- •ПРЕДИСЛОВИЕ
- •ВВЕДЕНИЕ
- •1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
- •4. ПЕЧИ-ВАННЫ
- •5. НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
- •5.9.1. Расчет непосредственного электронагрева
- •5.9.2. Расчет индукционного нагрева
- •6. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ
- •8.1.2. Удаление окисляющих газов из контролируемых атмосфер
- •8.1.4. Управление составом атмосферы
- •8.3.1. Травление окалины
- •8.3.4. Гидропескоочистка
- •9. ЦЕХОВЫЙ КОНТРОЛЬ
- •КАЧЕСТВА ТЕРМООБРАБОТКИ
- •10. УСТРОЙСТВО КОММУНИКАЦИЙ ТЕРМИЧЕСКОГО ЦЕХА
- •12. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ТЕРМИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
- •ОГЛАВЛЕНИЕ
ты, находящейся в печи, 650 м, скоро |
ны с различной температурой (300, 40о, |
|||||||||
сти ее движения около 40 м/мин, темпе |
500, 620 и 720 °С). Зоны |
нагреваются |
||||||||
ратуре |
нагрева |
950 °С |
и наружных |
горизонтальными радиационными тру |
||||||
размерах: высоте 20 м, длине 54, ши |
бами 9. Вверху лента проходит натяж |
|||||||||
рине 3,5 м. |
|
|
|
|
ной ролик 7, огибает ролик 6 и возвра |
|||||
Процесс рекристаллизационного от |
щается вниз, левее нагретой ранее лен- |
|||||||||
жига ленты можно ускорить, применяя |
ты. Здесь лента огибает роли 10 и вы |
|||||||||
башенные печи, |
заполненные |
распла |
дается из печи через левое колено ц |
|||||||
вом |
металлического натрия, |
который |
роликовые затворы 1 и 5. Для предо |
|||||||
имеет коэффициент теплопередачи око- |
хранения |
металлического |
натрия |
от |
||||||
ло'-SOOO Вт/ (м2 • К), а с увеличением ско |
окисления |
на его поверхность через |
||||||||
рости движения ленты до 300 м/мин он |
трубки 2 подводят защитный газ. Лец- |
|||||||||
возрастает до 20 000 Вт/(м2-К). Схема |
та в значительной степени охлаждаем |
|||||||||
продольного разреза |
башенной печи |
ся в результате отдачи тепла зоне на |
||||||||
для непрерывного отжига ленты в рас |
грева, что повышает к. п. д. печи и сни |
|||||||||
плавленном металлическом натрии по |
жает расход топлива. Производитель |
|||||||||
казана |
на рис. 3.42. Печь состоит из |
ность печи при рекристаллизационном |
||||||||
двух сообщающихся колен, внутренние |
отжиге ленты из жести шириной 800 мм |
|||||||||
стенки |
которых |
сделаны |
из листовой |
достигает 30 т/ч. Скорость движения |
||||||
стали марки Х18Н9Т или Х25Н20, ус |
ленты толщиной 0,3 мм |
доходит |
до |
|||||||
тойчивой против |
воздействия |
натрия. |
300 м/мин, нагрев продолжается около |
|||||||
Лента |
3 через затвор, |
состоящий из |
1 с. Весьма опасным является попада |
|||||||
пары |
резиновых |
роликов 4, входит в |
ние влаги в металлический натрий, что |
|||||||
левое колено и погружается в расплав |
бы предотвратить это, необходимо тща |
|||||||||
металлического натрия, имеющего тем |
тельно уплотнять входной затвор. Если |
|||||||||
пературу около 150 °С. Внизу она оги |
лента должна пройти замедленное ох |
|||||||||
бает ролик и поднимается в верх право |
лаждение, в печи устанавливают мно. |
|||||||||
го колена, которое разделено по высо |
гооборотную камеру охлаждения, за |
|||||||||
те поперечными перегородками 8 на зо |
полняемую защитным газом. |
|
4.ПЕЧИ-ВАННЫ
4.1.СОСТАВЫ СОЛЯНЫХ
ИШЛАКОВЫХ ВАНН
Печи-ванны применяются для на грева в жидких средах деталей под за калку и отпуск; цианирования мелких деталей и инструмента; патентирования проволоки и ленты; нагрева дета лей из легких сплавов. Жидкие среды позволяют быстро и равномерно нагре вать детали, с высокой точностью под держивать необходимую температуру и избегать окисления поверхности. Со гласно принятой классификации по способу нагрева ванны можно разде лить на четыре группы: с наружным обогревом; с внутренним обогревом (при помощи специальных газовых или электрических трубчатых элементов); электродные и с кипящим слоем.
Жидкая нагревательная средамвыбирается сообразно требуемой темпе ратуре и процессу термообработки. Для нагрева до 300 °С применяются преимущественно масла (вапор, виско зин № 10), для высокого отпуска сталь ных деталей и нагрева под закалку
алюминиевых сплавов — селитровые ванны и расплавы щелочей. При на греве под закалку стальных деталей до 700—900 °С используются смеси хлори стых солей, а при нагреве под закалку быстрорежущих сталей до 1300 °С —. хлоробариевая соль. Для жидкой це ментации и цианирования применяют ся ванны из цианистых солей. В слу чае ступенчатой и изотермической за калки широко используют ванны из расплавов едких щелочей [NaOH, КОН]. Проволоку и ленту патентируют в соляных или свинцовых ваннах. Наиболее распространенные составы ванн с указанием их температуры Плав ления и плотности приведены в табл. 4.1.
В качестве соли для ванн с темпе ратурой 800—900 °С может быть ис пользован минерал сильвинит, пред ставляющий собой природный сплав хлористого натрия и хлористого калия, который в 50 раз дешевле обычных со лей. Перегрев селитры, особенно в црИсутствии алюминиевых сплавов и са жи, может привести к взрыву. Едкие
|
|
|
|
|
П л о т н о с т ь |
при тем- |
|
|
|
|
Состав |
ванн |
Темпера |
Температура |
пературе, °С |
|
|
||
|
|
|
Область применения |
||||||
|
тура плав |
применения, |
|
|
|||||
|
|
|
ления, °С |
°С |
600 |
900 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Соляные ванны |
|
|
|
||
46 % N aN 03+ |
|
120 |
140—260 |
|
|
|
|
||
+ 2 7 % N aN 02+ 2 7 % K N03 |
— |
— |
Нагрев для закалки |
||||||
55 % KNOa+45 % N aN 02 |
137 |
150 -500 |
— |
— |
|||||
55 % NaN03+ 45 % N aN02 |
220 |
330 -550 |
1770 |
— |
цветных сплавов для |
||||
55 % NaNOa+45 % KN03 |
218 |
230 -5 5 0 |
1770 |
— |
отпуска. Как охлажда |
||||
45 % N aN 03+ 5 5 % KN03 |
218 |
230 -5 5 0 |
— |
— |
ющая среда при патен- |
||||
100 % |
NaNOs |
|
317 |
325 -600 |
1800 |
— |
тировании и при ступен |
||
100 % |
K N 03 |
|
337 |
350 -600 |
1750 |
|
чатой закалке |
||
95 % N aN 03+ 5 |
% Na2C 03 |
304 |
380 -520 |
1800 |
— |
|
|
||
20 % NaOH+80 % KOH+ |
130 |
150—250 |
|
|
|
|
|||
+ 6 % H20 |
|
— |
— |
Как |
охлаждающие сре |
||||
35 % NaOH+6,5 % KOH |
155 |
170 -350 |
— |
— |
|||||
100 % |
NaOH |
|
322 |
350—700 |
— |
— |
ды при светлой закалке, |
||
100 % |
KOH |
|
360 |
400 -6 5 0 |
— |
— |
реже для нагрева |
||
60 % NaO H +40 % NaCl |
450 |
500 -700 |
— |
— |
|
|
|||
28 % N aC l+72 |
% CaCl2 |
500 |
540—870 |
— |
— |
|
|
||
50 % KC1+50 % Na2C 03 |
560 |
580—820 |
— |
1630 |
|
|
|||
35 % N aC l+65 |
% Na2C 03 |
620 |
650 -8 2 0 |
— |
1700 |
|
|
||
50 % CaCl2+ 5 0 |
% BaCl2 |
600 |
650—900 |
— |
— |
|
|
||
22 % NaCl+78 |
% BaCl2 |
654 |
675 -9 0 0 |
— |
1500 |
Нагрев под закалку |
|||
44 % N aC l+56 |
% KC1 |
663 |
700—870 |
— |
2700 |
||||
|
|
||||||||
100 % NaCl |
|
81С |
850-1100 |
— |
1540 |
|
|
||
100 % BaCl2 |
|
960 |
1100-1350 |
— |
— |
|
|
||
1/3 N aC l+1/3 BaCl2+ |
570 |
600—870 |
— |
2050 |
|
|
|||
+ 1/3 CaCI2 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
Металлическ не ванны |
|
|
|
||
Свинец 100 % |
|
327 |
350 -850 |
—• |
— |
|
|
||
Свинец 85 % +олово 15 % |
280 |
300—600 |
Как |
охлаждающая сре |
|||||
Свинец 60 % +олово 40 % |
200 |
2 2 0 - 600 |
— |
— |
|||||
да |
при изотермических |
||||||||
Свинец 35 % +олово 55 % + |
|
|
|
|
|||||
150 |
160—600 |
— |
— |
процессах |
|||||
+кадмий 10 % |
|||||||||
|
|
щелочи опасны для кожного покрова. Не рекомендуется применять свинцо вые ванны, так как образуемые в про цессе нагрева свинцовые пары ядо виты.
При нагреве в соляных ваннах ме талл может окисляться или обезугле роживаться в результате образования окислов, поэтому ванны необходимо систематически (не реже одного-двух раз в смену) раскислять'веществами, связывающими окислы. Высокотемпе ратурные ванны с хлористым барием раскисляют фтористым магнием MgF2 (5—6 % от массы соли), 70—80 %-ным порошком ферросилиция (1—2 %) или бурой Na2B40 7 (0,5—1,0 %). Раскисле ние бурой надо проводить совместно с ферросилицием, чтобы предотвратить выделение паров. Среднетемператур ные ванны с хлористыми солями чаще
раскисляют бурой (2—3 % по массе) или засыпают зеркало ванны древес ным углем (один-два раза в смену). При нагреве в интервале 750—950°С хорошими защитными свойствами об ладает смесь хлористых солей (70 % ВаС12 и 30 % NaCl).
В качестве раскислителей распла вов щелочных ванн применяют желтую кровяную соль K4FeCN6 (0,2—0,3 % от массы). Длительность действия раскислителя три-четыре смены. Призна ком плохого раскисления щелочной ванны является наличие на изделии бурых окислов.
При нагреве в селитровых ваннах изделий из алюминиевых сплавов их коррозию вызывают хлориды и щелоч ные окислы. Последние из расплава удаляются в результате периодической очистки (один раз в месяц) и замены
отработанной селитры свежей (через шесть месяцев).
В последнее время изучается воз можность замены солей расплавами синтетических шлаков, стекол, силика тов и боросиликатов. Для безокислительного нагрева с удалением окалины применяют расплавы силикатов на ос нове стеклянной фритты, которые со стоят из 37—72 % Si02; 10—25 % В20з; 14—25 % (Na20 + K 20). Их мож но применять до температур 1100 °С, при которых время растворения окали ны составляет 20—50 с. Наиболее эф фективным является использование в качестве жидкой нагревательной среды
натрий-боро-силикатных |
расплавов, |
|
включающих |
32—36 % |
Si02; 28— |
32 % В20 3; 20—24 % Na20; 6—7 % К20 |
||
и по 1—2 % |
А120 3, CaO, MgO. Дан |
ный расплав может применяться при температурах 850—1300 °С. Он имеет небольшую вязкость, хорошую смачи ваемость, предохраняет сталь от окис ления и обезуглероживания, не разъ едает поверхность изделий, растворяет окалину и дает чистую поверхность ме талла. Улучшают свойства расплава добавки KF, Na3AlF6.
При нагреве под горячую пластиче скую деформацию образующаяся на изделиях силикатная пленка защищает металл от окисления, служит смазкой, снижает усилия при деформации на 20—30 %, улучшает качество поверх ности, что дает возможность умень шить припуск на механическую обра ботку. Силикатная пленка снимается при закалке изделий в воде. Если же пленка остается на изделии после за калки (в нержавеющих и быстрорежу щих сталях), она удаляется в течение 3—10 мин при промывке в слабых вод ных растворах кислот или щелочи (10 %-ной HN03 при нагреве на 70 °С или 15 %-ной КОН). Расход расплава 60—80 кг/т металла.
Натрий-боро-силикатные расплавы рекомендуется применять для нагрева под закалку быстрорежущих, нержаве ющих, жаростойких, шарикоподшипни ковых и ряда других специальных ста лей. Они также могут быть использо ваны для электролизного бориров^ния стали. При содержании в расплаве 50 % В20 3, температуре 950 °С, плот ности тока 0,3 А/см2 и выдержке 5 ч глубина борированного слоя достигает 260 мкм, а при выдержке 1,5 ч — 80 мкм.
4.2.ПЕЧИ-ВАННЫ
СНАРУЖНЫМ ОБОГРЕВОМ
Печи-ванны с наружным обогревом представляют собой литой или сварной тигель с толщиной стенок 15—30 Мм, вставленный в рабочее пространство, обогреваемое топливом или электриче скими элементами сопротивления. Не большие ванны чаще выполняют с круглым тиглем. Большие размеры имеют только селитровые ванны для термической обработки труб и профи лей проката из легких сплавов и соля ные ванны для патентирования прово локи. Объем таких ванн может дости гать 20 м3. В последнее время большие селитровые ванны, учитывая их взры воопасность, заменяют вентиляторны ми печами.
В ваннах с наружным обогревом сле дует избегать прямого удара пламени в тигель. В небольших круглых ваннах факел пламени направляется танген циально поверхности тигля, а в боль
ших |
прямоугольных — вдоль |
стенок |
ванны. |
Низкотемпературные |
ванны |
имеют |
отдельные небольшие |
камеры |
сгорания. Любые тигельные ванны не обходимо снабжать крышкой, так как через открытое зеркало теряется до 30 % всей тепловой мощности. Пример ная производительность малых тигель ных ванн составляет 2—2,5 кг/ч на 1 л объема тигля.
На рис. 4.1, а показана конструкция большой ванны 2 прямоугольного сече ния, отапливаемой горелкой или фор сункой 4, расположенной в нижней топ ке. Продукты сгорания из нижней топ ки поднимаются по торцевой стенке 3 тигля, изолированного кладкой от не посредственного действия горячих га зов, направляются вдоль его боковых стенок 6 и отводятся по каналу 1 у про тивоположной торцевой стенки ванны. Для повышения равномерности нагре ва тигля в топке сделан сводик 5. В ваннах с наружным обогревом целе сообразно применять боковые топки 2У а продукты сгорания отводить в бо ров 1 снизу ванны (рис. 4.1,6).
В электрических ваннах с наруж ным обогревом нагреватели располага ются на внутренней поверхности клад ки в несколько рядов по высоте. Тем пература нагревательных элементов обычно на 100—150 °С выше рабочей температуры ванны. Для предохране ния нагревателей от перегорания в мо-
Рис. 4.1. Конструкции больших тигельных ванн с внешним обогревом
мент разогрева температура контроли руется не только в тигле, но и в печном пространстве. Электрические ванны ча сто снабжаются трансформаторами с несколькими ступенями регулирования.
В небольших высокотемпературных ваннах, используемых для обработки длинных изделий (например, протяжек из быстрорежущей стали), при нагреве токами высокой частоты (т. в. ч.) уста навливают графитовые или карборун дографитовые тигли. Такая ванна, ти гель которой имеет диаметр 200 мм и глубину 1300 мм, позволяет обеспечить равномерное распределение температу ры в пределах 7—10 °С.
В ваннах с расплавом цианистых солей все процессы должны быть ме ханизированы в такой степени, чтобы предотвратить возможность соприкос новения рабочего с солью. На рис. 4.2 изображена полумеханизированная электрическая тигельная цианистая ванна 1. Детали загружаются в нее при помощи выдвижного лотка 3. Тигель ванны имеет корзину 2, которая опро кидывается с помощью штурвала 6.
Нагретые детали высыпаются из нее в промывочный бак 5. Из этого бака они пересыпаются аналогичной корзиной во второй промывочный бак 4. Оконча тельно отмытые от цианистых солей де тали вынимаются рабочим. Вся уста новка закрыта кожухом, снабженным хорошей вытяжной вентиляцией. При диаметре тигля 350—400 мм габариты установки составляют 1,5X2,9X2,6 м.
Недостатками ванн с наружным обогревом являются: значительный расход тепла, малый к. п. д., плохая стойкость тиглей и сложность замены в случае их прогара, большой объем кладки. Это обусловило необходимость появления печей-ванн с внутренним обогревом.
4.3.ПЕЧИ-ВАННЫ
СВНУТРЕННИМ ОБОГРЕВОМ
Впечах-ваннах с внутренним обо гревом нагревателями служат трубча тые элементы, которые размещаются внутри ванны. Трубчатые элементы могут нагреваться теплом, получаемым
': А'
-М
fl- R
I
|
Рис. 4.2. Полумеханизированная |
малая электрическая тигельная ванна |
|
|||||
|
|
|
для цианирования с внешним обогревом |
|
|
|||
при сжигании мазута, газа или выделя |
регулированием |
температуры. Трубча |
||||||
емым при использовании электронагре |
тые нагреватели |
размещаются |
вдоль |
|||||
вателей (рис. 4.3). При внутреннем обо |
ванны, делая у ее пода две петли. От |
|||||||
греве увеличивается к. п. д. печи, сни |
воды продуктов сгорания объединяют |
|||||||
жаются |
потери |
тепла, |
повышается |
ся в одну общую вытяжную трубу 2. |
||||
стойкость тиглей и облегчается их ре |
Каждый нагревательный элемент снаб |
|||||||
монт. На |
рис. 4.3, а показана ванна с |
жается электрической спиралью для |
||||||
восемью |
трубчатыми |
элементами |
7, |
зажигания газа. |
|
ваннах |
||
отапливаемыми |
газовыми |
инжекцион- |
В больших электрических |
|||||
ными горелками 3 с |
автоматическим |
нагревательными |
элементами |
служат |
цельнотянутые трубы диаметром 25— 40 мм, внутри которых размещается нихромовая спираль. Последняя изолиру ется от стенок трубы керамическими вставками. В качестве изолятора для ванн с температурой ниже 600 °С приме няют порошкообразную кристалличес кую окись магния — минерал периклаз, обладающий высокой теплопроводно стью и хорошими диэлектрическими свойствами. Трубчатые нагревате ли изготовляют так: спираль помещают
втрубу и заполняют ее периклазом, за тем трубе сообщают холодное обжатие
в20—30 %, после чего ее изгибают до получения требуемой формы.
Благодаря значительному улучше нию теплопередачи от нагревательных элементов к соли в ваннах с внутрен ним обогревом диаметр проволоки спи рали нагревателя может быть намного
уменьшен. В ванне размерами 1,0Х X10XU5 м, мощностью 300 кВт, рабо тающей при температуре 500 °С, внут ренний обогрев осуществлялся с помо щью семидесяти U-образных нагрева телей по 4,2 кВт. В этом случае исполь зование проволоки диаметром 0,9 мм позволило сократить расход нихрома с 225 до 20 кг, увеличить стойкость тиг ля в два раза, заменить массивный ли той тигель сварным, сократить простой ванны при смене нагревателей, на 35 % увеличить производительность.
На рис. 4.3, б показан поперечный разрез селитровой ванны мощностью 300 кВт, размерами 2Х8Х1>5 м3 с U-образными электрическими нагрева тельными элементами /, расположен ными по боковым стенкам. Такое рас положение позволяет быстро заменять перегоревшие элементы. Средняя про изводительность ванны при нагреве дюралюминиевых листов до 500 °С со ставляет 0,7 т/ч. Для повышения стой кости тигель 2 может быть вынесен за огнеупорную кладку 3.
^Соляные ванны часто применяются для охлаждения и выдержки деталей при изотермической или ступенчатой закалке. Поскольку в этом случае тем пературы равны 500 °С и ниже, исполь зуются электрические ванны с наруж ным или внутренним обогревом.
Для более равномерного охлажде ния изделий расплав перемешивают крыльчатками или подводят в тигель сжатый воздух. Тепло, вносимое нагре тым металлом, поглощается в резуль тате обдувки воздухом поверхности
Рис. 4.4. Схема устройства |
для введения воды |
в расплавы |
солей |
тигля, погружения в расплав охлажда ющих змеевиков, перекачки расплава охлаждаемого воздухом, из одного от сека тигля в другой. Однако при закал ке больших масс металла указанное способы не эффективны. В этом случае расплав солей лучше о х л а жд а в в о д я на поверхность ванны воду и одновре менно перемешивая его мешалками или вдувая сжатый воздух. Вода энергично отнимает тепло от расплава -следст вие ее большой скрытой теплоты паро образования. На рис. 4.4 показано бе зопасное устройство для введения воды в расплав солей. Вода подв^ гея по
трубке 3 в верх коробки 2, погружен ной в расплав нижними краями, и рае_
текается по планке 1. Образующийся пар выходит через щели 4 Г образных щитков 5. Брызги соли и воды остают ся внутри коробки. Если ванна длин ная, то защитные Г-образные Щитки следует устанавливать не с торца ко робки, а по всей ее длине.
Для изотермической и сту енчатой закалки лучше применять гасплавы едких щелочей, так как они быСтр0 охлаждаются (быстрее, чем масло) За счет испарения кристаллизп ионной воды; позволяют получать СЕ^тлую, Не окисленную поверхность детали* и взрывобезопасны.
При закалке в расплава^’ солей в ванну вместе с деталями по ^носятся
соли с высокой температуре |
плавле |
ния, что вызывает загустевай |
Расцла_ |
ва и снижение его охлаждающей Спо_ собности. Расплав необходим^ очщцать от таких солей. В этом случае тпим^ня. ют ванну (рис. 4.5) с двумя (^ е л е ц ^ . ми, одно из них 3 рабочее, а труг0е у служит для осаждения вносимых в ^ан. ну солей. Расплавленная соль перего_ няется мешалкой 2 в отдел ждения, в которое по трубкам 4 вдува_
ется воздух, понижающий - чперату_
ру. На участке 5 расплав фильтруется и вновь подается в рабочую камеру с помощью второй мешалки 6.
4.4.ЭЛЕКТРОДНЫЕ ВАННЫ
Вэлектродных ваннах нагревателем является сама соль. Электрический ток низкого напряжения (24—6 В) по мас сивным железным электродам пропус кается через расплавленную соль. Она оказывает сопротивление прохождению тока и разогревается. Печи работают
на переменном токе, применять посто янный ток нельзя, так как в этом слу чае происходит электролиз соли. Элек тродные ванны используются при на греве изделия в интервале температур 400—1300 °С. В них можно не приме нять жаростойкие тигли, что очень важно в случае нагрева под закалку быстрорежущих и нержавеющих ста лей. Рабочее пространство электрод ных ванн выкладывается из шамотного кирпича и изолируется диатомитовым кирпичом или шлаковой ватой. Чтобы избежать утечки соли, за огнеупорной
кладкой устанавливают железный про межуточный тигель.
Сечение рабочего пространства вы
сокотемпературных электродных ванн |
|
делают |
круглым или шестиугольным, |
а на |
низкотемпературных — прямо |
угольным. В последнем случае длина |
ванны достигает 6 м и более. Ванны снабжают вытяжным колпаком или бортовыми отсосами. В электродных ваннах шестиугольного сечения приме няют три плоских железных электрода, расположенных через грань. Ток к элек тродам подводится по медным шинам от трехфазного трансформатора, пер вичная обмотка которого имеет пять ступеней и может переключаться на звезду и треугольник. Таким образом, ванна имеет 10 ступеней регулирования напряжения (от 5,5 до 17,6 В). Сверху печи установлен вытяжной колпак. Для разогрева соли ванны снабжают вспо могательным электродом или специ альным приспособлением. Однако рав номерность нагрева в таких электрод ных ваннах составляет ±20 °С. Она в значительной степени зависит от раз меров погружаемой садки, так как при этом меняется сопротивление прохо ждению тока, кромки деталей могут пе регреваться и даже оплавляться.
Наиболее целесообразной конструк цией являются электродные ванны с электромагнитным перемешиванием со ли. Электроды располагаются по зад ней стороне ванны попарно с расстоя нием между каждой парой 20—40 мм. При однофазном переменном токе чис ло электродов должно быть кратным двум, а при трехфазном — шести. Ван ны снабжаются трансформаторами с регулируемым вторичным напряжени ем, равным 5—20 В.
Электрический ток, проходя через соль между электродами как через про водник, взаимодействует с магнитным полем, создаваемым вокруг электродов, и по правилу левой руки сообщает дви жение проводнику (т. е. объемам соли между электродами) вниз (рис. 4.6, а). При перемене полярности электродов одновременно изменяется и направле ние поля. Поэтому результирующая си ла, определяющая перемещение соли, всегда направлена вниз. Происходит энергичное перемешивание соли, что обеспечивает равномерность темпера туры ванны в пределах ±5°С. Иногда для экранирования рабочего простран ства его отгораживают от места распо-
|
Размеры рабо |
Объем, |
Темпера |
|
Мощ |
Произво |
|||
Индекс ванны |
Габариты, м |
дитель |
|||||||
чего |
пространст |
м» |
тура, °С |
ность, кВт |
ность, |
||||
|
|
ва, м |
|
|
|
|
|
кг/ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+■ |
% |
i 3jl |
ектродные ванны |
|
|
|
|
|
СВС-1.1,5.3,2/13 |
0,005 |
1300 |
|
1,6X3,0X2,0 |
35 |
90 |
|||
0,1X0,15X0,32 |
|
||||||||
'СВС-1,5.2,5.3,2/13 |
0,15X0,25X0.32 |
0,012 |
1300 |
|
1,6X3,0X2,0 |
60 |
100 |
||
СБС^З,5.3,2/13 |
0,20X0,35X0,32 |
0,022 |
1300_.. |
LZX3.QY2.1 |
100 |
160 |
|||
СВС^ЗЖ5.5/ГЗ~' |
0,36X0,5X0,5 |
0.690 |
1300 |
э |
1,8X3,0X2,2 |
150 |
250 |
||
СВС-3,6.3,2.1,6/13 |
0,36X0,32X1,6 |
0.185 |
1300 |
1,8X2,8X3,0 |
150 |
300 |
|||
СВС-3,6.5.5/8,5 |
0,36X0,5X0,5 |
0,09 |
850 |
|
1,8X1,2X2,1 |
100 |
160' |
||
ДСВС-6.9.4,5/8,5 |
0,6X0,9X0,45 |
0,24 |
850 |
а |
1,7X2, IX 1,5 |
100 |
160, |
||
•СВС-3,5.8.3,5/6 |
0,35X0,8X0,35Г |
0,10 |
650 |
1,7X1,7X1,3 |
60 |
100 |
|||
|
|
|
|
Тигельные ванны |
|
|
|
||
|
|
|
|
соляные |
|
|
|
|
|
•СВГ-2.3,5/8,5 |
D=0,2; |
0,35 |
0,011 |
850 |
|
1,2X1,1X1,8 |
10 |
25 |
|
СВГ-3.5,4/8,5 |
D=0,3; 0,54 |
0,038 |
850 |
|
1,4X1,3X2,0 |
20 |
60 |
||
СВГ-4.5,6/8,5 |
D=0,4; 0,56 |
0.070 |
850 |
|
1,5X1,3X2,3 |
30 |
120 |
||
СВС-1,5.3.4/8,5 |
0,15X0,3X0,4 |
0.018 |
850 |
|
1,3X1,1X2,1 |
35 |
70 |
||
СВС-3,5.8.4/8,5 |
0,35X0,8X0,4 |
0,11 |
850 |
|
1,7X1,9X2,6 |
100 |
200 |
||
СВС-3,5.8.4/6,5 |
0,35X0,8X0,4 |
0,11 |
650 |
|
1,7X1,9X2,6 |
65 |
160, |
||
|
|
|
|
м асляные |
|
|
|
|
|
СВМ-2,5.2,5/3 |
0=0,25; 0,25 |
0.012 |
260 |
|
1,2X1,0Х 1.8 |
5 |
15 |
||
СВМ-3,5.5/3 |
0=0,35; 0,5 |
0.048 |
260 |
|
1,4X1.4X2,0 |
8 |
50 |
||
СВМ-5.5/3 |
0=0,5; 0,5 |
0.098 |
260 |
|
1,6X1,3X2,0 |
12 |
120 |
||
СВМ-8.10/3 |
0=0,8; |
1,0 |
0,50 |
260 |
|
1,3X1.3X2,0 |
20 |
200 |
|
•СВМ-8.8.10/3 |
0,8X0,8X1,0 |
0.64 |
260 |
|
1,4X1,3X2,2 |
30 |
300 |
||
•СВМ-10.10.10/3 |
1,0X1,0Х 1,0 |
1,00 |
260 |
|
1,5X1,5X2,2 |
40 |
400 |
ложения электродов вертикальным жа |
сколько |
ярусов |
(рис. 4.6, г). |
В этом |
|||||||||||
ростойким листом, несколько не дохо |
случае |
наиболее ответственным узлом |
|||||||||||||
дящим до низа, и верха ванны. Это пре |
конструкции является вывод 2 утоплен |
||||||||||||||
пятствует проникновению |
электричес |
ных электродов 1. |
|
можно объеди |
|||||||||||
кого тока в рабочее пространство |
Электродные ванны |
||||||||||||||
ванны и способствует дополнительному |
нять (по две — четыре) в один агрегат. |
||||||||||||||
усилению конвекционных |
потоков на |
Это удобно при нагреве быстрорежу |
|||||||||||||
гретой соли. |
|
|
|
|
поперечный |
щих сталей, когда необходимы |
ванны |
||||||||
На |
рис. 4.6, б показан |
для подогрева на 800—850 °С, оконча |
|||||||||||||
разрез электродной ванны для жидкой |
тельного нагрева на |
1260—1300 °С и |
|||||||||||||
цементации, |
а на |
рис. |
4.6, в — схема |
ступенчатой закалки |
при |
400—600 °С. |
|||||||||
включения |
шестиэлектродной |
ванны. |
Подобрав ванны по размерам и произ |
||||||||||||
Ванна имеет мощность 120 кВт при |
водительности, можно |
получить агре |
|||||||||||||
размерах рабочего пространства 0,60Х |
гат с законченным циклом |
обработки. |
|||||||||||||
X 1,20X0,50 |
м. |
Производительность |
^ При использовании |
в качестве на |
|||||||||||
ванны 150 кг/ч. Она закрывается футе |
гревательной среды в электродных ван |
||||||||||||||
рованной крышкой 2 и |
снабжена вы |
нах боратных |
синтетических |
шлаков |
|||||||||||
тяжным кожухом 3. Электроды 1 раз |
происходит |
разрушение |
огнеупоров. |
||||||||||||
мещены вдоль боковой |
стенки |
ванны. |
В этом случае применяют |
печи-ванны |
|||||||||||
Технические |
данные |
по |
электродным |
типа «Магма», в которых отсутствуют |
|||||||||||
ваннам, выпускаемым |
заводами ЭТО, |
огнеупоры. Ванны имеют |
внутренний |
||||||||||||
-приведены в табл. 4.2. |
|
|
|
|
металлический тигель |
из низкоуглеро |
|||||||||
К. п. д. электродных ванн равен |
дистой стали, который |
помещается в |
|||||||||||||
30—40 %, плотность тока электро |
наружный водоохлаждаемый металли |
||||||||||||||
дов— около |
100 А/см2, а удельная по |
ческий кожух. |
Зазор |
между тиглем и |
|||||||||||
верхностная |
нагрузка |
|
30—20 |
Вт/см2. |
корпусом |
заполняется |
измельченным |
||||||||
В глубоких электродных ваннах для |
твердым шлаком той же марки, что и |
||||||||||||||
повышения равномерности нагрева де |
расплав в тигле. При работе ванны у |
||||||||||||||
талей |
электроды |
располагают |
в не |
наружной стенки тигля шлак расплав- |
ляется, создавая сплошную пленку, а ближе к кожуху ванны температура шлака понижается и здесь образуется гарнисаж, который служит теплоизоля цией. В используемых электродах ко ленчатого типа рабочей частью являет ся горизонтальный участок, располо женный по дну тигля. Рабочая темпе ратура ванны в зависимости от марки применяемого шлака достигает 820— 1150°С. Срок службы тигля — не ме
нее шести месяцев. Вторичное |
напря |
||
жение |
трансформатора |
равно |
25— |
37 В. При температуре |
1100 °С и раз |
||
мерах |
рабочего пространства |
ванны |
360X420X500 мм ее мощность состав ляет 110 кВт. Максимальная масса сад ки 40 кг, расход шлака до 3 кг/сутки.
При термической обработке в рас плавленных шлаках поверхность дета лей получается светлой, она не разъ едается и не обезуглероживается.
4.5. ПЕЧИ-ВАННЫ С КИПЯЩИМ СЛОЕМ
Кипящий или псевдоожиженный слой получается при продувке восходя щими потоками воздуха или горячего газа мелкозернистого материала (ко рунда, карборунда, кварцевого песка, ферросилиция, глинозема, шамота, ме таллического порошка и т. п.). При определенной скорости газа (критиче ской) давление в слое численно будет равно массе материала на единицу площади решетки. Частицы в этом слу чае станут подвижными, приобретут некоторые свойства жидкости, т. е. на ступит псевдоожижение (кипение) слоя. При непосредственном сжигании топлива в слое (например, природного газа) происходит интенсивный тепло массообмен между газом и нагретым металлом с коэффициентом теплопере дачи 600—700 Вт/(м2*К) и равномерно стью поддержания температуры ± 5 °С.
Высокий коэффициент теплопереда чи достигается в результате большой теплоемкости зернистого материала и газа. Роль лучистого теплообмена в ки пящем слое мала. Для сжигания газа в кипящем слое необходима температура не менее 800 °С. При меньшей темпе ратуре требуемое тепло создается с помощью электронагревателей. Зерни стый материал располагается на колос никовой решетке, которая может быть выполнена в виде плиты с коническими отверстиями диаметром на входе 1 —
3 мм, на выходе 3—4 мм. Отверстия в колосниковой решетке должны состав лять 1,5—2 % ее площади. В последнее время применяют решетки в виде кол пачков диаметром 35—50 мм, каждый из которых имеет. 4—6 отверстий диа метром 3—6 мм.
При подводе всего необходимого для горения воздуха через колоснико вую решетку в рабочей зоне создается окислительная атмосфера. Поэтому под колосниковую решетку подают только часть воздуха, необходимого для горе ния, а остальное его количество вводят выше рабочей зоны ванны. При двух ступенчатом подводе воздуха в ванне можно получить безокислительную ат мосферу, а при подаче первичного воз духа с а=0,25 — науглероживающую. В случае подвода вторичного воздуха для дожигания га'зов неполного сгора ния получаемое тепло возвращается в зону нагрева металла интенсивно дви жущимися частицами, а образующиеся при сгорании окисляющие газы отво дятся вверх. Если температура слоя превышает 800 °С, в рабочей камере на блюдается весьма-устойчивое горение при любых а.
На рис. 4.7 показана схема печиванны с кипящим слоем. Рабочая каме ра 2 внизу имеет колпачковую решет ку У, состоящую из четырех газорас пределительных коллекторов. Вторич ный воздух для дожигания подается по соплам из воздухопровода 3. В месте расширения ванны создается отстойная зона 4, что позволяет уменьшить унос зернистого материала. Высота кипяще го слоя составляет 0,4—0,8 м, а отстой ной зоны 1,0—1,5 м. Изделия загружа ются на подвесках через отверстие 6, дымовые газы отводятся по трубопро
воду 5. |
Предельная |
температура слоя |
зависит |
от огнеупорности псевдоожи |
|
женного |
материала |
и теоретической |
температуры горения газа. Температу ра нагрева колпачков на 200—300 °С ниже температуры слоя.
Более эффективный нагрев наблю дается при использовании частиц зер нистого материала диаметром ЗО-ц* 60 мкм и скоростях их движения 0,8— 0,9 м/с. Кипящий слой позволяет охла ждать изделия с различными скоростя ми, вплоть до скоростей, превышающих скорости охлаждения в масле.
Скорость нагрева и охлаждения в кипящем слое можно регулировать, из меняя размер частиц и скорость их
движения. С уменьшением диаметра псевдоожижаемых частиц теплообмен улучшается, однако при очень мелких частицах (меньше 0,2 мкм) он ухудша ется из-за их слипания. Минимальный размер частиц зависит от типа матери ала и конструкции колосниковой ре шетки. С увеличением температуры на грева влияние диаметра частиц осла бевает. Меньший коэффициент теплопе редачи в кипящем слое дают пористые материалы (например, шамотные ча стицы).
Из результатов многих исследова ний видно, что теплопередачу в кипя щем слое можно повысить, применяя электропроводный зернистый матери-' ал, механическое перемещение и виб рацию. Так, виброслой из графитовых частиц, находящихся в контейнере с внешним обогревом, при частоте виб рации 16 Гц и амплитуде 5—7 мм спо собствует повышению скорости и рав номерности нагрева, получению неокисленной поверхности. Частицы виб рослоя не забивают малых отверстий и узких каналов в деталях.
Детали в ваннах с кипящим слоем можно нагревать до любой температу ры. При этом зернистый материал не взаимодействует с металлом и детали не нуждаются в отмывке.
На рис. 4.8 изображена ванна для светлой термообработки коленчатых валов и шатунов из сталей 18Х2Н4ВА производительностью 1,5 т/ч при разме
ре рабочей камеры 650X1500X700 мм. Кроме камеры нагрева 2 с колпачковой решеткой 1 и отстойной зоной 3, ванна имеет камеру охлаждения 4. Послед няя снабжена змеевиками 5 с циркули рующей в них водой и электронагрева телями 6 мощностью 100 кВт, что по зволяет охлаждать изделия в кипящем слое от 500 до 50 °С. При а=0,25 ки пящий слой можно использовать для процесса цементации. Зубья шестерен из стали 12ХНЗА науглероживаются в кипящем слое на глубину 0,7 и 1,5 мм