład materiałów i pracy na rury doprowadzające gaz do pieca. Rury i dysze muszą być wytworzone z materiału odpornego na działanie wysokich temperatur . Wentylatory, zastosowane w opisie patentowym RFN nr 2 844 843 mają tę niedogodność, że gaz chłodzący w znacznej mierze przepływa po powierzchni gorącego wsadu i nie przenika do jego wnętrza.

Z opisu ogłoszeniowego RFN nr 1919493 znane jest przyspieszenie nagrzewania wsadu w zakresie temperatury między temperaturą pokojową a około 750°C, przy czym w piecu przetacza się gaz obojętny za pomocą wentylatora i w ten sposób obok promieniowania wytwarza się konwekcję. Również w tym przypadku przepływ ciepła między przewodami grzejnymi a wsadem nie jest optymalny.

Zadaniem wynalazku jest opracowanie konstrukcji pieca próżniowego - do obróbki przedmiotów metalowych - z cylindryczną obudową ciśnieniową, w której jest usytuowana otoczona promieniowo skierowanymi przewodami grzejnymi komora wsadowa, zaopatrzona w izolację termiczną i urządzenie do schładzania gazu, za którego pomocą gaz chłodzący może być prowadzony poprzez dysze przez komorę wsadową i poprzez wymiennik ciepła. Piec próżniowy powinien

156 379 3 zapewnić możliwie szybkie i równomierne schłodzenie rozgrzanego wsadu, mieć możliwie prostą konstrukcję i być możliwie szybko rozgrzewany.

Zadanie to według wynalazku rozwiązano dzięki temu, że przewody grzejne są ukształtowane jako rury, zaopatrzone w kierunku wsadu w otwory i poprzez elektryczne elementy izolacyjne połączone z urządzeniem rozdzielającym gaz chłodzący. Korzystnie urządzenie rozdzielające gaz chłodzący jest wyposażone w wentylator, który przetłacza gaz chłodzący przez rury grzejne i ponownie zasysa z komory wsadowej. Ponadto jest korzystne, jeżeli ściana izolacji termicznej jest zaopatrzona w obszarze urządzenia rozdzielającego gaz chłodzący w zamykalny otwór. Dzięki temu w okresie nagrzewania wsadu można utrzymać w wewnętrznej komorze pieca przepływu gazu grzejnego z obejściem wymiennika ciepła. W przypadku zastosowania drogich gazów chłodzących korzystne jest również zaopatrzenie pieca w układ do odzyskiwania gazu chłodzącego.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w schematycznym przekroju wzdłużnym piec według wynalazku w fazie nagrzewania do około 750°C, a fig. 2 - w schematycznym przekroju wzdłużnym piec według wynalazku w fazie schładzania.

Piec składa się z cylindrycznej obudowy ciśnieniowej 1, której jedna powierzchnia czołowa jest ukształtowana jako odrzwia 2, przez które przeprowadza się załadunek i wyładunek pieca. Komora wsadowa 3 jest ograniczona od zewnątrz izolacją termiczną 4 w postaci cylindrycznej rury, która jest wykonana z termicznego materiału izolacyjnego, a na powierzchniach czołowych jest zaopatrzona w odpowiednie ścianki, z których co najmniej jedna ścianka 5 jest ruchoma. Izolacja termiczna 4 odcina promieniowanie w komorze wsadowej 3 na zewnątrz, tak że powstają jedynie nieznacznie straty energii. Wewnątrz izolacji termicznej 4 są umieszczone osiowo wokół komory wsadowej 3 elektryczne przewody grzejne 6, które są ukształtowane jako rury grzejne i w kierunku komory wsadowej są zaopatrzone w otwory 7. Rury grzejne 6 mają przykładowo grubość ścianek 1 do 3 mm i szerokość w świetle od 40 do 150 mm. Średnica otworów 7 jest tak zwymiarowana, że suma powierzchni otworów rury grzejnej odpowiada powierzchni szerokości w świetle. Rury grzejne 6 są zamocowane poprzez elektryczne elementy izolacyjne 8 do urządzenia rozdzielającego gaz chłodzący 9, które są usytuowane, z silnikiem napędowym 10 i wentylatorem 11, na stronie naprzeciwległej odrzwiom 2 w obudowie ciśnieniowej. Ścianka izolacji termicznej 4, sąsiadująca z urządzeniem rozdzielającym gaz chłodzący 9, jest zaopatrzona w otwór 12, który za pomocą zasuwy 13 może być otwierany i zamykany. Między obudową ciśnieniową 1 a izolacją termiczną 4 są umieszczone chłodzone wodą rury 14 wymiennika ciepła. Po załadowaniu komory wsadowej 3 przykładowo narzędziami, jest do niej doprowadzony gaz obojętny i jest ona nagrzewana. Zasuwa otwiera otwór 12 w izolacji termicznej (fig. 1), tak że gaz obojętny może być wtłaczany przez wentylator 11 do rur grzejnych 6, skąd przenika on przez otwory 7, które są rozdzielone na długości rur grzejnych, do komory wsadowej 3 i przez otwór 12 w izolacji termicznej jest ponownie zawracany do wentylatora 11. Ponie.waż gaz obojętny jest doprowadzany przez rury grzejne 6, odbiera on szybko ich temperaturę, co powoduje szybkie i jednorodne nagrzanie wsadu przez gorący gaz w obszarze promieniowania niskotemperaturowego. Przez bezpośredni napływ gorącego gazu na wsad, ogrzewa się równomiernie również jego wnętrze. Ten proces nagrzewania w atmosferze gazu ochronnego stosuje się do temperatury około 750°C. W przypadku obróbki utwardzalnej, gdzie występuje temperatura do około 1300°C, gaz obojętny usuwa się z pieca, a dalsze ogrzewanie realizuje się przez promieniowanie cieplne, które w tym zakresie temperatur jest bardzo skuteczne.

Do schładzania nagrzanego wsadu, przy zamkniętym otworze 12 pieca stosuje się zimny gaz obojętny o podwyższonym ciśnieniu. Przy tym ściankę 5 izolacji termicznej 4 odsuwa się od cylindrycznej rury, tak że powstaje szczelina i komora wsadowa 3 łączy się z przestrzenią między obudową ciśnieniową 1 a izolacją termiczną 4 (fig. 2). Gaz chłodzący jest wtłaczany przez wentylator 11 poprzez oziębione rury grzejne 6 z dużą prędkością do komory wsadowej 3, skąd przez rury wymiennika ciepła płynie do urządzenia rozdzielającego gaz chłodzący 9. W przypadku zastosowania odpowiednich gazów obojętnych w połączeniu z wysokimi ciśnieniami i prędkościami gazu, uzyskuje się za pomocą pieca próżniowego intensywność schładzania, porównywalną do uzyskiwanej w olejowych kąpielach oziębiających. Dzięki temu można za pomocą chłodzenia gazowego schładzać i utwardzać inne typy stali niż dotychczas. Rury grzejne 6, które służą

156 379 jednocześnie jako rury doprowadzające gaz, są wykonane korzystnie z węgla, wzmocnionego włóknami czarnego diamentu technicznego. Elektrycznie przewodzący przekrój poprzeczny rur grzejnych, istotny dla wytwarzania ciepła, i wewnętrzna szerokość rur grzejnych, miarodajna dla strumienia objętości gazu, muszą być przy tym dopasowane do siebie. Kombinacja elementu grzejnego i rury doprowadzającej gaz stanowi istotne techniczne uproszczenie przy wytwarzaniu tych pieców.

Jeżeli do schładzania stosuje się drogi gaz obojętny, wówczas korzystne jest jego odzyskiwanie. W tym celu gaz chłodzący, po zakończeniu procesu schładzania, wypompowuje się za pomocą sprężarki z wewnętrznej komory pieca i przesyła do zbiornika wysokiego ciśnienia, skąd może być pobrany do dalszego stosowania.

Fig.1

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 5000 zł.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patento we

   1. Piec próżniowy do obróbki cieplnej przedmiotów metalowych, zawierający cylindryczną obudowę ciśnieniową, w której znajduje się otoczona osiowo skierowanymi przewodami grzejnymi komora wsadowa, zaopatrzona w izolację termiczną i urządzenie do chłodzenia gazu, za pomocą którego można prowadzić gaz chłodzący poprzez dysze przez komorę wsadową i poprzez wymiennik ciepła, znamienny tym, że przewody grzejne (6) są ukształtowane jako rury, zaopatrzone w otwory (7) w kierunku komory wsadowej i połączone poprzez elektryczne elementy izolacyjne (8) z urządzeniem rozdzielającym gaz chłodzący (9).
2. 2. Piec według zastrz. 1, znamienny tym, że urządzenie rozdzielające gaz chłodzący (9) jest zaopatrzone w wentylator (11).
3. 3. Piec według zastrz. 1, znamienny tym, że w obszarze urządzenia rozdzielającego gaz chłodzący (9) ścianka izolacji termicznej (4) jest zaopatrzona w zamykalny otwór (12).
4. 4. Piec według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera układ do odzyskiwania gazu chłodzącego.