Загрузить статью в формате PDF => Вакуумные электропечи НИТТИН для 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.
Рисунок. – 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 |