PL89407B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest piec do bezutlenia¬ jacego nagrzewania elementów metalowych w ka¬ pieli grzejnej, w szczególnosci piec elektrodowy do obróbki cieplnej w przemysle metalowym.

Nie ma w zasadzie zadnej galezi przemyslu me¬ talowego np. przemysl obrabiarkowy, lotniczy, na¬ rzedziowy itd., gdzie nie stosowano by obróbki cieplnej czesci z róznych metali i ich stopów. Do glównych zabiegów obróbki cieplnej czesci meta¬ lowych nalezy nagrzewanie do wysokiej temperatu¬ ry, 700°C i wyzszej, przetrzymywanie w tej tempe¬ raturze, a nastepnie schladzanie w wodzie, oleju lub na powietrzu. W wyniku obróbki cieplnej ma¬ terial, z którego wykonana jest dana czesc (ele¬ ment), uzyskuje wymagane wlasnosci takie jak twardosc, wytrzymalosc, trwalosc itd. Do nagrzewa¬ nia czesci metalowych stosuje sie tak zwane piece komorowe lub muflowe z ogrzewaniem gazowym luib elektrycznym.

Przy nagrzewaniu elementów metalowych w tych piecach nastepuje utlenianie ich powierzchni, co prowadzi do tworzenia sie na nich warstwy tlen¬ ków. Obecnosc zendry nie pozwala na bezposrednie wykorzystanie czesci metalowych, stad potrzeba usuniecia uszkodzonej warstwy dla nadania po¬ wierzchni obrabianej czesci wymaganej czystosci.

Osiaga sie to przez dodatkowe operacje mechanicz¬ nej obróbki powierzchniowej strumieniem srutu lub piachu, wytrawianie elektryczne lub mecha¬ niczne itp. Dlatego utlenianie sie, powierzchni cze- sci metalowych przy obróbce cieplnej w wysokiej temperaturze prowadzi do strat surowca metalowe¬ go i zwiekszenia pracochlonnosci wykonania tych czesci (elementów).

Poza tym predkosc nagrzewania w takich pie¬ cach jest nieduza, a mechanizacja procesu obróbki cieplnej bardzo utrudniona. Spadek temperatury w takich piecach siega 30°C i wiecej, co prowadzi do nierównomiernego nagrzewania.

Znany jest sposób obróbki cieplnej metalowych czesci przy uzyciu pradów wysokiej czestotliwosci, który zapewnia duza predkosc nagrzewania i umo¬ zliwia zmechanizowanie procesu obróbki cieplnej.

Jednakze i przy tym sposobie powierzchnia obra¬ bianych czesci ulega utlenianiu, chociaz w mniej¬ szym stopniu niz przy nagrzewaniu w piecach muf¬ lowych. Natomiast niemozliwe jest nagrzewanie tym sposobem elementów o zlozonym ksztalcie.

W praktyce obróbki cieplnej rozpowszechniony jest szeroko sposób nagrzewania metalowych czesci w kapieli grzejnej, w roztopionych metalach lub ich stopach, w róznych solach itp.

Szczególnie powszechnie stosuje sie nagrzewanie w roztopionych solach kwasów halogenowodoro- wych jak BaCl2, KC1, NaCl i cyjanowodorowych, które pozwalaja nagrzewac elementy metalowe z predkoscia 6—10 razy wieksza niz w piecach muf¬ lowych. Nagrzewanie w kapieli solnej charaktery¬ zuje sie prostota urzadzenia, równomiernym roz¬ kladem temperatury w calej objetosci stopionej 89 40789 407 3 masy, latwoscia pomiaru temperatury i mozliwoscia automatyzacji samego procesu obróbki cieplnej.

Jednakze przy nagrzewaniu elementów metalowych w takiej kapieli grzejnej ich powierzchnia ulega równiez utlenianiu, chociaz w mniejszym stopniu niz w piecach muflowych.

Poza tym bez wzgledu na swoje zalety kapiele grzejne maja tez istotne wady. Stopione halogenki i cyjanki wydzielaja pary i gazy, co wymaga stoso¬ wania intensywnej wentylacji do ich usuwania.

Wymienione sole stwarzaja tez niebezpieczenstwo wybuchu, a opadanie kropel wilgoci do stopionej masy wywoluje rozpryski i wybuchy.

Sole reaguja tez z powierzchnia metali powodujac jej odwegianie i zmniejszanie zawartosci pierwia¬ stków stopowych. Prócz tego nastepuje naruszenie struktury powierzchniowej metalu, przez co poja¬ wiaja sie plytkie defekty. Prowadzi to do koniecz¬ nosci zwiekszenia naddatków materialu na mecha¬ niczna obróbke wtórna lub dogladzanie powierzchni obrabianych czesci (elementów).

Wykonczeniowa obróbka mechaniczna (wygla¬ dzanie) metalowych czesci po ich obróbce cieplnej jest bardzo pracochlonna, przez co powierzchnia tych czesci ma o wiele wieksza niz w stanie pocza¬ tkowym, czesto nawet maksymalna twardosc.

Roztopione sole zmieniaja przy ich eksploatacji swój sklad chemiczny, co pogarsza ich wlasnosci technologiczne. Dla zapobiezenia temu zjawisku .trzeba je systematycznie „odtleniac" przez dodawa¬ nie specjalnych skladników wstrzymujacych ich rozklad.

W toku eksploatacji takich kapieli solnych dosta¬ ja sie do nich tlenki zelaza z powierzchni obrabia¬ nych elementów, z elektrod i scianek tygla, które wchodza w reakcje z samymi solami i z tlenkiem z powietrza i sa wytracane w postaci nierozpusz¬ czalnego osadu — szlamu. Obecnosc szlamu w roz¬ topionych solach tez pogarsza ich wlasnosci tech¬ nologiczne i dlatego szlam ten trzeba systematycz¬ nie usuwac z kapieli. Dokonuje sie tego przez czer¬ panie go z kapieli w wysokiej temperaturze, przez co zmniejsza sie wspólczynnik wykorzystania pie¬ ca kapielowego. Istnienie szlamu zmniejsza znacz¬ nie pojemnosc uzytkowa wanny piecowej.

Sole roztapia sie zwykle w piecach tyglowych przy zastosowaniu ogrzewania gazowego lub elek¬ trycznego. Tygle wykonuje sie z zaroodpornych sto¬ pów jako lite lub spawane. Trwalosc tygla zalezy od skladu kapieli, grubosci jego scianek i warun¬ ków eksploatacji. Piece tyglowe stosuje sie zwykle do pracy w temperaturze nie przekraczajacej 900°C, bo przy wyzszej temperaturze pracy wkrótce staja sie one niezdatne do uzycia.

Inne, najbardziej rozpowszechnione urzadzenia do solnych kapieli grzejnych stanowia piece elek¬ trodowe. Wanny takich pieców wykonane sa z za¬ roodpornej cegly i umieszczone sa w stalowej obu¬ dowie. Wewnatrz pieca znajduje sie zaglebienie do stopionej soli. Nagrzewanie kapieli grzejnej doko¬ nuje sie dzieki wykorzystaniu ciepla Jonle'a przy przeplywie pradu elektrycznego przez stopiona ma¬ se soli znajdujaca sie miedzy elektrodami okragly¬ mi lub prostokatnymi. Rozgrzewu kapieli solnej dokonuje sie przez zwarcie elektrod grafitowych 4 lub metalowych za pomoca preta lub pomocniczych spirali. Taki pomocniczy pret rozgrzewa sie pod wplywem pradu zwarcia, wokól niego powstaje mi¬ seczka stopionych soli, która z czasem zwiera dwie najblizsze elektrody, co doprowadza do szybkiego rozprzestrzenienia sie procesu topnienia soli na cala ich objetosc. Przy pracy pieca stopiona sól powo¬ duje powolne niszczenie wykladziny z cegly szamo¬ towej i dlatego roztapia sie ja czesto w metalowym tyglu wstawionym do komory utworzonej przez wy¬ prawe pieca. Takie tygle szybko sie jednak utlenia¬ ja po zewnetrznej stronie i niszczeja w miejscach spawów i stad ich zastosowanie jest ograniczone.

W zaleznosci od rozmiarów wanna pieca moze byc zaopatrzona w dwie lub wiecej elektrod. Piece takie bywaja zasilane z jedno- lub trójfazowego transformatora, co jest uzaleznione od liczby elek¬ trod. Najbardziej 'rozpowszechnione sa trójfazowe wanny solne z trzema elektrodami.

W czasie pracy pieca elektrody zuzywaja sie tak, ze odstep miedzy nimi znacznie sie zwieksza. Po¬ woduje to nierównomierne obciazenie faz zródla zasilania. By przeciwdzialac temu zaklada sie do wanny pieca równolegle do elektrod od strony stre- fy roboczej przegrode metalowa, która chroni tez elektrody przed zwarciem przez zanurzenie do roz¬ topionej soli obrabianych czesci metalowych. Taka przegroda przy swych zaletach ma tez jednak te wade, ze zmniejsza pojemnosc uzytkowa wanny, a poza tym urzadzenia mocujace przegrode ulegaja niszczeniu, co grozi opadnieciu jej do wanny i zwa¬ rciem elektrod.

Istotne niedogodnosci nagrzewania czesci meta¬ lowych w piecach elektrodowych z zastosowaniem kapieli solnych naklaniaja do poszukiwania innych metod nagrzewania nie wywolujacych utleniania lub chocby ograniczajacych proces utleniania po¬ wierzchni obrabianych czesci. Do takich metod na¬ lezy nagrzewanie w piecach prózniowych, w osrod- 40 ku gazów obojetnych (argonu lub tp.) lub w atmo¬ sferze ochronnej. Nagrzewanie w prózni stanowi malo wydajny proces wymagajacy zlozonych i ciez¬ kich urzadzen, a predkosc nagrzewania jest mniej¬ sza niz w piecach muflowych. Nagrzewanie w osrod- 45 ku gazów obojetnych nastepuje z taka sama pred¬ koscia, jak w piecach muflowych, ale jest bardzo niewygodne i nie pozwala uniknac w pelni utlenia¬ nia sie powierzchni metalowych elementów, p" Urzadzenia do nagrzewania w atmosferze 50 I ochronnej sa kaprysne w eksploatacji, wymagaja odtluszczania powierzchni obrabianych czesci, przy czym ich powierzchnie moga sie nasycac niepoza¬ danymi domieszkami (np. azotem przy nagrzewaniu nierdzewnych stali, co zmniejsza ich odpornosc na 55 korozje. Prócz tego w metodzie tej nie udaje sie zapobiec w pelni utlenianiu sie obrabianych czesci metalowych. Predkosc nagrzewania w atmosferze ochronnej jest taka sama, jak w piecach muflo¬ wych. 60 Atmosfere ochronna stanowi mieszanina zdyso- cjowanego amoniaku i wodoru oraz produkty roz¬ kladu zwiazków organicznych (spirytusu metylo¬ wego itp.). Do uzyskania takich atmosfer konieczne sa specjalne stacje wytwarzajace mieszaniny gazów 65 o odpowiednim skladzie.89 407 Poszukiwania za rozwiazaniami pozwalajacymi zastapic roztopione sole innymi cieklymi czynnika¬ mi grzejnymi prowadzone sa od dawna. Propono¬ wano nagrzewac elementy metalowe w stopionym szkle jonowym. Znane sa tez zestawy specjalnych 5 materialów szklistych Starolda (USA). Jednakze wszystkie te sposoby nie daly nalezytego rozwiaza¬ nia odpowiadajacego w pelni wymaganiom stawia¬ nym cieklemu czynnikowi grzejnemu, który by po¬ zwalal prowadzic bezutleniajace nagrzewanie me- 10 talowych elementów i chronic ich powierzchnie przed utlenianiem sie przy przenoszeniu tych ele¬ mentów do kapieli hartowniczej. Taki czynnik grzejny powinien odpowiadac nastepujacym wyma¬ ganiom: dobrze zwilzac powierzchnie metali, miec 15 dobra przewodnosc elektryczna, charakteryzowac sie lepkoscia w granicach 1 + 6 pausów, nie wcho¬ dzic w reakcje z nagrzanymi metalami, przejawiac mala przenikliwosc dla tlenu itp.

W 1968 r. w Instytucie Spawalnictwa Elektrycz- 20 nego im. E. O. Patona Akademii Nauk Ukrainskiej SRR opracowano specjalne zuzle syntetyczne do sto¬ sowania jako ciekly czynnik grzejny do bezutlenia- jacego nagrzewania metalowych czesci w procesie hartowania. Opracowane zuzle (szkla boranowe) 25 stosowane sa przy temperaturach w granicach 760—900°C i 900^1100°C i w zasadzie odpowiadaja warunkom stawianym cieklemu czynnikowi grzej¬ nemu. Nie wydzielaja one szkodliwych gazów ani dymu, a opadanie do nich wody nie powoduje roz- 30 prysków ani wybuchów, gdyz woda ta wprost od¬ parowuje. Powierzchnia obrabianych elementów metalowych pozostaje bez zmian nawet przy dlugo¬ trwalym nagrzewaniu, nie odwegla sie i nie zmniej¬ sza zawartosci pierwiastków stopowych. Zastoso- 35 wanie takiego czynnika grzejnego zapewnia dobra zwilzalnosc powierzchni tak, ze przy wyjmowaniu obrabianej czesci z kapieli pokryta jest ona war¬ stwa zuzla skutecznie ochraniajaca jej powierzch¬ nie przed utlenianiem tlenem z powietrza podczas 40 przenoszenia jej do osrodka hartowniczego. Po ostudzeniu do temperatury, w której nie nastepuje juz utlenianie metalu, warstwe zuzla mozna latwo usunac. Uzyskanie przy hartowaniu gladkiej i czy¬ stej powierzchni obrabianych czesci pozwala w isto- 45 tnym stopniu zmniejszyc, a czesto nawet zaniechac wtórnej obróbki mechanicznej (dogladzania) lub wykluczyc operacje srutowania czy piaskowania.

Wymienione zuzle nie zmieniaja swojego skladu chemicznego podczas ich eksploatacji, nie wymaga- 50 ja zadnych dodatków odtleniajacych, nie tworza szlamu i w rezultacie odpada koniecznosc regular¬ nego czyszczenia wanny, przez co zwieksza sie wspólczynnik jej wykorzystania. Jednakze stopione zuzle wchodza w reakcje ze wszystkimi znanymi 55 rodzajami wykladzin zaroodpornych powodujac ich rozpuszczanie. Dlatego zwykle piece elektrodowe, stosowane do kapieli solnych, sa tu nieprzydatne.

Do zuzli tego rodzaju mozna uzywac piece tyglowe z ogrzewaniem gazowym lub elektrycznym. Mozna 60 tez stosowac piece elektrodowe kapielowe ze wsta¬ wionym tyglem metalowym. Wady wlasciwe obu tym rodzajom pieców nie pozwalaja jednak na wy¬ korzystywanie ich przez dluzszy okres. Poza tym stopione zuzle rozpuszczaja intensywnie tlenki ze- 65 6 laza i chromu. Dlatego w opisanym dalej urzadze¬ niu wystepuja „wzery" w scianach tygla na linii styku zuzla z powietrzem.

Przy zastosowaniu w piecach elektrodowych z roztopionym zuzlem elektrod w tradycyjnym roz¬ wiazaniu beda na tych elektrodach wystepowac „wzery" przy powierzchni zuzla. Dlatego trwalosc tygli i elektrod w dotychczasowym rozwiazaniu ulega znacznemu zmniejszeniu zwlaszcza przy pra¬ cy w temperaturze 900—1100°C. Takie niszczenie elementów metalowych pieca i tygla wyjasnia sie tym, ze same te elementy nagrzewaja sie do tem¬ peratury kapieli grzejnej.

Przy powierzchni zuzla nastepuje intensywne utlenianie cieplne wymienionych elementów. Sam zas stopiony zuzel rozpuszcza tworzace sie tlenki, które przechodza do kapieli. W taki sposób na linii styku zuzla z powietrzem nastepuje ciagly proces tworzenia sie tlenków metali i ich rozpuszczania.

W rezultacie w tych partiach elementów metalo¬ wych pieca zmniejsza sie ich grubosc. Poza tym przenikanie do kapieli grzejnej tlenków zelaza i chromu jest zjawiskiem skadinad niepozadanym.

Doprowadza to bowiem do nasycenia stopionego zuzla tlenkami, co pogarsza zdolnosc oddzielania zuzla od powierzchni obrabianych elementów po ich ostudzeniu. Aby uniknac utleniania elektrod i metalowego tygla przy powierzchni kapieli grzej¬ nej, jak tez po zewnetrznej stronie tygla, koniecz¬ nym jest przeciwdzialac ich nadmiernemu rozgrze¬ waniu sie.

Niniejszy wynalazek pozwala uniknac wymienio¬ nych wyzej wad pieców kapielowych.

Zadaniem wynalazku jest skonstruowanie takiego pieca elektrodowego do bezutleniajacego nagrzewa¬ nia elementów metalowych w kapieli grzejnej, któ¬ rego konstrukcja przewidywalaby ochrone przed utlenianiem elektrod i scian metalowego tygla za¬ równo przy powierzchni czynnika grzejnego, jak tez po zewnetrznej jego stronie, co zapewnialoby duza trwalosc pieca, a usytuowanie elektrod sprzyjaloby intensywnemu mieszaniu stopionego czynnika grzej¬ nego celem osiagniecia predkosci jego nagrzewania równej predkosci nagrzewania kapieli solnej.

Glównym celem wynalazku jest skonstruowanie pieca do bezutleniajacego nagrzewania przedmio¬ tów metalowych w kapieli grzejnej charakteryzuja¬ cego sie wieksza trwaloscia od znanych pieców te¬ go typu dzieki zabezpieczeniu elektrod i scian me¬ talowego tygla przed utlenianiem sie przy powierz¬ chni czynnika grzejnego i po zewnetrznej stronie tygla.

Innym celem wynalazku jest skonstruowanie pie¬ ca zapewniajacego intensywne mieszanie stopione¬ go czynnika grzejnego dla uzyskania predkosci jego nagrzewania równej predkosci nagrzewania kapieli solnej.

Te i inne cele osiaga sie dzieki temu, ze piec wedlug wynalazku do bezutleniajacego nagrzewa¬ nia elementów metalowych w kapieli grzejnej ma wanne chlodzona w sposób sztuczny, w której umieszczony jest tygiel metalowy z kapiela grzejna tak, ze tworzy w stosunku do wanny wolna prze¬ strzen zapelniona czynnikiem grzejnym, przy czym do tygla zalozone sa równolegle do jego osi glów-89 407 7 nej elektrody zakonczone plaskimi odgietymi rów¬ nolegle do plaszczyzny dna tygla czesciami w celu spowodowania wydzielania sie miedzy nimi naj¬ wiekszej ilosci ciepla i jednakowego skierowania pradów konwekcyjnych i sil elektrodynamicznych oddzialujacych na ciekly czynnik dla równomierne¬ go rozprowadzania ciepla w calej objetosci kapieli grzejmej.

Ciekle czynniki grzejne — jak na przyklad zuzle syntetyczne — do bezutleniajacego nagrzewania elementów metalowych, jakie wykorzystuje sie w piecach wedlug wynalazku wchodza w reakcje ze stosowanymi materialami ogniotrwalymi i rozpusz¬ czaja je. Dlatego zastosowanie znanych pieców elektrodowych, spotykanych powszechnie do kapie¬ li solnych, nie jest tu mozliwe. Nieprzydatne sa tez piece tyglowe lub piece elektrodowe z wstawio¬ nym tyglem metalowym, stosowane aktualnie do tychze celów. Scianki tygli do kapieli solnych na¬ grzewaja sie ponizej jej zwierciadla do tempera¬ tury kapieli i dlatego ulegaja utlenianiu. A ze czynniki grzejne do bezutleniajacego nagrzewania rozpuszczaja intensywne tlenki zelaza i chromu, dlatego zastosowanie pieców wymienionych typów do kapieli grzejnych jest niemozliwe. Mozna je jednak wykorzystac do tych celów pod warunkiem, ze wanna pieca wykonana z metalu bedzie w ca¬ losci chlodzona. Scianki takiej wanny nie beda sie nagrzewac do temperatury wyzszej, niz temperatu¬ ra czynnika chlodzacego i dlatego nie beda sie utleniac. Poza tym nie beda sie one stykac bezpo¬ srednio z kapiela grzejna, gdyz miedzy ta kapiela a sciankami wanny wytworzy sie warstwa zasty¬ glego czynnika grzejnego. W tym przypadkiu nie ma potrzeby stosowania jakiejkolwiek wykladziny, co wplywa decydujaco na przedluzenie okresu eksplo¬ atacji pieca.

Stopnione zuzle wykorzystywane jako ciekly czynnik grzejny maja lepkosc o kilka stopni wiek¬ sza niz stopione sole i dlatego konieczne jest ich intensywne mieszanie, aby uzyskac predkosc na¬ grzewania taka sama, jak w przypadku kapieli solnych. Zastosowanie elektrod o konstrukcji spo¬ tykanej w konwencjonalnych warunkach solnych nie pozwala na wlasciwe rozwiazanie tego proble¬ mu. Do tego, aby spowodowac intensywne mie¬ szanie roztopionego czynnika grzejnego i wyrów¬ nanie temperatury w calej objetosci kapieli, ko¬ nieczne jest zrównac kierunki pradów konwekcyj¬ nych i sil elektrodynamicznych dzialajacych na czynnik grzejny przy przeplywie przezen pradu.

Mozna to osiagnac przez to, ze strefa wydziela¬ nia najwiekszej ilosci ciepla bedzie sie znajdowac przy dnie tygla. Uzyskuje sie to w taki sposób, ze elektrody maja odgiete równolegle do plaszczyzny dna tygla plaskie konce. Odstep miedzy sasiedni¬ mi elektrodami i ich odgietymi koncami powinien zawierac sie w granicach 15—40 mm. Zwiazane to jest z tym, ze przy mniejszym odstepie naste¬ puje szybkie zuzycie elektrod, a przy wiekszym odstepie niedostateczne jest mieszanie kapieli grzej¬ nej.

Najkorzystniej jest, kiedy w wannie pieca umie¬ szczony jest co najmniej jeden zespól trzech elek¬ trod umieszczonych równolegle wzgledem siebie w 8 jednej plaszczyznie pionowej, przy czym odgiety plasko w stosunku do dna tygla koniec posredniej elektrody ma ksztalt litery U.

Piece omówionego typu moga byc wyposazone zaleznie od objetosci w jeden lub kilka zespo¬ lów elektrod, przy czym jeden taki zespól powi¬ nien skladac sie z trzech elektrod. Warunkowane to jest dazeniem do zmniejszenia objetosci zajmo¬ wanej przez elektrody, a tym samym do zwiek¬ szenia pojemnosci uzytkowej pieca. Posrednia elek¬ troda ma koniec wygiety w ksztalcie litery U, gdyz pozwala to rozprowadzic wydzielajace sie miedzy elektrodami cieplo równomiernie w calej objetosci kapieli. Poza tym przy takim uksztalto¬ waniu elektrod czynnik grzejny nagrzewajac sie w miedzyelektrodowej strefie unosi sie ku górze, a taki tez kierunek maja sily elektrodynamiczne, dzieki czemu intensywnosc mieszania kapieli znacz¬ nie wzrasta. Gestosc pradu w takich elektrodach nie przekracza 20 A/cm2.

Wada pieca, którego wanna chlodzi sie w ca¬ losci woda, jest wieksze zuzycie wody i energii elektrycznej w porównaniu ze zuzyciem energii elektrycznej w wannach solnych. Mozna jednak zmniejszyc zuzycie wody i energii elektrycznej do poziomu zuzycia w piecach elektrodowych w do¬ tychczasowym rozwiazaniu przez wykorzystanie wymienionych juz pozytecznych wlasnosci stopio- nych zuzli lub podobnych czynników grzejnych, dzieki temu, ze nie reaguja one z metalem zanu¬ rzonym w calosci w kapieli grzejnej i nie tworza skorupy na chlodzonych czesciach pieca. Osiaga sie to w piecach skonstruowanych wedlug wyna- lazku. Taki piec wyposazony jest w wewnetrzny tygiel metalowy z tym, ze jego górna krawedz znaj¬ duje sie ponizej poziomu cieklego czynnika grzej¬ nego lub roztopionego zuzla. Tygiel otoczony jest przez metalowa wanne pieca. Miedzy wewnetrz- 40 nym tyglem i ta wanna pozostaje wolna prze¬ strzen, która zapelnia sie tym samym czynnikiem grzejnym, jaki stapia sie w tyglu. W taki sposób wewnetrzny tygiel chroniony jest przed utlenia¬ niem z zewnatrz i od wewnatrz przez roztopiony 45 zuzel.

Ciekly czynnik grzejny znajdujacy sie miedzy scianami tygla i wanny pieca nagrzewa sie do temperatury kapieli tylko przy scianie tygla. Im dalej od sciany tygla w kierunku scian wanny ° pieca, czynnik grzejny szybko zmienia swa zdol¬ nosc przewodzenia ciepla. Przy scianie wanny chlo¬ dzonej wezownica wodna czynnik grzejny jest w stanie zestalonym. W taki sposób czynnik grzej¬ ny znajdujacy sie w przestrzeni miedzy scianami 55 tygla i obudowy pieca nie tylko chroni sciany tygla przed utlenianiem, ale tez stanowi izolacje cieplna, tj. spelnia role wykladziny. Na zewnatrz wymienionej wanny piec wyposazony jest w obu¬ dowe metalowa. W odróznieniu od stosowanych 60 aktualnie pieców, w których temperatura obudowy wynosi 70—100°C, temperatura zewnetrznych scian pieca wedlug wynalazku nie przekracza 30—35°C.

Zuzycie energii elektrycznej w takim piecu jest praktycznie takie samo, jak w konwencjonalnych 65 piecach elektrodowych, a zuzycie wody przy tern-89 407 9 peraturze pracy 1100°C i objetosci 90 1 kapieli zu¬ zlowej wynosi 3 m3/godz.

Korzystne jest w praktyce chlodzic wanne pie¬ ca wedlug wynalazku wezownica wodna zalozona na zewnetrznej jej powierzchni. Zuzycie wody 5 i energii elektrycznej w piecu wedlug wynalazku chociaz pomniejszone przez wykorzystanie tygla wstawionego do wanny pieca z pozostawieniem wolnej przestrzeni w stosunku do jego scian i dna jest wciaz jeszcze duze w porównaniu z wanna- io mi solnymi. Totez dla zmniejszenia tego zuzycia wody i energii elektrycznej do poziomu zuzycia w konwencjonalnych wannach solnych, a takze dla uproszczenia konstrukcji pieca wedlug wyna¬ lazku konieczne jest chlodzic jego obudowe za po- 15 moca wezownicy zalozonej na zewnetrznej powie¬ rzchni obudowy. Do chlodzenia pieca wedlug wy¬ nalazku najbardziej ekonomiczne i przydatne jest stosowac wode.

W piecach wedlug wynalazku o szerokosci i gle¬ bokosci nie przekraczajacych 250 mm korzystne jest dla maksymalnego wykorzystania ich pojem¬ nosci stosowac elektrody w postaci plyt ustawio_ nych równolegle wzgledem siebie i do jednej z bocznych scian wanny, przy czym plyta po stro¬ nie strefy roboczej ma wykonane otwory do cyr¬ kulacji cieklego czynnika grzejnego wywolujace je¬ go mieszanie.

Roztopiony zuzel nagrzewajac sie w strefie mie- 30 dzyelektrodowej przeplywa z duzym cisnieniem przez wymienione otwory w elektrodzie, co wlas¬ nie wywoluje mieszanie roztopu. Taka konstrukcja elektrod zapewnia lepsze mieszanie kapieli niz cy¬ lindryczna. Wreszcie najbardziej praktyczne i ko- ^ rzystne jest zapewnic dla wszystkich czesci pieca znajdujacych sie przy powierzchni roztopionego czynnika grzejnego, by byly chlodzone sztucznie.

Metalowe czesci pieca zanurzone czesto w kapieli grzejnej nie utleniaja sie w strefie zanurzenia, na- 40 tomiast nad poziomem kapieli nagrzewaja sie do jej temperatury i utleniaja na skutek reakcji z tle¬ nem z powietrza. Ciekle czynniki grzejne do bez- utleniajacego nagrzewania, na przyklad na bazie bezwodnika borowego, rozpuszczaja intensywnie 45 tlenki zelaza i chromu, które dostaja sie do ka¬ pieli grzejnej, co jest przyczyna szybkiego niszcze¬ nia czesci metalowych pieca przy powierzchni ka¬ pieli.

W piecach wedlug wynalazku z wstawionym ty- 50 glem i chlodzona wanna konieczne jest dlatego zastosowac na calym obwodzie kapieli grzejnej pierscien chlodzony, który pozwala podwyzszyc po¬ ziom kapieli ponad brzeg wstawionego tygla. Pier¬ scien ten powinien byc zamocowany nad tyglem 55 tak, aby miedzy jego dolna krawedzia a brzegiem tygla istniala pewna szczelina. Jest ona niezbedna do tego, aby w procesie rozgrzewu czynnika grzej¬ nego do tej samej temperatury nagrzewal sie tez tygiel z uwzglednieniem jego rozszerzalnosci ciepl- 60 nej. Dlatego wielkosc szczeliny powinna przekra¬ czac rozszerzenie sie tygla przy rozgrzewie pieca, ale nie wiecej niz 2—10 mm. Jesliby wielkosc szczeliny byla wieksza ciekly czynnik grzejny be¬ dzie sie przedostawal z tygla do wolnej przestrze- 65 ni miedzy scianami tygla i wanny pieca pogar¬ szajac jej chlodzenie w zewnetrznej czesci.

Ustalono, ze w piecach wedlug wynalazku naj¬ korzystniej jest jako czynnik grzejny stosowac szklo, na przyklad borowosodowe. W dalszym cia_ gu przedmiot wynalazku wyjasniony jest szczegó¬ lowo w opisie konkretnego wykonania pieca zo¬ brazowanego na zalaczonych rysunkach, które przedstawiaja: fig. 1 — ogólny widok pieca we¬ dlug wynalazku do bezutleniajacego nagrzewania elementów metalowych w rzucie aksonometrycz- nym z czesciowym przekrojem, fig. 2 — ogólny widok pieca wyposazonego w elektrody plytowe wedlug wynalazku w rzucie aksonometrycznym z czesciowym przekrojem, fig. 3 — rzut boczny pieca z pokrywa i podstawa czesciowo w przekro¬ ju, fig. 4 — schematyczny widok kolektora roz¬ dzielczego regulujacego zuzycie wody do chlodze¬ nia pieca.

Przedstawiony piec (fig. 1) do bezutleniajacego nagrzewania metalowych elementów w kapieli grzejnej sklada sie z chlodzonej sztucznie metalo¬ wej wanny 1 wykonanej z niskoweglowej stali.

Do wanny 1 pieca zamocowany jest zespól trzech elektrod 2. Elektrody 2 te sa ustawione swoja dlugoscia prostopadle do dna obudowy, przy czym kazda z nich ma odgiety plasko koniec 3 równo¬ legle do dna obudowy pieca z tym, ze srodkowa elektroda 2 ma swój koniec 4 uksztaltowany w po¬ staci litery U. Do wanny 1 pieca wstawiony jest spawany tygiel 5 metalowy wykonany z niskowe¬ glowej lub zaroodpornej stali, wewnatrz którego zawarta jest strefa robocza pieca. Miedzy wanna 1 pieca, a tyglem 5 wystepuje wolna przestrzen, któ¬ ra zapelnia sie czynnikiem grzejnym roztapiajacym sie przy pracy pieca, przez co chroni on zewnetrz¬ na powierzchnie tygla przed utlenianiem. Górna krawedz 7 tygla 5 znajduje sie przy pracy pieca w roztopionym czynniku grzejnym jako, ze jest on calkowicie w tym czynniku zanurzony. Taki spawany tygiel 5 stosuje sie przy czesciowym chlo¬ dzeniu wanny 1 pieca. Przy takim czesciowym chlodzeniu wanny 1 pieca, na jej zewnetrznej po¬ wierzchni zamocowana jest wezownica 8. Chlodze¬ nie wanny pieca i innych jego czesci najracjonal¬ niej jest dokonywac przy uzyciu wody jako czyn¬ nika chlodzacego.

W piecach o szerokosci strefy roboczej do 250 mm i takiej samej glebokosci mozna stosowac elektrody 9 plaskie (fig. 2). Takie elektrody 9 wy¬ konuje z plyt i ustawia równolegle wzgledem siebie i jednej ze scian wanny 1 pieca. Przy tym elektroda 9 od strony strefy roboczej pieca ma wykonane otwory 10 pozwalajace na cyrkulacje czynnika grzejnego. Jako czynnik grzejny wyko¬ rzystuje sie znów sodowy czynnik opracowany w Instytucie Spawalnictwa Elektrycznego im. E.O.

Patona Akademii Nauk Ukrainskiej SRR. Po to, aby nie nastepowalo nagrzewanie i utlenianie sie czesci pieca znajdujacych sie przy powierzchni roz¬ topionego czynnika grzejnego, sa one ochladzane.

Dokonuje sie tego za posrednictwem pierscienia 11 zalozonego nad górna krawedzia 7 tygla 5. Pier¬ scien 11 ten chroni tez sciany wanny 1 pieca przed kontaktem z roztopionym czynnikiem grzej-89 407 11 nym i zapobiega przedostawaniu sie tego czynnika do przestrzeni 6 miedzy tyglem 5 i wanna 1 pie¬ ca. Do elektrod 9 w ich górnej czesci przylaczone sa rury 12 o przekroju okraglym lub prostokat¬ nym doprowadzajace czynnik chlodzacy.

Ochlodzony pierscien 11 przytwierdzony jest do górnej plyty 13 nalozonej na wanne 1 pieca. Sama wanna pieca przy jej czesciowym chlodzeniu skla¬ da sie z oddzielnych scian i dna zlaczonych na sruby 14 (fig. 3). Dla utworzenia wolnej prze¬ strzeni 6 miedzy dnem tygla 5 i wanna 1 pieca stosuje sie przekladki 15. Wanna 1 pieca jest w calosci ustawiona na podstawie 16 oslonietej z dwóch stron pokrywami 17 z zaluzjami 18. Wan¬ na 1 pieca otoczona jest obudowa 19 metalowa.

Elektrody 9 zaopatrzone sa w plytki zaciskowe, do których przylacza sie przewody pradowe od (nie pokazanego na rysunku) zródla zasilania.

W celu ochrony elektrod 9 przed zwarciami przez opadajace czesci ponad nimi umieszczona jest me¬ talowa siatka 21 ochronna zamocowana na wspor¬ niku 22 opierajacym sie na dnie 23 tygla. 5 Dla zabezpieczenia obslugi przed promieniowaniem cieplnym z powierzchni rozgrzanej kapieli zasto¬ sowano pokrywe 24 przymocowana na sruby 26 za posrednictwem wsporników 25 do górnej plyty 13 pieca. Wysiegniki 28 przymocowane na sruby 29 do pokrywy 24 osadzone na osi 27 pozwalaja na zajecie przez nia polozenia poziomego lub pio¬ nowego. Czynnik chlodzacy doprowadzany jest do pokrywy 24 za posrednictwem gumowego gietkie¬ go weza 30 nasadzonego na króciec 31. Do rów¬ nowazenia pokrywy 24 sluza przeciwwagi 32 za¬ lozone symetrycznie po obu stronach.

Wstepny nagrzew czynnika grzejnego nastepuje przez spirale 33 grzejna wykonana z zaroodpor¬ nego stopu oporowego i przyspawana do dwóch doprowadzen 34 pradowych przykreconych do ply¬ tek 13 zaciskowych skrajnych elektrod 9. Do za¬ mocowania tych doprowadzen 34 pradowych w sci¬ sle okreslonym polozeniu sluza specjalne plytki 36, do których przytwierdzone sa dwa metalowe uchwyty 37 pozwalajace na latwy montaz i de¬ montaz spirali 33 grzejnej. Plytki 36 zamocowane sa do zewnetrznej powierzchni górnej plyty 13 pie¬ ca izolujac uchwyty 37 i nagrzewane elementy od wanny 1 pieca. Do zalewania cieklego czynnika grzejnego z tygla 2 sluzy lej 38 spustowy, a dzieki uzyciu korka 39 i ukladu 40 dzwigniowego zapo¬ biega sie wyciekaniu czynnika grzejnego podczas pracy pieca. Ciekly czynnik grzejny zlewa sie do chlodzonej wlewnicy 41 znajdujacej sie pod dnem pieca i latwo wysuwanej spod niego. Na zewnatrz wanny 1 pieca na specjalnym stojaku 42 (fig. 4) zamocowany jest kolektor 43 rozdzielczy rozpro¬ wadzajacy wode chlodzaca do wszystkich chlodzo. nych czesci pieca i regulujacy jej zuzycie za po¬ moca zaworów 44, 45 poprzez krócce 46 i zlewke 47 polaczona za posrednictwem tulejki 48 i rura odplywowa.

Do kontroli temperatury wody chlodzacej w miejscu jej odprowadzenia zalozone sa czujniki 49 cieplne sygnalizujace wzrost temperatury powyzej zadanego poziomu. W miejscu przylaczenia kolek¬ tora 43 rozdzielczego do sieci wodociagowej za- 12 klada sie czujnik przeplywu, który powoduje od¬ ciecie zródla zasilania, jesli cisnienie w przewo¬ dzie wodnym spadnie ponizej wymaganego pozio¬ mu.

Instalowanie pieca i przygotowanie go do pracy odbywa sie nastepujaco: Piec ustawia sie w wybra¬ nym miejscu. Wyjmuje sie elektrody 2 lub 9, wy¬ kreca sruby 14 mocujace górna plyte 13 i pokrywe 24 do wanny pieca i zdejmuje sie je. Do wolnej przestrzeni 6 miedzy wanna 1 i tyglem 5 pieca wsypuje sie rozdrobniony czynnik grzejny i ubija sie go. Ustawia sie kolektor 43 rozdzielczy na ze¬ wnatrz wanny 1 pieca. Przylacza sie go do sieci wodociagowej i zlewki. Przylacza sie do niego ochlodzone czesci pieca za pomoca gumowych we¬ zy. Zaklada sie górna plyte 13, elektrody 2, 9 i po¬ krywe 24 i przylacza do nich instalacje chlodze¬ nia wodnego. Przylacza sie zródlo pradu do zaci¬ skowych plytek 20 elektrod 9. Polaczenie to naj- lepiej jest wykonywac kablami chlodzonymi wo¬ da, co pozwala odsunac zródlo zasilania od pieca i stworzyc pewniejsze warunki eksploatacji niz w przypadku zastosowania przewodów szynowych.

Wstawia sie do pieca siatke 21 ochronna. Do tygla zaklada sie pomocnicza spirale 33 grzejna i przy¬ lacza do plytek 20 zaciskowych elektrod 9. Zatyka sie lej spustowy korkiem 39 i zabezpiecza go za pomoca ukladu 40 dzwigowego. Po wykonaniu wszystkich tych czynnosci piec jest gotów do pracy.

Jesli wanna 1 pieca jest w calosci chlodzona wo¬ da, czynnosci wymienionych w punktach 1 i 3 nie wykonuje sie.

Rozgrzew pieca i praca przy nim wymaga na¬ stepujacych zabiegów: Przed rozgrzewem pieca na- lezy sprawdzic, czy elektrody 2, 9 sa prawidlowo zalozone. Powinny one byc zamocowane tak, aby odstep miedzy ich koncami 3, 4 równoleglymi do dna 23 tygla zawieral sie w granicach 15—50 mm (w zaleznosci od charakterystyki zródla pradu). Na- 40 lezy sprawdzic dzialanie czujnika przeplywu; przy wlaczonej sieci wodociagowej zródlo zasilania nie powinno sie wylaczyc. Reguluje sie niezbedne zu¬ zycie wody do wszystkich chlodzonych czesci pie¬ ca. Wsypuje sie czynnik grzejny do tygla 5 tak, .4» aby calkowicie zakrywal pomocnicza spirale 33, grzejna. Wlacza sie zródlo zasilania. Pod wplywem nagrzewania sie spirali 33 grzejnej czynnik grzej¬ ny topi sie i scieka na dno 23 tygla 5 zajmujac tam nieduzy obszar. W miare dalszego topnienia 50 czynnika grzejnego obszar ten stopniowo narasta powodujac nagrzewanie równoleglych do dna tygla konców 3, 4 elektrod 2, 9 i zwierajac je, w wyniku czego powstaje luk elektryczny. Poziom stopione¬ go czynnika grzejnego dochodzi wreszcie do po- 55 wierzchni siatki 21. Nalezy wtedy uwazac, aby spirala 33 byla zawsze zanurzona w czynniku grzej¬ nym. Nastepnie wyjmuje sie te pomocnicza spi¬ rale 33 grzejna z tygla 5 z tym, ze na czas wyj¬ mowania jej nalezy wylaczyc zródlo pradu. Po tej 60 czynnosci wlacza sie go z powrotem i uzupelnia czynnik grzejny w tyglu. Poziom cieklego czynnika grzejnego mozna doprowadzic az do górnej plyty 13 pieca, nie moze on natomiast wypadac nizej od krawedzi chlodzonego woda pierscienia 11. W 65 miare nagrzewania sie scian tygla 5 znajdujacy89 407 13 14 sie w przestrzeni 6 miedzy scianami tygla 5 i wan¬ ny 1 pieca czynnik grzejny topi sie zabezpiecza¬ jac tygiel przed utlenianiem. W poblizu scian wan¬ ny 1 pieca czynnik grzejny pozostaje w stanie zestalonym, to znaczy temperatura czynnika grzej¬ nego wykazuje na szerokosci omawianej przestrze¬ ni 6 znaczny spadek. Zmniejsza to znacznie prze¬ wodnosc cieplna tego czynnika tak, ze spelnia on role izolacji cieplnej. Po osiagnieciu przez stopio¬ ny czynnik grzejny wymaganego poziomu i zadanej temperatury piec jest przygotowany do pracy. Po¬ miaru temperatury kapieli grzejnej dokonuje sie za pomoca termopary chromelowo — aluminiowej, a jej regulacje — przy uzyciu zwyklych urzadzen termoregulacyjnyeh.

W celu zlewania stopionego czynnika grzejnego do wlewnicy 41 nalezy ja wysunac spod pieca.

Nastepnie wyjmuje sie korek 39 z leja 38 spusto¬ wego. Jesli czynnik grzejny nie wycieka z leja 38, nalezy przelamac tworzaca sie w nim zeskoru- piala warstwe.

Claims (4)

Zastrzezenia patentowe

1. Piec do bezutleniajacego nagrzewania elemen¬ tów metalowycTi w kapieli grzejnej, skladajacy sie z wanny wykonanej z materialu zaroodpornego 10 15 20 umieszczonej w stalowej obudowie, tygla oraz elek¬ trod, znamienny tym, ze w chlodzonej w sposób wymuszony wannie (1) umieszczony jest metalo¬ wy tygiel (5) na kapiel grzejna w taki sposób, ze miedzy scianami tygla i wanny pozostaje wolna przestrzen (6), która wypelnia sie cieklym czyn¬ nikiem grzejnym, przy czym w tyglu (5) usytuowa¬ ny jest równolegle do jego osi glównej co naj¬ mniej jeden zespól elektrod (Z) z odgietymi plasko koncami (3) równolegle do dna tygla (5).

2. Piec wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze ze¬ spól elektrod zlozony jest z ustawionych równolegle wzgledem siebie w jednej plaszczyznie pionowej trzech elektrod (2), przy czym odgiety koniec (4) srodkowej elektrody ma ksztalt litery U.

3. Piec wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze elek¬ trody maja postac plyt (9) i sa usytuowane w tyglu (5) równolegle wzgledem siebie i do jednej ze scian bocznych tygla z odpowiednimi odstepami, z prze¬ sunieciem ku scianie tygla dla wytworzenia strefy roboczej, przy czym w plycie elektrody (9) od stro¬ ny tej strefy roboczej wykonane sa otwory (10) dla spowodowania cyrkulacji cieklego czynnika grzej¬ nego.

4. Piec wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze wan¬ na (1) pieca po jej zewnetrznej stronie chlodzona jest za pomoca wezownicy (8) na czynnik chlodza¬ cy. FIGA riE.289 40? ) BZG Bydg., zam. 3993/76, nakl. 115 -f 20 Cena 10 zl