КАМЕРНАЯ ТРАНСФОРМИРУЕМАЯ ЭЛЕКТРОПЕЧЬ "ПРЭТТИ" Российский патент 1999 года по МПК F27B3/08 C21D9/00 

Изобретение относится к области нагревательного термического оборудования и может быть использовано для нагрева при термической обработке широкой номенклатуры заготовок и деталей.

В настоящее время в машиностроении используются очень широкая номенклатура заготовок, деталей и узлов, подвергающихся различным видам термической обработки. Это соответствующим образом предопределяет большой перечень существующего нагревательного термического оборудования (см. М.А.Тылкин. "Справочник термиста ремонтной службы". -М.:, Металлургия, 1981, с.370-382), различающихся по конструктивным особенностям (камерные нагревательные со стационарным и выдвижным подом, шахтные, муфельные, очковые, тигельные, печи-ванны и др.), по источнику тепловой энергии (электрические, газовые, мазутные, на твердом топливе), по температуре (низкотемпературные, среднетемпературные, высокотемпературные), по технологическим признакам (универсальные для отжига, нормализации, закалки и высокого отпуска; цементационные и для азотирования, печи специального назначения для однотипных деталей).

Выбор вида оборудования определяется номенклатурой изделий, технологическими требованиями, экономической эффективностью, экологической чистотой и санитарными условиями труда.

В цехах машиностроительного производства наиболее широко применяются универсальные камерные электрические печи сопротивления со стационарным подом, а также специализированные печи.

Известна печь с выдвижным подом (см. а.с. N 1200106, МКИ F 27 B 3/06, опубл. 23.12.85 г.), содержащая футерованный каркас, заслонку, направляющую пода, выполненную в виде цепи с направляющими звездочками, и шарнирно соединена с приводом.

Недостатком печей с выдвижным подом является возможность использования их преимущественно для отжига крупногабаритных деталей и не допускает использования ее для закалки, т.к. после нагрева под закалку до высокой температуры ~850 - 950^oC и выдвижения пода из под свода печи интенсивное теплоизлучение не позволяет произвести грузозахватные работы для переноса нагретых деталей в закалочную среду.

Известна также специализированная толкательная печь (см. Л.А. Михайлов и др. "Повышение технологических возможностей промышленной толкательной печи газовой цементации", МиТОМ, 1989, N 4, с. 55 - 58), содержащая металлический корпус, внутреннюю футеровку из огнеупорного кирпича, литые из жаропрочного сплава направляющие и поддоны для загрузки деталей, механизм толкания поддонов и систему газогорелочных устройств для нагрева.

Недостатками такой печи являются ее узкая специализация и возможность использования преимущественно для химико-термической обработки, большой расход тепловой энергии на нагрев технологических поддонов, сравнимых по массе с полезной загрузкой. Кроме того, газовый нагрев вызывает необходимость дополнительных затрат на обеспечение специальных требований санитарной и экологической безопасности производства.

Известна нагревательная печь непрерывного действия с циркулирующими тележками (см. заявку Японии N 60-24290, МКИ F 27 B 9/26; C 21 D 1/00; B 21 J 17/00, опубл. 15.06.85 г. ), содержащая внутреннюю перегородку, вытянутую вдоль печи в центре (по ширине печи), соединяющую оба торца печи, при этом несколько тележек, взаимно связанных друг с другом, перемещаются по кольцу, а загрузочное окно находится с одной стороны в боковой продольной стенке печи; в другой боковой продольной выполнено окно для выталкивания, расположенное напротив загрузочного.

Недостатками такой печи являются наличие большого количества подвижных элементов (тележки), работающих при высоких температурах, большие тепловые потери, уносимые с оснасткой при разгрузке, а также возможность термообработки ограниченной номенклатуры деталей, определяемых размерами тележек, и практическая невозможность термической обработки листов и листовых заготовок.

Известна печь с роликовым подом для нагрева листового проката (см. а.с. N 1190172, МКИ F 27 B 9/20, опубл. 07.11.85 г.), содержащая рабочую камеру со сводовым односторонним расположением нагревательных элементов, ролики с металлическими экранирующими кожухами, при этом рабочая часть роликов расположена выше экранирующих кожухов, а между каждой парой металлических экранирующих кожухов расположены основные огнеупорные экраны, ролики выполнены в виде вала с насаженными на него колесами, а колеса двух соседних роликов расположены в шахматном порядке.

Недостатками данной печи являются сложность и большая металлоемкость системы роликов и приводных устройств, большие удельные энергетические затраты.

Известна также печь для термической обработки листов (см. патент США N 4135906, НКИ 65/348 (МКИ С 03 В 25/04, опубл. 23.01.79 г.), в которой в подвешенном состоянии лист перемещается через рабочее пространство печи с помощью троллея, проходящего через входное и выходное щелевые отверстия, расположенные на противоположных стенках и закрываемые заслонками и воздушной завесой, создающими барьер избыточного давления и исключающими выбивание горячих газов из печи.

Недостатком такой печи является сложность подвешивания листов в печи, обеспечение условий уменьшения их провисания и коробления, низкая стойкость при высоких температурах оснастки для подвешивания и перемещения листов, ограниченные возможности использования печи только для нагрева листов определенного размера, сложность манипуляций по перемещению нагретых листов с подвески в охлаждающую закалочную среду.

В качестве ближайшего прототипа выбрана универсальная камерная электропечь (см. "Электропечь СНЗ - 8.16.5/10И2 УХЛ4". Паспорт"., з-д "Электропечь", г. Бийск, 1991. ), состоящая из металлического корпуса, внутренней футеровки из огнеупорного кирпича, литой подины из жаропрочного сплава, электрических нагревателей сопротивления, расположенных под подиной и на внутренних боковых стенках печи, футерованной заслонки.

Недостатками такой универсальной печи являются большая величина отношения объема внутреннего рабочего пространства печи к объему загружаемых на нагрев деталей, особенно при термической обработке легковесных листовых деталей, а также большие тепловые потери, вызывающие увеличение электропотребления, сложность ремонтных работ при замене нагревателей и трудоемкость ручных работ по загрузке и выгрузке деталей, сложность механизации работ.

Таким образом, общими недостатками аналогов и прототипа являются большая трудоемкость операций ручного труда и тяжелые санитарные условия на горячих работах обслуживания универсальных термических камерных печей, недостаточная интенсивность нагрева при большом энергопотреблении и низком КПД, особенно при термообработке легковесных листовых деталей, сложность ремонтных работ.

Целью настоящего изобретения является создание электрической печи, обеспечивающей эффективный и экономичный нагрев заготовок различной формы, включая листовые, а также снижение ручного труда и улучшение санитарных условий для обслуживающего персонала.

Указанная цель достигается тем, что подовая и сводовая части с размещенными на них электрическими нагревателями выполнены в виде самостоятельных раздельных сочленяемых блоков.

При этом трансформация рабочего пространства печи за счет увеличения его высоты между подовой и сводовой частью достигается установкой футерованного блока-проставки, а включение этого блока в теплообменный процесс печи осуществлено за счет защиты его экраном, отражающим лучевой тепловой поток от свода и подины и направляющим его на нагреваемые детали, а также уменьшающим потери теплового потока через стенку блока-проставки.

Кроме того, наличие двух футерованных заслонок на обеих торцах печи обеспечивает эффективное использование механизации процесса посадки и выдачи, например, "систему толкания".

Авторам не известны технические решения с указанными в формуле изобретения признаками, направленными на достижение той же цели, что и в заявляемом в качестве изобретения объекте, поэтому предлагаемое техническое решение отвечает критерию "существенные отличия".

Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг. 1 - 3), на которых показано устройство камерной трансформируемой электропечи "ПРЭТТИ".

На фиг. 1 и 2 показано поперечное сечение камерной трансформируемой электропечи "ПРЭТТИ":
1 - блок-кожух подовой части; 2 - блок-кожух сводовой части;
3 - блок-кожух проставки; 4 - футеровка пода; 5 - футеровка свода;
6 - футеровка проставки; 7 - элемент соединения блоков кожуха;
8 - электронагреватель пода; 9 -электронагреватель свода; 10 - экран;
11 - выводы электронагревателей; 12 - подина печи; 13 - нагреваемая деталь (плоская листовая); 14 - нагреваемая деталь (объемная); 15 - термопара;
16 - ушко грузовое; 17 - теплоизолирующая засыпка; H и h - высота свода трансформируемого рабочего пространства печи.

На фиг. 3 показано продольное сечение камерной трансформируемой электропечи "ПРЭТТИ":
18 и 19 - заслонки футерованные; 20 - механизм перемещения заслонок;
21 - порог.

Камерная трансформируемая электропечь "ПРЭТТИ" содержит сварной кожух, состоящий из самостоятельно разделенных блоков подовой 1, сводовой 2 и проставки 3 частей, футерованных огнеупорным кирпичом 4, 5 и 6 соответственно и сочленяемых элементами 7, обеспечивающими трансформацию (изменение) объема рабочего пространства печи за счет изменения высоты от подины до свода с получением высоты h или H для преимущественного нагрева плоских листовых заготовок и деталей 13 (при h) или заготовок и деталей объемного геометрического строения 14 (при Н), а нагрев деталей, уложенных на подине 12, производится электронагревателями пода 8 и электронагревателями свода 9, подключаемыми через выводы 11 к системе электропитания и управления, и при рабочем пространстве (Н), образованном с использованием блока-приставки 3, на внутренней футеровке 6 установлены экраны 10, отражающие лучевую энергию от подины и свода печи и выполняющие двойную роль - уменьшение тепловых потерь через стенку проставки 6 и отражение и возврат лучевой энергии в рабочее пространство на нагреваемые детали (пассивный нагреватель). Температура измеряется термопарами 15, а для уменьшения тепловых потерь на свод печи дополнительно укладывается теплоизолирующая засыпка 17, и окна посадки и выдачи деталей закрываются футерованными заслонками 18 и 19, приводимыми от механизма 20 и опирающимися в закрытом состоянии на пороги 21. Для транспортирования и перестановки блоков печи 1, 2 и 3 они снабжены грузовыми ушками 16.

Камерная трансформируемая электропечь "ПРЭТТИ" работает следующим образом.

Вариант I (фиг. 1 и 3) работы печи для термической обработки плоских листовых заготовок и деталей.

На блок-кожух подовой части 1 с теплоизолирующей футеровкой 4, электронагревателями 8 и подиной 12 устанавливается блок-кожух сводовой части 2 с теплоизолирующей футеровкой 5 и 17, закрепленными на внутренней стороне свода электронагревателями 9, футерованными заслонками 18 и 19 и термопарами 15, а блок-кожух проставки 3 с футеровкой 6 и экранами 10 устанавливается на блок-кожух свода 2 (на холостой ход-хранение). Затем подключают электропитание нагревателей через выводы 11, термопары 15 к приборам управления и включают печь на разогрев.

По достижении температуры, регламентированной технологическим процессом, в печь через заслонку 18 загружают плоскую листовую заготовку 13 и закрывают заслонку 18, а после прогрева заготовки 13 при помощи механизма 20 открывают заслонку 19 и нагретая деталь выталкивается из печи на охлаждение. Цикл посадка-нагрев-выдача на охлаждение повторяется неоднократно, а наличие раздельных окон для посадки и выдачи позволяет эффективно механизировать технологический процесс.

Вариант II (фиг. 2 и 3) работы для термической обработки заготовок и деталей объемного геометрического строения.

На блок-кожух подовой части 1 с теплоизолирующей футеровкой 4, электронагревателями 8 и подиной 12 последовательно устанавливаются блок-проставка 3 с внутренней футеровкой 6 и экранами 10 и блок-кожух сводовой части 2 с теплоизолирующей футеровкой 5 и 17, закрепленными на внутренней стороне свода электронагревателями 9, футерованными заслонками 18 и 19 и термопарами 15. Затем подключают электропитание нагревателей через выводы 11, термопары 15 к приборам управления и включают печь на разогрев. По достижении температуры, регламентированной технологическим процессом, при помощи механизма 20 открывают футерованную заслонку 18 и загружают на подину 12 заготовки и детали объемного геометрического строения 14.

В процессе нагрева подовые электронагреватели 8 и сводовые электронагреватели 9 излучают тепловую энергию в рабочее пространство и на боковые экраны 10, которые уменьшают потери тепла через футеровку 6 и, нагреваясь, сами становятся излучателями отраженного тепла - "пассивными нагревателями", стабилизируют равномерность процесса нагрева заготовок и деталей 14, а после прогрева деталей (14) открывают заслонку 18 и детали выгружают на осаждение.

Таким образом, предлагаемая камерная трансформируемая электропечь "ПРЭТТИ" обеспечивает:
- повышение интенсификации процесса нагрева при одновременном снижении удельного расхода электроэнергии;
- расширение номенклатуры обрабатываемых деталей, т.е. расширение технологических возможностей производства за счет быстрой без материальных затрат трансформации рабочего пространства печи и качественного изменения параметров технических характеристик;
- расширение возможностей механизации процессов термической обработки и снижение затрат ручного труда;
- расширение возможностей сокращения количественного технологического оборудования, повышение коэффициента его загрузки;
- повышение ремонтоспособности:
- улучшение санитарных условий производственного процесса термообработки деталей и ремонта печи.

На основании вышеизложенного предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом обеспечивает достижение положительного эффекта и обладает критерием "положительный эффект".

Использование предлагаемого технического решения не требует дополнительного переоборудования предприятий.

Первое промышленное опробование предлагаемого технического решения - камерной трансформируемой электропечи "ПРЭТТИ" проведено в 1996 году на заводе АО "Сантех" (г. С.-Петербург).

Изобретение относится к области нагревательного термического оборудования и может быть использовано для нагрева при термической обработке широкой номенклатуры заготовок и деталей. Техническим результатом является обеспечение эффективного и экономичного нагрева заготовок различной формы, а также снижение ручного труда. Камерная трансформируемая электропечь "ПРЭТТИ" для нагрева при термической обработке деталей широкой номенклатуры содержит металлический корпус, выполненный составным из трех частей, при этом подовая и сводовая части выполнены в виде самостоятельных нагревательных блоков с теплоизолирующей футеровкой и электронагревателями сопротивления, при этом на сводовой части на обоих торцах установлены футерованные заслонки, обеспечивающие эффективное использование средств механизации процессов посадки и выдачи деталей, а увеличение объема рабочего пространства за счет увеличения высоты свода над подом достигается путем установки между подовой и сводовой частями блока-проставки, на внутренней стороне которой установлены экраны, отражающие поток тепловой энергии от свода и подины, уменьшая потери тепла через кладку и направляющие отраженные потоки тепловой энергии на детали, выполняя роль "пассивных отражающих нагревателей". 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Камерная трансформируемая электропечь для нагрева деталей при термической обработке, содержащая металлический корпус, внутреннюю футеровку из огнеупорного кирпича, подину из жаропрочного сплава, электрические нагреватели сопротивления, окно для загрузки и выгрузки с футерованной заслонкой, отличающаяся тем, что металлический корпус печи выполнен составным и разъемным в горизонтальной плоскости, при этом подовая и сводовая части выполнены в виде самостоятельных нагревательных блоков с размещенными на них электронагревателями сопротивления. 2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что на сводовой части на обоих торцах установлены футерованные заслонки. 3. Печь по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что трансформация печи путем увеличения высоты между подом и сводом, увеличение объема рабочего пространства достигается установкой блока-проставки между подовой и сводовой частями. 4. Печь по п.3, отличающаяся тем, что на боковых стенках блока-проставки со стороны внутреннего рабочего пространства установлены экраны - пассивные отражающие нагреватели.