PL232959B1 - Single-compartment HPGQ vacuum furnace for heat treatment of metal long elements - Google Patents
Single-compartment HPGQ vacuum furnace for heat treatment of metal long elementsInfo
- Publication number
- PL232959B1 PL232959B1 PL417751A PL41775116A PL232959B1 PL 232959 B1 PL232959 B1 PL 232959B1 PL 417751 A PL417751 A PL 417751A PL 41775116 A PL41775116 A PL 41775116A PL 232959 B1 PL232959 B1 PL 232959B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- nozzles
- charge
- furnace according
- zones
- shutters
- Prior art date
Links
Landscapes
- Furnace Details (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest jednokomorowy piec próżniowy HPGQ do obróbki cieplnej metalowych elementów długich, a w szczególności jednokomorowy piec próżniowy z wysokociśnieniowym chłodzeniem gazowym HPGQ (High Pressure Gas Quench), przeznaczony zwłaszcza do hartowania goleni podwozi samolotów pasażerskich i transportowych wykonanych ze stali do ulepszania cieplnego typu HSLA.The subject of the invention is a single-chamber HPGQ vacuum furnace for heat treatment of long metal elements, and in particular a single-chamber vacuum furnace with high pressure gas cooling HPGQ (High Pressure Gas Quench), intended in particular for the hardening of legs of passenger and transport aircraft landing gear made of HSLA steel.
Znane rozwiązania pieców próżniowych stosowanych w procesach obróbki cieplnej goleni i elementów podwozi samolotowych, ze stali do ulepszania cieplnego typu HSLA, zostały opisane w artykule C. Filice, D. Herring i P. Vanderpol „Landing-Gear Heat Treating”, opublikowanym w Industrial Heating w 2011 r., gdzie wsad jest nagrzewany i wygrzewany w wydzielonej komorze grzejnej, a hartowanie prowadzi się w oleju hartowniczym - w wydzielonej komorze - celem uzyskania odpowiedniej dla tych materiałów szybkości chłodzenia. Znane jest również rozwiązanie konstrukcyjne pieca próżniowego modelu V6-TH, opisane w materiałach firmy BMI Fours Industries z Francji, gdzie po obróbce cieplnej w wydzielonej komorze grzejnej wsad jest opuszczany do wanny z olejem hartowniczym.Known solutions of vacuum furnaces used in the processes of heat treatment of legs and elements of aircraft landing gear, made of steel for thermal improvement of the HSLA type, are described in the article by C. Filice, D. Herring and P. Vanderpol "Landing-Gear Heat Treating", published in Industrial Heating in 2011, where the charge is heated and annealed in a separate heating chamber, and quenching is performed in a quenching oil - in a separate chamber - in order to obtain a cooling rate appropriate for these materials. The design of the V6-TH model vacuum furnace is also known, described in the materials of the BMI Fours Industries company from France, where, after heat treatment in a separate heating chamber, the charge is lowered into a bath with quenching oil.
Ponadto w zgłoszeniu patentowym P.401445 zostało przedstawione rozwiązanie dwukomorowego pieca próżniowego z poziomym załadunkiem i przesuwem wsadu z komory grzejnej do komory hartowania, gdzie wsad jest również hartowany w oleju z wykorzystaniem systemu zalewowego wanny hartowniczej.Moreover, patent application P.401445 presents a solution of a two-chamber vacuum furnace with horizontal loading and a charge shift from the heating chamber to the quenching chamber, where the charge is also quenched in oil with the use of the quenching bath flooding system.
Aktualnie stan techniki dla obróbki cieplnej (hartowania) elementów podwozi samolotowych skupia się przede wszystkim na olejowej metodzie hartowania, ponieważ, z uwagi na znaczne gabaryty i przekroje tych detali, stosowanie innych metod hartowania było trudne do wprowadzenia. We wszystkich opisanych wyżej metodach nagrzewanie i austenityzacja przebiegają w próżni, przy czym konstrukcje pieców i rozwiązania są specjalizowane do obróbki cieplnej elementów długich, zwłaszcza goleni podwozi samolotowych.Currently, the state of the art for the heat treatment (hardening) of aircraft landing gear elements focuses primarily on the oil quenching method, because due to the large dimensions and cross-sections of these details, the use of other hardening methods was difficult to implement. In all the methods described above, heating and austenitization take place in a vacuum, with furnace structures and solutions specialized for the heat treatment of long elements, in particular the legs of aircraft landing gear.
Znane są także przemysłowe, jednokomorowe piece próżniowe z hartowaniem w gazach obojętnych typu Ar, N2 lub He, oznaczane w literaturze jako HPGQ, w których - przy małych wymiarach komory grzejnej i ciśnieniach gazu w zakresie 6-25 bar- uzyskuje się szybkości chłodzenia wystarczające do hartowania stali HSLA. Typowym przykładem takich pieców HPGQ, stosowanych skutecznie w przemyśle hartowniczym detali i elementów wykonanych z stali HSLA, są piece np. z wymiarami komory grzejnej 600 x 600 x 900 mm lub 900 x 800 x 1200 mm. Hartowane w takich piecach detale z stali HSLA typu 300M i 2340H (wg AlSI), przy ciśnieniu gazu chłodzącego np. 15 bar, uzyskują prędkość chłodzenia na poziomie wymaganym w odpowiednich lotniczych normach materiałowych, nawet dla przekrojów rzędu 0100 mm. Właściwe prędkości chłodzenia uzyskuje się jednak tylko w piecach próżniowych z podanymi wyżej małymi komorami grzejnymi, gdzie konstrukcja komory pozwala na uzyskanie prędkości przepływu gazu chłodzącego we wsadzie np. rzędu 5-10 m/s.There are also known industrial, single-chamber vacuum furnaces with quenching in inert gases of the Ar, N 2 or He type, denoted in the literature as HPGQ, in which - with small dimensions of the heating chamber and gas pressures in the range of 6-25 bar - sufficient cooling rates are achieved for hardening HSLA steels. A typical example of such HPGQ furnaces, effectively used in the hardening industry of details and elements made of HSLA steel, are furnaces, e.g. with the dimensions of the heating chamber 600 x 600 x 900 mm or 900 x 800 x 1200 mm. Workpieces made of HSLA steel type 300M and 2340H (according to AlSI), hardened in such furnaces, at a cooling gas pressure of e.g. 15 bar, achieve the cooling speed at the level required by the relevant aviation material standards, even for cross-sections in the order of 0 100 mm. However, the proper cooling rates are obtained only in vacuum furnaces with the above-mentioned small heating chambers, where the construction of the chamber allows to obtain a cooling gas flow velocity in the charge, e.g. of the order of 5-10 m / s.
W technologii chłodzenia gazowego w piecach HPGQ znana jest powszechnie z literatury zależność współczynnika wymiany ciepła [a], bezpośrednio odpowiedzialnego za prędkość chłodzenia wsadu, wg formuły:In the gas cooling technology in HPGQ furnaces, the relationship between the heat transfer coefficient [a], directly responsible for the cooling speed of the charge, is commonly known from the literature, according to the formula:
a = C p°’7 w0’7 d’0’3 ηΑ39 cp°’31 λ0’69 [ W/m2K]a = C p ° ' 7 w 0 ' 7 d ' 0 ' 3 η Α39 c p ° '31 λ 0 ' 69 [W / m 2 K]
Dla danego przekroju części hartowanej (chłodzonej) [d], współczynnik ten jest jednakowo uzależniony zarówno od ciśnienia gazu chłodzącego [p0·7], jak i od prędkości przepływu tego gazu [w0·7], co definiuje i wyróżnia możliwości jednokomorowych pieców próżniowych z gazowym hartowaniem wysokociśnieniowym HPGQ, jako że w piecach o większych komorach grzejnych bardzo trudno jest zabudować systemy chłodzenia proporcjonalnie większe w stosunku do stosowanych w piecach z małymi komorami grzejnymi np. 600 x 600 x 900 mm. Powoduje to, że w większych piecach przemysłowych występują znacznie niższe szybkości przepływu gazu chłodzącego przy powierzchni detali [ω] rzędu 1,5-2,5 m/s, co uniemożliwia zahartowania wielkogabarytowych detali ze stali HSLA i/lub detali o większych przekrojach.For a given cross-section of the quenched (cooled) part [d], this coefficient is equally dependent on both the cooling gas pressure [p 0 · 7 ] and the gas flow velocity [w 0 · 7 ], which defines and distinguishes the possibilities of single-chamber furnaces vacuum with high-pressure gas quenching HPGQ, as in furnaces with larger heating chambers it is very difficult to install cooling systems proportionally larger than those used in furnaces with small heating chambers, e.g. 600 x 600 x 900 mm. As a result, in larger industrial furnaces there are much lower flow rates of cooling gas at the workpiece surface [ω], on the order of 1.5-2.5 m / s, which makes it impossible to harden large-size HSLA steel workpieces and / or workpieces with larger cross-sections.
Proces obróbki cieplnej wyrobów długich, w tym wielkogabarytowych goleni i elementów podwozi samolotów pasażerskich i transportowych, z maksymalnymi długościami np. do 3200 mm, w konstrukcji których (zwykle o przekroju rurowym) występują powierzchnie nawet do 60-80 mm2, wymaga dotrzymania określonego normami lotniczymi czasu schładzania przekrojów od temperatury austenityzacji do temperatury poniżej 300°C, w czasie poniżej 9,5 minuty. Konieczne jest tu utrzymanie współczynnikaThe process of heat treatment of long products, including large-size legs and landing gear elements for passenger and transport aircraft, with maximum lengths, e.g. up to 3200 mm, with surfaces of up to 60-80 mm 2 (usually with a tubular cross-section), requires compliance with the applicable standards air cooling time of the sections from the austenitizing temperature to the temperature below 300 ° C, in less than 9.5 minutes. It is necessary to maintain the ratio here
PL 232 959 B1 wymiany ciepła [a] na poziomie uzyskiwanym w jednokomorowych piecach HPGQ o małych wymiarach komór grzejnych (600 χ 600 χ 900 mm czy też 900 χ 800 χ 1200 mm), przy czym systemy chłodzenia takiego pieca próżniowego, w zakresie rozwiązań wymienników ciepła oraz mocy silników dmuchaw recyrkulacji gazu chłodzącego, opierają się na rozwiązaniach dostępnych i stosowanych w omówionych wyżej przemysłowych piecach HPGQ (np. 900 χ 800 χ 1200 mm).Heat exchange [a] at the level obtained in single-chamber HPGQ furnaces with small dimensions of heating chambers (600 χ 600 χ 900 mm or 900 χ 800 χ 1200 mm), the cooling systems of such a vacuum furnace in the scope of exchanger solutions heat and power of the cooling gas recirculation blower motors are based on the solutions available and used in the above-mentioned industrial HPGQ furnaces (e.g. 900 χ 800 χ 1200 mm).
Istota konstrukcji jednokomorowego pieca próżniowego według wynalazku polega na tym, że będący na jego wyposażeniu system dyszowego chłodzenia wsadu podzielony jest na dwa podsystemy, z których pierwszy podsystem składa się z dysz nadmuchu, wyposażonych w przesłony, rozmieszczonych na ścianach bocznych komory grzejnej, przy czym przesłony dysz nadmuchu są połączone w strefy z jednym wspólnym napędem pneumatycznym dla każdej strefy, zaś drugi podsystem, osadzony w ścianie izolacyjnej trzonu pieca, składa się z pionowych kolektorów wyposażonych w dysze nadmuchowe, usytuowanych wokół osi posadowienia wsadu, przy czym dysze każdego kolektora są ukierunkowane pod kątem 75-105°, korzystnie 90°, do osi posadowienia wsadu.The essence of the structure of the single-chamber vacuum furnace according to the invention is that the nozzle cooling system for the charge is divided into two subsystems, the first subsystem of which consists of blow-in nozzles equipped with shutters, arranged on the side walls of the heating chamber, while the shutters the blower nozzles are connected to zones with one common pneumatic drive for each zone, and the second subsystem, embedded in the insulating wall of the furnace hearth, consists of vertical manifolds equipped with blast nozzles, positioned around the charge foundation axis, with the nozzles of each collector oriented towards an angle of 75-105 °, preferably 90 °, to the charging axis.
Korzystnym jest, gdy każdy kolektor ma budowę segmentowo-kołnierzową, zaś jego dysze nadmuchowe są usytuowane pionowo w rzędach.Preferably, each manifold has a segmented-flange design and its blast nozzles are arranged vertically in rows.
Korzystnym jest także, gdy każdy pionowy kolektor zawiera poziomy segment z dyszami nadmuchowymi.It is also preferred that each vertical manifold comprises a horizontal segment with blow nozzles.
Również korzystnym jest, gdy każdy kolektor ma część stałą usytuowaną do wysokości tacy podporowej, przy czym w miejscu przejścia tejże części stałej przez ścianę izolacyjną trzonu pieca znajduje się luk wyposażony w przesłonę termiczną z napędem pneumatycznym.It is also advantageous if each collector has a fixed part situated up to the support tray, and at the point where this solid part passes through the insulating wall of the furnace hearth there is a hatch provided with a thermal shutter with pneumatic drive.
Następnie korzystnym jest, gdy suma powierzchni przelotowych dysz na kolektorze odpowiada powierzchni przelotu luku.Then it is preferable that the sum of the passage areas of the nozzles on the manifold corresponds to the passage area of the hatch.
Dalej korzystnym jest, gdy dysze nadmuchowe są podzielone wzdłużnie na 3 strefy, przy czym każda ze stref ma niezależny pneumatyczny napęd zamykania/otwierania przelotów tych dysz.It is further preferred that the blowing nozzles are longitudinally divided into 3 zones, each zone having an independent pneumatic drive for closing / opening the orifices of these nozzles.
Także korzystnym jest, gdy dysze nadmuchowe są wzdłużnie podzielone na 4 strefy, przy czym każda ze stref ma niezależny pneumatyczny napęd zamykania/otwierania przelotów tych dysz.It is also advantageous if the blowing nozzles are longitudinally divided into 4 zones, each zone having an independent pneumatic drive for closing / opening the orifices of these nozzles.
Następne korzystnym jest, gdy dysze nadmuchowe kolektorów oraz przesłony bocznych dysz nadmuchu pierwszego podsystemu są wyposażone w systemy sterowania rewersyjnego.Another advantage is that the blow nozzles of the collectors and the shutter of the side blow nozzles of the first subsystem are equipped with reversible control systems.
Ponadto korzystnym jest, gdy w ścianie izolacyjnej trzonu pieca, w osi posadowienia wsadu, znajdują się luki z przesłonami termicznymi wyposażonymi w napędowe cylindry pneumatyczne.Moreover, it is advantageous if in the insulating wall of the furnace hearth, in the axis of the charge foundation, there are gaps with thermal shutters equipped with pneumatic driving cylinders.
Kolektory wykonane korzystnie z kompozytu CFC zapewniają stabilność temperaturową, niską masę i umożliwiają łatwy montaż do części stałej w trzonie. Strefowy podział na długości zapewnia możliwość dopasowania długości kolektora do długości detalu obrabianego. Budowa kolektorów z CFC o przekroju kwadratowym lub prostokątnym jest również korzystna ze względu na łatwy montażu dysz nadmuchowych w ścianach tego przekroju. Możliwe jest także wykonanie wspomnianych kolektorów z cienkościennych rur ze stali żaroodpornych lub z grafitu stałego o przekroju okrągłym. Przy załadunku np. dwóch detali do obróbki cieplnej, do ich chłodzenia jest stosowany zestaw sześciu kolektorów z otwarciem sześciu luków termicznych w izolacji trzonu w cyklu chłodzenia.The manifolds preferably made of a CFC composite provide temperature stability, low weight, and allow easy mounting to a solid part in the shaft. The zonal division along the length enables the collector length to be adjusted to the workpiece length. The construction of CFC collectors with a square or rectangular cross-section is also advantageous due to the easy installation of blow nozzles in the walls of this cross-section. It is also possible to make the said collectors of thin-walled heat-resistant steel pipes or of solid graphite with a circular cross section. When loading, for example, two workpieces for heat treatment, a set of six collectors is used for cooling them with the opening of six thermal gaps in the shaft insulation in the cooling cycle.
Piec według wynalazku został bliżej objaśniony w przykładowym wykonaniu pokazanego na rysunku, na którym poszczególne figury przedstawiają: fig. 1 - piec próżniowy w przekroju wzdłużnym, fig. 2 - piec próżniowy w przekroju poprzecznym, fig. 3 - przekrój poziomy komory grzejnej, fig. 4 - sposób zabudowy kolektora zewnętrznego nadmuchu dyszowego, fig. 5 - zabudowę kolektora nadmuchu wewnętrznego, fig. 6 - kolektor nadmuchu zewnętrznego ze szczegółem modyfikacji dla chłodzenia detali typu T, zaś fig. 7 - przekrój poprzeczny modyfikacji kolektora nadmuchu dla detalu typu T na poziomie ramion poprzecznych detalu.The furnace according to the invention is explained in more detail in an exemplary embodiment shown in the drawing, in which the individual figures show: Fig. 1 - vacuum furnace in longitudinal section, Fig. 2 - vacuum furnace in cross section, Fig. 3 - horizontal section of the heating chamber, Fig. 4 - external blow-in collector, fig. 5 - internal blow-in collector, fig. 6 - external blow-in collector with a modification detail for cooling T-type parts, and fig. 7 - cross-section of the T-type part's modification of the blow-in collector at the level cross arms of the workpiece.
Piec ma obudowę próżniowo-ciśnieniową 1, wewnątrz której zabudowana jest prostopadłościenna komora grzejna 2. Ściany czołowa i dolna komory grzejnej 2 są osadzone na trzonie 3, który jest wyposażony w wózek jezdny 4.1, 4.2 umożliwiający wysuwanie trzonu 3 na zewnątrz pieca w celu załadunku i wyładunku wsadu. Na wózku jezdnym 4.1, 4.2 są zamontowane drzwi próżniowo-ciśnieniowe 5, które są odsuwane razem z trzonem 3 po otwarciu szybko-zamknięcia 6 obudowy próżniowo-ciśnieniowej 1. W objętości dennicy drzwi, za izolacją termiczną 7 ściany czołowej komory grzejnej 2, oraz w objętości dennicy obudowy 1, za tylną ścianą izolacyjną komory grzejnej 2, są usytuowane przednia dmuchawa 8 i tylna dmuchawa 9 recyrkulacji gazu chłodzącego, z zabudowanymi na drodze przepływu gazu chłodzącego z komory grzejnej lukami wylotowymi 10 i 11 tego gazu z tejże komory, oraz odpowiedniej wielkości wymienniki ciepła 12 i 13, pozwalające schłodzić wsad z komorą grzejną 2 z temperatury austenityzacji do temperatury poniżej 200/300°C, w czasie poniżej 9,5 min.The furnace has a vacuum-pressure casing 1, inside which a rectangular heating chamber 2 is built-in. The front and bottom walls of the heating chamber 2 are mounted on a hearth 3, which is equipped with a carriage 4.1, 4.2 enabling the hearth 3 to be extended outside the furnace for loading and unloading the charge. The vacuum-pressure door 5 is mounted on the carriage 4.1, 4.2, which is moved together with the stem 3 after opening the quick-closure 6 of the vacuum-pressure housing 1. In the volume of the door bottom, behind the thermal insulation 7 of the front wall of the heating chamber 2, and in volume of the housing bottom 1, behind the rear insulating wall of the heating chamber 2, there are a front blower 8 and a rear blower 9 for recirculation of cooling gas, with outlet hatches 10 and 11 of this gas from this chamber built in the path of the cooling gas flow from the heating chamber, and the appropriate size heat exchangers 12 and 13, making it possible to cool the charge with heating chamber 2 from the austenitizing temperature to a temperature below 200/300 ° C, in less than 9.5 minutes.
PL 232 959 B1PL 232 959 B1
Na wszystkich wewnętrznych ścianach komory grzejnej, w tym na trzonie 3, zainstalowany jest systemem elementów grzejnych 14 podzielony na odpowiednie strefy regulacyjne. Na ścianie przedniej i tylnej usytuowane są wentylatory 15 cyrkulacji nagrzewu konwekcyjnego. Ten sposób nagrzewania, np. w zakresie do 750°C, jest korzystny dla przyspieszenia nagrzania wsadu w niskich temperaturach i umożliwia czyste nagrzewanie odprężające lub odpuszczanie po procesie hartowania. Dla realizacji m.in. tej funkcji, dysze nadmuchu 16 pierwszego podsystemu chłodzenia wsadu, rozmieszczone na ścianach bocznych komory grzejnej, są w fazie grzania konwekcyjnego zamykane poprzez zestaw przesłon 17. Przesłony te są połączone w strefy z jednym napędem pneumatycznym 18 dla każdej strefy. Każda ściana z rozmieszczonymi na niej dyszami nadmuchu 16 jest podzielona na wysokości komory grzejnej na trzy-cztery strefy, co umożliwia wyłączenie jednej lub kilku stref w cyklu chłodzenia, w tym rewersyjne przełączanie po jednej ze stref bocznych, naprzemiennie raz z jednej, a raz z drugiej strony w zaprogramowanym czasie, co z kolei ułatwia odpływ gorących gazów z objętości wsadu itp. W fazie chłodzenia otwierane są luki wylotowe 10 i 11 wypływu gazu z komory grzejnej do dmuchaw recyrkulacji 8 i 9 poprzez wymienniki ciepła 12 i 13. Trzon 3, na którym umieszczany jest wsad, wyposażony jest w podpory wsadu 19. Na wsad ten składa się taca podporowa 20, obrabiane detale 21 (np. ze stali HSLA) oraz oprzyrządowanie 22 do ustalania i mocowania detali 21. W przestrzeni pomiędzy podporami wsadu 19, rozmieszczonymi prostopadle do osi pieca, wokół osi posadowienia detali 21, znajdują się luki 23 i pionowo usytuowane kolektory 24 napływu gazu chłodzącego (po cztery wokół każdego detalu 21), przy czym środkowe luki 23 i środkowe kolektory 24, rozmieszczone na długości komory grzejnej 2, obsługują po dwa detale 21. Każdy kolektor 24 z lukiem 23 w izolacji trzonu 3 jest wyprowadzony segmentowo do wysokości detalu 21, co umożliwia każdorazowe dopasowanie wysokości kolektora 24 do wymiaru tego detalu.On all internal walls of the heating chamber, including the shaft 3, a system of heating elements 14 divided into appropriate control zones is installed. Convection heating circulation fans 15 are located on the front and rear walls. This heating method, e.g. in the range up to 750 ° C, is advantageous for accelerating the heating of the stock at low temperatures and allows for pure annealing heating or tempering after the quenching process. For the implementation of, among others In this function, the blowing nozzles 16 of the first charge cooling subsystem, arranged on the side walls of the heating chamber, are closed during the convection heating phase by a set of shutters 17. The shutters are connected to zones with one pneumatic drive 18 for each zone. Each wall with air nozzles 16 arranged on it is divided into three or four zones at the height of the heating chamber, which allows one or more zones to be switched off in the cooling cycle, including reversible switching on one of the side zones, alternating between one and two zones. on the other side at a programmed time, which in turn facilitates the outflow of hot gases from the batch volume, etc. During the cooling phase, the outlet hatches 10 and 11 are opened for the gas flow from the heating chamber to the recirculation blowers 8 and 9 through heat exchangers 12 and 13. Stem 3, on which the charge is placed is equipped with the charge supports 19. The charge consists of a support tray 20, processed details 21 (e.g. made of HSLA steel) and equipment 22 for fixing and clamping details 21. In the space between the charge supports 19, arranged perpendicularly there are gaps 23 and vertically positioned collectors 24 of cooling gas inflow (four around each detail 21) to the axis of the furnace, around the axis of installation of details 21, the middle gaps 23 and the middle collectors 24, arranged along the length of the heating chamber 2, serve two parts 21. Each collector 24 with a hatch 23 in the shaft 3 insulation is led out in segments to the height of the part 21, which allows the height of the collector 24 to be adjusted to the dimensions this detail.
Każdy luk 23 wyposażony jest w przesłonę termiczną 25 z napędem pneumatycznym 26. Przesłony termiczne 25 w fazie cyklu nagrzewania i wygrzewania uszczelniają termicznie komorę grzejną 2, zaś w fazie chłodzenia wsadu pozwalają na niezależne kierowanie przepływami gazu chłodzącego na poszczególne kolektory 24, a przez to na hartowane detale 21. Każdy kolektor 24 ma zabudowany na stałe segment wyprowadzenia 27 zakończony kołnierzem 28, na wysokości poniżej poziomu podpór wsadu 19, co umożliwia szybki montaż segmentu powyżej samego kołnierza. Pozwala to, w zależności od typu elementów podwozia (T/L/I) i ich wysokości, na zabudowę dookolnych kolektorów 24 do odpowiedniej wysokości np. do 3200 mm dla pieca z komorą grzejną 2 o takiej właśnie wysokości przestrzeni roboczej. Dla elementów typu T korzystne jest stosowanie kolektorów 24 z segmentami poziomymi 29, wyposażonymi w doprowadzenie gazu do dysz ustawionych równolegle do ramion poprzecznych tych elementów. Każdy kolektor 24, wykonany np. z materiału CFC, ma w przekroju kształt prostokąta lub kwadratu celem łatwiejszej budowy tunelu tego kolektora jak i kołnierza montażowego z tańszych, handlowo dostępnych profili i płyt CFC. Na jednej ścianie kolektora 24 (lub na dwóch w przypadku kolektorów obsługujących po dwa detale 21) znajdują się dysze nadmuchowe 30 napływu gazu chłodzącego. Rozstaw dysz 30 jest porównywalny z rozstawem dysz w piecach próżniowych HPGQ (o wielkości 600 χ 600 χ 900 mm lub 900 χ 800 χ 1200 mm, np. co 250-300 mm) i ustawieniem tych dysz w odległości 200-300 mm od powierzchni detalu. Gaz chłodzący jest nadmuchiwany na każdy detal 21 z czterech stron, przy czym dysze są ukierunkowane prostopadle do osi detalu, z tym że można je również ustawić pod małym kątem np. 5-15°. Zmniejsza to zakłócenia odpływu gazu chłodzącego z powierzchni detalu i poprawia jednorodności chłodzenia, wpływając jednocześnie na odkształcenia i szybkość liniową [ω] gazu chłodzącego przy powierzchni samego detalu. Możliwe są również ustawienia różnych kątów wzdłuż wysokości detalu w zależności od grubości jego ściany, zwykle o przekroju rury. Luki 23 na kolektorach 24 mają powierzchnie przelotu (pole przekroju) równe lub większe od sumy powierzchni przelotowych wszystkich dysz 30 możliwych do zamontowania na danym kolektorze z użyciem wszystkich stref do wysokości 3000 mm. Istnieją również kolektory 24 o przekroju kołowym, wykonanych np. z materiałów grafitowych lub ze stali żaroodpornej.Each hatch 23 is equipped with a thermal shutter 25 with a pneumatic drive 26. Thermal shutters 25 in the heating and heating cycle phase thermally seal the heating chamber 2, and in the charge cooling phase, they allow for independent directing of the cooling gas flows to the individual collectors 24, and thus to hardened details 21. Each manifold 24 has a fixed inlet segment 27 terminating in a flange 28 at a height below the level of the batch supports 19, which allows for quick assembly of the segment above the flange itself. This allows, depending on the type of chassis elements (T / L / I) and their height, for the installation of the all-round collectors 24 to the appropriate height, e.g. up to 3200 mm for a furnace with a heating chamber 2 with such a working space height. For T-elements, it is advantageous to use manifolds 24 with horizontal segments 29 provided with gas supply to nozzles arranged parallel to the transverse arms of these elements. Each collector 24, e.g. made of CFC material, has a rectangular or square cross-section in order to facilitate the construction of the collector's tunnel and mounting flange from cheaper, commercially available CFC profiles and plates. On one wall of the collector 24 (or on two in the case of collectors serving two parts 21) there are blowing nozzles 30 for the supply of cooling gas. The spacing of nozzles 30 is comparable to the spacing of nozzles in HPGQ vacuum furnaces (size 600 χ 600 χ 900 mm or 900 χ 800 χ 1200 mm, e.g. every 250-300 mm) and the arrangement of these nozzles at a distance of 200-300 mm from the workpiece surface . The cooling gas is blown onto each detail 21 from four sides, the nozzles being oriented perpendicular to the axis of the workpiece, but can also be set at a small angle, e.g. 5-15 °. This reduces disturbances in the outflow of the cooling gas from the workpiece surface and improves the cooling uniformity, while affecting the deformation and linear velocity [ω] of the cooling gas at the workpiece surface. It is also possible to set different angles along the height of the workpiece depending on the thickness of its wall, usually of a pipe cross-section. The gaps 23 on the manifolds 24 have a passage area (cross-sectional area) equal to or greater than the sum of the passage areas of all nozzles 30 possible to be mounted on a given manifold using all zones up to a height of 3000 mm. There are also circular cross-section collectors 24, made of e.g. graphite materials or heat-resistant steel.
Dodatkowo, w ścianie izolacyjnej trzonu 3, w osi posadowienia wsadu, znajdują się trzy luki 31 napływu gazu chłodzącego, każda o średnicy 60-80 mm, z przesłonami termicznymi 32 wyposażonymi w napędowe cylindry pneumatyczne 33, a powyżej zabudowane są kolektory 34 wyposażone w dodatkowe przyłącze 36 przewodu (np. elastycznego węża metalowego, rury mieszkowej) do bezpośredniego wprowadzenia gazu chłodzącego do wnętrza dyszy rurowej 35 (zamocowanej na tymże kolektorze 34), co pozwala na doprowadzenie gazu chłodzącego do wnętrza detalu 21, w różne istotne jego miejsca o pogrubionych ściankach. Każdy kolektor 34 może być wyposażony w kilka takich przyłączy 36. DyAdditionally, in the insulating wall of the shaft 3, in the axis of the charge foundation, there are three cooling gas inflow hatches 31, each with a diameter of 60-80 mm, with thermal shutters 32 equipped with driving pneumatic cylinders 33, and manifolds 34 equipped with additional connection 36 of a conduit (e.g. a flexible metal hose, bellows pipe) for direct introduction of cooling gas into the interior of the pipe nozzle 35 (mounted on the same manifold 34), which allows the supply of cooling gas to the interior of the workpiece 21, at various important points with thick walls . Each manifold 34 may be provided with multiple such connections 36. Dy
PL 232 959 B1 sze 35 oraz system dysz nadmuchu 16 rozmieszczonych w ścianach komory grzejnej 2 mają tak dopasowane średnice, aby zapewnić napływu gazu chłodzącego, np. azotu, z szybkościami 35-45 m/s, przy ciśnieniu do 16 bar. Wentylatory dmuchaw 8 i 9 zasysają gaz chłodzący napływający z komory grzejnej, z dwóch podsystemów chłodzenia wsadu, poprzez luki wylotowe 10, 11 i wymienniki ciepła 12, 13, co zapewnia odpowiednią cyrkulację gazu chłodzącego. Przepływ powinien być tak skalkulowany, aby został zrealizowany podział napływu gazu chłodzącego na poziomie 50% dla dysz nadmuchu 16 w ścianie komory grzejnej 2 oraz 50% dla dysz nadmuchowych 30 w kolektorach 24. Dmuchawy 8 i 9 systemu chłodzenia mają korzystnie moc silników do 2 χ 500 kW. Możliwa jest również praca pieca ze zdemontowanymi kolektorami 24, co pozwala na obróbkę cieplną wsadu ładowanego objętościowo z posadowieniem na tacy 20.The portions and the system of blowing nozzles 16 arranged in the walls of the heating chamber 2 are sized so as to ensure an inflow of cooling gas, e.g. nitrogen, at velocities of 35-45 m / s and pressures of up to 16 bar. The fans of the blowers 8 and 9 suck in the cooling gas flowing from the heating chamber, from the two charge cooling subsystems, through the outlet hatches 10, 11 and heat exchangers 12, 13, which ensures adequate circulation of the cooling gas. The flow should be calculated so as to divide the cooling gas flow at the level of 50% for the blowing nozzles 16 in the wall of the heating chamber 2 and 50% for the blowing nozzles 30 in the collectors 24. The blowers 8 and 9 of the cooling system preferably have engine power up to 2 χ 500 kW. It is also possible to operate the furnace with the collectors 24 removed, which allows heat treatment of the volumetric charge with a seat on the tray 20.
Załadunek pieca odbywa się przy wysuniętym trzonie 3. Po posadowieniu detali 21 na podporach wsadu 19, ich ustaleniu na tacy podporowej 20 oraz pionowym zamocowaniu kolektora 24, trzon 3 jest przesuwany aż do połączenia kołnierzy drzwi próżniowo-ciśnieniowych 5 z kołnierzem obudowy 1. Następnie po uruchomieniu szybko-zamknięcia 6 obudowa 1 jest zamykana próżniowo-ciśnieniowo, zaś po odpompowaniu próżniowym następuje cykl nagrzewania i wygrzewania detali 21 wsadu, np. ze stali 4340H lub 300M wg AISI, na poziomie, odpowiednio 840°C lub 870°C. Po upływie niezbędnego technologicznie czasu austenityzacji wsadu, obudowa próżniowo-ciśnieniowa 1 jest napełniana azotem do zadanego ciśnienia, np. do 16 bar. W tym czasie, poprzez odsunięcie cylindrów pneumatycznych napędu 18 przesłon 17, otwierane są przeloty dysz nadmuchu 16 osadzonych w bocznych ścianach komory grzejnej 2 oraz luki wylotowe 10 i 11 gazu z komory grzejnej 2, po czym uruchomione zostają dmuchawy 8 i 9 oraz następuje otwarcie zaworów doprowadzenia wody chłodzącej do wymienników ciepła 12 i 13. Następnie otwierane są luki 23 napływu gazu chłodzącego do kolektorów 24 poprzez odsunięcie przy użyciu cylindrów pneumatycznych 26 przesłon termicznych 25, oraz, w zależności od potrzeb, otwierane są luki 31 - poprzez odsunięcie przesłon 32 przy użyciu cylindrów pneumatycznych 33, lub uruchamiane jest dodatkowe przyłącze 36 (poprzez podłączenie rury mieszkowej), dla wprowadzania gazu chłodzącego do dysz wewnętrznego chłodzenia detali 21. W cyklu chłodzenia strefy napływu gazu chłodzącego ze ścian bocznych mogą być zamykane rewersyjnie, co ułatwia odprowadzenia gazu chłodzącego z objętości wsadu. Po wychłodzeniu komory pieca 2 i detali 21, np. do temperatury poniżej 100°C, zatrzymuje się dmuchawy 8 i 9 oraz zamyka zawory zasilania wodnego wymienników 12 i 13, zaś z obudowy 1 usuwany jest azot aż do wyrównania ciśnienia z ciśnieniem otoczenia. Po otwarciu szybko-złącza 6 i wysunięciu trzonu 3 następuje rozładunek detali 21 i załadunek kolejnego wsadu. Załadunek i wyładunek odbywa się zawsze z boku trzonu 3, co ułatwiają poprzecznie ustawione podpory wsadu 19. Takie rozwiązanie ułatwia ponadto operację mocowania i rozłączania termoelementów wsadowych zgodnie AMS 2750E.The furnace is loaded with the shaft 3 extended. After the details 21 are placed on the charge supports 19, they are fixed on the support tray 20 and the collector 24 is mounted vertically, the shaft 3 is moved until the flanges of the vacuum-pressure door 5 are joined with the housing collar 1. Then, By actuating the quick-closure 6, the casing 1 is closed under vacuum-pressure, and after vacuum pumping, the cycle of heating and heating the batch details 21, e.g. made of steel 4340H or 300M according to AISI, at the level of 840 ° C or 870 ° C, respectively. After the technologically necessary time of austenitization of the charge has elapsed, the vacuum-pressure housing 1 is filled with nitrogen to the preset pressure, e.g. up to 16 bar. At this time, by moving the pneumatic cylinders of the drive 18 of the shutters 17, the passages of the blowing nozzles 16 embedded in the side walls of the heating chamber 2 and the gas outlet 10 and 11 from the heating chamber 2 are opened, then the blowers 8 and 9 are started and the valves are opened. cooling water supply to heat exchangers 12 and 13. Next, the cooling gas flow hatches 23 to the collectors 24 are opened by shifting the thermal shutters 25 with the use of pneumatic cylinders 26, and, depending on the needs, the gaps 31 are opened - by shifting the shutters 32 of pneumatic cylinders 33, or an additional connection 36 is activated (by connecting a bellows pipe) to introduce cooling gas to the nozzles for internal cooling of the workpieces 21. In the cooling cycle, the zones of cooling gas inlet from the side walls can be reversibly closed, which facilitates the removal of cooling gas from the volume charge. After the furnace chamber 2 and the workpieces 21 have cooled down, e.g. to a temperature below 100 ° C, the blowers 8 and 9 are stopped and the water supply valves of the exchangers 12 and 13 are closed, and nitrogen is removed from the housing 1 until the pressure equalizes with the ambient pressure. After opening the quick-connector 6 and extending the shaft 3, the details 21 are unloaded and the next charge is loaded. Loading and unloading always takes place from the side of the shank 3, which is facilitated by transversely arranged batch supports 19. This solution further facilitates the operation of fixing and disconnecting batch thermocouples in accordance with AMS 2750E.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL417751A PL232959B1 (en) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | Single-compartment HPGQ vacuum furnace for heat treatment of metal long elements |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL417751A PL232959B1 (en) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | Single-compartment HPGQ vacuum furnace for heat treatment of metal long elements |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL417751A1 PL417751A1 (en) | 2018-01-03 |
| PL232959B1 true PL232959B1 (en) | 2019-08-30 |
Family
ID=60788004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL417751A PL232959B1 (en) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | Single-compartment HPGQ vacuum furnace for heat treatment of metal long elements |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL232959B1 (en) |
-
2016
- 2016-06-28 PL PL417751A patent/PL232959B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL417751A1 (en) | 2018-01-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2704436T3 (en) | Device for hot stamping components | |
| US2422105A (en) | Cooling apparatus for heat-treated work using air jets | |
| CN105648165A (en) | Device for individual quench hardening of technical equipment components | |
| WO2023098421A1 (en) | Process pipeline system | |
| WO2023098397A1 (en) | High-vacuum resistance furnace | |
| PL232959B1 (en) | Single-compartment HPGQ vacuum furnace for heat treatment of metal long elements | |
| KR20080028767A (en) | Heating apparatus for billet | |
| US3456331A (en) | Method for brazing aluminum radiators | |
| KR101852113B1 (en) | heat treatment vacuum furnace | |
| EP3505856A1 (en) | Single-chamber high pressure gas quench (hpgq) furnace for heat treatment of long pieces | |
| CN211854994U (en) | Cooler for ultra-high temperature gas | |
| CN104651581A (en) | Heat treatment workshop afterheat utilization system | |
| JP6229066B2 (en) | Heat treatment method for AHSS hot rolled coil, cold rolling method and heat treatment apparatus using the same | |
| US4854860A (en) | Convective heat transfer within an industrial heat treating furnace | |
| CN114107645B (en) | Multifunctional isothermal normalizing furnace for alloy bars and working method thereof | |
| CN211522263U (en) | Solid smelting furnace and metal hot processing production line | |
| KR100307996B1 (en) | The vacuum furnace for quenching of the metallic tools | |
| RU2598021C1 (en) | Method of thermal treatment of cast products from low-carbon alloyed steels, device for implementing the method of heat treatment | |
| KR200255893Y1 (en) | Preheating apparatus of brazing object for batch-type brazing furnace | |
| JPH03257119A (en) | Roller hearth type vacuum furnace | |
| BRPI0416333B1 (en) | cooling device | |
| JP2005344183A (en) | Carburization gas-quenching method | |
| JP2008144215A (en) | Heat treatment device and heat treatment method for aluminum alloy material | |
| TWI557232B (en) | Rapid heat transfer steel heat treatment system | |
| KR100885884B1 (en) | Apparatus for preventing gas intrusion in annealing furnace |