КАМЕРА ОХЛАЖДЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C21D1/62 

Изобретение относится к термической обработке металлов и может быть использовано для регулируемого охлаждения нагретых изделий.

Известна конструкция камеры охлаждения, содержащая корпус и панели с закрепленными на них форсунками, при этом боковые панели выполнены в виде горизонтальных желобов C-образного сечения с вмонтированными внутри подводящими трубками (см. Авторское свидетельство N 303360, C 21 D 1/62, 1971).

Недостатками такой конструкции является неравномерность охлаждения, низкая его скорость и невозможность регулирования процесса охлаждения.

Наиболее близкой по конструкции и достигаемым результатам к предлагаемой является камера охлаждения, содержащая корпус со стенками-панелями и размещенными в них соплами для подачи охлаждающего воздуха, выполненными в несколько горизонтальных рядов с регулярным шагом. Вдоль стенок-панелей внутри камеры размещены в несколько рядов сетки с зазорами одна относительно другой, с регламентированным значением живых сечений сеток и с отверстиями в них, соосных с соплами (см. Авторское свидетельство N 1439132, C 21 D 1/62, 1988).

Недостатки данной камеры охлаждения состоят в том, что система подачи охлаждающего воздуха не обеспечивает циркуляцию в рабочем пространстве замкнутых потоков охладителя регламентированной охлаждающей способности. Это снижает равномерность охлаждения и его регулируемость, что в конечном счете ухудшает качество обрабатываемых изделий.

Техническим результатом изобретения является повышение равномерности охлаждения и регулируемости.

Технический результат достигается тем, что в известной конструкции камеры охлаждения, содержащей корпус со стенками и размещенными в них соплами для подачи воздуха, выполненными в два горизонтальных ряда с регуляторным шагом, согласно изобретению сопла в рядах, размещенных на одной стенке, а также сопла на противоположных стенках, лежащих в одной горизонтальной плоскости, смещены относительно сопел параллельного ряда на полшага.

Возможен вариант выполнения устройства, по которому сопла дополнительно снабжены форсунками для подачи воздушной смеси, размещенными коаксиально внутри каналов истечения сопел.

Сущность изобретения состоит в том, что при указанной взаимной ориентации сопел в рабочем пространстве камеры формируются организованные замкнутые потоки охладителя с регулируемыми в широком диапазоне охлаждающими свойствами. Это повышает равномерность и регулируемость охлаждения.

Дополнительная установка внутрь сопел форсунок расширяет диапазон регулирования скоростей охладителя при сохранении высокой равномерности. В результате достигается получение оптимальной микроструктуры и механических свойств обрабатываемых изделий.

Известное и предложенное техническое решение имеют следующие общие признаки: оба они являются камерами охлаждения, оба содержат корпус со стенками и размещенными в них соплами для подачи воздуха, в обоих конструкциях сопла выполнены в два горизонтальных ряда с регулярным шагом.

Отличие предложенного устройства состоят в том, что в нем сопла в рядах, размещенных на одной стенке, а также сопла на противоположных стенках, лежащие в одной горизонтальной плоскости, смещены относительно сопел параллельного ряда на полшага. В известной конструкции сопла на одной стенке и сопла на противоположных стенках, лежащие в одной горизонтальной плоскости, расположены без смещения относительно друг друга, т. е. соосно и оппозитно. Другое отличие состоит в том, что в предложенном устройстве сопла (все или некоторые из них) могут быть оснащены форсунками для подачи водовоздушной смеси, размещенными коаксиально внутри канала истечения сопел, чего в известном устройстве нет.

Указанные отличительные признаки проявляют во всей совокупности новые свойства, не присущие им в известных совокупностях признаков и заключающиеся в повышении равномерности охлаждения и регулируемости режима охлаждения.

Следует отметить, что применение водовоздушных форсунок для увеличения интенсивности охлаждения само по себе известно (см. например, авт. свид. СССР N 1157096, кл. C 21 D 9/36, 1985). Однако использование этого признака отдельно от всей предложенной совокупности не обеспечит повышения равномерности и регулируемости охлаждения, т. к. при этом не будут сформированы стационарные циркулирующие потоки охладителя по всему рабочему объему камеры.

На фиг. 1 изображена камера охлаждения, вид спереди; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1.

Камера охлаждения содержит корпус с боковыми стенками 1, установленными на поде 2. В каждой из стенок 1 расположены в два ряда в горизонтальной плоскости с регулярным шагом, равным L, сопла 3 для подачи охлаждающего воздуха. Сопла 3 в рядах, размещенных на одной стенке 1, а также на стенках 1, но лежащие в одной горизонтальной плоскости, смещены относительно сопел 3 параллельного ряда на полшага, величина которого L/2. Сопла 3 могут быть дополнительно оснащены форсунками 4 для подачи водовоздушной смеси, размещенными коаксиально внутри канала истечения сопел 3. В рассматриваемом случае форсунками 4 оснащены сопла 3 нижних рядов на обеих боковых стенках 1.

Сопла 3 и форсунки 4, расположенные на противоположной боковой стенке 1, изображены на фиг. 1 пунктирными линиями. Обрабатываемые изделия 5 размещены на тележке 6 в рабочем пространстве камеры охлаждения.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии корпус камеры охлаждения снят с пода 2. Нагретые изделия 5 загружают на тележку 6 и транспортируют от места загрузки на под 2 камеры охлаждения. После этого на под 2 устанавливают корпус. Через воздушные сопла 3 внутрь камеры охлаждения подают охлаждающий воздух. Благодаря тому, что сопла 3 в рядах на одной стенке 1 и на противоположной стенке 1 в одной горизонтальной плоскости смещены на полшага, внутри камеры охлаждения будут образованы контуры циркуляции охладителя, изображенные на фиг. 2 стрелками. При этом движение охладителя в двух смежных контурах циркуляции противонаправлено. За счет того, что смежные контуры циркуляции противонаправлены, происходит интенсивное перемешивание охлаждающей среды с выравниванием ее температуры во всем рабочем пространстве камеры охлаждения. В результате достигается повышение равномерности охлаждения как по сечению обрабатываемого изделия, так и по времени охлаждения, независимо от текущего значения температуры поверхности изделия 5.

Для увеличения интенсивности охлаждения к воздушным форсункам 4 подают охлаждающую воду и распыляющий воздух. Водовоздушная смесь вовлекается в контуры циркуляции, образуемые соплами 3. Возможность изменения охлаждающей способности охладителя изменением соотношения воздуха и воды повышает регулируемость охлаждения. За счет того, что охладитель многократно циркулирует по замкнутым контурам внутри камеры охлаждения, достигается наиболее эффективное его использование. Отработанная паровоздушная высокотемпературная смесь позволяет осуществлять утилизацию тепла охлаждаемых изделий.

Сравнительные испытания показали, что предложенное устройство по сравнению с устройством-прототипом позволяет уменьшить температурный градиент в охлаждаемых деталях по сечению и во времени в 2 4 раза, регулировать заданную скорость охлаждения от 0,1 до 50^oC/с.

Технико-экономические преимущества предложенной камеры охлаждения состоят в том, что размещение воздушных сопел в два горизонтальных ряда на каждой стенке корпуса, причем, когда сопла в рядах на одной стенке и сопла на противоположных стенках, лежащих в одной горизонтальной плоскости, смещены относительно сопел параллельного ряда на полшага, обеспечивает создание в рабочем пространстве камеры замкнутых чередующихся контуров циркуляции охладителя с противонаправленным движением охладителя в смежных контурах. За счет этого достигается повышение равномерности и регулируемости охлаждения. Оснащение сопел форсунками для подачи водовоздушной смеси, размещенными коаксиально внутри канала истечения сопла, позволяет еще более расширить диапазон регулирования интенсивности охлаждения.

За базовый объект принято устройство-прототип.

Использование: изобретение относится к термической обработке металлов и может быть использовано для регулируемого охлаждения нагретых изделий. Техническим результатом является повышение равномерности охлаждения и регулируемости. Камера охлаждения содержит корпус со стенками и размещенными в них соплами для подачи воздуха, выполненными по меньшей мере в два ряда с регулярным шагом, сопла в рядах, размещенные на одной стенке, а также сопла на противоположных стенках, лежащие в одной горизонтальной плоскости, смещены относительно сопел параллельного ряда на полшага. Сопла могут быть дополнительно оснащены форсунками для подачи водовоздушной смеси, размещенными коаксиально внутри канала истечения из сопла. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Камера охлаждения, содержащая корпус со стенками и размещенными в стенках соплами подачи воздуха, установленными по высоте в два горизонтальных ряда с постоянным шагом, отличающаяся тем, что сопла на противоположных стенках размещены в одной горизонтальной плоскости, причем сопла одной стенки относительно сопл другой стенки, размещенных в одной горизонтальной плоскости, смещены на половину шага. 2. Камера по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена форсунками для подачи водовоздушной смеси, размещенными коаксиально соплам внутри каналов истечения.