Химический состав газа

В закалочной ванне применяется ступенчатая закалка при температуре закалочной среды 170—190° С. Для создания безо­пасности в пожарном отношении в закрытое пространство над.ванной вводится азот. После закалки детали попадают в двух-зонную моечную машину; в первой зоне производится промывка водой при температуре 60° С; во второй происходит пассивиро­вание.

Из моечной машины поддоны с деталями поступают в отпуск­ную печь с температурой 180—200° С. Температура в этой печи создается горячим воздухом, подающимся из зоны подстужи-вания нитроцементационной печи. В другой конструкции отпуск­ной печи воздух подогревается за счет отходящих газов радиа­ционных труб нитроцементационной печи. Отпуск производят в течение 1 ч. Твердость поверхности зубьев шестерен после обра­ботки составляет HRC 58—62 при нагрузке 150 кГ; при испыта­нии на приборе Роквелла с нагрузкой 15 кГ и соответствующем переводе — HRC 62—65; твердость сердцевины HRC 35—45. Производительность агрегата 400 кг/ч.

На ЗИЛе для цементации и нитроцементации были созданы следующие безмуфельные агрегаты (рис. 78):

1. На девять поддонов, однорядный, с вертикальным распо­ложением радиационных труб в безмуфельной печи, с отпускной печью для низкого отпуска, производительностью 170 кг/ч для получения нитроцементованного слоя глубиной 0,5—0,7 мм.

2. На 21 поддон, однорядный, с вертикально расположенными радиационными трубами в безмуфельной печи, со ступенчатой закалкой в горячем масле с температурой 70—190° С, с промывкой в холодном масле и горячей воде, с отпускной печью, имеющей производительность агрегата 500 кг/ч для получения нитроце-ментованного слоя 0,7—0,8 мм.

Рис. 78. Схема безмуфельных агре­гатов ЗИЛа:

а — для нитроцементации иа девяти поддонах; 6 — для цементации или нитроцементации на 21 поддоне; в — то же на 48 поддонах; г — то же на 18 поддонах; д — для комплексной хими­ко-термической обработки деталей из

хромоникелевых сталей; / — загрузочный толкатель; 2 — там­бур загрузки; 3 — печь для нитро­цементации (цементации); 4 — разгру­зочный тамбур; 5 — бак для закалки в масле; 6 — передаточный механизм; 7 — моечная машина; 8 — отпускная печь; 9 — бак для замочки; 10 — рольганг; 11 — передаточный механизм разгрузки; 12 — вспомогательный бак; 13 — вытаски-ватель поддонов; 14 — передаточный бак с холодным маслом; 15 — трехзонная моечная машина; 16 — гидравлический механизм движения поддонов; 17 — передаточ­ная тележка; 18 — механизм движения передаточной тележки; 19 — тамбур с переда­точным механизмом; 20 — толкатель; 21 — охладительный коридор; 22 — закалочная печь; 23 — бак для закалки в горячем масле

3. На 48 поддонов, двухрядный, с горизонтально расположен­ными радиационными трубами в безмуфельной печи, со ступен­чатой закалкой в горячем масле и другим оборудованием. Про­изводительность агрегата 800 кг/ч для получения нитроцементо-ванного слоя 0,7—0,8 мм.

4. На 18 поддонов для обработки деталей, предназначенных для последующей закалки с нагревом токами высокой частоты,

однорядный с охладительной камерой вместо закалочного бака. Производительность агрегата 400 кг/ч.

5. Для обработки деталей из хромоникелевых сталей, двух­рядный, по 12 поддонов в ряду, с горизонтально расположенными трубами в безмуфельной печи, с печью для высокого отпуска и нагрева под закалку с 11 поддонами и однорядным расположе­нием поддонов в охладительном коридоре, в закалочном и про­мывочном баках моечной машины и печи для низкого отпуска. В промышленности получили распространение агрегаты с 21 поддоном для газовой цементации и нитроцементации. Конструк­ция этого агрегата аналогична описанной выше. Однако 21 -под­донные агрегаты имеют ряд недостатков. Колпаковая система загрузки с подъемом поддонов перед заталкиванием в печь и боль­шие размеры загрузочного тамбура не обеспечивают необходимую герметичность и сохранение состава атмосферы в цементационной печи, кроме того, в агрегатах используют радиационные трубы старой конструкции.

На ЗИЛе был спроектирован агрегат с 20 поддонами для газо­вой цементации и нитроцементации. В этом агрегате предусмо­трены мойка и сушка деталей перед загрузкой в печь. В конструк­ции этого агрегата использованы тупиковые радиационные трубы, обеспечивающие лучшее сжигание топлива, боковая загрузка поддонов с деталями в печь упрощена и осуществляется на одном уровне с подающим рольгангом, загрузочный тамбур уменьшен в размерах и т. д.

К недостаткам данного агрегата относится то, что для его" размещения требуется площади примерно в 2 раза больше, чем для агрегата с 21 поддоном.

На Таганрогском комбайновом заводе [34] установлен агрегат для газовой цементации и нитроцементации, который имеет П-образную форму и состоит из двухрядной безмуфельной печи. В печи установлены горизонтально 108 радиационных труб с электросопротивлением и с тремя-вентиляторами в своде рабо­чего пространства печи (рис. 79). Закалочный бак (рис. 79, б) имеет скиповые дорожки для передвижения поддонов. В агрегат также входит моечная машина и отпускная печь с рециркуля­цией газовоздушной смеси. Цементационная печь снабжена каме­рой загрузки с выдвижной тележкой, толкателем для перегрузки пустых поддонов на загрузочную тележку, кроме того, на обрат­ной ветви агрегата смонтирована система пульсирующих конвейе­ров. Агрегат имеет маслонапорную станцию, установку для при­готовления контролируемой атмосферы, состоящую из двух гене­раторов, смесительной станции и пульта управления. Производи­тельность такого агрегата 300 кг/ч.

Во ВНИИЭТО разработаны такого же типа агрегаты, которым
присвоен индекс СТЦА. Производительность агрегатов СТЦА
от 150 до 450 кг/ч. Агрегат СТЦА-6.48.4/10 предназначен для
газовой цементации и нитроцементации стальных деталей длиной

до 400 мм и состоит из цементационной печи с трубчатыми съем­ными нагревателями и двумя вентиляторами, находящимися в своде рабочего пространства, закалочного бака с горячим мас­лом, передаточного бака с холодным маслом, двухсекционной моечной машины и отпускной толкательной электропечи с венти­ляторами. Разогрев масла в закалочном баке производится также трубчатыми нагревателями, а для циркуляции масла установлена специальная крыльчатка. Печь СТЦ-6.48,4/10 имеет мощность 240 кет и производительность на операции цементации ПО кг/ч и нитроцементации — 300 кг/ч. Цикл цементации при 1000° С (на слой 0,9— 1,2 мм) составляет 8 ч, нитроцементации при 860° С (слой 0,4—0,6 мм) — 3 ч. Соответственный расход газа 25 и 27 м³/ч, расход азота 12 м^ъ/ч.

Толкательная отпускная электропечь СТО-6.24.4/3 мощностью 35 кет имеет производительность 300 кг/ч, а время отпуска 1,5 ч. Все приводы в агрегатах СТЦА гидравлические. Механизмы могут работать автоматически и при ручном управлении. Эти агрегаты предназначены для непрерывной работы и могут быть встроены в автоматические линии. Агрегаты изготовляют на Саратовском заводе электротермического оборудования.

В процессе эксплуатации агрегатов для цементации и нитро­цементации в конструкциях и компоновках оборудования были выявлены недостатки. Для проведения процессов химико-терми­ческой обработки необходимо, чтобы поступающие в печь детали были чистыми. Промывание деталей в механических цехах не­достаточно для последующей химико-термической обработки. Грязные детали, а также детали со следами масла на поверхности не дают идентичных результатов при химико-термической обра­ботке и влияют на состав атмосферы в цементационной или нитро-цементационной печи. Поэтому в агрегатах нужно устанавливать моечные машины, через которые должны пропускаться детали перед загрузкой в печи для цементации или нитроцементации.

В печах для цементации и нитроцементации необходимо под­держивать требуемую атмосферу. В существующих конструкциях при загрузке и выгрузке поддонов попадает в печь воздух, и состав атмосферы меняется. Это затрудняет правильное ведение процесса и работу автоматических приборов, регулирующих газовый состав в печах. Поэтому необходимо устраивать у загру­зочных и выгрузочных дверец тамбуров мощные газовые завесы.

Схема газовой завесы представлена на рис. 80. Природный газ подается под давлением 300 мм вод. ст., который через вен­тиль и соленоидный клапан газового запальника поступает к маг­нитному соленоидному клапану, срабатывающему от блокировки с некоторым опережением при открывании дверцы тамбура и затем поступает в горелку диффузионного типа. Горелка пред­ставляет собой трубу, по длине равную проему дверцы, в которой через каждые 5 мм просверлены отверстия диаметром 1 мм. В горелке газ поджигается пламенем запальника, Выходящий

из тамбура эндогаз также сгорает в пламени завесы, а продукты сгорания поднимаются вверх и не попадают в тамбур. Газовая завеса герметизирует печь в период загрузки — выгрузки, при устранении неполадок, при взятии пробных деталей на анализ, создает условия безопасной работы и в течение неограниченного времени предотвращает возможность образования взрывчатых смесей в тамбурах и печи.

Для работы печи большое значение имеет рациональное рас­положение радиационных труб. Тепловая работа печей улуч­шается при горизонтальном расположении труб. При горизон­тальном расположении U-образных или тупиковых труб с ре­куперацией тепла ухо­дящих газов обеспечи­вается равномерность нагрева по высоте печи и получение более одно­родных результатов по глубине слоя, природ­ный газ расходуется бо­лее экономно и умень­шается потребность в жаростойких материа­лах.

Рис. 80. Схема газовой завесы: / —■ вентиль; 2 — клапан запальника; 3 — газовый запальник; 4 — термопара запальника; 5 — клапан завесы; 6 — горелка

Производить смену вертикальных труб зна­чительно легче, чем го­ризонтальных, так как при вертикальном рас­положении трубы удаляются из печи и устанавливаются в нее с помощью крана. На ЗИЛе вертикальные радиационные трубы в агрегатах имеют диаметр 102 мм и рабочую длину 1170 мм. Мак­симальная производительность горелок в трубах 2,5 м³/ч. Смеше­ние газа с воздухом в этих трубах затруднено и движение продуктов сгорания носит ламинарный характер. На расстоянии 1 м от начала излучающей части трубы устроены вмятины, которые турбулизи-руют поток, они обеспечивают полное догорание газа и не­сколько выравнивают нагрев трубы по высоте. Горизонтальные U-образные трубы имеют эллиптическое сечение с размером по осям 88x170 мм и значительную длину излучающей части (раз­вернутая длина составляет 3,6 м). Продукты горения удаляются с помощью эжектора, установленного в конце трубы. Ввиду вы­сокой температуры отходящих газов и нагрева боковых стенок печи в горизонтальных радиационных трубах рекомендуется при выходе газов из труб устанавливать рекуператоры. Рекупера­тивные радиационные трубы могут быть U-образными и тупико­выми. Тупиковые трубы имеют высокий к. п. д. и низкую тем­пературу отходящих продуктов горения, такие трубы не про­гибаются 13],

Радиационные трубы получили также применение и в электри­ческих безмуфельных печах для газовой цементации и нитро-цементации. В этом случае внутри трубы монтируется нагрева­тель из нихромовой проволоки диаметром ~2,5 мм. Нихромбвые спирали поддерживают огнеупорные прокладки. Фланец трубы снаружи прикреплен к кожуху печи. Внутренняя полость трубы сообщается с наружным пространством, но ввод нагревателя в. печь остается герметизированным. Мощность такого нагре­вателя около 3 кет.

Для изготовления радиационных труб используются катаные трубы из стали Х23Н18 или штампованные, сварные из стали Х18Н25С2. Стойкость последних около 18 мес.

Прогар труб происходит в месте прохождения трубы через кладку печи. Подвергаясь действию науглероживающих газов, трубы цементуются и становятся хрупкими. Значительное влияние на стойкость оказывает местный перегрев металла, неоднородность нагрева по длине трубы и периодичность нагрева. Для повышения эксплуатационной надежности агрегатов для га­зовой цементации были предложены для радиационных труб новые материалы. Так, например, по данным Саратовского СКВ ЭТО в безмуфельных агрегатах с электрообогревом применяются радиационные трубы из сплава Х18Н35С2 диаметром 121 и тол­щиной 5 мм, изготовляемые центробежным литьем и последующей механической обработкой. На Минском тракторном заводе для изготовления радиационных труб безмуфельных агрегатов, ра­ботающих на газообразном топливе, был предложен сплав Х25Н35С2.

Улучшение работы безмуфельных агрегатов можно достичь, если соблюдать постоянный вес загружаемых деталей на поддоны. Количество поступающих в печь газа-карбюризатора и аммиака (при нитроцементации) рассчитывается на определенную поверх­ность деталей, на которой адсорбируется углерод и азот. Увели­чение загрузки на поддоны повышает адсорбируемую поверхность и требует корректировки в подаче газа-карбюризатора и аммиака. Но определять поверхность, подлежащую цементации или нитро­цементации, затруднительно, значительно легче следить за по­стоянством веса деталей на поддонах.

На производстве часто увеличивают загрузку на поддоны. При этом повышается производительность, но качество обработки ухудшается. Увеличение загрузки не должно допускаться, и там, где загружается на поддон много деталей, их количество должно быть уменьшено. Общее правило таково, что вес поддонов с дета­лями не должен превышать установленной нормы. Работу безму­фельных печей для газовой цементации и нитроцементации можно улучшить путем установки в своде печи вентиляторов для равномерного распределения в рабочем пространстве газовой атмосферы, а также устройством внутренних перегородок в рабочем пространстве печи между, зонами, которые позволят вести более

рациональное регулирование температур и углеродного потен­циала по зонам.

Для работы агрегатов газовой цементации и нитроцементации необходимо автоматически регулировать углеродный потенциал. Это позволяет как в печи, так и в эндотермических генераторах установить стабильность процесса, сократить брак. Регулирова­ние можно вести по содержанию в атмосфере печи С0₂ или Н₂0.

Большую стабильность углеродного потенциала атмосферы можно достичь также в результате уменьшения объема тамбуров загрузки и выгрузки поддонов и устройства герметических засло­нок со специальными прижимами.

Для более эффективного автоматического регулирования эндо-газовой атмосферы около печей устанавливают индивидуальные эндотермические генераторы и маслоохладители. Но для регули­рования углеродного потенциала атмосферы печи большое зна­чение имеет добавление природного газа к эндогазу, а природный газ (и аммиак — в случае нитроцементации) всегда добавляется в каждую печь индивидуально. Поэтому установка индивидуаль­ных эндогенераторов не обязательна. Централизованная уста­новка для получения эндотермического газа может обеспечить определенное количество печей достаточно точным составом эндо-газа, если она не будет перегружаться.

Индивидуальные маслоохладители, установленные около от­дельных печей-, будут способствовать получению однородного и постоянного качества закаленных деталей. Этот способ исклю­чает соприкосновение масла с воздухом при его циркуляции и тем самым позволяет сохранить постоянство закаливающей спо­собности масла, при этом отпадает также необходимость замены масла.

Однако нужно указать, что установка индивидуальных гене­раторов и маслоохладителей требует устройства более сложных трубопроводов, имеющих параллельные отводы для подключения запасных установок в случае выхода из строя основных.

§ 31. АГРЕГАТЫ С ПЕЧАМИ-ВАН НАМИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ И ИНСТРУМЕНТОВ

В агрегате (рис. 81) с печами-ваннами для мелких деталей имеются горизонтальные конвейеры, которые движутся с заранее установленной скоростью и передвигают приспособления с дета­лями в соответствующих ваннах, и вертикальные, поднимающие приспособления с деталями с горизонтальных конвейеров и пере­дающие их от одной ванны к другой. Вертикальные конвейеры движутся также с предварительно установленной скоростью, которую можно регулировать. Агрегат состоит из трех горизон­тальных конвейеров 1, 2 и 3, каждый из которых имеет свой при­вод и движется с необходимой скоростью. Это позволяет давать

различную выдержку в отдельных ваннах агрегата. Время про­хождения конвейером / первой ванны можно регулировать в те­чение 4—8 мин, конвейером 2 — в течение 10— 30 мин и кон­вейером 3 — в закалочном баке или ванне в течение 1—8 мин. Вертикальные передающие конвейеры 4, 5, 6 и 7 получают дви-

Рис. 81. Конвейерный агрегат с печами-ваннами для мелких деталей:

а — схема агрегата; б — схема включения передаточных конвееров.

1 — 7 — конвейеры агрегата; 8 — микровыключатель; 9 — электродвигатель;

10 — редуктор; 11 — магнитный пускатель; 12 — звездочка; 13 — кулачок

жение также от независимых приводов. Каждый из конвейеров начинает работать, когда приспособление с деталями приходит к концу пути на горизонтальном конвейере в данной ванне, и включает автоматически соответствующий контакт.

Электрическая схема включения вертикальных транспортеров показана на рис. 81, б. Загрузка новых приспособлений с дета­лями на конвейер 4 (рис. 81, а) производится через 1—8 мин. Полное перемещение конвейера 5 производится в течение регули­руемого интервала времени 4—30 се/с, конвейера 6, в течение 4— 20 сек и конвейера 7 — от 0,5 до 2 мин. Приспособления с дета-

лями переходят с одного кон­вейера на другой автоматически. Преимуществом данного агрега­та являются самостоятельные приводы и вариаторы скоро­стей 8 для каждого конвейера, что дает возможность использо­вать агрегат для самых различ­ных режимов обработки. Такой агрегат можно применять для обычной термической обработки (закалка и отпуск), а также для изотермической обработки, циа­нирования и др.Производитель­ность такого агрегата соста­вляет 250 кг/ч.

В некоторых конструкциях агрегатов с печами-ваннами в качестве транспортного устрой­ства используется автооператор с программным управлением [22]. Автооператор представ­ляет собой сварную тележку со штангой и траверсой и с двумя электрическими приводами го­ризонтального и вертикального перемещения. Вследствие этого автооператор может совершать горизонтальные движения по реечному пути, а также подни­мать и опускать штангу с тра­версой. Схема агрегата или полуавтоматической линии с ис­пользованием автооператора для термической обработки инстру­ментов показана на рис. 82. Подвеска для транспортировки инструментов в этой линии имеет универсальный зажим и позволяет захватывать инстру­менты любой формы сечением от 10 до 100 мм. Подвески могут быть использованы над всеми транспортирующими устрой­ствами этой линии — цепным и штанговым конвейерами, ме­ханизмом возвратно-поступа­тельного движения, автоопера-

торами и подвесным конвейером. С помощью автооператбра инструменты освобождаются от зажимов подвески: Пере­мещение подвесок в ваннах происходит при помощи штангового конвейера от пневмопривода. Перенос из ванны в ванну произво­дится автооператорами.

Контрольно-измерительная аппаратура и система автомати­ческого регулирования процесса и управление механизмами обеспечивают выполнение технологического процесса термиче­ской обработки по заданной программе.

§ 32. РОТОРНЫЕ ЛИНИИ

Рис. 83. Термический ротор:

Стремление к комплексной автоматизации технологических процессов привело к созданию роторных машин и линий [8, 31 ]. Принцип работы роторной машины заключается в том, что обра­батываемые детали транспортиру­ются во время обработки с задан­ной скоростью. Ритм механиче­ской обработки может быть со­хранен в роторах для термической обработки. Детали обрабатывают на операционном рабочем роторе, представляющем собой цилиндр, вращающийся вокруг вертикаль­ной оси. Вращение роторов осу­ществляется от электродвигателей через червячные редукторы. На­гревательные и охлаждающие устройства расположены по пери­ферии ротора для термической об­работки. Операционный ротор свя­зан с одной стороны с подающим детали, а с другой с приемным роторами. Передача с питающего ротора на операционный и затем на приемный осуществляется авто­матически. Производительность роторных машин зависит от шага между деталями и транспортной скорости вращения ротора. Про­изводительность может быть как угодно велика, независимо от дли­тельности обработки. Если дли­тельность обработки значительна, то может увеличиваться участок пути, где производится обработка.

а — конструкция ротора; б — схема транспортирования деталей в ротор­ной линии  

Конструкция ротора для тер­мической обработки показана на рис. 83, а. Ротор состоит из бара-

ГЛАВА VI

установки для скоростного сквозного и поверхностного НАГРЕВА

бана 4, смонтированного на валу В. Барабан с диском 2 и штб-ками 3 имеет позвратно поступательные движения вверх и вниз. Приводное колесо ротора 6 сцеплено с зубчатыми колесами сосед­них роторов 7 и 8. В верхней части ротора находится проходной индуктор 1. Детали с питающего ротора 8 захватываются диском 2 и далее при вращении операционного ротора поднимаются штока­ми 3 в индуктор /. Нагрев может осуществляться также и элемен­тами сопротивления, находящимися в кольцевом муфеле, открытом снизу. Такой нагрев деталей не является качественным, так как при открытом муфеле происходит подсос воздуха, и детали будут окисляться. Нагрев с помощью т. в. ч. будет более качественным. В термических роторах применяются многоместные индукторы. Эти индукторы дают возможность получать высокую производитель­ность и облегчают транспортировку деталей. Витки индуктора со­бирают из отдельных медных трубок диаметром 6—8 мм и заклады­вают в полукруглые пазы из асбоцементных пластин. Затем пла­стины закрепляют болтами вместе с верхней плитой; таким образом образуется корпус индуктора жесткой конструкции. Для охлаждения витков индуктора каждая трубка (полувиток) имеет отдельный впуск и выпуск воды.

После окончания нагрева штоки опускаются и детали уста­навливаются обратно на диск 2. При дальнейшем вращении опе­рационного ротора детали передаются на приемный транспортный ротор 7, где может осуществляться их охлаждение. Транспорти­ровка деталей может совершаться без изменения траектории движения и с ее изменением. Схема движения деталей показаны на рис. 83, б. Роторы для термической обработки снабжаются автоматическими устройствами, выключающими нагрев в случае остановки автоматической линии или при отклонении от нормаль­ного хода процесса.

Дата добавления: 2015-06-27