Тигельные печи-ванны на жидком и газообразном топливе

Печи-ванны применяют в термических цехах для нагрева деталей при закалке, отпуске, нормализации, для химико-терми­ческой обработки — цианирования, жидкостной цементации, для старения, а также для охлаждения деталей при изотермической и ступенчатой закалке. В печах-ваннах детали нагревают в различ­ных жидких средах в зависимости от того, для какой термической операции производится нагрев и, следовательно, до какой темпе­ратуры необходимо нагреть детали. В качестве сред для нагрева применяют расплавленные металлы (свинец, сплавы свинца и силумин), расплавленные соли, щелочи, масла. Используемые в качестве нагревательной среды свинец и его сплавы можно заме­нять смесью солей и расплавленным силумином. Вместо свинца в качестве среды для нагрева хвостовиков инструментов и деталей Всесоюзным научно-исследовательским институтом инструмен­тальной промышленности был предложен силумин — сплав алю­миния с кремнием (10—12%) и железом (7—8%). Температура плавления силумина 515° С, температура применения 650—800° С. Скорость нагрева в расплавленном силумине не отличается от ско­рости нагрева в свинце. Нагрев деталей в силуминовой ванне можно рассчитать исходя из нормы 4—5 сек на 1 мм толщины. При нагреве силумин может разъедать детали. Этот процесс можно предотвратить, если предварительно детали покрывать сухим мелом или меловой краской, составленной из одной части мела и одной части воды, причем тигель ванны и чехол термопары также должны быть защищены.

Существует много составов смесей солей. Наиболее часто употребляются хлористые, углекислые и азотнокислые соли ще­лочных и щелочноземельных металлов. Хлористые и углекислые соли применяют для нагрева при высоких температурах, от 700 до 1300° С, под закалку, отжиг, нормализацию и цианирование, и азотнокислые — для нагрева от 160 до 500° С [29].

Для цианирования и жидкостной цементации в качестве со­ставляющей применяют хлористые и углекислые соли с добавле­нием цианистых солей. Примерные составы смесей солей, щелочей и их рабочие температуры приведены в табл. 1. При нагреве в солях вследствие наличия в них растворенного кислорода и

окислов возможно обезуглероживание деталей. Для борьбы с этим явлением в ванны добавляют небольшое количество веществ, называемых ректификаторами. В качестве ректификаторов при­меняют буру или 75—85%-ный ферросилиций. Иногда также при­меняют в качестве добавки цианистые соли и карбид кремния (кар­борунд). Всесоюзным научно-исследовательским институтом ин­струментальной промышленности предложен ректификатор хло­ристого бария — фтористый магний.

Проверку ванны на ее обезуглероживающее действие можно сделать следующим методом. В ванне при 780° С в течение 3—

5 мин нагревают лезвие для бритья и затем закаливают его в воде.

Лезвия толщиной 0,08—0,1 мм изготовляют из высокоуглеродис­той стали. После нормальной закалки лезвие при изгибе должно сломаться, если же оно во время нагрева обезуглеродилось, то

при изгибе будет гнуться.

Нагрев в жидких средах по сравнению с нагревом в печах имеет

некоторые преимущества. К преимуществам относятся: более

быстрый нагрев деталей в соляных ваннах и еще более быстрый

в свинце; относительная однородность температуры всей среды;

отсутствие окисления деталей при их нагреве в свинце или в солях;

сохранение тонкой пленки застывшей соли на деталях при их пере-

носе после нагрева в охлаждающую среду, в результате чего детали предохраняются от окисления на воздухе; возможность нагрева деталей в вертикальном положении на необходимую длину и таким образом производить местный нагрев деталей. Более

быстрый нагрев в жидких ван­нах происходит потому, что коэффициент теплопередачи в них намного больше, чем в пе­чах.

Рис. 26. Топливная печь-ванна кон­струкции ВНИПИ «Теплопроект»

К недостаткам нагрева в жидких ваннах относятся:/ма­лая стойкость тиглей и "в связи с этим частые остановки ванн (это наиболее существенный не­достаток печей-ванн); склон­ность к коррозии деталей после нагрева в некоторых солях при промедлении с очисткой от при­ставших частиц соли; прили­пание свинца к деталям, нагре­ваемым в свинцовых ваннах; необходимость соблюдения ос­торожности при работе на ван­нах (выплескивание расплавлен­ного свинца или соли при по­падании влаги в ванну); взрыво-опасность некоторых солей (азотно- и азотистокислых) при перегреве и попадании в них цианистых соединений; обез­углероживание деталей в не­которых солях при работе без специальных добавок в ванну. Несмотря на перечисленные не­достатки, которые нетрудно ус­транить, печи-ванны широко применяются в термических це­хах.

Печи-ванны имеют различ­ные конструкции. Существуют

печи-ванны, обогреваемые мазутом, газом или электроэнергией. Реже используются в термических цехах мазутные печи-ванны. Наибольшее распространение имеют газовые и электрические печи-ванны.

Печь-ванна (рис. 26) состоит из металлического каркаса, вну­три которого укладывают слой изоляционного диатомитового кирпича). 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.

Бесперебойная работа ванн в значительной степени зависит от стойкости тиглей. Для повышения стойкости тиглей печей-ванн, работающих на мазуте или газе, их изготовляют со стенками боль-

325

Рис. 27. Приспособления для работы в печах-ваннах:

а — для мелких инструментов с цилиндрическим хвостовиком; б — для крупных пла­шек; в — для местного нагрева коротких осей в свинцовой ванне; г — для отпуска па­тронов в соляных ваннах; д — ковш для цианирования мелких деталей; е — для циа­нирования ведущего конуса велосипеда

шей толщины в нижней части, чем в верхней, так как снизу тигель подвергается непосредственному действию факела пламени. Тигли изготовляют штампованными или литыми. Материалом для штампованных тиглей служит малоуглеродистая сталь, а для литых — жароупорные стали и сплавы Х18Н9Т, Х18Н25С2, Х25Н20С2, Х15Н60 и др.

При конструировании приспособлений для нагрева изделий в печах или ваннах необходимо, чтобы приспособления имели небольшой вес; они должны максимально и быстро "загружаться изделиями, иметь высокую стойкость в печной атмосфере и малую чувствительность к резким изменениям температуры. Для на­грева изделий в ваннах применяют большое количество приспосо­блений (рис. 27), изготовляемых из жаропрочных сплавов и из малоуглеродистой стали.

Иногда в общей кладке печи монтируют два тигля и полу­чают двухтигельные печи-ванны. Один тигель предназначается для подогрева, а другой — для окончательного нагрева деталей; каждый тигель нагревается своей форсункой или горелкой.

§ 7. ТИГЕЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОДНЫЕ ПЕЧИ-ВАННЫ

Рис. 28. Электрическая печь-ван на СВГ-20/8,5

Электрические печи-ванны для нагрева деталей под закалку бывают двух видов: с элементами нагрева в виде проволоки или ленты из высокоомного сплава и электродные. К ваннам с эле­ментами нагрева в виде прово­локи или ленты с наружным обо­гревом металлического тигля отно­сятся электрические ванны-печи типа СВГЧО/8,5, СВГ-20/8,5 и СВГ-30/8,5. В обозначениях ванн первая цифра показывает мощность печи-ванны в кет, а знаменатель— температуру в сотнях °С. Про­изводительность печей-ванн соот­ветственно 30, 80 и 130 кг/ч. Кон­струкция печи-ванны СВГ-20/8,5 показана на рис. 28. Рабочая камера 2 печи-ванны выложена из шамотного кирпича. Простран­ство между рабочей камерой и каркасом заполняется теплоизо­ляционным порошком с диатоми-товым кирпичом. Тигель / 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. Электродные печи-ванны получили большое развитие. В настоя­щее время в СССР и за рубежом разработано много конструкций электродных ванн [17, 25]. В старых конструкциях этих печей-ванн электроды далеко отстоят друг от друга и являются стен-

ками рабочего пространства. В новых конструкциях устанавли­вают электроды на небольшом расстоянии друг от друга. Имеются конструкции с опущенными электродами с полностью погружен­ными и утопленными электродами. Все эти печи-ванны отлича­ются тем, что электроэнергия преобразуется в тепловую в расплав­ленной соли, которая является слабым проводником тока.

Вследствие того, что нагрев соли происходит непосредственно от прохождения тока в ванне, эти печи-ванны являются на-

иболее экономичными. В промышленности получили широкое рас­пространение трехфазные электродные печи-ванны типа С-35 и С-75 (цифры показывают мощность печей в квт). Производитель­ность печи-ванны С-35 30 кг/ч, а С-75 55 кг/ч.

Конструкция и электрическая схема печи-ванны С-35 приведена на рис. 29, а и б. Эти печи-ванны характерны тем, что не имеют металлического тигля. Внутри металлического каркаса 1 устанав­ливают предохранительный цилиндрический кожух 5. Простран­ство между внутренним и наружным цилиндрами заполняют теплоизоляционным материалом 4. Внутри предохранительного кожуха рабочее пространство 2 ванны выкладывают фасонным шамотным кирпичом и железными электродами. Рабочее про­странство имеет вид шестиугольной призмы, у которой шамотные грани чередуются с железными гранями, представляющими собой электроды. Расстояние между противоположными гранями в печи С-35 220 мм, а в печи С-75 340 мм. Глубина ванны соответственно 420 и 580 мм. Железные электроды 3 не доводят при монтаже до самого дна во избежание короткого замыкания их при раскис­лении печи-ванны и осаждении окалины. Электрическим сопро-

тивлением печи-ванны служит расплавленная соль — хлористый барий или смесь хлористого бария с другими солями. Ток подается к электродам с помощью шин от специального трансформатора 6, имеющего десять ступеней регулирования и понижающего напря­жения с 220/380 до 24,2—5,5 в. На каркасе печи установлен кол­пак 7, который присоединяется к системе вытяжной вентиляции. Для предохранения рабочих от брызг расплавленной соли за­грузочное отверстие в колпаке закрыто цепной занавеской 8.

Рабочая температура этих ванн 1300° С. В результате быст­рого разрушения стационарных термопар вследствие высокой температуры контроль температуры осуществляется с помощью радиационного пирометра-ардометра.

Пуск в ход электродных соляных печей-ванн представляет некоторые трудности. Поэтому, когда в работе имеется небольшой перерыв, ванну не выключают, а закрывают шамотной крышкой и устанавливают трансформатор на первую ступень для поддер­жания температуры ванны немного выше точки плавления соли.

При эксплуатации печей-ванн возможны случаи разъедания кладки расплавленной солью. Особенно часто это случается у ввода электродов в рабочее пространство. В этих случаях необхо­димо остановить печь-ванну, удалить соль и после остывания печи произвести ремонт. Для ликвидации простоев вследствие выхода из строя печи-ванны на заводах изготовляют запасную сменную печь-ванну, которая представляет собой полностью смонтированные каркас, кладку и электроды. Эту запасную печь-ванну подводят под вытяжной колпак, вышедшей из строя печи-ванны, и присоединяют электроды к трансформатору. После футе­ровки печи-ванны производят тщательную сушку сначала дро­вами в течение 6—8 ч, а затем углем, после чего можно расплав­лять соль.

При длительных остановках печи-ванны необходимо вычерпать соль и слить ее в специальные изложницы. После затвердевания соль раскалывают на куски, и ее можно опять использовать. В твер­дом виде соль не является электрическим проводником, поэтому для ее расплавления применяют ряд методов. Для пуска соляных ванн применяют приспособление, изготовленное из сплава вы­сокого омического сопротивления. Приспособление представ­ляет собой стойку, в основании которой имеется треугольник. По сторонам треугольника располагается нихромовая спираль. При пропускании тока невысокого напряжения от трансформа­тора приспособление будет нагреваться и расплавлять соль. Это приспособление используется также при временной остановке ванны. В этом случае приспособление устанавливают в жидкую ванну, где соль постепенно застывает. Затем, когда ванну необхо­димо пустить снова, через приспособление, находящееся в за­твердевшей соли, пропускают ток, и соль расплавляется. Во из­бежание выброса соли из ванны расплавление застывшей соли

следует вести сверху; поэтому приспособление при загрузке в жидкую соль перед ее затвердеванием опускается неглубоко.

В трехэлектродных печах-ваннах типа С-35 и С-75 возможен перегрев деталей при нормальной температуре соли. Это проис­ходит по следующим причинам. Ток проходит через расплавлен­ную соль и деталь, помещенную в нее, а так как сопротивление металла меньше сопротивления соли, деталь может перегреваться вследствие увеличения плотности тока на его поверхности. Пере­грев будет происходить всегда, когда детали располагаются вблизи электродов, на расстоянии не более 25—30 мм.

Более совершенными и не имеющими указанного недостатка являются печи-ванны с опущенными электродами. В этих печах-ваннах в рабочее пространство поступает не весь ток, как в пре­дыдущих конструкциях, а только часть его в виде ответвления, и перегрева деталей не происходит. Такие печи-ванны получили широкое распространение вследствие высокого к. п. д. и интен­сивного равномерного нагрева деталей. Последний происходит в ре­зультате электромагнитной циркуляции соли, которая заключается в следующем. Протекающий через электроды ток (3000—5000 а) об­разует интенсивное магнитное поле. Вследствие взаимодействия магнитных полей жидкий проводник — расплавленная соль — приходит в движение. В ванне наблюдается энергичная циркуля­ция расплавленной соли; около стенок ванны соль поднимается со дна; в верхних слоях она направляется в сторону электродов, а затем вниз к нижним концам электродов. В ванну опускают два электрода, которые представляют собой стальные стержни диаметром 30—40 мм. Расстояние между поверхностями электро­дов составляет 12—30 мм; в этих ваннах не может быть такого пере­грева деталей, как в ваннах типа С-35 и С-75, где электроды зна­чительно удалены один от другого.

Электромагнитная циркуляция служит также причиной дви­жения соли между электродами, откуда соль выталкивается на­встречу конвекционным потокам, которые направляют горячие слои соли снизу вверх. Схема электромагнитной циркуляции соли представлена на рис. 30, а. Любой элементарный объем 1 соли, находящийся между погруженными электродами 2, будет активизироваться и увлекаться вниз между электродами. Если движение тока меняется в обратном направлении, то силовые линии 3 магнитного поля также меняют свое направление на обратное.

На заводах работают однофазные электродные печи-ванны серии С типа С-20, С-25, С-45 с электромагнитной циркуляцией соли (цифры обозначают мощность печей в квт). Ванны типа С-25 применяются для температур до 850° С, а типа С-20 и С-45 до 1300° С. Конструкции этих ванн имеют некоторое сходство с описанными выше ваннами типа С-35 и С-75. Отличительными особенностями ванн с опущенными электродами являются следу­ющие: в ваннах С-20 и С-45 расплавленная соль находится в рабочей камере, выложенной из фасонного шамотного кирпича,

а в ванне С-25 (рис. 30, б) в тигле из жароупрной стали. В табл. 2 приведены некоторые характеристики этих печей-ванн.

В ванну опущены два электрода 2. Электроды имеют квадрат­ное сечение с размерами сторон 25—60 мм. Расстояние между электродами составляет 12—30 мм и выбирается в зависимости от рабочей температуры и со­става ванны, влияющих на электропроводность. Концы электродов с помощью шин соединены с многоступенча­тым понизительным транс­форматором.

Рис. 30. Электродная печь-ванна С-25 с электромагнитной циркуляцией

соли

Печи-ванны такого же типа, но больших размеров имеют обозначение С-50 и С-100. Печь-ванна С-50 предназначена для ра­боты при температуре до 600° С, а типа С-100 до 850° С. Произ­водительность соответственно 100 и 160 кг/ч. Эти печи имеют прямоугольную форму и заключены в металлический каркас (рис. 31). Печи-ванны С-50 и С-100 в отличие от печей-ванн С-20 и С-45 имеют три пары опущенных в тигель электродов 1. Сверху печи-ванны закрываются крышкой 2, которая у печей типа С-50 передвигается вручную, а у печей типа С-100 специальным меха­низмом от электродвигателя, установленного сбоку печи. Кроме того, печи-ванны типа С-100 снабжены бортовым отсосом 3 для удаления вредных паров солей. Отсос вместе с вытяжным зонтом над ванной присоединяется к общей вентиляционной системе цеха.

Печи-ванны С-100 используются для нагрева под закалку и для высокотемпературного цианирования, а печи-ванны С-50 — для отпуска и низкотемпературного цианирования.

Печь-ванна С-100 имеет большое открытое пространство рас­плавленной соли. Вследствие этого наблюдается значительное

выделение тепла и большие его потери. Вентиляционное устрой­ство для удаления паров соли у печи-ванны С-100 не обеспе­чивает хороший отсос [их. За­грузка и выгрузка деталей в печи не механизированы.- По­этому были разработаны новый типаж и конструкции печей-ванн с опущенными электрода­ми с трехфазными и однофаз­ными электродными группами, обозначаемые индексом СВС.

Для трехфазных печей-ванн главным параметром' является мощ­ность электродной группы, а для однофазных печей-ванн глав­ными параметрами являются размеры рабочего пространства. По­этому цифры в обозначениях показывают ширину, длину и высоту

рабочего пространства
в дм: СВС-1 Х1,5 X
X 4/13, СВС-1,5 X

X 2 X 4/13, СВС-2Х хЗ X 4/13 исполнение М-01 и др.

Рис. 31. Электродная печь-ванна С-100

Электродные печи-ванны с опущенными электродами имеют не­которое преимущество перед ваннами типа"_вС-35 и С-75. Однако у них значительно сокращена площадь загрузки, кро­ме того, нагреваемые де­тали должны находить­ся на расстоянии Гот электродов во избежа-

ние нарушения электрического режима и перегрева деталей. Эти недостатки электродных ванн способствовали созданию нового типа электродных печей-ванн с внутренними экра­нами, отделяющими электроды от рабочего объема соли, в которых производится нагрев деталей. При такой конструкции ток не проходит через детали, экран предохраняет их от соприко­сновения с электродами, позволяет лучше использовать рабочий объем соли. Особенностью новых печей-ванн (рис. 32) являются

перепускные электроды и нулевой электрод-перегородка, который освобождает рабочее пространство от ^прохождения _кчерез него тока и обеспечивает хорошую циркуляцию соли. Металлическая перегородка предохраняет электродную группу от возможного замыкания через нагреваемую деталь. Опускание электродов позволяет максимально использовать электроды по длине. Элек­троды изготовляют из стали марки 10, 20. Диаметр электродов 45 мм для ванны мощностью электродной группы 35 кет, для ванн мощностью 60 кет 60 мм и для ванн мощностью 100 кет 75 мм.

Рис. 33. Однофазная печь-ванна типа СВС: / — футеровка; 2 — электроды

Эти печи-ванны имеют вентиляционный зонт, который облегчает чистку ванн и хорошо защищает рабочего от облучения.

Однофазные высокотемпературные печи-ванны хорошо сохра­няют тепло в объеме рабочего пространства.

Поэтому во ВНИИЭТО была разработана серия однофазных высокотемпературных печей-ванн. По исследованиям ВНИИЭТО [15], в печи-ванне СВС-60/13 мощностью 60 кет перепад темпе­ратур по всему рабочему объему составляет ±19° С, а в однофаз­ной печи-ванне СВС-1,5х2х4/13 мощностью 50 кет вслед­ствие более интенсивной циркуляции соли только ±8° С при прак­тически одинаковой производительности обеих печей-ванн.

Конструкция однофазной высокотемпературной печи-ванны серии СВС показана на рис. 33. В этих однофазных печах-ваннах использованы унифицированные узлы. Футеровка печей выложена из специальных высокоглиноземистых плит. Электроды квадрат­ного сечения установлены на небольшом расстоянии друг от друга у задней стенки печи-ванны. Электроды отделены со стороны рабочего пространства керамической плитой, а остальная часть электродной зоны покрыта шамотной плитой для уменьшения тепловых потерь. Рабочая часть электродов выполнена из высоко-

хромистой стали. Для электродов высокотемпературных печей-ванн рекомендуются сплавы Х25 и Х18Н10Т. Однофазные элек­тродные печи-ванны используются для различных процессов терми­ческой и химико-термической обработки.

§ 8. ЧЕТЫРЕХТИГЕЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОДНЫЕ ПЕЧИ-ВАННЫ И ДРУГИЕ КОНСТРУКЦИИ ПЕЧЕЙ-ВАНН

Иногда в одном каркасе и кладке монтируют три или четыре электродные печи-ванны типа С-25 или С-45. Обычно трех- или четырехтигельные печи-ванны используют для обработки быстро­режущей стали. Четырехтигельная ванна показана на рис. 34.

Рис. 34. Четырехтигельная электродная печь-ванна

Каждый тигель предназначен для отдельной операции: первый для подогрева инструментов из быстрорежущей стали приблизи­тельно до 650° С, второй — для подогрева до 850° С, третий — для окончательного нагрева до 1260—1280° С, а четвертый — для охлаждения под ступенчатую закалку. В соответствии с этими операциями в тиглях находятся следующие смеси солей: в первом смесь солей 50% КС1 и 50% Na₂C0₃, во втором 30% KC1 и 70% ВаС1₂, в третьем 100% ВаС1₂ и в четвертом 33,3% КС1,

33,3% NaCl и 33,3% ВаС1₂. Перед загрузкой в тигли соли под­вергают следующей подготовке: хлористый калий и углекислый натрий тщательно высушивают и измельчают, а хлористый барий прокаливают при 600—700° С. Расплавленные соли во втором и третьем тиглях раскисляют бурой или борной кислотой. Во вто­рой тигель раскислитель вводится через каждые 4 ч работы, а в третий — через каждые 2 ч.

Раскисление высокотемпературной ванны (1260—1280° С) реко­мендуется производить порошком ферросилиция, так как раски­сление бурой вызывает сильное парообразование, которое влияет на точность показаний ардометра. Для раскисления используется мелкоистолченный и просеянный порошок 72%-ного ферросили­ция (200—300 г на один тигель). Хорошие результаты получаются, если температуру ванны перед раскислением повысить до 1300— 1320° С, затем засыпать ферросилиций, дать выдержку 20—30 мин, а потом снять образовавшийся шлак. Раскисление ферросили­цием производится не реже одного раза в смену.

В каждом тигле имеется по два электрода, которые изготов­ляют из стали марки Х17 или 4Х18Н25С2. Можно также изго­товлять электроды из стали 20, но стойкость их будет значительно ниже. Электрод не должен нагреваться при прохождении тока через него. Так как практически этого избежать невозможно и электроды нагреваются, то нужно следить за тем, чтобы нагрев был минимальным. Электроды должны погружаться в ванну не менее чем на ³/₄ высоты тигля. Ввиду загрязнения ванн солями при переносе инструментов из одного тигля в другой необхо­димо производить очистку третьего тигля через каждые 4 ч, а очи­стку остальных тиглей — один раз в смену. При переносе ин­струментов из ванны подогрева (850° С), состоящей из хлори­стого бария и хлористого калия, в ванну окончательного нагрева (1260—1280° С) последняя загрязняется хлористым калием и происходит образование пара. Для избежания этого подогрев ведут в хлорбариевой ванне без хлористого калия при рабо­чей температуре приблизительно 1000° С. В этом случае ванна окончательного нагрева не загрязняется и сильного парообра­зования не происходит.

Печи-ванны, предназначенные для одной соли, могут оказаться не подходящими для другой, так как разные соли имеют различное электросопротивление, которое по-разному изменяется в за­висимости от температуры. Поэтому трансформаторы печей-ванн должны иметь достаточное количество ступеней для регулирования напряжения. Мощность рассмотренной ванны 75 квт, произво­дительность ее 75—100 кг\ч. Аналогично этому агрегату отдельные электродные ванны могут быть поставлены рядом и использо­ваться как полуавтоматическая линия. Так, например, для об­работки инструментов из быстрорежущей стали применяются соляные печи-ванны* СВС-100/6,5, СВС-35Х2/8.5 и СВС-75Х2/13. Печь-ванна СВС-100/6,5- предназначается для первоначального

подогрева инструментов до температуры 650° С, печь-ванна СВС-35Х2/8,5 служит для второго подогрева. В линию мо­гут быть также установлены селитровая ванна, промывочный и закалочный баки, а также отпускная печь-ванна. Для посте­пенного погружения инструментов в первую печь-ванну преду­смотрен наклонный конвейер, вследствие чего печь-ванна имеет большую длину. Нагрев печи-ванны СВС-100/6,5 осуществляется с помощью трех однофазных электродных групп, питающихся от одного трехфазного трансформатора. Другие печи-ванны имеют по две электродные группы, каждая из которых питается от однофазного трансформатора. Электроды изготовляют из вы­сокохромистой стали.

Особенностями данных печей-ванн являются: охлаждение проточной водой горизонтальных частей электродов у печей-ванн СВС-35Х 2/8,5 и СВС-75Х2/13, защита электродов шамот­ными кирпичами от разъедания солью на ее поверхности, пуск печей-ванн с помощью выемного блока из нихрома, питаю­щегося от трансформатора печи-ванны, и установленный сигна­лизатор уровня соли. Конструкция электродных групп обеспечи­вает равномерную температуру в рабочем пространстве и увели­чивает срок службы электродов.

Существуют электродные соляные печи-ванны, имеющие большую глубину с утопленными электродами. В ваннах (рис. 35, а, б) имеются три и две 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. Перефутеровку можно не производить, если использовать погруженные (неутоп-ленные) длинные электроды. В этом случае (рис. 35, в) для созда­ния более равномерной температуры в нижней части ванны сокра­щается расстояние между электродами [11].

Утопленные электроды применяют и для больших ванн прямо­угольной формы (рис. 36, а). В них электроды располагают гори­зонтально в нижней части ванны, вследствие чего увеличивается рабочий объем ванны и облегчается ее механизация. Для луч­шей стойкости электродов они охлаждаются водой изнутри. Это также предотвращает возможность прорыва соли в месте за-

делки электродов. Вода к электродам таких печей-ванн подво­дится по трубе 1, а отводится по трубе 2 (рис. 36, б). Перемеши­вание соли происходит исключительно конвекцией.

Иногда в тигельных печах-ваннах применяют непрерывные графитовые электроды, которые устанавливают у основания тигля.

Цилиндрические графитовые электроды могут подаваться в гори­зонтальном направлении через противоположные стенки тигля в то время, когда печь-ванна работает. Таким образом, перемеще­ние электродов до требуемого расстояния происходит без раз­борки какой-либо части кладки печи. Электроды мало изнаши­ваются, так как соль действует только на концы электродов. Электроды расположены на дне ванны, и весь объем соли пред-

ставляет собой рабочую зону. Эти электроды имеют и недостатки, так как они перемещаются, поэтому между стенкой тигля и элек­тродом обязательно должны быть зазоры, через которые может просачиваться расплавленная соль. Кроме того, соль будет обо­гащаться углеродом, и при нагреве возможно науглероживание деталей.

В конструкции печи-ванны фирмы Линдберг-Аптон стальные электроды устанавливаю в отдельные вертикальные каналы,

Рис. 36. Электродные печи-ванны с утопленными электродами

каждый из которых сообщается с рабочим пространством ванны дву­мя другими каналами, наклоненными в противоположные стороны. Под действием электродного тока в расплавленной соли возникают конвекционные круговые потоки, которые проходят через каналы. В одном канале поток движется вверх от рабочего пространства к электроду, а в другом — соль движется от электрода к рабочему пространству. Эти печи-ванны питаются от сети без трансформа­тора. Температура соли в рабочем пространстве отличается от тем­пературы в электродном канале только на несколько градусов. Электроды печи не требуют водяного охлаждения и легко заменя­ются. У таких печей-ванн рабочее пространство может быть пол­ностью использовано под загрузку.

§ 9. НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ПЕЧИ-ВАННЫ ДЛЯ ОТПУСКА И ОХЛАЖДЕНИЯ ПРИ ЗАКАЛКЕ

Для отпуска и охлаждения при ступенчатой и изотермиче­ской закалке применяют масляные ванны, а также ванны со смесью солей, имеющих низкую температуру плавления. Масляная элек-

трическая ванна для низкого отпуска показана рис. 37, а. Ванна имеет квадратную форму. Габаритные размеры ванны 950 X 950 X X 900 мм. В рабочем пространстве ванны установлен стальной тигель, в котором находится масло. Пространство между на­ружным каркасом и тиглем заполняется теплоизоляционным ма­териалом. Размер тигля 600 X 500 X 400 мм. Рабочая темпера­тура ванны не выше 250° С. Производительность при отпуске изделий 40 кг/ч. Загрузить в ванну можно сразу 80 кг.

Нагреватели изготовляют из стальной проволоки марки 1X17Ю5 диаметром 3 мм, которая уложена в предохранительные шамот­ные трубки, помещенные в железные трубы. Нагревательные трубы проходят через рабочее пространство ванны и нагревают масло. Мощность ванны 10 кет. Ванна снабжена бортовым от­сосом для удаления масляных паров. Эти ванны могут быть также использованы для старения деталей. Другая конструкция масля­ной электрованны круглого сечения для отпуска и старения пред­ставлена на рис. 37, б.

ВНИИЭТО разработал типаж таких масляных ванн с трубчаты­ми нагревателями. Эти печи-ванны имеют индексы СВМ-2,5-2,5/3; СВМ-3.5. 5/3, СВМ-5.5/3 и т. д. Цифры обозначают длину рабо­чего пространства (диаметр) и высоту в дм, знаменатель — температуру в сотнях градусов. Рабочая температура печей-ванн СВМ 260° С. В печах-ваннах диаметром более 5 дм для обеспечения равномерной температуры по объему ванны уста­новлены дополнительные подовые нагреватели. В больших ваннах глубиной свыше 10 дм предусмотрены мешалки для механического перемешивания масла.

В качестве среды для низкотемпературных соляных ванн выбирают азотнокислые и азотистокислые соли. Ванны с азотно­кислым калием и азотнокислым натрием (или азотистокислые соли) называются селитровыми ваннами. Состав ванн приведен выше в табл. 2. Так как рабочая температура в ваннах с азотисто- и азотнокислыми солями относительно невысока, тигли можно изготовлять литыми чугунными или сварными из ^листовой мало­углеродистой стали толщиной 10—12 мм. В этом случае отпадает необходимость применять жароупорные стали.

При использовании ванны с азотисто- и азотнокислыми со­лями в качестве охладителя для изотермической закалки детали перед охлаждением не должны нагреваться в цианистой ванне, так как попадание цианистых солей может вызвать выплески­вание и взрыв. Нагревать детали рекомендуется в обычных со­ляных ваннах (50% КС1 + 50% NaCl). Ванны для изотермиче­ской закалки следует регулярно очищать от солей, переносимых деталями из высокотемпературной ванны. Равномерная темпера­тура и хорошее охлаждение деталей при изотермической закалке достигаются путем установки в ваннах механических мешалок с приводом от электродвигателей. Применяемые для изотермиче­ской закалки в качестве охлаждающей среды азотисто- и азотно-

В-Б

1070

А-А

9

Рис. 37. Электрические печи-ванны для низкого отпуска и охлаждения при ступен­чатой и изотермической за­калке:

а — с изолированными нагрева­телями; б — масляная ванна круглого сечения; / — кожух; 2 — стальной тигель; Я — труб­чатый нагреватель; 4 — термо­метр; 5— переключатель нагре­вателей

кислые соли натрия и калия имеют следующие недостатки: кор­родирование деталей при недостаточной промывке их после ванны, склеивание мелких деталей, потемнение поверхности деталей.

Понизить температуру ванн с расплавленными азотисто- и азотнокислыми солями до 135° С и ускорить их охлаждающую способность можно путем добавления в расплавленную ванну некоторого количества воды. Если добавлять воду в ванну при температуре 180° С при помешивании, то сильного расплескивания не произойдет. Для придания деталям светлого вида в качестве изотермической среды используют едкий натр и едкое кали.

Едкий натр может быть расплавлен в ванне, показанной на рис. 28, причем в нижней части тигля помещается сетка, ниже которой находится крыльчатка для перемешивания щелочи. Крыльчатка получает вращение от вертикального вала электро­двигателя мощностью 0,5 кет при 1400 об/мин. Перемешивание щелочи способствует получению более однородной закалки и более высокой твердости. Рабочая температура ванны 370—410° С. Ванна с едким натром должна раскисляться желтой кровяной солью KiFe (CN)_e или бурой по0,2% отвеса расплавленной соли через один-два дня, при малой загрузке один раз в неделю. Для более низкой рабочей температуры (160—180° С) ванна состав­ляется из смеси 35% едкого натра и 65% едкого кали. Раскисление этой ванны ведут желтой кровяной солью в смеси с бурой. Детали после изотермической закалки в расплавленных едких^ щелочах получаются светлыми. Электрические печи-ванны для изотерми­ческой закалки показаны на рис. 38. Нагрев осуществляется труб­чатыми нагревателями, погруженными в соль. Для создания более равномерной температуры в ваннах установлены мешалки, дей­ствующие от электродвигателя. Особенностью ванн, показанных на рис. 38, а и б,является наружное охлаждение тигля змеевиком, 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. В печи-ванне (рис. 38, в) имеется специаль­ная камера для очистки соли от примесей и насос для циркуляции расплавленной соли. Небольшое добавление воды к щелочам (4— 10%) также снижает температуру затвердевания расплавленных смесей, повышает их закаливающую способность и улучшает качество закаливаемых деталей.

Эффективное устройство для ввода воды в расплав солей или щелочей внедрено на Горьковском металлургическом заводе [4]. Устройство (рис. 39) состоит из П-образной коробки /, Г-об-разных 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 через перфорированные трубки, уло-

Рис. 38. Электрические печи-ванны для изотермической за­калки: а и б — с охлаждением тигля; в— с камерой для очистки соли; / — трубчатые электрические нагрева­тели; 2 — бортовой отсос> 3 — зме­евик для охлаждения ванны; 4 — крыльчатка; 5 — аварийный сток; 6 — привод крыльчатки; 7—термо­пара; 8 — камера для очистки соли; 9 — рабочая камера

женные на дне ванны, или механической мешалкой. При этом спо­собе введения воды не происходит выбрасывание 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.

Для охлаждения при изотермической закалке рекомендуется использовать печи-ванны больших размеров. В этих ваннах не­обходимо не только нагревать среду для закалки, но и охлаж­дать ее, так как при охлаждении деталей с закалочной температуры среда ванны (расплав щелочи или селитры) сильно нагревает­ся. Ванна ОКБ-1118 для изотермической закалки конструкции ВНИИЭТО показана на рис. 40. Кожух ванны ОКБ-1118 имеет сварную конструкцию из листовой и профильной стали. К осно­ванию кожуха приварена рама, которую устанавливают на пол цеха. Эта рама способствует естественной циркуляции воздуха между полом и нижней частью кожуха. В верхней части ванны приварены угольники, которые служат опорой для нагревателей. Внутри ванны в нижней части находятся кронштейны, на которые устанавливают сетчатую корзину, служащую для очистки ванны от солей, вносимых в ванну из нагревательной печи-ванны. Футеровка печи-ванны состоит из диатомитового кирпича и за­сыпки. Диатомитовая засыпка служит компенсатором при рас­ширении ванны. Рабочие размеры печи-ванны 700 X 1230 х

X 625 мм.. Габаритные размеры соответственно 2180 X 2300 X 2110 мм.

Нагревают ванну с помощью трубчатых нагревателей, которые погружены в расплав щелочи или селитры. Установленная мощ­ность печи-ванны 48 кет. Для сокращения времени разогрева печи-ванны применяется съемный блок нагревателей, представ­ляющий собой раму с укрепленными на ней трубчатыми нагрева-

Подача Воды

Рис. 40. Общий вид электрованны ОКБ-1118:

— кожух; 2 — футеровка; 3 — ванна; 4 — корзина; 5 — воздуховод; 6 — во] 7 — камера водоохлаждения; 8 — трубчатый нагреватель

телями. В печи-ванне ОКБ-1118 создается равномерная темпера­тура (до 350° С) по объему ванны путем перемешивания расплава воздухом, который подается по трубопроводу при небольшом дав­лении в нижнюю часть ванны.

Для понижения температуры расплава после закалки исполь­зуется система охлаждения. К ванне через воронку подается вода, которая с помощью специального приспособления разбрызги­вается над расплавом, при этом вода частично растворяется в нем, а частично превращается в пар. Производительность печи-ванны 360 кг/ч.

ГЛАВА III

Дата добавления: 2015-06-27