ПЕЧЬ ДЛЯ КОМБИНИРОВАННОГО ОТЖИГА ПОРОШКА-СЫРЦА Российский патент 1999 года по МПК F27B5/04 B22F1/00 

Изобретение относится к термическому оборудованию с контролируемой атмосферой, в частности к печам для химико-термической обработки металлических порошков. Печь можно использовать на заводах, производящих железный порошок.

Химико-термообработку (в дальнейш. отжиг) железного порошка-сырца в контролируемых атмосферах реализуют в печах различной конструкции.

Одним из решений, направленных на создание такой печи, является решение, предложенное в А.С. 749567 М. Кл³ B 22 C 1/02. Конвейерная печь для восстановления и отжига порошков. А.Ф.Жорняк, В.Н.Клименко и др. - опуб. 23.07.80.

Известная печь включает в себя муфель, загрузочное, нагревательное и охлаждающее устройство, систему подачи и отвода технологических газов, узел разгрузки и транспортирующее устройство, снабженное питателем со сменными кассетами и пористой лентой-подложкой, размещенной в кассетах.

При этом свободный конец ленты-подложки расположен на конвейерной ленте, выполненной из металлической сетки. Система подачи и отвода технологических газов снабжена газоотводной камерой с перфорированными сводом, установленной внутри нагревательного устройства и системой регулируемого удаления и дожигания отработанного газа, соединенного с газоотводной камерой.

Данная печь позволяет организовать направленный и регулируемый поток технологического газа сквозь слой материала и пористую ленту-подложку, что создает благоприятные условия для удаления из слоя обрабатываемого порошка тяжелых газообразных продуктов восстановления - обезуглероживания CO², H₂O, освобождая место для более легких газов-восстановителей H² и CO.

Однако гидравлическое сопротивление порошкового слоя будет высоким, увеличиваясь по мере продвижения порошка в печи в результате постепенного спекания. Чтобы обеспечить проницаемость ленты-подложки, необходимо создать высокий перепад давления газовой атмосферы над слоем порошка и в газоотводной камере (под слоем порошка). Вышеперечисленное потребует создания высокого разрежения в газоотводной камере за счет эжектора, что приведет к засасыванию отработанных газов пламенных завес и воздуха окружающей атмосферы под транспортирующую конвейерную сетку. А это, в свою очередь, приведет к дополнительному окислению порошка со стороны загрузки и вторичному окислению ее со стороны выгрузки. Подсосы воздуха в газоотводную камеру могут привести к образованию взрывоопасной смеси с отработанными технологическими газами, которые неизбежно содержат водород и оксид углерода.

Таким образом, известная конструкция не решает проблему повышения качества порошка, требует повышенных затрат энергоресурсов, и не обеспечивает достаточную степень взрывобезопасности конструкции.

Наиболее близким к предлагаемому является решение, предложенное в А.С. 866379, М. Кл³ F 27 B 5/16, F 27 B 9/26 "Проходная муфельная печь с контролируемой атмосферой". Л.П.Шестернев, Н.В.Щукин. Опуб. 23.09.81.

В известном решении печь с контролируемой атмосферой содержит рабочую камеру с металлическим муфелем и нагревателями, систему ввода технологического газа в муфель, выполненную в виде распределительного коллектора с отверстиями, установленного в верхней части муфеля. Коллектор выполнен в виде коробка, длиной, равной длине муфеля. Короб установлен внутри муфеля и приварен к его верхней части. Отверстия направлены сверху вниз на слой обрабатываемого материала. Кроме этого, диаметр каждого отверстия в коллекторе в направлении от торцов к середине возрастает на 0,1 ... 0,3 по отношению к предыдущему. На концах муфеля установлены входные штуцеры для подачи технологического газа. С обеих сторон муфеля находятся устройства, содержащие защитные газовые затворы и свечи безопасности.

Такая конструкция позволит повысить качество обработки изделий за счет равномерного подвода контролируемой атмосферы.

Однако в известной конструкции расположенный в верхней части муфеля распределительный короб экранирует среднюю часть загрузки по длине муфеля, что приводит к неравномерности нагрева. В силу верхнего расположения и низких скоростей газового потока образуется неравномерность состава атмосферы по высоте муфеля. Распределенный газовый поток сверху не обеспечивает настильность газовых струй, что не позволяет организовать устойчивую рециркуляцию и разрушить отработанный пограничный слой атмосферы. В такой печи невозможно создать устойчивые позонные газовые атмосферы разного состава, так как газы идут на дожигание по линии наименьшего сопротивления. Кроме того, коробчатая конструкция распределительного коллектора, приваренного к металлическому муфелю, вследствие разности температур муфеля и самого короба (из-за охлаждения подаваемым газом), приводит к образованию напряжений по длине муфеля, к короблению и разрывам сварного шва. Все это снижает качество обрабатываемого материала и стойкость муфеля, а также требует повышенных энергозатрат: как электроэнергии, так и контролируемой атмосферы.

Цель изобретения - усовершенствование конструкции проходной муфельной печи с контролируемой атмосферой, повышение производительности печи и качества готового порошка при снижении удельных энергозатрат.

Поставленная цель достигается тем, что в печи для комбинированного отжига порошка-сырца, содержащей рабочую камеру с металлическим муфелем и нагревателями, систему ввода технологического газа в муфель, выполненную в виде распределительного коллектора, систему удаления отработанных газов, зону охлаждения и уплотняющие затворы на обоих концах печи, распределительный коллектор выполнен в виде четкого количества секций, не менее четырех, расположенных на внешних боковых стенках муфеля с выходными патрубками для равномерного введения контролируемой атмосферы поперек слоя обрабатываемого материала, а система удаления отработанных газов выполнена в виде патрубка, расположенного перед камерой нагрева. При этом угол наклона вводных патрубков к поверхности порошка составляет 5 ... 10^o, а отверстия для ввода газов на противоположных сторонах муфеля расположены в шахматном порядке относительно друг друга. Сухой газ также дожигается противотоком относительно движения порошка и через первую зону муфеля 6 и выхлопной патрубок 11 удаляется из печи.

Далее порошок поступает в холодильник 16, где в сухой атмосфере, например азоте 17, который движется противотоком со стороны узла разгрузки 18, охлаждается. Уплотняющие затворы 19 на обоих концах печи препятствуют выходу газов из печи и попадание воздуха внутри муфеля и холодильника.

Распределительный коллектор (в печи их четыре) представляет собой перфорированную трубу 20, к которой через равные промежутки приварены вводные патрубки 10. Патрубки через отверстия в боковых стенках муфеля 5 введены внутрь его под углом 5 ... 10^o к поверхности обрабатываемого порошка.

При больших углах наклона не обеспечивается настильность струй газа; при меньших углах - затруднено удаление пограничного слоя с поверхности порошка. Общий вид печи приведен на фиг. 1. На фиг. 2, 3 и 4 показаны разрезы печи. На фиг. 5 изображен разрез коллектора.

Из бункера 1 железный порошок 2 загружают на конвейерную ленту 3, представляющую собой полосу из жаростойкой стали толщиной 0,8 = 1,5 мм. На ленте порошок транспортируют в камеру нагрева 4 через газоплотный металлический муфель 5. В первую зону муфеля 6 через два коллектора 7, расположенных с обеих внешних сторон муфеля подают увлажненную атмосферу, например смесь азота и водорода 9, предварительно подогретую в трубах 8.

Газ подают поперек слоя порошка с обеих сторон через специальные патрубки 10, увлажненная атмосфера движется противоположно по отношению к движению порошка и удалятся через специальный выхлопной патрубок 11, расположенный перед камерой нагрева 4.

Затем порошок поступает во вторую зону муфеля 12, в которую подают сухую атмосферу, например водород 13, через два аналогичных коллектора 14, расположенных на обеих сторонах переходной зоны 15 между камерой нагрева и холодильником 15. Отверстия ввода газа на противоположных муфелях расположены в шахматном порядке относительно друг друга. Технологический газ из распределительных коллекторов 7 и 14 несколькими струями вдувается внутрь муфеля, образует настильные струи на поверхности порошка, которые разрушают и сдувают пограничный приповерхностный слой и, за счет смещения противоположных струй относительно друг друга, образуют устойчивые зоны рециркуляции свежего газа к поверхности порошка, что ускоряет процесс обработки порошка, позволяет более полно использовать тепловую и химическую энергию технологического газа.

Предлагаемая конструкция печи за счет двух пар коллекторов позволяет организовать в разных частях муфеля печи атмосферы необходимого состава, что позволяет повысить качество готового порошка.

Предварительный подогрев вводимых газов, отсутствие экранирования части излучающей поверхности муфеля позволяет снизить тепловые потери, повысить КПД печи. Таким образом, предлагаемая конструкция печи решает проблемы спекания удельных энергозатрат на отжиг порошка при повышении его качества.

Изобретение относится к термическому оборудованию с контролируемой атмосферой, в частности к печам для химико-термической обработки металлических порошков. Техническим результатом изобретения является усовершенствование конструкции проходной муфельной печи с контролируемой атмосферой, повышение производительности печи и качества готового порошка при снижении удельных энергозатрат. Печи для отжига имеют рабочую камеру с металлическим муфелем и нагревателями, распределительный коллектор, состоящий из четного количества секций, не менее четырех, которые располагают на внешних боковых стенках муфеля с выходными патрубками для равномерного введения контролируемой атмосферы поперек слоя обрабатываемого материала, систему удаления отработанных газов в виде патрубка, расположенного перед камерой нагрева. При этом угол наклона вводных патрубков к поверхности порошка составляет 5 - 10°, а отверстия для ввода газов на противоположных сторонах муфеля расположены в шахматном порядке относительно друг друга. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Печь для комбинированного отжига порошка-сырца, содержащая рабочую камеру с металлическим муфелем и нагревателями, систему ввода технологического газа в муфель, выполненную в виде распределительного коллектора, систему удаления отработанных газов, зону охлаждения и уплотняющие затворы на обоих концах печи, отличающаяся тем, что распределительный коллектор выполнен в виде четного количества секций не менее четырех, расположенных на внешних боковых стенках муфеля, с выходными патрубками для равномерного введения контролируемой атмосферы поперек слоя обрабатываемого материала, а система удаления обработанных газов выполнена в виде патрубка, расположенного перед камерой нагрева. 2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что угол наклона вводных патрубков к поверхности порошка составляет 5 - 10^o. 3. Печь по п.1, отличающаяся тем, что отверстия для ввода газов на противоположных сторонах муфеля расположены в шахматном порядке относительно друг друга.