PL222277B1 - Piec elektryczny muflowy do bezgeneratorowej obróbki cieplno-chemicznej powierzchni stali - Google Patents

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 222277 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 398632 ^{(51) Int.Cl.}

F27B 5/04 (2006.01) F27B 5/06 (2006.01) C21D 9/00 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 27.03.2012

Piec elektryczny muflowy do bezgeneratorowej obróbki cieplno-chemicznej powierzchni stali

	(73) Uprawniony z patentu:
	JELENIEWSKI MARCIN ELEKTROTERM,
(43) Zgłoszenie ogłoszono:	Podanin, PL
30.09.2013 BUP 20/13	(72) Twórca(y) wynalazku:
	RYSZARD BAZARNIK, Konin, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
29.07.2016 WUP 07/16	(74) Pełnomocnik:
	rzecz. pat. Jerzy Łuczak

PL 222 277 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest piec do obróbki cieplno-chemicznej powierzchni stali, przeznaczony do prowadzenia procesów obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej (dyfuzyjnej) w zakresie temperatur do 1000°C.

Obróbka cieplna wyrobów stalowych w atmosferze powietrza powoduje uboczne zjawisko jakim jest odwęglanie stali. Zjawisko to skutkuje obniżeniem własności mechanicznych wyrobów po obróbce cieplnej.

Poprzez wyposażenie komory roboczej w hermetyczną muflę ze stali żaroodpornej, wewnątrz której, po dostarczeniu atmosfery wzbogaconej w odpowiednie pierwiastki chemiczne, można przeprowadzać różnorodne obróbki cieplno-chemiczne:

- obecność aktywnego węgla C o zawartości 0,8% w preparacie pozwala na nawęglanie dyfuzyjne,

- mieszanina C + N pozwala na węgloazotowanie,

- obecność węgla C o zawartości ok. 0,5% pozwala na wytworzenie atmosfery ochronnej (zrównanie potencjałów węgla w stali i w atmosferze komory roboczej).

Rozwój obróbki cieplno-chemicznej początkowo był realizowany w procesach generatorowych, w których to procesach wytwarzana była w generatorach atmosfera regulowana, dostarczana do hermetycznych komór roboczych pieców (mufli). Ten sposób obróbki cieplno-chemicznej sprawdzał się w branżach, gdzie był tzw. system pracy ciągłej, tzn. 7 dni w tygodniu i przez 3 zmiany. Piece o tej konstrukcji utrzymywano w temperaturze pracy przez cały okres eksploatacji.

Problem występował w branżach, gdzie realizacja technologii obróbki cieplno-chemicznej miała tylko incydentalną konieczność przeprowadzania procesów, szczególnie w systemie 5-cio dniowego tygodnia pracy i 1 lub 2 zmianach, gdzie nie było technicznej i ekonomicznej potrzeby utrzymywania pieca w stanie nagrzanym przez cały czas. Ciągłe podgrzewanie i przetrzymywanie pieca w gotowości technologicznej powodowało wysokie koszty eksploatacji i wymagało wielozmianowej obsługi. Taki sposób pracy pieca w związku z ciągłym wykorzystaniem energii stawał się ni eekologiczny.

Zmusiło to konstruktorów pieców do szukania takich rozwiązań dla technologii obróbki cieplno-chemicznych, aby w danej chwili można było realizować te procesy, ale bez konieczności stosowania generatorów. Stąd koniecznym stało się wprowadzenie tzw. bezgeneratorowej obróbki cieplno-chemicznej. W tym przypadku do hermetycznej komory roboczej pieców (mufli) dostarczane są środki chemiczne wzbogacane w odpowiednie pierwiastki chemiczne.

Dla tych procesów stosowano piece w postaci hermetycznej mufli ogrzewanej z zewnątrz, us ytuowanej w otulinie termoizolacyjnej, mającej wlot instalacji dostarczania ciekłego związku organicznego (CZO) oraz układ odprowadzania produktów poreakcyjnych. W tych piecach w różnorodny sp osób rozwiązywano budowę instalacji dostarczania CZO.

Przedstawione rozwiązanie eliminuje powyższe wady i niedogodności.

Istota wynalazku, którym jest piec elektryczny mu flowy do obróbki cieplno-chemicznej stali w postaci hermetycznej mufli ogrzewanej z zewnątrz, usytuowanej w otulinie termoizolacyjnej, mającej wlot instalacji dostarczania ciekłego związku organicznego oraz układ odprowadzania produ któw poreakcyjnych, polega na tym, że mufla ma układ grzałek elektrycznych, zaś wlot instalacji d oprowadzania ciekłego związku organicznego usytuowany jest w strefie krawędziowej górnej i t ylnej ścianki mufli, natomiast wylot produktów poreakcyjnych usytuowany jest w strefie dennej przeciwl egłej wlotowi, ponadto instalacja dostarczania ciekłego związku organicznego połączona jest przez pompę podającą i przez zawór trójdrożny z pojemnikiem ciekłego związku organicznego i ze zbiornikiem wody.

Korzystnym jest, gdy w strefie wylotu produktów poreakcyjnych ma automatyczny zapłonnik gazów.

Również korzystnym jest, gdy piec jest zaopatrzony w czujnik temperatury ze wskaźnikiem granicznym.

Dodatkowo korzystnym jest, gdy pompą podającą jest pompka membranowa.

Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku, uzyskano następujące efekty techniczno-użytkowe:

- możliwość zastosowania pieca do obróbki cieplno-chemicznej krótkich serii produktów,

PL 222 277 B1

- możliwość bezpośredniego hartowania po zakończonym procesie dyfuzji,

- gotowość technologiczna pieca uzyskiwana po czasie 0,5-1,0 godziny od momentu uruchomienia, oraz możliwość wyłączenia w czasie pomiędzy kolejnymi procesami obróbki cieplno-chemicznej wsadu.

- wyeliminowanie bezproduktywnego okresu grzania pieca podczas braku wsadu do obróbki,

- możliwość ciągłego dostarczania w regulowanej ilości ciekłego związku organicznego jako chłodziwa i stabilizatora atmosfery,

- wykorzystanie zjawiska parowania ciekłego związku organicznego do wytworzenia mgły tego związku, wchodzącej w reakcję chemiczną z materiałem warstwy powierzchniowej produktu.

- wykorzystanie zjawiska rozprężania par do odprowadzenia produktów poreakcyjnych,

- w sytuacjach krytycznych, zgodnie w wymaganiami dot. bezpiecznej eksploatacji pieca, istnieje możliwość szybkiego przełączenia instalacji ciekłego związku organicznego, jako chłodziwa i stabil izatora atmosfery, na zasilanie wodą,

- istnieje możliwość natychmiastowego zapalenia produktów poreakcyjnych oraz automatycznego „śledzenia” istnienia tzw. świeczki,

- obniżenie wagi i kosztów wykonania pieca poprzez wyeliminowanie agregatów okołopiecowych,

- obniżenie kosztów eksploatacji pieca ze względu na krótki okres nagrzewania oraz możliwość wyłączenia w czasie pomiędzy kolejnymi procesami obróbki cieplno-chemicznej wkładu.

Piec ten bez mufli pozwala też na tradycyjną obróbkę cieplną (w atmosferze powietrza) z możliwością przeprowadzania procesu nagrzewania wsadu dla hartowania, wyżarzania i odpuszczania.

Przedmiot wynalazku w przykładowym, lecz nie ograniczającym, wykonaniu uwidoczniono w schematach na rysunku, gdzie na fig. 1 pokazano piec w przekroju w płaszczyźnie przechodzącej przez oś wlotu instalacji doprowadzającej ciekły związek organiczny, zaś na fig. 2 pokazano piec w przekroju w płaszczyźnie A-A z fig. 1.

Piec do obróbki cieplno-chemicznej powierzchniowej stali ma muflę 1 ogrzewaną z zewnątrz poprzez zestaw grzałek elektrycznych 2. Mufla 1 usytuowana jest w otulinie termoizolacyjnej 3. Mufla 1 ma wlot 4 instalacji 5 dostarczania preparatu ciekłego związku organicznego, w tym jako chłodziwa i stabilizatora atmosfery, oraz układ 6 odprowadzania produktów poreakcyjnych. Wlot 4 usytuowany jest w strefie krawędziowej górnej i tylnej ścianki mufli 1, natomiast wylot układu 6 odprowadzania produktów poreakcyjnych usytuowany jest w strefie dennej przeciwległej wlotowi, w drzwiach 7 pieca. Dzięki takiemu rozwiązaniu wlotu i wylotu, w piecu nie ma wymuszonej cyrkulacji atmosfery, a jedynie wykorzystuje się przyrost objętości par ciekłego związku organicznego jako chłodziwa i stabilizatora atmosfery, w wyniku zmiany stanu równowagi z ciekłego na gazowy.

Badania wykazały, że szybkość dyfuzji jest nieznacznie niższa od tej w piecach z mieszadłem. Instalacja 5 dostarczania preparatu ciekłego związku organicznego, jako chłodziwa i stabilizatora atmosfery, połączoną jest przez pompę podającą 8 i przez zawór trójdrożny 9 z pojemnikiem 10 preparatu i zbiornikiem 11 z wodą.

Piec ma również czujnik temperatury 12 z regulatorem temperatury i wskaźnikiem granicznym 750°C oraz maks. temperaturą w piecu (zabezpieczenie elementów grzejnych przed przepaleniem). U wylotu układu 6 odprowadzania produktów poreakcyjnych usytuowana jest zapalarka iskrowa 13 gazów z sondę UV 14 kontroli obecności płomienia.

Sposób obsługi pieca jest następujący. Przed włożeniem do mufli 1 wsadu 15 nagrzewa się ją do wymaganej procesem technologicznym temperatury austenityzacji. W międzyczasie, począwszy od temperatury powyżej 750°C podaje się ciekły związek organiczny jako chłodziwo i stabilizator atmosfery (poniżej tej temperatury blokada pompki membranowej uniemożliwia podawanie preparatu). Po włożeniu wsadu 15 uruchamia się instalację 5 dostarczania preparatu do mufli 1. Pompka membranowa 8 podaje ciekły związek organiczny w stałej ilości w czasie. Pod wpływem temperatury w strefie wlotu 4 środek gwałtownie zmieni stan skupienia, tworząc w mufli 1 atmosferę gazową związku organicznego. Ta atmosfera wchodzi w reakcję z warstwą powierzchniową wsadu 15, przy czym wydzielają się gazowe produkty poreakcyjne. Te produkty, pod wpływem panującego w mufli 1 ciśnienia i poprzez eżekcję układu 6 odprowadzania produktów poreakcyjnych, zostają odprowadzone na zewnątrz pieca, gdzie w wylocie tego układu zostają spalone. W przypadku braku ciągłości spalania (zaniku płomienia) czujnik 14 płomienia uruchamia zapalarkę 13.

PL 222 277 B1

W przypadku zmian temperaturowych w piecu (spadek poniżej 750°C), lub konieczności wymiany pojemnika 10 z ciekłym związkiem organicznym, przełącza się zaworem trójdrożnym 9 instalację na zbiornik 11 z wodą. Wtedy (na moment) w mufli 1 powstaje atmosfera pary wodnej, która w krótkim okresie czasu nie ma negatywnego wpływu na procesy obróbki cieplno-chemicznej stali.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Piec elektryczny muflowy do bezgeneratorowej obróbki cieplno-chemicznej stali w postaci hermetycznej mufli ogrzewanej z zewnątrz, usytuowanej w otulinie termoizolacyjnej, mającej wlot instalacji dostarczania ciekłego związku organicznego oraz układ odprowadzania produktów poreakcyjnych, znamienny tym, że mufla (1 ma układ grzałek elektrycznych (2), zaś wlot (4) instalacji (5) doprowadzania ciekłego związku organicznego usytuowany jest w strefie krawędziowej górnej i tylnej ścianki mufli (1), natomiast wylot (6) produktów poreakcyjnych usytuowany jest w strefie dennej przeciwległej wlotowi (4), ponadto instalacja dostarczania ciekłego związku organicznego (5) połączona jest przez pompę podającą (8) i przez zawór trójdrożny (9) z pojemnikiem ciekłego związku organicznego (10) i ze zbiornikiem wody (11).
2. 2. Piec według zastrz. 1, znamienny tym, że w strefie wylotu (6) produktów poreakcyjnych ma zapłonnik gazów (13).
3. 3. Piec według zastrz. 1, znamienny tym, że ma czujnik (12) temperatury ze wskaźnikiem granicznym.
4. 4. Piec według zastrz. 1, znamienny tym, że pompą podającą (8) jest pompka membranowa.