СПОСОБ НАГРЕВА МАССИВНЫХ ЗАГОТОВОК КУБИЧЕСКОЙ И БЛИЗКИХ К КУБИЧЕСКОЙ ФОРМ Российский патент 1996 года по МПК C21D1/52 

Изобретение относится к области металлургии и может быть применено при нагреве массивных заготовок кубической или близкой к ней форм, например, штамповых кубиков.

Наиболее близким к предлагаемому является способ нагрева металла в печах, включающий подачу и сжигание газовоздушной смеси на поверхности металла и свода, последовательно чередуя сжигание газовоздушной смеси на поверхности металла в течение 5-15 мин и на поверхности свода в течение 10-30 мин (см. авторское свидетельство СССР N 914543, кл. С 21 D 1/34, 1988).

Однако и в этом способе наблюдаются перерасход топлива и неприемлемость использования способа при нагреве массивных заготовок прямоугольного сечения из легированных сталей из-за образования трещин при нагреве.

Целью изобретения является улучшение качества продукции за счет снижения внутренних напряжений путем устранения объемно-напряженного состояния растяжения, возникающего в изделии при его нагреве, увеличения интенсивности нагрева и снижения расхода топлива.

Способ нагрева массивных прямоугольных заготовок кубической, и близких к кубической, формы, например, штамповых кубиков, включает подачу и сжигание газовоздушной смеси на поверхности заготовок так, что сжигание газовоздушной смеси осуществляют одновременно на поверхностях двух их противоположных сторон с наибольшей поверхностью.

Данный способ нагрева уменьшает вероятность возникновения трещин за счет изменения напряженного состояния: объемно-напряженное состояние растяжения сменяется на линейно-напряженное состояние растяжения. Кроме того, нагрев заготовок обеспечивает:
1. Увеличение скорости нагрева как за счет нагрева изделий одновременно с двух сторон, так и за счет появления возможности применения скоростного струйного нагрева путем снижения напряженного состояния внутренних слоев заготовок.

2. Уменьшение расхода топлива как за счет аннулирования операции нагрева свода печи, так и за счет сокращения длительности нагрева путем нагрева заготовок одновременно с двух сторон.

3. Увеличение ресурса работы печи (свода).

Опытно-промышленное опробование предлагаемого способа осуществлялось на термическом участке кузнечно-прессового цеха предприятия на партии 5-ти тонных молотовых штамповых кубиков в количестве 6 шт. из стали 5ХНМ мартеновской плавки при нагреве под закалку до температуры 840-860^oC. Размеры штамповых кубиков (высота, ширина, длина): Н 450 мм, В 500 мм, L 600 мм.

Фиг. 1 и 2 поясняют предлагаемое изобретение.

На выкатной под 1 (фиг. 1) газовой печи 2 устанавливали элемент 3 днищем к поду печи перпендикулярно оси пода печи в 3 ряда. Количество рядов зависит от размеров штампов. Штамповые кубики 4 с предварительно изготовленной гравюрой устанавливали боковой поверхностью на полки элемента корытообразного сечения, сверху дополнительно устанавливали такой же элемент. Указанные элементы изготавливали из жаростойкого чугуна (лучше из керамики). При этом длина элемента должна быть такой, чтоб промежуток (щель) между боковой стороной свода печи и торцом элемента с обеих сторон был минимальным (10-30 мм) в целях меньшего рассеивания энергии теплового потока 5 (фиг.1,2).

Полость 8 образована боковыми (вертикальными) полками, днищем элемента и боковой поверхностью штампового кубика. Температура штампа фиксировалась термопарой, установленной в отверстие 9, служащее для транспортирования штамповых кубиков (термопара на фиг. не показана).

Для выхода продуктов сгорания и регулирования равномерности нагрева изделия по его длине элемент по бокам имеет отверстия 6.

Для устранения нагрева штампов по их торцам, что может иметь место в тех случаях, когда по длине элемента умещается не целое число штампов (т.е. остается щель между торцами штампов), устанавливают компенсационные прокладки (огнеупорные кирпичи) 7.

После установления штамповых кубиков между элементами и установления компенсационных прокладок в зазор между торцами штамповых кубиков под печи закатывают, закрывают заклонку печи 11. Включают горелки 5, горелки 10, те, что не в полости 8, потушены. Расход газа оставался без изменения.

Анализ данных нагрева под закалку и эксплуатация штампов, изготовленных из указанных кубиков, нагретых под закалку по предлагаемому и известному способам, показали, что применение предлагаемого способа позволяет уменьшить длительность нагрева (с 20,5 до 9,8 часов) как за счет увеличения скорости нагрева, так и за счет нагрева одновременно с двух сторон.

При этом температура свода и пода печи ниже, чем при известном способе нагрева соответственно на 180 и 120^oC (температура измерялась над и под элементами). Это увеличивает ресурс работы печи. Сокращение длительности нагрева обеспечило уменьшение обезуглероженного слоя в 1,3-1,5 раза и измельчение зерна на 2-3 балла, что благотворно может сказаться в дальнейшем на стойкости штампового инструмента.

Сущность изобретения: способ нагрева массивных заготовок, преимущественно штамповых, с двух противоположных сторон с наибольшей поверхностью осуществляют в газовой печи с выкатным подом. На под устанавливают в поперечном направлении открытой стороной вверх корытообразные керамические элементы соосно горелочным устройствам, расположенным на боковых стенках навстречу друг другу. На керамические элементы устанавливают заготовки наибольшей поверхностью вниз, а торцами вплотную друг к другу. На заготовки сверху устанавливают также керамические элементы открытой стороной вниз также соосно горелкам. Факелы газовоздушной смеси в полостях корытообразных керамических элементов направляются на нагреваемые поверхности заготовок (верхние и нижние). 2 ил.

Способ нагрева массивных кубических и близких к кубической форм преимущественно штамповых заготовок, включающий подачу и сжигание газовоздушной смеси на поверхности заготовок, отличающийся тем, что подачу и сжигание газовоздушной смеси осуществляют одновременно на двух противолежащих поверхностях заготовок с наибольшей площадью.