Термическая обработка стали

   Количество  единиц оборудования определяем по формуле (6):

      .     

     Принимаем количество камерных печей СНО-8,5.17.5/10 для отпуска N=1. Тогда коэффициент загрузки оборудования по формуле (7) составляет:

.

     В качестве закалочного бака выбираем сдвоенный бак – для воды и масла. В этом случае бак размером 1200х700х800мм разделяется перегородкой на две половины размером 600х700х800мм. Исходя из размера закалочного бака выбираем количество закалочных баков равным единице.

     К вспомогательному оборудованию относится подъемно–транспортное оборудование, а также приборы, определяющие качество продукции. В качестве продъемно–транспортного оборудования используется кран-балка, грузоподъемность которой составляет 2тонны.

       Для проверки твердости деталей, прошедших термообработку можно воспользоваться твердомером  Бринелля (твердомер типа ТБ) ручного действия.

       Для прибора Бринелля ручного  действия часовая производительность  при контроле средних деталей  составляет 40–60 штук. Исходя из часовой  производительности рассматриваемого прибора принимаем количество твердомеров Бринелля равным единице.

     Необходимое количество дополнительного оборудования (моечной машины) принимаем равным единице, исходя размеров рабочего пространства бесконвейерной тупиковой моечной машины.

       Результаты расчета необходимого  количества оборудования представлены               в таблице 8.

Таблица 8 – Необходимое количество оборудования

 

2.2 Описание  выбранного оборудования

2.2.1 Описание  основного оборудования 

     На  проектируемом участке для подогрева  и закалки применяют электродные печи– ванны СП–35/15. В таблице 9 приведены габаритные размеры

 печи, а так же размеры рабочего пространства.

     Для подогрева на 700–750˚С используется расплав солей 22,5%NaCl+77,5% ВаCl₂. Для закалки, температура которой составляет 1000˚С, используется расплав 100% ВаCl₂. В таблице 10 представлены применяемые для подогрева и закалки составы смеси солей для ванн и их характеристика [6].

Таблица 10 – Примерные составы смеси солей для ванн и их характеристика

 

     Широкое применение соляных ванн при различных операциях термической обработки инструментов обусловлено теми преимуществами, которыми обладают расплавленные соли по сравнению с другими нагревающими и охлаждающими средами. К числу таких преимуществ относятся [7]:

– высокая скорость нагрева в расплавленных солях, обусловленная наличием высоких коэффициентов теплоотдачи;

– высокая  равномерность нагрева, ввиду значительно  большей теплопроводности жидкости по сравнению с газами;

– относительно простое получение высоких температур (до 1300˚С);

– возможность  осуществления местного нагрева;

– высокая  точность регулирования температуры  соляных ванн;

– предохранение  поверхности нагреваемых инструментов от непосредственного воздействия  воздуха и тем самым расплавленные  соли надежно предохраняют нагреваемые инструменты от окисления и обезуглероживания в процессе нагрева;

– возможность  работы при высоких температурах без защитной атмосферы.

     При одной и той же температуре  скорость нагрева в расплавленных  солях в 4– 5 раз выше, чем в пламенных и электровоздушных печах.

     В отличие от печей с газовой  средой, при нагреве изделий в  печах–ваннах теплообмен лучеиспусканием  отсутствует, так как жидкие среды  практически непрозрачны для лучистой энергии. Передача тепла от жидкости к поверхности погруженного в нее изделия происходит путем теплообмена теплопроводностью и конвекцией. Вследствие этого интенсивность нагрева изделий в печах – ваннах в наибольшей степени зависит от физических свойств жидких сред и от степени их перемешивания.

     Сравнительно  высокая скорость нагрева в соляных  ваннах позволяет достичь более высокой производительности, чем при нагреве в печах; избежать чрезмерного роста зерна в стали при закалке и нормализации. Вследствие высокой подвижности солевых расплавов в соляных ваннах можно осуществить более равномерный нагрев инструментов и других изделий, чем в пламенных печах.

     Различают следующие конструкции печей  – ванн:

1. С внешним обогревом
2. С внутренним обогревом
3. Электродные печи–ванны

     Нагрев  инструментов или других изделий в электродных печах–ваннах осуществляется электрическим током, проходящим непосредственно через расплавленную соль, с помощью металлических электродов, помещенных в рабочую камеру. Соли металлов в твердом виде почти неэлектропроводны, но в расплавленном виде становятся довольно хорошими проводниками тока. Так как электросопротивление расплавленных солей высокое, то при прохождении через них тока выделяется большое количество теплоты, разогревающей соль и позволяющей поддерживать требуемую температуру соляной ванны. Во избежание электролиза соли применяют переменный ток, снижая цеховое напряжение с 380 или 220 до 6–30 В с помощью специального печного трансформатора, мощность которого определяется объемом и рабочей температурой соляной ванны. Трансформатор устанавливают в непосредственной близости от соляной ванны, чтобы уменьшить потери в соединительных шинах.

     Широкое применение в инструментальном производстве имеют высоко–  и среднетемпературные  ванны с рабочей камерой, выполненной  из того или иного огнеупорного материала. Огнеупорная футеровка является одним из основных элементов электродных соляных ванн.

     В частности, именно она обеспечивает возможность проведения в этих ваннах нагрева под закалку режущего инструмента и других стальных изделий при температуре 1000– 1300˚С. Стойкостью футеровки при эксплуатации соляных ванн очень часто определяется возможность повышения производительности данного оборудования, улучшения качества и снижение себестоимости обрабатываемых изделий.

     При выборе огнеупорных материалов исходят из того, что применяемые при термообработке расплавы солей являются нейтральными или основными, следовательно, для футеровки соляных ванн в принципе целесообразно использовать такие огнеупоры, которые бы относились к группе нейтральных или основных материалов. Из материалов этих групп особый интерес представляют высокоглиноземистые огнеупоры. Было установлено, что стойкость футеровки высокотемпературных соляных ванн может быть существенно увеличена применением высокоглиноземистого кирпича, содержащего более 45% Al₂O₃, для производства которого используют различные виды высококачественного природного высокоглиноземистого сырья.

     Так же, следует уделить большое внимание технике безопасности при работе с соляными ваннами. В процессе эксплуатации этих ванн должны соблюдаться правила, обеспечивающие безопасность работы с расплавленными солями и щелочами и длительный срок их службы.

     Перед пуском в эксплуатацию электродные  ванны должны быть тщательно просушены  с помощью помещаемого в их рабочее пространство специального электрического обогревателя, путем сжигания в них топлива или с помощью нагретых металлических болванок. Соли для ванн должны быть предварительно тщательно высушены при температуре не менее 200˚С и измельчены. При розжиге соль насыпают на дно ванны небольшим слоем, закрывающим лишь нижние концы электродов. Розжиг ванны производят при включении печного трансформатора на одну из последних ступеней, получая достаточно высокое напряжение на его вторичной обмотке (18– 24 В). Соль плавится под действием дуги, возникающей между концом добавочного и одним из основных электродов. Затем добавочный электрод извлекают из ванны, трансформатор переключают на более низкую ступень и в ванну кусками добавляют заранее переплавленную соль или с большой осторожностью новую соль. Дальнейший нагрев ванны происходит за счет теплоты, выделяющейся при прохождении электрического тока через уже расплавившуюся соль, обладающую в жидком виде высоким электрическим сопротивлением [7].

     Следует иметь в виду, что при попадании в солевой расплав хотя бы небольшого количества влаги происходит выбрасывание соли из ванны. Чтобы избежать этого, погружаемые в ванну обрабатываемые инструменты должны быть хорошо просушены. Очистка ванн от образующегося шлака должна производиться специальными дырчатыми черпаками или ложками, погружаемыми в расплавленную соль в сухом или подогретом виде. Те же правила должны соблюдаться при проверке температуры соляных ванн: в частности, термопары должны погружаться в ванну в подогретом виде. При остановке электродных ванн расплавленная соль вычерпывается железным ковшом, который предварительно также должен быть хорошо просушен и подогрет; в ванне оставляется примерно одна четвертая часть объема соли, что обеспечивает возможность последующего запуска ее в эксплуатацию. Соль из ванны сливается в железные сухие изложницы, где дробится на небольшие куски, которые в дальнейшем используются для добавления в работающие ванны. Иногда расплавленная соль из электродных соляных ванн при их остановке не сливается, а в ванну помещают специальное приспособление – выемной блок нагревательных элементов, которые включаются при последующем розжиге печи.

     Рассматриваемая печь – ванна имеет вентиляционный зонт, который облегчает чистку ванн и хорошо защищает рабочего от облучения. Техническая характеристика электродной печи ванны СП–35/15 представлена в таблице 10. 

Таблица 10 – Техническая характеристика электродной печи– ванны СП 35/15

 

     Отличительной особенностью печи–ванны СП–35/15 являются перепускные электроды и нулевой  электрод – перегородка; последний  освобождает рабочее пространство от прохождения через него тока и обеспечивает хорошую циркуляцию соли. Перепуск электродов по мере расходования позволяет максимально использовать электроды по длине. Материалом электродов является дешевая сталь марки 10 или 20. Диаметр электрода составляет 45мм.

     Конструкция камерной электрической печи типа показана на рисунке. Эта камерная электрическая  печь сопротивления периодического действия, с окислительной атмосферой, с размерами рабочего пространства 850*1700*500 мм, Т_тах=1000° С. питание нагревателей осуществляется от трёхфазной сети через трансформатор.

     Печь  нагревается элементами 2 (сплав  Х20Н80 - в виде проволоки d = 7 мм). Рабочая температура печи регулируется автоматически. Нагревательные элементы размещают на боковых стенках 4, своде 3 и на поду 5. двери поднимаются и опускаются с помощью электромеханического привода 1. производительность печи - 300 кг/ч.

Рисунок 8 – камерная печь СНО-8,5.17.5/10 [6]