технологическая линия диффузионного нанесения защитных покрытий на длинномерные полые изделия

Формула изобретения

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДИФФУЗИОННОГО НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ДЛИННОМЕРНЫЕ ПОЛЫЕ ИЗДЕЛИЯ, содержащая накопитель изделий, устройство диффузионного насыщения с рабочей камерой и накопитель обработанных изделий, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности путем механизации технологических операций, линия снабжена установленным между накопителем изделий и устройством диффузионного насыщения рольгангом с захватом и с расположенным соосно в захвате поршнем со штоком, а устройство диффузионного насыщения выполнено с соосно установленными в рабочей камере, имеющих возможность реверсивного вращения вокруг горизотнальной оси, реторты и винтового шнека, размещенного соосно с захватом рольганга.

2. Линия по п.1, отличающаяся тем, что, с целью повышения степени очистки изделий от насыщающей смеси, устройство диффузионного насыщения выполнено с механизмом наклона относительно горизонтальной оси на угол 1 - 5^o.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химико-термической обработке длинномерных металлических изделий, в частности к диффузионному цинкованию внутренней и наружной поверхностей труб диаметром 530 мм включительно, и может быть использовано при реконструкции действующих в строительстве новых участков диффузионного нанесения защитных покрытий на длинномерные полые изделия.

Известна установка для диффузионного нанесения защитных покрытий на полые изделия небольшой длины, включающая печь с футеровочной камерой и нагревателями, внутри которой расположен герметичный контейнер для обрабатываемых изделий и порошковой насыщающей смеси [1].

Герметизацию контейнера осуществляют при помощи плавного затвора из нитросиликатного стекла.

Однако при промышленном использовании установки вскрываются существенные недостатки: процесс загрузки и выгрузки изделий из контейнера невозможно автоматизировать; нитросиликатное стекло, используемое в качестве плавного затвора, обеспечивает неоднозначную герметизацию при различных условиях нагрева, смене контейнеров и объема насыщающей смеси.

Кроме того данная установка не позволяет наносить защитные покрытия на длинномерные изделия. Попытки уменьшить площадь поверхности под плавким затвором и увеличить насыщающий объем приводят к интенсивному выбросу насыщающей смеси при прогреве контейнера, а попытки выноса узлов герметизации за пределы печного пространства приводят к осаждению насыщающей смеси на холодных частях контейнера и снижению эффективности диффузионного насыщения.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является технологическая линия диффузионного нанесения защитных покрытий на длинномерные полые изделия, в частности трубы, включающая накопитель изделий, устройство для диффузионного насыщения и накопитель готовых изделий [2].

Устройство для диффузионного насыщения включает камерную печь, содержащую бугели, на которых расположены герметичные муфели с крышками и кассетами для обрабатываемых изделий. Упаковку труб в муфели и засыпку их насыщающей порошковой смесью осуществляют на специальных установках. В муфели укладывают по определенной схеме трубы и насыщающую смесь, уплотняя ее вибрацией. После заполнения муфеля смесью его закрывают металлической крышкой, зазоры между муфелем и крышкой замазывают обмазкой, состоящей из шамота, асбеста и жидкого стекла. Упакованные муфели перед химико-термической обработкой выдерживают в течение некоторого времени для затвердевания обмазки. Муфели с упакованными в них трубами укладывают на бугели и с помощью загрузочной машины помещают в предварительно нагретую камерную печь. Процесс диффузионного насыщения проводят по специальному графику нагрева, характер которого зависит от требований к покрытию труб.

Для интенсификации нагрева муфелей рекомендуется изготовлять их с центровой трубой. После окончания процесса диффузионного насыщения муфели извлекают из печи, охлаждают на воздухе до 60-80^оС и подают на распаковку. Распаковку муфелей проводят на агрегатах разборки муфелей. Специальным механизмом снимают крышку с муфеля, высыпают диффузионную смесь и извлекают оцинкованные трубы. Порошкообразную насыщающую смесь, извлеченную из муфелей, подают в систему циркуляции смеси, где в нее добавляют свежий цинковый порошок и направляют для повторного использования. Муфели подают для упаковки следующих партий труб, а трубы с защитным покрытием поступают в отделение отделки, где путем промывки или продувки сжатым воздухом с их поверхности удаляются остатки насыщающей смеси.

Недостатками данной технологической линии являются низкая производительность процесса нанесения защитных покрытий на длинномерные полые изделия, преимущественное использование ручного труда при подготовке труб к нанесению защитных покрытий, извлечении из муфеля насыщающей смеси и труб и очистке труб от насыщающей смеси.

Цель изобретения - повышение производительности и снижение расхода электроэнергии процесса нанесения защитных покрытий на длинномерные полые изделия.

Цель достигается тем, что технологическая линия диффузионного нанесения защитных покрытий на длинномерные полые изделия, содержащая накопитель изделий, устройство диффузионного насыщения с рабочей камерой и накопитель обработанных изделий, снабжена установленным между накопителем изделий и устройством диффузионного насыщения рольгангом с захватом и с расположенным соосно в захвате поршнем со штоком, а устройство диффузионного насыщения выполнено с соосно установленными в рабочей камере, имеющих возможность реверсивного вращения вокруг горизонтальной оси, реторты и винтового шнека, размещенного соосно захвату рольганга. Кроме того для повышения степени очистки изделий от насыщающей смеси устройство диффузионного насыщения выполнено с механизмом наклона относительно горизонтальной оси на угол 1-5^о.

Совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения, включающая снабжение технологической линии диффузионного нанесения защитных покрытий на длинномерные полые изделия установленным между накопителем изделий и устройством диффузионного насыщения рольгангом с захватом и с расположенным соосно захвату поршнем со штоком, а также выполнение устройства диффузионного насыщения с соосно установленными в рабочей камере, имеющих возможность реверсивного вращения вокруг горизонтальной оси, реторты и винтового шнека, размещенного соосно захвату рольганга, позволяет значительно повысить производительность и снизить расход электроэнергии процесса нанесения защитных покрытий на длинномерные полые изделия за счет полной механизации всех технологических операций нанесения защитных покрытий и исключения операций охлаждения и повторного нагрева насыщения смеси.

Кроме того предлагаемая совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения позволяет значительно сократить производственные площади, а при выполнении устройства диффузионного насыщения с механизмом наклона относительно горизонтальной оси на угол 1-5^о - значительно повысить степень очистки изделий от насыщающей смеси, в случае же использования съемных реторты, устройства диффузионного насыщения, захвата, поршня рольганга - наносить покрытия на трубы разного диаметра.

На фиг. 1 показана схема технологической линии диффузионного нанесения защитных покрытий на длинномерные полые изделия; на фиг.2 - устройство диффузионного насыщения; на фиг.3 - узел I на фиг.2; на фиг.4 - рольганг для перемещения длинномерных изделий.

Линия содержит накопитель 1 изделия, рольганг 2 для их перемещения, устройство 3 диффузионного насыщения и накопитель 4 обработанных изделий. Накопитель 1 изделий и накопитель 4 обработанных изделий включает захватные устройства (на чертежах не показаны). Рольганг 2 установлен между накопителем 1 изделий и устройством 3 диффузионного насыщения и содержит захват 5, расположенный соосно в захвате поршень 6 со штоком 7, выполняющим роль направляющей поршня 6, привод 8 перемещения захвата 5, выполненный в виде каретки, и привод 9 перемещения штока 7, а также упор 10, расположенный на выходе рольганга 2. Устройство 3 диффузионного насыщения длинномерных полых изделий содержит цилиндрический корпус 11 и выполнено съемным с соосно установленной в рабочей камере, имеющей возможность реверсивного вращения вокруг горизонтальной оси, реторты 12 с фланцем 13, причем один конец реторты 12 связан с приводом 14 вращения, а другой лежит на опорных роликах 15.

Привод 14 - реверсивный, гидравлический, может быть электропривод.

Рабочая камера реторты 12 снабжена винтовым шнеком 16 с лопастями 17 и упором 18. Шнек 16 установлен соосно реторте 12 и захвату 5 рольганга 2 и с возможностью реверсивного вращения вокруг горизонтальной оси.

В задней части реторты 12 размещен люк 19 с крышкой 20 для периодического заполнения реторты 12 порошкообразной насыщающей смесью. Подачу в рабочую камеру реторты 12 защитной атмосферы, предотвращающей поступление в насыщающую среду окислительной атмосферы при загрузке и выгрузке изделий, осуществляют или через трубу 21, расположенную внутри шнека 16, или через поршень 6.

Для центрирования обрабатываемых изделий относительно шнека 16 реторта 12 снабжена направляющими 22.

Между корпусом 11 и ретортой 12 расположен утеплитель 23 с нагревательными элементами 24, образуя совместно с рабочей камерой реторты 12 печь диффузионного насыщения обрабатываемых изделий. Для создания герметичности камеры реторты 12 корпус 11 снабжен прижимным устройством 25 с крышкой 26.

Для повышения степени очистки изделий от насыщающей смеси устройство 3 диффузионного насыщения выполнено с механизмом наклона относительно горизонтальной оси на угол 1-5^о в виде платформы 27 и привода 28 качания платформы. Для исключения возможности подсоса окислительной среды в насыщающую среду и окисления изделий кислородом воздуха при входе в реторту 12 на корпусе 11 расположен спреер 29.

Линия работает следующим образом.

Предварительно в рабочую камеру реторты 12 в зависимости от размера изделия засыпают порошкообразную насыщающую смесь и включают нагревательные элементы 24 для ее прогрева. Одна из направляющих 22 реторты должна быть в данный момент расположена в нижней части реторты 12.

При достижении заданной температуры в рабочей камере открывают крышку 26 прижимного устройства 25 и через трубу 21, расположенную внутри шнека 16, или через поршень 6, подав его в рабочую камеру реторты, а также через спреер 29 подают защитную атмосферу для предотвращения подсоса окислительной атмосферы в насыщающую среду, одновременно при помощи захватного устройства накопителя 1 изделия подают с накопителя 1 на рольганг 2, включают привод 8 перемещения захвата 5, при этом поршень 6 поступает во внутреннюю полость изделия, а захватом 5 зажимают наружную поверхность изделия, одновременно автоматически отключают упор 10 и перемещают изделие по рольгангу 2 в рабочую камеру реторты 12 устройства 3 диффузионного насыщения. Затем включают привод 14 вращения реторты 12 устройства 3 диффузионного насыщения. При этом за счет соосного с ретортой 12 вращения винтового шнека 16 порошкообразная насыщающая смесь заполняет внутреннюю полость изделия по всей ее длине и равномерно распределяется по его наружной поверхности. При достижении изделиями упора 18 отключают захват 5, освобождая наружную поверхность изделия, включают привод 8 перемещения захвата 5 и возвращают захват 5 с поршнем 6 из рабочей камеры реторты 12 устройства 3 на рольганг 2. После этого через прижимное устройство 25 воздействуют на крышку 26, закрывая ее и обеспечивая герметичность рабочей камеры, подачу защитной атмосферы при этом прекращают. Затем производят насыщение внутренней и наружной поверхностей изделия при заданной температуре и постоянном вращении реторты 12 и изделия относительно порошкообразной насыщающей смеси.

После окончания процесса насыщения меняют направление вращения реторты 12 устройства 3 диффузионного насыщения на противоположное. При этом соосное с ретортой 12 вращение винтового шнека 16 способствует отделению насыщающей смеси от изделия. Для повышения степени очистки изделий от насыщающей смеси при помощи привода 28 качания поднимают платформу 27 с устройством 3 диффузионного насыщения на угол 1-5^о относительно горизонтальной оси. После очистки изделия от насыщающей смеси с помощью привода 28 качания платформу 27 с устройством 3 диффузионного насыщения возвращают в горизонтальное положение, открывают крышку 26 прижимного устройства 25 и через трубу 21, расположенную внутри шнека 16, или через поршень 6, подав его в рабочую камеру реторты 12, а также через спреер 29 в рабочую камеру реторты подают защитную атмосферу, исключая возможность подсоса окислительной атмосферы в реторту 12.

Одновременно включают привод 8 перемещения захвата 5 и привод 9 перемещения штока 7, захват 5 с поршнем 6 и штоком 7 подают в рабочую камеру реторты 12, причем поршень 6 входит во внутреннюю полость изделия, а захватом 5 зажимают наружную поверхность изделия и начинают извлечение изделия из рабочей камеры реторты 12 устройства 3. При этом поршень 6 остается без движения, препятствуя перемещению остатков насыщающей смеси с извлекаемым изделием.

При достижении захватом 5 упора 10 отключают привод 9 перемещения штока 7 и извлекают поршень 6 из изделия в исходное положение. Затем отключают захват 5, освобождая изделие, включают захватное устройство накопителя 4 обработанных изделий (на чертежах не показано) и перемещают на него изделие с покрытием. Цикл повторяется. Охлаждение и повторный нагрев насыщающей смеси отсутствуют.

П р и м е р 1. Предварительно в рабочую камеру реторты 12 устройства 3 диффузионного насыщения засыпают порошкообразную насыщающую смесь - парооксидированный порошок цинка и включают нагревательные элементы 24 для ее прогрева.

При достижении в рабочей камере заданной температуры 500^оС холоднокатаную трубу из стали 3 диаметром 530 мм и длиной 6 м при помощи захватного устройства с накопителя 1 по рольгангу 2 подают в устройство 3 диффузионного насыщения. Затем включают привод 14 вращения реторты 12, при этом за счет соосного с ретортой 12 вращения винтового шнека 16 порошок цинка заполняет внутреннюю полость трубы по всей ее длине и равномерно распределяется по его наружной поверхности.

После этого осуществляют диффузионное насыщение трубы парооксидированным порошком цинка. Время насыщения 1 ч. После окончания процесса насыщения меняют направление вращения реторты 12 устройства 3 диффузионного насыщения на противоположное. При этом соосное с ретортой 12 вращение винтового шнека 16 способствует отделению изделия от порошка цинка. Для повышения степени очистки изделий от порошка при помощи привода 28 качания поднимают платформу 27 с устройством 3 диффузионного насыщения на угол, равный 3^о относительно горизонтальной оси. После очистки изделия от насыщающей смеси - порошка цинка с помощью привода 28 качания платформу 27 с устройством 3 диффузионного насыщения возвращают в горизонтальное положение и извлекают трубу из устройства 3 диффузионного насыщения. После поступления трубы на накопитель 4 обработанных изделий цикл повторяется. Причем исключена операция охлаждения и повторного нагрева насыщающей смеси.

Для сравнения наносилось диффузионное покрытие на трубы диаметром 530 мм и длиной 6 м на технологической линии нанесения защитных покрытий. Температура диффузионного насыщения 500^оС, выдержка 12 ч. После окончания процесса диффузионного насыщения и охлаждения муфелей на воздухе до 60-80^оС в течение 18-20 ч трубы извлекают из муфелей и освобождают от насыщающей смеси.

Одновременно было обработано шесть труб. Отработанную диффузионную насыщающую смесь подают в систему циркуляции смеси; где в нее добавляют свежий цинковый порошок, направляют в устройство и снова нагревают до температуры диффузионного насыщения. Цикл повторяется. Результаты диффузионного цинкования приведены в таблице.

П р и м е р 2. Проводили последовательное диффузионное насыщение парооксидированным порошком цинка холоднокатаных труб диаметром 426 мм и 219 мм и длиной 6 м из стали 3. При замене труб одного диаметра на другой меняют реторту 12, захват 5 и поршень 6, затем предварительно в рабочую камеру реторты 12 устройства 3 засыпают насыщающую смесь и включают нагревательные элементы для ее прогрева. При достижении в рабочей камере заданной температуры 550^оС трубу при помощи захватного устройства с накопителя 1 по рольгангу 2 подают в устройство 3 диффузионного насыщения. Затем включают привод 14 вращения реторты 12, при этом за счет соосного с ретортой 12 вращения винтового шнека 16 порошок цинка заполняет внутреннюю полость трубы по всей ее длине и равномерно распределяется по ее наружной поверхности. После этого осуществляют диффузионное насыщение трубы парооксидированным порошком цинка. Время насыщения 30 мин для трубы диаметром 426 мм и 20 мин для трубы диаметром 219 мм.

После окончания процесса насыщения меняют направление вращения реторты 12 устройства 3 диффузионного насыщения на противоположное. При этом соосное с ретортой 12 вращение винтового шнека 16 способствует отделению изделия от порошка цинка. Для повышения степени очистки изделий от порошка при помощи привода 28 качания поднимают платформу 27 с устройством 3 диффузионного насыщения на угол, равный 3^о относительно горизонтальной оси. После очистки изделия от насыщающей смеси - порошка цинка с помощью привода 28 качания платформу 27 с устройством 3 диффузионного насыщения возвращают в горизонтальное положение и извлекают трубу из устройства диффузионного насыщения. После поступления трубы на накопитель 4 обработанных изделий цикл повторяется, причем исключена операция охлаждения и повторного нагрева насыщающей смеси. Для сравнения наносилось диффузионное покрытие на трубы диаметром 426 мм и 219 мм и длиной 6 м на технологической линии нанесения защитных покрытий, температура диффузионного насыщения 550^оС, выдержка 12 ч. После окончания процесса диффузионного насыщения и охлаждения муфелей на воздухе до 60-80^оС в течение 18-20 ч трубы извлекают из муфелей и освобождают от насыщающей смеси. Одновременно было обработано 14 труб. Отработанную диффузионную насыщающую смесь подают в систему циркуляции смеси, где в нее добавляют свежий цинковый порошок, направляют в устройство и снова нагревают до температуры диффузионного насыщения. Цикл повторяется. Результаты диффузионного цинкования приведены в таблице.

Как видно из таблицы, использование предлагаемой технологической линии диффузионного нанесения защитных покрытий на длинномерные полые изделия позволяет по сравнению с прототипом в 2,2 раза повысить производительность процесса нанесения защитных покрытий и в 48 раз снизить расход электроэнергии за счет механизации всех технологических операций нанесения защитных покрытий и исключения операций охлаждения и повторного нагрева насыщающей смеси.

Кроме того использование предлагаемой технологической линии позволяет сократить производственные площади в 4 раза по сравнению с площадями, занимаемыми технологической линией, выбранной за прототип.