ВАКУУМНЫЕ ЭЛЕКТРОПЕЧИ ТОРГОВОЙ МАРКИ «НИТТИН» ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ПРИМЕРЕ ЗАКАЛКИ В МАСЛО

Дано краткое описание особенностей проведения нового технологического процесса термической обработки в вакуумных элеваторных электропечах моделей СЭВФ-3.3/11,5-ИЗМб-НИТТИН и СЭВФ-5.5/11,5-ИЗМб-НИТТИН, а также СЭВФ-3.3/13-ИЗМф-НИТТИН и СЭВФ-5.5/13-ИЗМф-НИТТИН. Электропечи данных моделей автоматически производит закалку и последующий немедленный отпуск изделий в рабочем пространстве в одном технологическом цикле без их разгерметизации. Также детали обезжириваются от остатков закалочного масла в вакуумных электропечах. Отсутствует необходимость в моечных машинах. Самое главное – термообработка в этих электропечах – финишная операция. После них не надо убирать припуски.

В технологии термической обработки среднелегированных сталей при закалке в открытых ваннах (закалочных машинах) наиболее популярной закалочной средой являются минеральные масла. На сегодняшний день их используют на большинстве отечественных промышленных предприятий. Однако применение минеральных масел в процессах закалки связано с выделением в атмосферу производственного помещения большого количества опасных веществ, которые приводят к возникновению целого ряда проблем:

1) огнеопасность — может воспламениться само масло и его пары. Что делает весь процесс закалки в масло в открытых закалочных баках крайне опасным и требует серьезных мер пожарной безопасности на производстве.

2) задымленности и загазованность рабочих мест;

3) неудовлетворительные санитарно-гигиенические условия труда рабочих термических цехов и участков;

4) дорогостоящие промывка и очистка деталей от остатков масла, а также утилизация отработанных растворителей;

5) необходимость установки дорогостоящих вентиляционных систем;

6) вентиляционный выброс в атмосферу приводит к загрязнению окружающей среды.

В процессе закалки с использованием минеральных масел в качестве закалочной среды в атмосферу производственных помещений выделяются масляные аэрозоли высоких концентраций (50-58 мг/м3) при допустимой — 5 мг/м3. Частицы масляного аэрозоля глубоко проникают в дыхательные пути, нарушая функции легких. При концентрациях аэрозоля 3 мг/м3 снижается иммунобиологическая реактивность организма, что сопровождается особенно часто простудными заболеваниями, оказывает токсическое воздействие на функциональное состояние сердечно-сосудистой системы. Длительный контакт с индустриальными маслами может привести к различным заболеваниям кожи.

Эти проблемы пытаются решать разными способами, но самым эффективным, безальтернативным и комплексным решением является использование вакуумных электропечей с закалкой в масло. Впервые такое решение было предложено более 50 лет назад. За прошедшее время многие зарубежные компаний освоили производство таких вакуумных электропечей. Однако на сегодняшний день во всем мире в одной вакуумной электропечи проводилась только одна термическая операция — закалка в масло. После этого детали вынимались из вакуумной электропечи, отмывались от остатков закалочного масла, подвергались отпуску в другой печи, а затем с них удалялись припуски на толщину оксидного слоя, образовавшегося во время отпуска. Моечный раствор требовалось утилизировать. Хотя задача большей частью была решена, но неудовлетворенность осталась. Поэтому ООО «НПП «НИТТИН» приступил к разработке и производству вакуумных электропечей с закалкой в масло нового поколения, в которых проводился бы весь цикл термообработки (закалка с перемещением садки за время не более 8 секунд, вакуумное обезжиривание, отпуск).

Целью данной работы явилось разработка нового технологического процесса вакуумной закалки в масло, в котором бы термическая обработка явилась финишной операцией и проводилась в одном технологическом цикле, а также разработка соответствующего вакуумно-термического оборудования.

Краткое описание особенностей проведения нового технологического процесса термической обработки в вакуумных элеваторных электропечах моделей СЭВФ-3.3/11,5-ИЗМб-НИТТИН и СЭВФ-5.5/11,5-ИЗМб-НИТТИН, а также СЭВФ-3.3/13-ИЗМф-НИТТИН и СЭВФ-5.5/13-ИЗМф-НИТТИН.

В разработанных электропечах торговой марки «НИТТИН» решается целый ряд проблем, не решенных в существующих аналогах и прототипах, производимых зарубежными компаниями.

Учитывая, что промежуток времени между закалкой и отпуском стальных изделий ограничен (во избежание закалочного растрескивания), необходимо процесс закалки в масло и отпуска объединять в одной печи для обеспечения высокого качества. Для стальных деталей, которые необходимо закаливать в масле, лучше всего использовать вакуумные электропечи торговой марки «НИТТИН». Одно из ключевых преимуществ свойственных вакуумным электропечам торговой марки «НИТТИН» – проведение закалки в масло и «немедленного отпуска» в одном цикле без разгерметизации вакуумной электропечи, что отсутствует у зарубежных аналогов и прототипов.

При таком способе термообработки в элеваторной электропечи садка вначале нагревается в вакууме до температуры закалки. После изотермической выдержки при заданной температуре, садка погружается в закалочную среду. После этого садка извлекается из закалочной среды в зону загрузки садки. Выдержка садки после закалки должна обеспечить стекание остатков закалочной жидкости и понизить температуру нагревательного модуля до заданной температуры, в течение времени, исключающем закалочное растрескивание. После этого садка поднимается обратно в нагревательный модуль, где проходит процедуру обезжиривания (обезмасливания) от пленки закалочного масла. Нагревается и выдерживается при заданной температуре отпуска. Охлаждение садки после отпуска можно производить в закалочной среде или в вакууме.

Очередное преимущество обусловлено малым временем транспортировки садки из горячей зоны в зону закалки. В рассматриваемом типе печей скорость транспортировки садки – менее 8 секунд. Это важно для исключения «подстуживания» садки в процессе ее транспортировки. Время транспортировки садки существенно ниже, чем у зарубежных аналогов и прототипов (до 40 секунд). Для осуществления нового технологического процесса ООО «НПП «НИТТИН» предлагает для этих целей вакуумные элеваторные электропечи моделей СЭВФ-3.3/11,5-ИЗМб-НИТТИН и СЭВФ-5.5/11,5-ИЗМб-НИТТИН, а также СЭВФ-3.3/13-ИЗМф-НИТТИН и СЭВФ-5.5/13-ИЗМф-НИТТИН. В качестве примера рассмотрим описание вакуумной электропечи модели СЭВФ-5.5/11,5-ИЗМб-НИТТИН, так как электропечи других моделей полные аналоги, отличающиеся друг от друга размерами рабочего пространства и применяемых откачных вакуумных систем.

Краткое описание конструкции вакуумной элеваторной электропечи на примере модели СЭВФ-5.5/11,5-ИЗМб-НИТТИН

Исполнение электропечи – элеваторное. Тип садки – составной. Направление загрузки – горизонтальное. Способ загрузки – вилочным погрузчиком (входит в комплект поставки). Максимальные габариты изделий: диаметр (не более) 500 мм, высота (не более) 500 мм. Форма изделий – любая. Максимальная единовременная масса загружаемых изделий на термообработку за один цикл не более 100 кг. Работа электропечи, включая проведение термических процессов и управление вакуумной системой, осуществляется по программе с помощью системы автоматического управления, выполненной на базе микропроцессорных устройств. Электропечь выпускается полностью автоматизированной по регулированию нагревом и охлаждением, а также управлением элементами вакуумной системы.

Трехмерное изображение электропечи приведено на рисунке. Полностью собранная электропечь устанавливается на нулевой отметке фундамента цеха. Она состоит из вертикальной вакуумной камеры и эстакады, которая с трех сторон окружает вакуумную камеру. Под эстакадой размещены вакуумная система и система водяного охлаждения, шкаф электропитания и управления, а также печной трансформатор. Кроме того, эстакада выполняет функции площадки обслуживания токовводов и верхней термопары.

СЭВФ-5.5_11,5-ИЗМ-НИТТИНРисунок. – Вакуумная элеваторная электропечь СЭВФ-5.5/11,5-ИЗМб-НИТТИН

Вакуумная камера представляет собой двухстеночный водоохлаждаемый сосуд колонного типа из листовой конструкционной стали. В камере имеется три зоны: верхняя, средняя и нижняя. В верхней зоне вакуумной камеры смонтирован цельнокерамический нагревательный модуль. Мощность нагревательных элементов модуля – 130 кВт. В средней (загрузочной) зоне находится загрузочный люк. В нижней зоне (закалочном баке) происходит охлаждение садки в закалочной среде.

Расшифровка буквенно-цифровой маркировки

С – нагрев сопротивлением;

Э – элеваторная;

В – среда в рабочем пространстве (вакуум);

Ф – футеровка керамическая;

5 – диаметр рабочего пространства, дм;

5 – высота рабочего пространства, дм;

11,5 – номинальная температура, сотни ˚С;

И – исполнение;

ЗМ – охлаждение садки в вакуумном масле;

б – вакуумная система с бустерным насосом.

Работа электропечи происходит по следующей схеме. Загрузка – выгрузка Электропечи выполняется оперативным персоналом. Садку помещают на под электропечи через загрузочный люк вручную или с помощью вилочного погрузчика, и устанавливаются на стол механизма перемещения садки. Загрузочный люк камеры герметично закрывается водоохлаждаемой крышкой с вакуумным уплотнением. Механизм перемещения устанавливает садку в рабочем пространстве нагревательного модуля.

После окончания процесса нагрева садка перемещается в нижнюю зону охлаждения (закалки). При этом нагревательный модуль отсекается от зоны охлаждения футерованными шторками.

В состав электрооборудования электропечи входят: печной трансформатор; система силового электропитания; монтаж электрический; шкаф электропитания и управления. Трансформатор печной обеспечивают понижение питающего напряжения нагревателей до требуемого. Силовая система обеспечивает регулируемое, бесконтактное электропитание нагревателей. Монтаж электрический обеспечивает подключение нагревателей к системе электропитания.

Шкаф электропитания и управления обеспечивает автоматическое управление и контроль за работой электропечи на базе промышленного микропроцессорного регулятора температуры, имеющего интерфейс связи с компьютером, и ручной (наладочный) режим управления.

Вакуумная система электропечи предназначена для откачки вакуумной камеры электропечи до остаточного давления 0,133 Па (1·10-3 мм.рт.ст.). Она состоит из 2-х линий: форвакуумной и бустерной. Форвакуумная линия обеспечивает откачку вакуумного бустерного насоса и вакуумной камеры электропечи до остаточного давления 1,33 Па (1·10-3мм.рт.ст.). Бустерная линия обеспечивает откачку камеры электропечи до остаточного давления не выше 0,133 Па.

Однопроходная система водяного охлаждения электропечи состоит из стойки водоохлаждения, напорных и сливных шлангов, соединяющих конструктивные элементы электропечи со стойкой водоохлаждения.

Общий вывод.

Таким образом, вакуумные элеваторные электропечи моделей СЭВФ-3.3/11,5-ИЗМб-НИТТИН и СЭВФ-5.5/11,5-ИЗМб-НИТТИН, а также СЭВФ-3.3/13-ИЗМф-НИТТИН и СЭВФ-5.5/13-ИЗМф-НИТТИН являются промышленным оборудование нового поколения с техническими характеристиками, превосходящими зарубежные и отечественные аналоги и прототипы. В них отсутствует выброс опасных веществ в окружающую среду при закалке в масло, которое характерно для закалки в открытых ваннах. Электропечи выпускаются полностью автоматизированными. Электропечи данных моделей автоматически производит закалку и последующий немедленный отпуск изделий в рабочем пространстве без их разгерметизации в одном технологическом цикле. Также детали обезжириваются от остатков закалочного масла в рабочем пространстве вакуумных электропечей. Отсутствует необходимость в моечных машинах. Самое главное – термообработка в этих электропечах – финишная операция. После них не надо убирать припуски. Деталь после обработки металлов резанием сразу же идет в эти электропечи и выходит оттуда чистая, со светлой поверхностью, сухая, и пригодной для последующей сборки узлов.

 Технические и функциональные характеристики

Основные параметры и размеры электропечи приведены в Таблице.

               Наименование параметра

          Норма параметра

  номинальная

 Допустимая

Максимальная температура, 0С

1150

1200

Предельное остаточное давление (после  дегазации), Па  (мм.рт.ст.), не более

0,133  (1 х10-3)

Габариты рабочей камеры, мм,
                              диаметр

500

                              высота

500

Объем масляной ванны, м3

2,4

Габаритные размеры Электропечи, мм
                              ширина

3920

                              длинна

6190

                              высота

5010

Установленная мощность, кВт, не более

130

       в т.ч. нагревателей камеры, не более

110

Равномерность температуры в рабочем пространстве в установившемся режиме в пределах температур 500 – 11500С, не более

±5

Количество независимых зон нагрева

1

Масса садки, кг, не более

200

Масса Электропечи, кг, не более

10 700

Расход охлаждающей воды, м3/ч, не более

2,5…8,0

Время вакуумирования, мин, не более

45

 

Комментирование запрещено