Шахтные печи сопротивления используют в разных отраслях промышленности. Технологии обработки металлов и сплавов в вакууме и контролируемой среде стремительно развиваются. Дальновидные предприниматели берут на вооружение передовые разработки и быстро внедряют в свой бизнес.
Специалисты “НПО “ГКМП” рассказывают, какое оборудование предлагают производители и как работают агрегаты. Компания презентуют собственную разработку — крупногабаритную вакуумную печь для отжига и снятия внутренних напряжений со сварных конструкций и элементов вакуумных камер печей, изготовленных из аустенитных и мартенситных сталей.
Вакуумные печи сопротивления — высокотемпературное оборудование для термической обработки металлов, сплавов и композитов с целью получения новых материалов, улучшения функциональных параметров или внешнего вида.
Агрегат относят к камерным печам периодического действия. По завершению одного цикла загружают новую партию изделий. Процесс повторяется.
Крупногабаритная вакуумная шахтная печь — вид электротехнической печи сопротивления, где рабочая камера находится ниже нулевой отметки (заглублена). Традиционный способ загрузки — вертикально — через отверстие в верхней части установки. Проем закрыт крышкой откидного или откатного типа.
Заготовки нагревают в герметически закрытой камеры с безвоздушным пространством, поэтому на поверхности не осаживаются другие продукты горения. Под действием высоких температур верхний слой очищается от посторонних включений: вещества сгорают. Явление используют при светлом отжиге. В вакууме отсутствует окислительная среда, — на поверхности не образуются окислы.
В установках используют нагревательных элементов с высоким удельным электросопротивлением из вольфрамовых и молибденовых сплавов, фехраля, нихрома, еврофехраля.
На заказ производители выпускают установки, которые обеспечивают максимальную температуру — 2500 0C. Термообработка большей части деталей происходит при меньшем значении. Предлагаемые на рынке агрегаты рассчитана на температуру нагрева до 1000 0C.
Применение крупногабаритных вакуумных печей
Термические установки малых размеров применяют в лабораториях для исследования проб, взятых на производственном участке. Агрегат монтируют на уровне пола или заглубляют. Крупногабаритные вакуумные печи предназначены для обработки массивных, длинных и больших заготовок. Перед монтажом выкапывают приямок и заглубляют часть конструкции.
Термические установки применяют в отраслях промышленности: нефтепереработке, машиностроении, строительстве, металлургии, электронике. Нагревательное оборудование используют предприятия атомной энергетики, производители самолетов и космических аппаратов. Краткий перечень операций: высокотемпературный нагрев, плавление, отпуск, нормализация, закалка в газе, обжиг, азотирование, цементация.
В шахтных печах производят термообработку материалов: высоколегированных сталей (в том числе, быстрорежущих марок), магнитных материалов систем ЮНДК, Nd-Fe-B, SmCo5, крупногабаритного сортового и профильного проката: труб, швеллеров. Агрегаты используют для отжига однокомпонентных металлов и сплавов из ниобия, циркония, вольфрама, молибдена, титана, а также оксидной керамики на основе циркония и алюминия.
Установка “НПО “ГКМП” предназначена для термической обработки при температуре до 1000 0C крупногабаритных сварных конструкций и деталей вакуумных камер, изготовленных из аустенитных и мартенситных сталей для ликвидации остаточных напряжений.
Диаметр загрузочного отверстия — 8 м, высота печи — 4,5 м. Габариты обрабатываемых конструкций: размеры садки 6000 мм, диаметр описанной окружности — не более 4500 мм. Насосное оборудование обеспечивает максимальный уровень разряжения в камере — 6,65-10 Па. Длина, ширина и высота агрегата (соответственно): 14050х12500х6100 мм. Вес загружаемой садки — 20 т.
Устройство стандартной вакуумной шахтной печи
Основные компоненты агрегата: рабочая камера (шахта), нагревательные элементы, крышка и вспомогательные механизмы. К электротехнической термоустановке подключены системы: вакуумирования, охлаждения, электропитания. Техника функционирует в ручном и автоматическом режиме. Рядом с крупногабаритной вакуумной шахтной печью располагают пост оператора, который наблюдает за процессом.
В зависимости от габаритов и металлоемкости частей оборудования, крышку приподнимают краном или используют механизм, сдвигающий изделие в сторону. Для отжига в контролируемой среде применяют экран, через отверстие в зону охлаждения нагнетают азот.
В режиме вакуумирования, нагрева и отпуска камера представляет собой герметически закрытую емкость. Внутри расположены датчики и нагреватели.
Кожух имеет двойные стенки. Наружная часть нагревательной установки покрыта прочной листовой сталью. Элементы обшивки герметично соединены между собой сваркой. Вверху прикреплены кронштейны, которые удерживают механизм управления крышкой.
Если перевести немецкое слово «futter» на русский язык, получится «подбой» или «подкладка». Внутри камера облицована материалом, предотвращающим потери тепла, стойким к износу, сохраняющим потребительские свойства при высокой температуре и контакте с химически агрессивной средой. Чаще для облицовки используют шамотный кирпич, который выдерживает температуру до 1600 0C.
Форма камеры крупногабаритной вакуумной шахтной печи зависит от назначения. Трубы, швеллера и другие удлиненные конструкции загружают через прямоугольную шахту. Более востребованы универсальные агрегаты с рабочей зоной круглой формы.
Оснащение крупногабаритной вакуумной шахтной печи
Видимая часть агрегата — выступающая над уровнем пола цилиндрическая конструкция. В верхней части кожуха расположен фланец с канавкой для укладки вакуумного уплотнителя и обеспечения герметичности. Низ цилиндра опирается о края сферического днища, стыки герметично сварены.
Края двойных стенок оформлены обечайками. Между наружным кожухом и внутренней оболочкой проложены трубопроводы. В режиме охлаждения по магистрали циркулирует вода температурой не более 25 0С. Аналогичная конструкция у днища.
Расход воды и электроэнергии зависит от технологического процесса и конструктивных особенностей агрегата. У модели, разработанной “НПО “ГКМП”, показатель по воде равен 30 м3/ч при давлении в системе 0.35 — 0.4 МПа. Мощность установки, подключенной к трехфазной сети 380 В, — 1,9 МВт,
На внешнем кожухе находятся соединительные элементы: патрубок для вакуумной системы, арматура термопреобразователей, отдельный блок с выводами, монтажный клеммник для обеспечения электропитанием нагревательных элементов.
Нагревательные устройства
В кладку шамотного кирпича заложен крепеж, который фиксирует нагревательные элементы: полосы или спирали из металлической проволоки, обладающей высоким электрическим сопротивлением. Устройства в крупногабаритных термических агрегатах устанавливают таким образом, чтобы обеспечить однородность температуры во всех точках пространства.
В шахтных термических установках используют горелки с плоским пламенем: потоки тепловой энергии направлены к стенам. Благодаря отсутствию прямого контакта, заготовки меньше деформируются. После нагрева слабее выражены остаточные явления в металле.
Средства управления агрегатом выполняют действия: измерение, регулировка температуры и запись показаний. Автоматика реагирует на импульсы, посылаемые термоэлектрическими преобразователями. Сигналы от датчиков фиксирует потенциометр, который работает в режиме замкнутой или разомкнутой цепи питания. Регулировка происходит автоматически.
Для внештатных ситуаций предусмотрен ручной режим. В экстренных обстоятельствах система оповещения производит звуковой сигнал.
При разработке монтажного плана учитывают особенности работы установки: Когда печь открывают, температура окружающего пространства немного увеличивается: из рабочей камеры поступает тепловая энергия.
Преимущества и условия работы
Работа шахтной печи построена на принципе противотока. Когда заготовку опускают вниз, металл взаимодействует с встречным потоком газа. Обработка стали включает несколько этапов: подогрев, обжиг и охлаждение.
Достоинство установки — высокие теплотехнические и технико-экономические показатели. У агрегата простая конструкция, поэтому оборудование редко выходят из строя. Обслуживание устройств не занимает много времени. По сравнению с другим вакуумным оборудованием, инвестиции на старте бизнеса ниже.
Преимущество крупногабаритных устройств шахтного типа:
- полная автоматизация технологического процесса;
- экономия ресурсов;
- возможность термической обработки крупных и массивных заготовок (использование мощных насосов и нагревателей, большая вместительность камеры и грузоподъемность пода);
- устойчивость конструкции (благодаря прочным стенкам и облицовке из высококачественного огнеупорного материала).
К недостаткам установки относят инерционность и сложность с распределением тепла в рабочей камере.
Оборудование предназначено для работы в закрытом помещении при положительной температуре (1-35 0C) и относительной влажности воздуха — не более 80%. Значение атмосферного давления: 680-800 мм рт. ст. Уровень защиты кожуха от пыли и влаги соответствует IP20.
Последовательность работы крупногабаритной шахтной печи
Работа начинается с подготовки конструкции отжигу. Заготовку очищают от грязи, окислов и других посторонних включений. Чтобы удалить жиросодержащие вещества, металл обезжиривают.
Время, скорость, температура и другие параметры зависят от операции, свойств материала, металлоемкости, конструктивных особенностей заготовок: толщины стенок, количества выступов, отверстий и полостей. Все значения указывают в технологической карте.
Крупные детали опускают вниз поштучно, изделия меньших размеров загружают в корзину. Далее срабатывает механизм поворота крышки, который полностью открывает проход. Подъемный кран опускает в рабочую камеру садку (загружаемые на под печи заготовок вместе с оснасткой).
После загрузки крышка возвращается в исходное положение. Наступает черед насосного оборудования. Когда уровень вакуума достигает определенной величины, крупногабаритная шахтная печь переходит в режим нагрева.
Далее управляющий блок запускает процесс в обратном порядке. Сначала прекращает подачу электроэнергии нагревательным элементам, затем отключает насосную систему.
Автоматически включается механизм поворота рычага крышки. Чтобы охладить заготовки в контролируемой среде, через экран в шахту нагнетают азот. Температура металла постепенно уменьшается. Когда определенное значение достигнуто, в камеру запускают воздух. Механизм отодвигает крышку, подъемный кран выгружает садку.
Завершающий этап — визуальный осмотр. Конструкции перекладывают на тележку, чтобы отвезти на склад или на другой участок (для дальнейшей обработки).
Основные критерии выбора
При заказе шахтного оборудования учитывают цель термообработки, особенности заготовок и шахтной печи. Например, материал, габариты, вес и толщина стенок конструкций, а также необходимость применения приспособлений для фиксации. Имеют значение размеры рабочей камеры, максимальная температура нагрева и уровень вакуума.
Прочность и надежность агрегата зависит от жесткости стальной обшивки, качества футеровки, схемы монтажа и материала нагревателей. При оценке качества устройства учитывают некоторые особенности шахтной печи: неравномерный нагрев, инерционность, быструю изнашиваемость кладки.
“НПО “ГКМП” — лидер в области высокотехнологичной вакуумной техники. Компания принимает заказы на изготовление «под ключ» электротехнических установок. Комплексный подход включает составление и утверждение техзадания, проектирование, изготовление, пусконаладочные работы и обслуживание оборудования. Для выполнения договорных обязательств компания использует собственное производство, научно-технический центр и систему контроля качества,
Крупногабаритные вакуумные шахтные печи, разработанные “НПО “ГКМП”, отвечают требованиям российских и зарубежных стандартов. Термические агрегаты надежные, эргономичные и экономичные. Устройства легкие в эксплуатации, обслуживании и ремонте, обеспечивают равномерный нагрев, высокий и сверхвысокий вакуум.
При проектировании и изготовлении установок специалисты используют прочную сталь, высокотемпературные сплавы сопротивления, современные теплоизоляционные материалы. Компания наладила сотрудничество с производителями, у которых закупает продукцию по оптовым ценам.
“НПО “ГКМП” гарантирует получение надежной, безопасной и функциональной крупногабаритной вакуумной печи сопротивления по выгодной стоимости.
