18. Печи-ванны

Рисунок 74 (26[2])

Печь-ванна с топливным обогревом состоит из металлического каркаса, вну­три которого укладывают слой изоляционного диатомитового кирпича 1. Камера горения 3 топлива выполнена из шамотного кирпича. Отверстия для форсунок, или горелок расположены в огнеупорной набивке 5. Над печью устанавливают колпак для отсоса паров. Особенностями этих ванн является тангенциальное расположение форсунок, или горелок 2 и отбор продуктов горения через дымоходный канал 4, в котором имеется отверстие 6 для стока свинца или соли в случае прогара тигля.

Рисунок 75(28[2])

Рабочая камера 2 печи-ванны выложена из шамотного кирпича. Простран­ство между рабочей камерой и каркасом заполняется теплоизо­ляционным порошком с диатоми­товым кирпичом. Тигель 1 висит на чугунной плите 3. Сверху ти­гель закрывается раздвигаемой крышкой 4, в которой имеются два отверстия: одно для контроль­ной указывающей термопары 6, а другое 5 — для подвешивания приспособлений с деталями. Вто­рая регулировочная термопара помещается в рабочем простран­стве ванны у нагревателей. Эта термопара связана с автоматиче­скими регулирующими тепловыми приборами. У ванны внизу под тиг­лем имеется сток для расплавленных солей в случае прогара тигля.

Рисунок 76(63[10])

На рисунке представлена не­стандартная электрическая печь-ванна с тиглем больших разме­ров. Ванна предназначена для отпуска стальных деталей и на­грева под закалку изделий из алюминиевых сплавов. Максимальная рабочая температура ванны 550° С. Литой чугунный ти­гель 3 имеет футерованную крышку 1, подъем и опускание которой осуществляется механизмом с электромеханическим приводом 4. Спи­ральные нагреватели 2 укреплены с помощью крючков на боковых и торцовых стенках. Мощность ванны 80 квт.

Рисунок 77(4.3[1])

В печах-ваннах с внутренним обо­гревом нагревателями служат трубчатые элементы, которые размещаются внутри ванны. Трубчатые элементы могут нагреваться теплом, получаемым при сжигании мазута, газа или выделя­емым при использовании электронагре­вателей. При внутреннем обо­греве увеличивается к. п. д. печи, сни­жаются потери тепла, повышается стойкость тиглей и облегчается их ре­монт. На данном рисунке показана ванна с восемью трубчатыми элементами 1, отапливаемыми газовыми инжекционными горелками 3 с автоматическим регулированием температуры. Трубча­тые нагреватели размещаются вдоль ванны, делая у ее пода две петли. От­воды продуктов сгорания объединяют­ся в одну общую вытяжную трубу 2. Каждый нагревательный элемент снаб­жается электрической спиралью для зажигания газа.

Рисунок 78(4[7])

Форма рабочего пространства соляных ванн и схема расположения в них электродов:

а, б, в, з — ванны с тремя заделанными в кладку плоскими или квадратными элек­тродами; г — ванна с тремя свободно опу­щенными плоскими электродами; д, е — ванны с тремя круглыми свободно опущенными электродами; ж — ванна с шестью парами плоских свободно опущенных элек­тродов.

Наиболее часто на заводах применяют ванны, имеющие рабо­чее пространство в виде прямоугольника (рис. 78, б, в) или квадрата. Три массивных электрода, например сечением 70x120 или 120x120 мм, размещаются по их граням таким образом, что достигается достаточно равномерное распределение тока и тем­пературы по всему объему ванны. Эти ванны хорошо оправдали себя на практике. Показанное на рисунке б, в, расположение элек­тродов позволяет при том же объеме ванны более полезно исполь­зовать ее рабочее пространство, так как становится возможным одновременно устанавливать для нагрева большое число инстру­ментов и применять многоместные приспособления. Кроме того, эти ванны значительно проще в изготовлении, чем ванны типа С-35 и С-75, их легче ремонтировать, заменять электроды.

В указанных на рисунке конструкциях соляных ванн электроды, имеющие форму пластин (б) или брусков квадратного се­чения (в) заделываются в кладку и лишь одной стороной обращены в сторону солевого расплава. Заделка электродов в огне­упорную футеровку удлиняет срок их службы, но усложняет ре­монт ванны. В связи с этим на многих предприятиях в единичном, а иногда и в массовом производстве применяют квадратные, пло­ские (г) и круглые ( д, е) электроды, свободно опу­щенные в расплав соли.

В связи с широким применением поточных линий для терми­ческой обработки инструментов появились разнообразные кон­струкции соляных ванн с рабочим пространством, вытянутым в направлении движения изделий, например ванны прямоуголь­ной формы с тремя или шестью парами электродов, расположен­ных по одной стороне (ж) и присоединенных к трем различ­ным фазам, а также ванны, имеющие в сечении вытянутый шестигранник (з).

Рисунок 79(3[7])

Электроды соляной ванны типа С-35:

а – правый, б – средний, в – левый.

Рисунок 80

На рисунке представлена высокотемпературная электродная ванна с заделанными в кладку электродами 8. кладка состоит из огнеупорного слоя 1, выложенного фасонным кирпичом. Электроды 8 расположены в футеровке с зазором, который компенсирует термические расширения кладки и электрода. Для обеспечения хорошей теплоизоляции футеровка содержит два слоя теплоизоляции 2,3. Во внешнем слое теплоизоляции находятся 3 ряда шамотного кирпича 5 под углом 120°, в которых размещаются электроды 6. Футеровка находится в металлическом каркасе 5. Сверху печь-ванна закрыта металлическим колпаком 8, к которому подключается вытяжная система 9 и имеется окно 7 для облегчения замены электродов.

Рисунок 81

На рисунке представлена высокотемпературная ванна со свободно опущенными электродами 3. Для облегчения электродов 3 они крепятся болтовыми соединениями 6 к жесткозакрепленным держателям 5. Электроды квадратного сечения находятся на строго определенном расстоянии 7, в котором за счет электромагнитного поля 2 создается сила, перемещающая расплав 4 вниз ванны, обеспечивая его перемешивание.

Рисунок 82

На рисунке показана трехфазная электродная печь-ванна СВС 3,5.8.4/8.5 с рабочей температурой до 850°С. Печь-ванна представляет собой металлический каркас 1 футерованный огнеупорным и теплоизоляционным материалом 8. Внутри ванны установлен металлический тигель 7 с расположенными в нем тремя парами электродов 6. Тигель закрывается футерованной крышкой 5, которая перемещается в горизонтальном направлении по направляющим. Крышка в движение приводится с помощью электродвигателя 10. Для отсоса паров соли имеется вытяжная система 2.

Рисунок 83

Для увеличения срока службы электродов и облегчения их замены в печах-ваннах применяются перепускные электроды, изготов­ленные из стали 10 диам. 60 мм. Срок службы этих электродов доведен до 20 рабочих смен. На рисунке представлена печь-ванна, при­меняемая для термообработки инструмента из быстрорежущей стали, а также для отжига изделий из нержавеющей стали и для термообработки чугуна. Три электрода 3, закрепленных в специальных держателях, опущены концами в рабочее пространство ванны, которое футеровано шамотом. Футеровка размещена в промежуточном металлическом кожухе-тигле 5. Электроды по мере обгорания опускают в ванну. Вдоль фронта электродов, отгораживая рабочую зону ванны от электродной, подвешена перегородка 4 из листовой стали. Это четвертый электрод или нуль звезды в системе трехфазной электродной группы. Перегородка способствует выравниванию нагрузи на фазах при расположения электродов в один ряд создает необходимые условия для активной электромагнитной и тепловой циркуляции расплавленной соли, защи­щает нагреваемые изделия от короткого замыкания на электроды. Ванна имеет вытяжной зонт 2, присоединяемый к вентиляционной системе цеха. Температура ванны измеряется оптическим пирометром 1.

Рисунок 84(35[2])

Существуют электродные соляные печи-ванны, имеющие большую глубину с утопленными электродами. В ваннах имеются три пары электродов, расположенные верти­кально по глубине ванны, одна пара над другой. В таких печах-ваннах не рекомендуется использовать длинные электроды, так как в этом случае происходит падение напряжения на рабочей части электрода.

Разъедание электродов в печах-ваннах с утопленными элек­тродами значительно уменьшается, так как они расположены в расплаве солей. В результате электромагнитной циркуляции и перемещения соли температура в ванне распределяется равно­мерно по всей высоте. Такие ванны применяют для нагрева длин­ных осевых деталей. Преимущество этих печей-ванн перед шахтными печами состоит в том, что в них детали после закалки не окисляются. К недостаткам этих печей следует отнести трудно­сти с выводом электродов через кладку. При смене электродов при­ходится производить перефутеровку печи-ванны.

Рисунок 85(38[2])

Электрические печи-ванны для изотермической закалки показаны на рассматриваемом рисунке. Нагрев осуществляется труб­чатыми нагревателями 1, погруженными в соль. Для создания более равномерной температуры в ваннах установлены мешалки 4, приводимые в движение электродвигателем 6. Особенностью ванн, показанных на рисунке является наружное охлаждение тигля змеевиком 3, через который пропускается воздух, охлаждающий тигель и на­ходящуюся в нем соль. Включение печи на нагрев или на охлаж­дение производят автоматически с помощью устройства, регули­рующего температуру. Для аварийного слива соли имеется канал 5. Вытяжка осуществляется по коробам 2.

Рисунок 86(67[10])

Ванна для изотермической закалки состоит из сварного тигеля 9, который разделен на две части: рабочую 4 и солеприготовительную 9. В обеих частях тигля соль нагревается трубчатыми электронагревателями 1. Из солеприготовительнои части в рабочую расплав подается по трубе центробежным насосом 6 с электроприводом 5. При этом уровень соли в рабочей части тигля поддерживается выше, чем в солеприготовительной, и соль пере­текает сюда по желобам 2. На выходе желобов в солеприготовительную часть установлены фильтры 6 для улавливания из расплава частиц тугоплавких солей высокотемпературных ванн. Здесь же струя расплава охлаждается потоком воздуха, поступающим из патрубка 7. На дне рабочей части тигля установлена сетчатая металлическая корзина 3 для удаления из ванны шлама.

Рисунок 87(39[2])

Устройство для ввода воды в расплав солей или щелочей, представленное на рисунке состоит из П-образной коробки 1, Г-образных щитков 2, надвинутых на противоположные открытые торцы коробки, трубы 3 для подвода воды, укрепленной в верхней части коробки, рассекателя 4 струи воды (или спреера). Все устройство устанавливается над ванной так, что нижняя кромка коробки опущена в соль на 20—50 мм. Перемешивание соли производится сжатым воздухом 5 через перфорированные трубки, уложенные на дне ванны, или механической мешалкой. При этом способе введения воды не происходит выбрасывания расплава и воды. Поступающая вода частично растворяется в расплаве, а частично сразу испаряется. Образующийся пар выходит через торцовые зазоры, а брызги соли и воды остаются на внутренней поверхности коробки и щитков. Вследствие наличия воды закаливающая способность расплава повышается и поэтому можно производить изотермическую закалку деталей большого сечения.

Рисунок 88

Для низкого отпуска или изотермической и ступенчатой закалки используются низкотемпературные ванны с рабочей температурой до 300°С. В качестве среды может использоваться масло, расплавы солей, жидкий металл. Ванна состоит из футерованной камеры 2, в которой размещен металлический тигель 1 с расплавленной средой. Обогрев осуществляется с помощью металлических нагревателей 3, уложенных на керамические подставки 5. Для уменьшения тепловых потерь ванна накрывается крышкой 4.

19. ТВЧ

Рисунок 89(70[10])

Схемы различных одновитковых индукторов для одновременного нагрева деталей приведены на представленном рисунке. Простейшим является одновитковый цилиндрический индуктор. На рис. 89,а показано размещение цилиндрической детали 1 в таком индукторе 2.

Величина воздушного зазора между индуктором и нагреваемой деталью обычно не превышает 2—5 мм. Увеличение зазора вызывает резкое падение к. п. д. индуктора, а при малом зазоре значительно усложняется установка детали в индукторе и увеличивается опасность электрического пробоя между индуктором и деталью.

Если при нагреве детали отдельные ее участки необходимо предохранить от воздействия электромагнитного поля, то применяют защитные экраны. На рис. 89,б показан случай нагрева шейки вала 1 в одновитковом индукторе 2. Здесь защита от нагрева выступа вала осуществляется экраном 3, выполненным из меди в виде кольца. В тех случаях, когда проводится длительный прогрев участков детали, экраны рекомендуется выполнять в виде сварных полых конструкций, охлаж­даемых водой.

Для равномерного нагрева поверхности изделий разнообразной формы применяют индукторы, форма и размеры которых соответствуют форме и размерам изделий. На рис.89, г, д показаны одновитковые индукторы 1 для нагрева и закалки конических шестерен 2. Чтобы уве­личить равномерность нагрева поверхности шестерни, угол конусности индуктора делают меньше, чем шестерни. Охлаждение конической шестерни после окончания нагрева может производиться путем сбрасы­вания шестерни в охлаждающую среду для закалки (рис.89, г) или путем охлаждения нагретой поверхности шестерни водой через от­верстия в индукторе (рис.89,д).

Во втором случае воду в индуктор подают лишь после нагрева из­делия во время его охлаждения, поэтому внутренняя коническая часть индуктора, изготовленная из листовой меди, должна иметь большую толщину, чем в постоянно охлаждаемом индукторе. Отверстия в индукторе для прохода воды сверлят диаметром 1—2 мм в шахматном порядке на расстоянии 4— 8 мм одно от другого. Выводы 3 от конической части индуктора присоединяют к генератору, а в промежутке между началом и концом индуктора помещают изолирующую пластину 4. например из микалеса. Наружный кожух 5 индуктора изготовляют обычно из текстолита. Охлаждающая вода подается в индуктор по патрубкам 6 и 7 и через отверстия в конической ча­сти индуктора попадает на нагретую поверхность изделия.

На рис.89,в изобра­жена форма одновиткового индуктора 1, обеспечивающего равномерный на­грев всей боковой поверх­ности шаблона 2. Для равномерного нагрева по­верхности впадины шаб­лона, размеры которой меньше удвоенной тол­щины трубки индуктора, к нему приварен вкла­дыш 3 из меди.

Рисунок 90(71[10])

На рисунке 90,а показана схема многовиткового индуктора 1 для нагрева конической поверхности шейки вала 2. При конструировании миоговитковых индукторов для на­грева внутренних поверхностей втулок и отверстий в деталях (рис.90,б) необходимо учитывать, что зазор между центральной токоподводяшей трубкой 1 индуктора и его витками 2 должен в несколько раз пре­вышать зазор между индуктором и изделием 3.

Рисунок 91(72[10])

Для одновременного нагрева боковой и торцовых поверхностей цилиндрических деталей применяют петлевые индукторы. На боковой поверхности детали 1, помещенной (рис.91, а) в магнитное поле индуктора 2, нагревается полоса, по ширине примерно равная ширине трубок индуктора. Чтобы получить нагретый слой по всей боко­вой поверхности, деталь приводят во вращение вокруг вертикальной оси. Ускорение процесса нагрева боковой поверхности детали достигается увеличением количества и ширины вертикальных стоек петлевого индук­тора (рис.91,б). Для нагрева торцовых поверхностей детали высота индуктора должна быть больше высоты детали на 30—50 мм.

Рисунок 92(73[10])

Для последовательной закалки отдельных участков деталей часто применяют одновитковые индукторы. На рисунке показана схема взаиморасположения индуктора 1 и шестерни 3 при последовательной закалке «зуб за зубом». Такой метод закалки зубьев применяют для цилиндри­ческих и конических шестерен с модулем больше 6. При этом одновременному нагреву и последующей закалке подвергается только один зуб шестерни. Соседние с нагреваемым зубья защищаются медными экранами 2.

Рисунок 93(74[10])

На рисунке 93,а показано взаимное расположение гладкого вала 1, индуктора 2 и спрейерного закалочного устройства 3 в процессе непрерывно-последовательной закалки. По шлангам 4 к спрейерной камере подводится вода или эмульсия, которая разбрызги­вается на нагретую поверхность вала через отверстия во внутренней поверхности камеры.

На рисунке б показана конструкция плоского зигзагообразного индуктора 1 для нагрева плиты 2.

Для охлаждения нагретой поверхности плиты установлена спрейерная камера 3. Чтобы струйки охлаждающей жидкости не попадали под индуктор на еще не нагретую поверхность плиты, непрерывно-последо­вательную закалку плоских деталей рекомендуется производить или в вертикальном положении, перемещая их сверху вниз, или наклонно под углом не менее 25—30°.

Рисунок 94(75[10])

На рисунке приведена схема конструкции разъемного индуктора, применяемого для последовательной закалки шеек коленчатого вала. На рис., а индуктор изображен в замкнутом, а на рис., б — в разомкнутом состоянии. Индуктор состо­ит из двух неподвижных секций 1 и 2 и отъемной ча­сти 5, закрепляемой в рабо­чем состоянии при помощи защелки 4. Вода для закал­ки нагретой поверхности шейки вала подводится к индуктору по шлангам 5, 6 и 7 и выходит через отвер­стия 8 на внутренней его по­верхности. Для увеличения производительности индук­ционной установки часто нагреву подвергается одновре­менно несколько шеек вала. На рис., в изображена установка индукторов 2 и 3 на двух шейках коленчатого вала 1.

20. ППЗ

Рисунок 95(82[10])

Существующие способы пламенной поверхностной закалки разделяются на циклические и непрерывные. В первом случае одно­временно нагревается вся подлежащая закалке поверхность изделия одной или несколькими подвижными или неподвижными горелками. После окончания нагрева пламя горелок гасят или горелки отводят, а поверхность охлаждается при помощи разбрызгивателя. Во втором слу­чае горелка и изделие перемещаются относительно друг друга, и при­крепленный к горелке разбрызгиватель непрерывно, участок за участ­ком, закаливает нагретую пламенем горелки поверхность изделия.

К циклическим способам пламенной поверхностной закалки отно­сятся:

1) стационарный способ (рис. 95, а). При этом способе по­верхность неподвижной детали 1 нагревается неподвижной горелкой 2 (или несколькими горелками), а затем деталь охлаждается водой, по­ступающей из разбрызгивателя 3;

2) способ быстрого вращения (рис. 95, б). Поверхность Цилиндрической детали 1, вращающейся со скоростью 75—200 об/мин, нагревается неподвижной горелкой 2, а затем охлаждается водой, на­гнетаемой из полукольцевого разбрызгивателя 3.

Широкое распространение получили следующие способы непрерыв­ной пламенной поверхностной закалки:

1) плоско-поступательный способ (рис. 95, в), сущ­ность которого сводится к следующему: деталь 1 и горелка 2 перемеща­ются относительно друг друга со скоростью 60—300 мм/мин; вместе с горелкой на расстоянии 10—20 мм от пламени перемещается разбрыз­гиватель 5, закаливающий нагретые пламенем участки поверхности де­тали. Так закаливают плоские поверхности, а также поверхности тел вращения большого диаметра;

2) спирально-поступательный способ (рис. 95, г), от­личающийся от предыдущего тем, что здесь горелка 2 и разбрызгива­тель 3 перемещаются прямолинейно параллельно оси медленно вра­щающейся цилиндрической детали 1, вследствие чего закалка поверх­ности происходит по спирали.

Скорость перемещения горелки подбира­ется такой, чтобы предыдущий закаленный слой перекрывался после­дующим на 5—10 мм. При этом на стыке закаленных спиральных доро­жек образуется спиральная полоса с пониженной твердостью, что явля­ется серьезным недостатком, данного способа;

3) комбинированный способ (рис. 95, д), совмещающий поступательное перемещение закалочного устройства с быстрым враще­нием цилиндрической детали 1. При данном способе целесообразно при­менять кольцевые горелки 2 и кольцевые разбрызгиватели 3.

Рисунок 96(74[2])

Для нагрева достаточно большой поверхности используют го­релки с чашеобразной формой камеры горе­ния (рис. 96,а). Основ­ное количество теплоты передается излуче­нием поверхности ка­меры горения.

При нагреве не­больших поверхностей используют горелки, в которых процесс горе­ния заканчивается в ка­мере горения (рис. 96, б), из которой со скоро­стью до 100 м/с вылетают раскаленные продукты горения. Поверхность металла нагрева­ется в результате излучения и конвекции. Применение чистого ки­слорода для сжигания природного газа или ацетилена повышает тем­пературу горения топлива до 3000°С и ускоряет нагрев. Форма наконечников газокислородных горелок соответствует форме нагревае­мых деталей.