камерная трансформируемая электропечь "прэтти"

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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).