Скачать статью в формате pdf => Печь с выкатным подом для прокалки керамических оболочковых форм
При изготовлении керамических оболочковых форм (далее по тексту — «формы») для литья по выплавляемым моделям одна из технологических операций связана с их прокалкой. Исходную форму оболочки получают по стандартной многоступенчатой технологии, описанной в одной из производственных инструкций. Вначале — путем многократно повторяющегося нанесения суспензии (силикатная связка на водной основе, порошок-наполнитель) и зернистого огнеупорного материала (песчаное покрытие) на сделанную из воска модель. После сушки – происходит удаление восковой массы горячим паром под давлением. На последнем этапе, при прокалке керамической формы, происходит дожиг остатков восковой модели и удаление остатков влаги (дегидратация) в прокалочной электропечи.
Для проведения прокалки рекомендуется применение высоких температур не менее 950 оС и изотермической выдержки не менее 1 часа. После прокалки керамические формы вместе с электропечью обычно охлаждают до комнатной температуры и вновь разогревают непосредственно перед заливкой титановых и жаропрочных сплавов. Именно для такой технологии прокалки оболочковых форм разработана и изготовлена новая электрическая печь с самоходным выдвижным подом.
Такие электропечи поступают на российский рынок в последние годы в основном по импорту. Разработка современной импортозамещающей инновационной прокалочной электропечи модели СДО-10.25.10/12-ИП-НИТТИН (далее по тексту — Электропечь) с выдвижным самоходным подом обеспечит высокое качество прокалки керамических оболочковых форм, которые используются в технологиях точного литья. Процесс прокалки проходит в окислительной (воздушной) атмосфере при температуре в рабочем пространстве электропечи до 1200оС. Садка загружается на рабочую поверхность механизированного пода цеховыми грузоподъемными средствами или вручную. Самоходный под с садкой перемещается в рабочее пространство Электропечи для прокалки, а после прокалки и остывания под с садкой выезжает обратно.
Буквенно-цифровая маркировка Электропечи модели СДО-10.25.10/12-ИП-НИТТИН:
С ˗ вид нагрева ˗ сопротивлением;
Д ˗ основной конструктивный признак ˗ камерная с выдвижным самоходным подом;
О ˗ характер среды в рабочем пространстве нагревательной камеры ˗ окислительная (воздушная);
10 ˗ ширина рабочего пространства в дециметрах; (1000 мм)
25 ˗ глубина рабочего пространства в дециметрах; (2500 мм)
10 ˗ высота рабочего пространства в дециметрах; (1000 мм)
12 ˗ номинальная температура в рабочем пространстве в градусах Цельсия, условно уменьшенная в 100 раз;
ИП – исполнение для прокалки керамических оболочковых форм;
НИТТИН – зарегистрированная торговая марка производителя инновационных электропечей.
Состав Электропечи (см. рис.):
— футерованная нагревательная камера;
— выдвижной механизированный под с нагревательными элементами;
— автономный песочный затвор;
˗ футерованная заслонка с нагревателями и герметичным жаростойким эластичным уплотнением;
˗ механизм подъема и закрывания заслонки с электромеханическим приводом;
— система дожига отходящих газов перед выбросом в атмосферу;
— система электропитания;
˗ система управления.
В конструкции Электропечи использованы новейшие конструкторские достижения ООО «НПП «НИТТИН» в изготовлении общепромышленных Электропечей камерного типа с самоходным выдвижным подом.
Нагревательная камера состоит из футерованного кожуха, изготовленного из конструкционной углеродистой стали, футеровки и нагревателей, размещенных на задней и боковых стенках. Инновационный кожух имеет улучшенную теплоизоляцию, которая обеспечивает температуру наружной стенки не выше температуры окружающей среды. Футеровка нагревательного модуля Электропечи выполнена из ультралегковесного шамота марки ШТУ-0,6. Нагревательные элементы – зигзагообразной формы из сплава высокого омического сопротивления, рассчитанные на увеличенный ресурс работы. При 1200 оС эксплуатационный ресурс нагревательных элементов составляет 12 000 часов, а при 950 оС около 100 000 часов непрерывной работы. В боковых стенках предусмотрены аэродинамические каналы для управляемой принудительной подачи подогретого воздуха в рабочее пространство. Свод печи выполнен из корундового бетона. На боковых стенках кожуха нагревательной камеры установлена арматура выводов нагревателей. Монтаж токовводов выполняется по наружной стенке каркаса термостойкими проводами. Выводы нагревателей закрываются съемными кожухами. На своде размещена арматура для установки регулирующей и контрольной термопар (термоэлектрических преобразователей). На своде Электропечи установлена регулируемая футерованная заслонка пробочного типа с регулируемым электромеханическим приводом, зонт с вытяжным вентилятором и система дожига отходящих газов.
Выдвижной самоходный под состоит из футерованного несущего каркаса с двумя колесными парами. Футеровка пода состоит из ультралегковесного шамота марки ШТУ-0,6 и ШТУ-0,4. Рабочая поверхность пода из карбид-кремниевых плит толщиной 30 мм. На поду предложено инновационное размещение нагревателей, исключающее их перегорание в результате различного типа коротких замыканий нагревателей. Также на поду размещены рабочая и контрольная термопары. Нагреватели пода выделены в отдельную электрическую зону. О перемещении выдвижного пода предупреждают звуковой и световой сигналы. Под оборудован конечными выключателями, сигнализирующими о положении пода и отключающими нагрев при выдвижении пода.
Автономный песочный затвор – выполнен в виде желоба с песком, он герметизирует рабочее пространство. Ножи, установленные на корпусе нагревательной камеры и выдвижного пода, погружаются в песок при подъеме затвора.
Футерованная заслонка предназначена для перекрытия загрузочного проема Электропечи и минимизации тепловых потерь через него. Металлоконструкция заслонки Электропечи выполнена из листового и профильного проката. Футеровка заслонки Электропечи выполнена из корундового бетона и ультралегковесного шамотного кирпича ШТУ-0,6, муллито-кремнеземистого рулонного материала марки МКРВ-200. Футерованная заслонка Электропечи имеет выступ в сторону рабочего пространства, обеспечивающий уменьшение тепловых потерь и стабильность температуры в объеме Электропечи. По периметру футерованной части заслонки установлено кольцевое жаропрочное эластичное уплотнение, обеспечивающее уменьшение тепловых потерь.
На заслонке расположена отдельная «ветвь» электронагревателя для обеспечения большей тепловой равномерности в рабочем пространстве Электропечи.
Механизм подъема заслонки обеспечивает ее фиксацию в конечных положениях при подъеме и при опускании. Соответствующие сигналы снимаются с индукционных конечных выключателей, установленных на штанге механизма. С помощью одного из конечных выключателей осуществляется также контроль закрытого положения заслонки и обеспечивается срабатывание блокировки, отключающей электронагреватели Электропечи при ее открывании. Цепная передача приводится в движение мотор-редуктором, который установлен в верхней части механизма подъема крышки. Механизм подъема обеспечен съемными упорами-фиксаторами, обеспечивающими безопасное техническое обслуживание.
Система дожига отходящих газов перед выбросом в атмосферу обеспечит высокую экологическую безопасность при работе Электропечи и выполняет дожиг остатков восковой модели.
Система электропитания включает силовой шкаф, в котором размещены автоматические выключатели, электромагнитные контакторы, тиристорные регуляторы мощности. Подвод электропитания осуществляется термостойкими кабелями.
Система управления размещена в отдельном шкафу управления, в котором находятся автоматические выключатели, коммутационная и регулирующая аппаратура, преобразователи, соединительные провода и кабели. Регулятор температуры, регистратор в электронном виде и на бумажном носителе. Управление Электропечью осуществляется программируемым логическим контроллером отечественного производства. Система управления обеспечивает ручной (наладочный) и автоматический режимы работы Электропечи.
Система управления Электропечью обеспечивает:
а) ручное (наладочное) и автоматическое управление Электропечью;
б) автоматический выход нагревателей от холодного состояния до рабочего температурного режима в камере нагрева Электропечи;
в) бесконтактное управление мощностью нагревателей независимо в каждой зоне с помощью силовых тиристорных модулей;
г) контроль реального и заданного значения температуры (в данный момент времени) при нагреве и охлаждении;
д) контроль обрыва термопар;
е) контроль короткого замыкания термопар;
ж) контроль параметров электрической сети по каждой зоне нагрева;
и) автоматическое отключение электропитания нагревателей при возникновении нештатных ситуаций;
к) регистрацию и архивацию показаний температуры;
л) световую индикацию;
м) световую и звуковую сигнализацию нештатных состояний систем Электропечи.
Преимущества новой Электропечи:
— стальная конструкция повышенной жесткости и прочности;
— кожух электропечи с каналами для вентиляции, которые обеспечивают температуру наружной стенки кожуха не выше температуры окружающей среды;
— высококачественные теплоизоляционные и огнеупорные материалы обеспечивают снижение расхода электроэнергии (энергосберегающее исполнение), что дает возможность обеспечить быстрый нагрев до необходимой температуры;
— многократно увеличенный эксплуатационный ресурс зигзагообразных нагревательных элементов из сплава высокого омического сопротивления из проволоки диаметром не менее 8 мм при бестрансформаторной схеме подключения электропитания;
— нагрев пятисторонний, обеспечивающий высокую равномерность распределения температуры в рабочем пространстве не более +/-5 oС, а также многозонный контроль рабочего пространства по нескольким термопарам;
— подовые нагревательные элементы защищены карбид-кремниевыми плитами;
— автоматическая система управления — на основе промышленного контроллера, интерфейс на русском языке;
— высокоточное ПИД программируемое регулирование температуры;
— имеется защита от перегрева выше выбранной пользователем температуры и пробоя тиристоров для каждой зоны нагрева.
При проведении аттестации по однородности температуры по 10 (десяти) термопарам, равномерно установленным по всему рабочему пространству, была достигнута высочайшая однородность температуры — разброс около 2 (двух) градусов Цельсия (первый (наивысший) класс по равномерности температуры в рабочем пространстве в соответствии с рекомендациями NADCAP).
Основной отличительный признак общепромышленных камерных электропечей торговой марки «НИТТИН» с выкатным подом с воздушной и защитной газовой атмосферой — высокая однородность температуры в рабочем пространстве электропечи, которая соответствует международным стандартам NADCAP. Такие электропечи можно эксплуатировать при прокалке керамических форм в авиастроительной, атомной, космической и других отраслях промышленности, где предъявляются жесткие требования к точности воспроизведения процесса прокалки керамических форм и высокой однородностью температуры в рабочем пространстве. Пример такой автоматизированной электропечи модели СДО-10.25.10/12-ИП-НИТТИН описан в данной статье.