PL166232B1 - mima Piec próżniowy do obróbki cieplnej - Google Patents

Abstract

Piec próżniowy do obróbki cieplnej o cylindrycznej obudowie i mieszczącej się w niej komorze grzejnej do obróbki przedmiotów metalowych, znamienny tym, że grzejna komora (2), wyposażona jest w równomiernie rozmieszczone na obwodzie obrysu wsadu wewnętrzne gazowe kolektory (3), o przekroju pozwalającym na uzyskanie szybkości liniowej przepływającego gazu w granicach od 10 do 30 m/s, z symetrycznie rozmieszczonymi dyszami (4), o przekroju pozwalającym na uzyskanie przyspieszenia strumienia gazu w granicach od 50 do 100 m/s i ukierunkowującymi ten strumień w przestrzeń wsadu, przy czym kolektory (3) połączone są z komorą (5) dmuchawy umieszczoną bezpośrednio za tylną ścianą izolacyjną grzejnej komory (2), gdzie w miejscu ich połączenia wbudowane są ruchome antykonwencyjne przesłony (6), a w drzwiach obudowy (1) wbudowany jest, co najmniej jeden, wentylator (7) cyrkulacji nagrzewu konwekcyjnego i chłodzenia z wirnikiem mieszczącym się w grzejnej komorze (2).

Description

Przedmiotem wynalazku jest piec próżniowy do obróbki cieplnej, szczególnie hartowania przedmiotów metalowych i części konstrukcyjnych z różnych gatunków stali i stopów. Można w nim także prowadzić proces wyżarzania, lutowania oraz hartowania w procesie na^^^i^lania podciśnieniowego i jonowego.

Znane piece próżniowe na ogół mają cylindryczną obudowę próżniowo-ciśnieniową, w której przedmioty poddawane obróbce cieplnej umieszczone są w izolowanej termicznie komorze grzejnej. Wsad ogrzewany jest w tej komorze konwekcyjnie do chwili uzyskania temperatury w zakresie 700°- 900°C, a w warunkach próżni do temperatury austenityzacji. W celu schłodzenia obrabianego wsadu, przez komorę przetacza się pod ciśnieniem, odpowiednio schłodzony gaz obojętny. Doprowadzanie gazu, którego zadaniem jest odebranie energii cieplnej z wsadu, realizowane jest najczęściej dwoma metodami. W pierwszej gaz przepływa góra/dół lub ten przepływ zmieniany jest okresowo tak, że przepływa góra/dół - dół/góra. W drugiej, gaz jest wdmuchiwany przy pomocy dysz rozmieszczonych wokół wsadu.

W opisie patentowym USA nr 4 610 435 zaproponowano piec, w którym nad górnym lukiem i poniżej dolnego luku pieca zastosowano kolektory z mocowanymi wahliwie rzędami dysz. Podobne układy dysz znane są również z opisu USA nr 4 612 651 oraz zgłoszenia polskiego nr. P. 263 873 /BUP 18/87/ i patentu 156 686, gdzie masa gazu doprowadzana jest z dużą szybkością we wsad a dysze znajdują się jak najbliżej obrysu wsadu i są równomiernie rozłożone na obwodzie i wzdłuż komory grzejnej. Klasyczna komora grzejna, znana z patentu USA nr 4 612 651 z dyszowym układem chłodzenia, nie może być wykorzystana do grzania konwekcyjnego ze względu na nieszczelność ścian izolacyjnych, niezbędną dla grzania tego rodzaju.

Patent RFN nr 3 736 502 opisuje konstrukcję, w której do rozprowadzania gazu wykorzystano rury grzejne wykonane z materiałów kompozytowych C-C, a rozłożone wokół wsadu. W rurach tych wykonano otwory, którymi napływa gaz z dużą szybkością liniową i chłodzi wsad wzdłuż.

166 232

Natomiast w polskim patencie nr 156 092 dwustronny kolektor gazowy umieszczony jest we wnętrzu komory grzejnej, a gaz doprowadza dmuchawa poprzez luki otwierane w trakcie chłodzenia.

Rozwiązania te mają ograniczone możliwości dość szybkiego i równomiernego schładzania wsadu, szczególnie gęsto upakowanego. Niektóre z przedstawionych rozwiązań nadmiernie rozbudowują konstrukcję pieca powiększając jego gabaryty i zużycie materiałów.

Chcąc uniknąć tych niedogodności i mając na względzie szybkie i równomiernie schładzanie wsadu, nawet gęsto upakowanego, zaprojektowano piec próżniowy do obróbki cieplnej, w którego komorze grzejnej są umieszczone kolektory z dyszami ukierunkowującymi strumień gazu i wentylator cyrkulacji nagrzewu i chłodzenia.

Piec próżniowy do obróbki cieplnej według wynalazku, przeznaczony głównie do hartowania przedmiotów metalowych i części konstrukcyjnych ze stali i stopów, ma mieszczącą się w cylindrycznej obudowie komorę grzejną wyposażoną w równomiernie rozmieszczone, w co najmniej czterech miejscach obwodu obrysu wsadu, wewnętrzne kolektory gazowe. Mają one taki przekrój aby płynący nimi gaz uzyskiwał szybkość liniową w granicach od 10 do 30 m/s, a ich ściany mają grubość od 1 do 6 mm. Na tych kolektorach symetrycznie rozmieszczone są dysze mające przekrój pozwalający na uzyskanie przyspieszenia przepływu gazu od 50 do 100 m/s i ukierunkowujące strumień gazu w przestrzeń wsadu. Kolektory łączą się z komorą dmuchawy, która umieszczona jest bezpośrednio za tylną ścianą izolacyjną komory grzejnej. W miejscu ich połączenia wbudowane są ruchome przesłony antykonwekcyjne. Piec jest wyposażony również, w co najmniej jeden wentylator cyrkulacji nagrzewu konwekcyjnego i chłodzenia, zamontowany w drzwiach obudowy, którego wirnik mieści się w komorze grzejnej. Wszystkie elementy pracujące w komorze grzejnej wykonane są z materiałów odpornych na temperaturę powyżej 1350°C.

Piec próżniowy do obróbki cieplnej, według wynalazku zapewnia szybkie i równomierne chłodzenie dzięki kolektorom wyposażonym w dysze kierujące gaz w przestrzeń użytkową wsadu. Dzięki umieszczeniu komory dmuchawy bezpośrednio za tylną ścianą komory grzejnej uzyskuje się bardzo krótką drogę transportu gazu do komory grzejnej, co minimalizuje znacznie straty na przepływie gazu. Wentylator nagrzewu konwekcyjnego pracujący również w trakcie chłodzenia, pozwala uzyskać elekt wytwarzania podciśnienia w osi wsadu i wspomaga odprowadzanie gorących gazów z komory grzejnej, a co za tym idzie ułatwia dojście gazu chłodzącego do wnętrza przestrzeni wsadu.

Piec próżniowy do obróbki cieplnej według wynalazku, w przykładzie wykonania pokazano na załączonym rysunku, na którym fig. 1 przedstawia go w przekroju wzdłużnym, a fig. 2-poprzecznym.

Piec próżniowy, w przykładzie wykonania ma w cylindrycznej obudowie 1 grzejną komorę 2. Komora 2 wyposażona jest w wewnętrzne płaskie gazowe kolektory 3 z kompozytu C-C o grubości ścian 3 mm. Kolektory 3 mają taki przekrój, że przepływający przez nie gaz uzyskuje szybkość 20 m/s i są rozmieszczone na obwodzie obrysu wsadu co 90°. Wyposażone są one w symetrycznie rozmieszczone grafitowe dysze 4, o przekroju dającym przyspieszenie strumienia gazu do 80 m/s i kierujące ten strumień w przestrzeń użytkową wsadu. Kolektory 3 połączone są z komorą 5 dmuchawy, która mieści się bezpośrednio za tylną ścianą grzejnej komory 2. W miejscu gdzie łączy się grzejna komora 2 z komorą 5 dmuchawy, zainstalowane są ruchome antykonwencyjne przesłony 6. W drzwiach obudowy 1 wbudowany jest wentylator 7 cyrkulacji nagrzewu konwekcyjnego i chłodzenia, którego wirnik znajduje się w grzejnej komorze 2, przy czym wirnik ten zbudowany jest z materiału kompozytowego C-C.

Dla ułatwienia zrozumienia istoty rozwiązania i pokazania dodatnich skutków technologicznych opisanej konstrukcji podajemy przykład procesu hartowania w piecu próżniowym według wynalazku.

Po załadowaniu grzejnej komory 2 narzędziami stalowymi i odpompowaniu pieca, napełnia się komorę 2 azotem do ciśnienia 3000 hPa. Następnie uszczelnia się połączenia kolektorów 3 z komorą 5 5muchawy przy pomocy ruchomych przesłon antykonwencyjnych ii. Po załączeniu elementów grzejnych rozpoczyna pracę wentylator 7, którego wirnik umieszczony w grzejnej komorze 2 wymusza w niej cyrkulację azotu, a tym samym powoduje równomiernie ogrzanie komory i wsadu Proces nagrzewania w atmosferze azotu prowadzony jest do chwili uzyskania temperatury 900°C. W dalszej kolejności, ewakuuje się z pieca azot, wyłącza wentylator 7 i proces nagrzewania

166 232 realizuje się w próżni. Po zakończeniu procesu austenityzacji obudowa wypełniona jest azotem o ciśnieniu do 1 Mpa. jest to moment, w którym odsuwa się drzwi grzejnej komory 2, tworząc luki dla odpływu gorącego azotu w przestrzeń pomiędzy komorę 2 a obudowę 1. Następnie zostają otwarte antykonwekcyjne przesłony 6 tworząc wolne przeloty między komorą 2 a kolektorami 3. Dmuchawa natomiast przetłacza gaz z komory 5 do kolektorów 3, który dyszami 4 kierowany jest w przestrzeń wsadu. W trakcie chłodzenia, ponownie włączany jest wentylator 7, który powoduje obniżenie ciśnienia azotu w osi wsadu, a tym samym ułatwia dopływ zimnego gazu płynącego z dysz 4. Poza tym praca wentylatora w tej części procesu wspomaga wydmuch gorących gazów z grzejnej komory 2.

W celu uzyskania nierównomiernego chłodzenia, wskazanego dla utrzymania minimalnych odkształceń dużych detali o nierównych przekrojach, wskazane jest sterowanie tegoż procesu antykonwekyjjnrmi przesłonami 6 tak, aby zimny gaz zwiększał i zmniejszał szybkość napływu z poszczególnych stron tego detalu.

Gaz, którym chłodzony jest wsad, może być odzyskiwany znanymi sposobami i urządzeniami.

166 232

Fig. 2

166 232

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,00 zł.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Piec próżniowy do obróbki cieplnej o cylindrycznej obudowie i mieszczącej się w niej komorze grzejnej do obróbki przedmiotów metalowych, znamienny tym, że grzejna komora /2/, wyposażona jest w równomiernie rozmieszczone na obwodzie obrysu wsadu wewnętrzne gazowe kolektory /3/, o przekroju pozwalającym na uzyskanie szybkości liniowej przepływającego gazu w granicach od 10 do 30 m/s, z symetrycznie rozmieszczonymi dyszami /4/, o przekroju pozwalającym na uzyskanie przyspieszenia strumienia gazu w granicach od 50 do 100 m/s i ukierunkowującymi ten strumień w przestrzeń wsadu, przy czym kolektory /3/ połączone są z komorą /5/ dmuchawy umieszczoną bezpośrednio za tylną ścianą izolacyjną grzejnej komory /2/, gdzie w miejscu ich połączenia wbudowane są ruchome antykonwekcyjne przesłony /6/, a w drzwiach obudowy /1/ wbudowany jest, co najmniej jeden, wentylator /7/ cyrkulacji nagrzewu konwekcyjnego i chłodzenia z wirnikiem mieszczącym się w grzejnej komorze /2/.
2. 2. Piec próżniowy do obróbki cieplnej według zastrz. 1, znamienny tym, że grubość ścian wewnętrznych gazowych kolektorów /3/ wynosi od 1 do 6 mm.
3. 3. Piec próżniowy do obróbki cieplnej według zastrz. 1, znamienny tym, że grzejna komora /2/ jest wyposażona w co najmniej cztery wewnętrzne gazowe kolektory /3/.
4. 4. Piec próżniowy do obróbki cieplnej według zastrz. 1, znamienny tyrn, że wszystkie elementy pracujące w grzejnej komorze / 2/ są wykonane z materiałów odpornych na temperaturę powyżej 1350°C.

   * * *