PL227507B1 - Sposób schładzania wsadu w piecu próżniowym - Google Patents

Abstract

Wynalazek ma zastosowanie szczególnie przy hartowaniu wsadu, którym są przedmioty metalowe i części konstrukcyjne z różnych gatunków stali i stopów. Sposób schładzania wsadu (2) w piecu próżniowym (1) z dookólnym chłodzeniem polega w szczególności na obróbce cieplnej wsadu (2) o nierównomiernej strukturze przestrzennej. Gaz (3) chłodzący dostarczany jest dzięki wentylatorowi (10) poprzez wymiennik ciepła (7) i dysze (4) do co najmniej dwóch stref (5', 5") komory (6), w której schładzany jest wsad (2). Przepływ gazu (3) przez komorę (6) zapewniony jest poprzez wytworzone podciśnienie. Jednocześnie, przynajmniej w jednej ze stref wewnętrznych (5'), dozowany jest gaz (3) w kierunku od wnętrza komory (6) w stronę płaszcza (8) komory (6) i przynajmniej w jednej ze stref zewnętrznych (5") dozowany jest gaz (3) w kierunku od płaszcza (8) komory (6) do wnętrza komory (6), a każda strefa wewnętrzna (5') w całości otoczona jest przynajmniej jedną strefą zewnętrzną (5"). Gaz (3), dozowany w strefie wewnętrznej (5'), rozchodzi się z niej promieniście, od centrum strefy wewnętrznej (5') przy kształcie strefy wewnętrznej (5') zbliżonym do bryły przestrzennej, korzystnie foremnej.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób schładzania wsadu w piecu próżniowym. Wynalazek ma zastosowanie szczególnie przy hartowaniu wsadu, którym są przedmioty metalowe i części konstrukcyjne z różnych gatunków stali i stopów.

Znane są powszechnie metody szybkiego schładzania wsadu pieca próżniowego polegające na opłukiwaniu wsadu schłodzonym gazem. Dobór gazu zależy od potrzeby uzyskania odpowiedniej dla procesu temperatury, przy czym rodzaj gazu może być dobierany także ze względu na szybkość jego schładzania po uprzednim odebraniu ciepła z wsadu.

Z wynalazku PL 166232 znany jest z konstrukcji pieca próżniowego do obróbki cieplnej sposób hartowania. Gaz wtłaczany jest do centralnej komory pieca symetrycznie poprzez dysze umieszczone w kolektorach. Strumień gazu docierający do kolektorów kierowany jest z dmuchawy, która mieści się bezpośrednio za tylną ścianą izolacyjną komory. Natomiast cyrkulację zapewnia co najmniej jeden wentylator, a szybkie i równomierne chłodzenie oraz minimalizacja straty gazu na drodze jego transportu zapewnione są poprzez wytworzone podciśnienie.

W zależności od rozwiązania gaz wtłaczany jest do wnętrza komory z kilku stron, nawet z pięciu zgodnie z informacją wskazaną w wynalazku PL 179906. W tym szczególnym rozwiązaniu, dysze wyposażone w uszczelniające korki zamykające przepływ gazu zamykane i otwierane są jednocześnie, przy czym gaz dostarczany jest ku środkowi komory z cylindrycznego pierścienia.

Z wynalazku PL156044 znane jest z kolei rozwiązanie z dookólnym chłodzeniem wsadu, które zapewnia równomierną prędkość chłodzenia niezależnie od kształtu i rodzaju obrabianych cieplnie wsadów. Gaz chłodzący dostarczany jest przez dysze kolektora w ten sposób, że schładzana komora z wsadem podzielona jest na dwie części przegrodą przechodzącą przez oś symetrii komory, natomiast każda z tych części podzielona jest na co najmniej dwie strefy - przednią i tylną - przegrodami prostopadłymi do osi symetrii komory, przy czym dla większej ilości przegród pomiędzy wskazanymi strefami znajdują się strefy środkowe, gdzie dowolna strefa jest styczna do płaszcza komory. Gaz dozowany może być do konkretnych stref i jednocześnie lub zamiennie do konkretnych części. Pozwala to na precyzyjne dozowanie zimna w zależności od potrzeby tj. kształtu i rodzaju schładzanego wsadu. Dopływ gazu sterowany jest układem mikroprocesorowym na podstawie sygnałów z czujników lub termoregulatorów.

Gaz w znanych rozwiązaniach wtłaczany jest dyszami lub szczelinami umieszczonymi w elementach znajdujących się w bezpośredniej bliskości płaszcza wewnętrznego pieca od wewnętrznej jego strony, bądź to bezpośrednio umieszczonymi w płaszczu. Może być także kierowany w innym niż prostopadły do płaszcza kierunku. Jednak każdorazowo gaz kierowany jest od strony zewnętrznej względem środka komory do wewnątrz komory, najczęściej także wzdłuż komory.

Odstępstwem od tej reguły jest rozwiązanie ujęte w wynalazku JP3875322. Rozwiązanie to wskazuje możliwość cieplnej obróbki materiału mocowanego w cylindrycznej komorze na wielu poziomach. Gaz wtłaczany jest do komory w regularnych odstępach w linii osi komory, przy czym kierowany jest od osi komory do jej płaszcza na całej jej długości, dzieląc przestrzeń komory na pierścienie zasilane tym gazem. W pierścieniach chłodzony jest wsad rozłożony tam równomiernie, przy czym przy schładzaniu wsadu gaz kieruje się w przestrzeni pierścienia w stronę płaszcza komory.

Wcześniejsze rozwiązania, za wyjątkiem ujawnienia dozującego gaz z podziałem na strefy i/lub strony, nie zapewniają dużej jednorodności chłodzenia wsadu, co szczególnie ma znaczenie dla wsadów o nietypowym niesymetrycznym kształcie, a także dla wsadów o zróżnicowanej grubości ścian lub o nierównomiernych przekrojach. Niestety, nawet rozwiązanie dzielące przestrzeń wewnątrz komory ma liczne niedogodności. Jest skomplikowane technicznie, wymaga szeregu kierownic przepływu i skomplikowanego sterowania.

Stąd też wszelkie działania prowadzone w celu uzyskania optymalizacji procesu mają na celu uzyskanie możliwie największej równomierności rozkładu cieplnego atmosfery gazowej, znajdującej się wewnątrz komory z zaaplikowanym do niej wsadem. Jest to szczególnie ważne w przypadku wsadów o nieregularnej budowie bryły, która staje się nierzadko mimowolną przesłoną dla pewnych obszarów tego wsadu.

W efekcie dotarcie gazu chłodzącego do wnętrza bryły jest utrudnione i pojawiają się znaczne różnice temperaturowe bryły wsadu. To z kolei może skutkować finalną niejednorodnością hartowania, bądź nawet osłabieniem wsadu w miejscach przechłodzenia, które to miejsca podlegają oddziaływaPL 227 507 B1 niu zbyt dużej ilości gazu chłodzącego w jednostce czasu, aby inne miejsca, trudnodostępne, mogły być schłodzone w sposób wystarczający do zahartowania wsadu w całości.

Celem rozwiązania według wynalazku jest uzyskanie prostego i skutecznego sposobu postępowania, zapewniającego możliwość równomiernego schłodzenia całej struktury wsadu, szczególnie tego o nierównomiernej, niesymetrycznej strukturze przestrzennej, o licznych wnękach, wycięciach lub przepustach. Celem jest także uzyskanie tego schłodzenia w oczekiwanej jednostce czasu, bez generowania miejsc przechłodzonych w strukturze wsadu.

Sposób schładzania wsadu w piecu próżniowym z dookólnym chłodzeniem, według wynalazku, polega w szczególności na obróbce cieplnej wsadu o nierównomiernej strukturze przestrzennej. W procesie tym gaz chłodzący dostarczany jest przez dysze do co najmniej dwóch stref komory, w której schładzany jest wsad. Strefy są zasilane dostarczanym gazem niezależnie. Strumień gazu docierający do dysz kierowany jest poprzez wymiennik ciepła usytuowany bezpośrednio za płaszczem komory, natomiast cyrkulację pomiędzy zewnętrzną stroną płaszcza a obudową pieca próżniowego wspomaga co najmniej jeden wentylator, kierujący gaz schłodzony w wymienniku. Przepływ gazu przez komorę zapewniony jest poprzez wytworzone podciśnienie. Jednocześnie przynajmniej z jednej ze stref wewnętrznych, znajdującej się w centrum komory, dozowany jest gaz w kierunku od wnętrza komory w stronę płaszcza komory i przynajmniej w jednej ze stref zewnętrznych dozowany jest gaz w kierunku od płaszcza komory do wnętrza komory, a gaz znajdujący się w strefie wewnętrznej w całości otoczony jest gazem znajdującym się w przynajmniej jednej strefie zewnętrznej. Strefa wewnętrzna ma kształt bryły foremnej, która rozgranicza strefę wewnętrzną od strefy zewnętrznej.

Sposób schładzania charakteryzuje się tym, że rozchodzący się w strefach strumień gazu wprawia się w zawirowanie i kieruje w otoczenie wsadu z pominięciem bezpośredniej jego powierzchni, przy czym gaz dozowany jest w strefie wewnętrznej tak, aby rozchodził się w kierunku od jej centrum.

Strumień gazu rozchodzącego się ze strefy wewnętrznej i jednocześnie lub zamiennie ze strefy zewnętrznej poddaje się rozpraszaniu poprzez odbicie i jednocześnie lub zamiennie przez jego podział. W procesie korzystnie reguluje się przepływ gazu poprzez zwiększenie lub zmniejszenie prędkości jego strumienia. Dla optymalizacji przepływu i zmniejszenia strat energii korzystnie stosuje się dysze i/lub otwory wlotowo-wylotowe komory i jednocześnie lub zamiennie wymiennika ciepła o zmiennej, zwłaszcza powiększonej powierzchni przekroju poprzecznego. Podobnie korzystnie stosuje się wentylator o zmiennej, zwłaszcza powiększonej powierzchni roboczej łopat.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest możliwość jego wykorzystania także przy innych procesach temperaturowej obróbki metali lub ich stopów z użyciem pieca próżniowego. Zaletą rozwiązania jest także możliwość jego stosowania zarówno dla wsadów o znacznych gabarytach, jak też wsadów rozdrobnionych, umieszczanych na sitach lub tacach wewnątrz komory. Zaletą rozwiązania jest również możliwość wykorzystania strefy wewnętrznej wsadu lub strefy bezpośrednio w jego centrum tak, aby całość wsadu była otoczeniem zewnętrznym strefy wewnętrznej, co w efekcie pozwala na najlepsze możliwe przenikanie i opływanie gazu.

Przykładowy sposób schładzania wsadu w piecu próżniowym ujawniony jest na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia schemat ideowy obiegu gazu w piecu próżniowym ukazanym w przekroju.

Przykładowy sposób schładzania wsadu w piecu próżniowym 1 z dookólnym chłodzeniem polega na obróbce cieplnej wsadu 2 o nierównomiernej strukturze przestrzennej. Gaz 3 chłodzący dostarczany jest przez dysze 4 do dwóch stref 5 komory 6, w której schładzany jest wsad 2. Strefy 5 są zasilane gazem 3 w tym samym czasie i przy takich samych warunkach otoczenia, do których należy temperatura, ciśnienie i prędkość przepływy. Strumień gazu 3 docierający do dysz 4 kierowany jest poprzez wymiennik ciepła 7, który mieści się bezpośrednio za płaszczem 8 komory 6, natomiast cyrkulację pomiędzy zewnętrzną stroną płaszcza 8 a obudową 9 pieca 1 wspomaga jeden wentylator 10, kierując gaz 3 schłodzony w wymienniku ciepła 7. Przepływ gazu 3 przez komorę 6 zapewniony jest poprzez wytworzone podciśnienie. Jednocześnie w jednej strefie wewnętrznej 5' dozowany jest gaz 3 w kierunku od wnętrza komory 6 w stronę płaszcza 8 komory 6 i w jednej strefie zewnętrznej 5” dozowany jest gaz 3 w kierunku od płaszcza 8 komory 6 do wnętrza komory 6, a strefa wewnętrzna 5' w całości otoczona jest strefą zewnętrzną 5”. Gaz 3 dozowany w strefie wewnętrznej 5' kierowany jest tak, że rozchodzi się promieniście od jej centrum, przy kształcie strefy wewnętrznej 5' stanowiącym kulę.

Strumień gazu 3 rozchodzącego się ze strefy wewnętrznej 5' i jednocześnie ze strefy zewnętrznej 5” jest rozpraszany, poprzez odbicie w przypadku strefy wewnętrznej 5' i jednocześnie przez po4

PL 227 507 B1 dział strumienia gazu 3 w przypadku strefy zewnętrznej 5”. Strumień gazu 3 rozchodzący się w dowolnej strefie 5', 5” kierowany jest w otoczenie wsadu 2 z pominięciem bezpośredniej jego powierzchni. Strumień gazu 3 wprawiany jest w zawirowanie, przy czym obniża się jego prędkość lub zwiększa się jego przepływ. Dla optymalizacji przepływu i zmniejszenia strat energii powiększa się przekrój poprzeczny otworu wylotowego 11 z komory 6. Powiększa się też powierzchnię roboczą łopat 12 wenty-

Claims (5)

1. Sposób schładzania wsadu w piecu próżniowym z chłodzeniem dookólnym, zwłaszcza przy obróbce cieplnej wsadu o nierównomiernej strukturze przestrzennej, gdzie gaz chłodzący dostarczany jest przez dysze do co najmniej dwóch stref komory, w której wsad jest schładzany, i gdzie strefy są zasilane gazem niezależnie, a przynajmniej w jednej ze stref zewnętrznych gaz dozowany jest w kierunku od płaszcza do wnętrza komory, przy czym strumień gazu docierający do dysz kierowany jest poprzez wymiennik ciepła usytuowany bezpośrednio za płaszczem komory, zaś co najmniej jeden wentylator wspomaga cyrkulację gazu, schłodzonego w wymienniku ciepła, pomiędzy zewnętrzną stroną płaszcza a obudową pieca, przy czym w komorze pieca wytwarzane jest podciśnienie i jednocześnie przynajmniej z jednej strefy wewnętrznej, znajdującej się w centrum komory, gaz dozowany jest w kierunku płaszcza komory, i gdzie gaz znajdujący się w każdej ze stref wewnętrznych jest w całości otoczony gazem z przynajmniej jednej strefy zewnętrznej, przy czym strefa wewnętrzna ma kształt bryły foremnej, która rozgranicza strefę wewnętrzną od strefy zewnętrznej, znamienny tym, że rozchodzący się w strefach (5', 5”) strumień gazu (3) wprawia się w zawirowanie i kieruje w otoczenie wsadu (2) z pominięciem bezpośredniej jego powierzchni, przy czym gaz (3) dozowany jest w strefie wewnętrznej (5') tak, aby rozchodził się w kierunku od jej centrum.

2. Sposób schładzania wsadu w piecu próżniowym, według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień gazu (3) rozchodzącego się ze strefy wewnętrznej (5') i/lub strefy zewnętrznej (5”) poddaje się rozpraszaniu poprzez jego odbicie i/lub przez jego podział.

3. Sposób schładzania wsadu w piecu próżniowym, według zastrz. 1 albo zastrz. 2, znamienny tym, że reguluje się przepływ gazu poprzez zwiększenie lub zmniejszenie prędkości jego strumienia.

4. Sposób schładzania wsadu w piecu próżniowym, według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się dysze (4) i/lub otwory wlotowo/wylotowe (11) komory (6) i/lub wymiennika ciepła (7) o zmiennej, zwłaszcza powiększonej powierzchni przekroju poprzecznego.

5. Sposób schładzania wsadu w piecu próżniowym, według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się wentylator (10) o zmiennej, zwłaszcza powiększonej powierzchni roboczej łopat (12).