Устройство для безокислительной термообработки длинномерных изделий в псевдоожиженном слое частиц

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик н>973640 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 250580 (21) 2929703/22-02 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 151182. Бюллетень ¹ 42

Р1 М К з

С 21 0 9/08

F 27 В 15/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (531УДК 621.783. .231(088.8) Дата опубликования описания 15. 11.82

В.П.Козинец, Г.Н..Хейфец, В.A.Борисенйд В.И-,:Черный, В.A.Бородуля,В.Ф.Мовчан,В.A.Немков М. -А.3.ЧИхачев .

/ (72) Авторы изобретения с с

«

i (73) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕЗОКИСЛИТЕЛЬНОЯ

ТЕРМООБРАБОТКИ ДЛИННОМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ

В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ ЧАСТИЦ

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при термической обработке длинномерных изделий в печах с псевдоожижен- 5 ным слоем, например труб из нержавеющей стали.

Известна установка периодического действия для безокислительной термообработки изделий в псевдоожиженном слое частиц, содержащая рабочую камеру с токоподводом и систему подачи защитного газа (1 ).

Однако в известной установке изделие неподвижно располагается в рабочей камере, заполненной слоем электропроводных частиц, который продувается защитным газом для его псев доожижения и создания безокислительных условий для термообработки. Нагрев изделия до температуры рекристаллизации осуществляется непосредственно в псевдоожиженном слое электропроводных частиц, который разогревается с помощью электрического тока, подаваемого через токоподво ды, опущенные в слой и подключен ные к источнику электропитания.Последующее охлаждение изделия происходит в этом же слое при отключении тока. Указанное устройство приме-, няется преимущественно для термообработки металлических изделий небольшой длины. Недостатком его является низкая производительность, связанная с необходимостью охлаждения изделия вместе со слоем, что приводит к значительным затратам времени на охлаждение. Кроме того, периодичность действия установки приводит также к непроизводительным затратам времени на загрузкувыгрузку изделий и разогрев собственно слоя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для безокислительной термообработки длинномерных изделий в псевдоожиженном слое частиц, содержащее последовательно соединенные камеру нагрева с токоподводом, промежуточно-переходную камеру, камеру охлаждения и систему подачи зад;итного газа, соединенную с камерами нагрева и охлаждения. При использовании указанного устройства непрерывного действия длинномерное изделие поэлементно нагревается до температуры рекристаллизации в разогреваемом с помощью электрического тока псевдоожиженном слое графитовых частиц, 973640 перемещаясь через камеру нагрева,а затем охлаждается, непрерывно перемещаясь через холодный слой таких же частиц s камере охлаждения (2 ).

Недостатком устройства является то, что при нагреве изделий из нержавеющих марок стали при температурах свыше 950 С и последующем охлаждении до этой температуры на поверхности изделий после термической обработки имеются точечные дефекты, нарушающие чистоту и светлый вид поверхности изделий. В местах дефектов коррозионная стойкость металла снижается, изделия приобретают склонность к точечной и межкристаллитной коррозии.

Объясняется это тем, что при температурах выше 950 С (960-1200 С) на поверхность труб налипают мелкодисперсные частицы слоя. Налипание частиц вызывает контактные, реакции между частицами и металлом, что и приводит к появлению точечных дефектов.

Целью изобретения является повышение качества поверхности иэделий с температурой рекристаллизации выше

950оС например нержавеющей стали.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для безокислительной термообработки длинномерных из делий в псевдоожиженном слое частиц, содержащем последовательно соединенные камеру нагрева с токоподводом, промежуточно-переходную камеру, камеру охлаждения и систему подачи защитной атмосферы, камера охлаждения снабжена токоподводом, а переходная камера выполнена секционной и секция, примыкающая к камере охлаждения соединена с системой подачи защитного газа.

На чертеже изображена схема устройства.

Установка состоит из камеры нагрева 1 с футерованной стенкой и камеры охлаждении 2 с водоохлаждаемой стенкой, которые соединены между собой переходной камерой 3 и имеют камера .нагрева - загрузочное окно 4, а камера охлаждения - разгрузочное окно 5. Камеры нагрева и охлаждения заполнены слоем электропроводных частиц 6, для псевдоожижения которых в нижней части камер размещаются устройства в виде вращающихся крыльчаток,7. В камере нагрева 1 установлены,токоподводы 8, а камера охлаждения снабжена дополнительным перфорированным токоподводом 9 подковообразной формы.

Токоподводы 8 и 9 связаны с источником электропитания - трансформатором 10. Переходная камера 3 не содержит слоя частиц и пережимом 11 разделена на сообщакициеся между собой секции — футерованную 12, прилегающую к камере нагрева, и водоохлаждаемую 13, прикрывающую к камере трубы 15, расподоженному в водоох-

Ь5 охлаждения. Система подачи защитного газа 14 в рабочее пространство установки подключена к секции 13 переходной камеры.

Устройство работает следующим образом.

При помощи вращающихся крыльчаток

7 слой электропроводных частиц в .камерах нагрева и охлаждения приводится в состояние псевдоожижения и в рабо О чее пространство установки через систему 14 подается защйтный газ, Затем, подавая напряжение от трансформатора 10 на токоподводы 8, разогревают псевдоожиженный слой электропроводных частиц до 1000ОC за счет пропускания через него электротока.

Передний конец длинномерного изделия, например, трубы .15, задают через загрузочное окно 4, в камеру нагрева

1. Непрерывно передвигаясь через камеру нагрева, труба,. контактируя с псевдоожиженным слоем разогретых частиц, нагревается до 950ОС.

Когда передний конец движущейся трубы, пройдя переходную камеру, попадает в псевдоожиженный слой частиц камеры охлаждения, к дополнительному токоподводу 9 подается напряжение от соответствующей секции трансформатора

10 и к трубе на участке между камерой нагрева и камерой охлаждения через слой частиц осуществляется подвод напряжения одновременно при помощи токоподводов 8 в камере нагрева, с .одной стороны, и перфорированного то35 коподвода подковообразной формы 9 s камере охлаждения, с другой стороны.

Таким образом, дальнейший нагрев трубы до температуры рекристаллизации на этом участке осуществляется за

40 счет пропускания электрического тока непосредственно в ней, т.е. электроконтактным способом. Дополнительный токоподвод 9 выполнен перфорированным для .того, чтобы предельно уменьшить помехи для псевдоожижения слоя б в камере охлаждения, а подковообраз ным - чтобы до предела снизить омнческие потери при осуществлении электроконтакта с трубой в камере охлаждения. При этом, передвигаясь через футерованную секцию 12 камеры 3, обрабатываемая труба 15, продолжая нагреваться до температуры рекристаллизации металла, не контактирует с электропроводными частицами и находится в среде защитного газа, поступающего через пережим 11 из водоохлаждаемой секции 13 переходной камеры 3. Охлаждение трубы 15 в защитном газе от температуры рекристаллиОО зации до 950ОC начинается при перехоI де ее элементов через пережим 11 в водоохлаждаемой секции 13 переходной камеры 3. Это охлаждение осуществляется несмотря на то, что по участку

973640 лаждаемой секции 13 переходной камеры 3, протекает электроток. Как по казывают расчеты происходит это по; тому, что количество выделяемого на

; этом участке трубы тепла значитель но меньше теплоотдачи-от поверхности трубы 15, обдуваемой защитным газом. При этом охлаждении труба также не контактирует с электропроводными частицами.

Охлаждение трубы 15 при температурах .ниже 950 С до температур без- . опасных с точки зрения окисления при выдаче на воздух продолжается в камере охлаждения 2 в слое холодных псевдоожижаемых частиц. Далее охлаждаемая труба через Разгрузочное отверстие 5 непрерывно выдается аРужу °

Для опытной проверки предлагаемого устройства смонтирована модель, представляющая собой последовательно соединенные между собой камеру нагрева в виде кварцевого цилиндра диаметром 100 мм с опущенными в него графитовыми электродами, переходную камеру диаметром 50 мм и общей длиной

170 мм, разделенную пережимом на сообщающиеся между собой секции — футерованную на участке 120 мм и водоохлаждаемую на последующем участке

50 мм, и камеру охлаждения прямоугольного сечения длиной 120 мм, шириной 70 мм, в которую опущен дополнительный токопровод из графита.

Система подачи защитного газа подключена к секции, примыкающей к камере охлаждения. Камеры нагрева и охлаждения заполнены слоем графитовых частиц, диаметр которых 0,2 мм.

При проведении эксперимента сначала слой графитовых частиц в камерах нагрева и охлаждения приводится в состояние псевдоожижения с помощью .устройств в виде вращающихся крыльчаток с числом оборотов вала

210 об/мин. Для создания безокислительных условий термообработки во все камеры установки подают водород после его глубокой осушки от установки УОВ-10 со степенью чистоты

99,999Ъ и остаточной влажностью при температуре точки росы — (60 — 70)oC

Затем на электроды камеры нагрева подают напряжение от регулирующего трехфазного автотрансформатора PHT-20 и за счет пропускания электротока через псевдоожиженный слой графитовых частиц разогревают его до 1000 С.

Нагреву подвергают трубки из стали ЭИ844 БУИД размером х х=7х0,3х х3000 мм после холодной прокатки, обезжиренные, со светлой поверхностью состыкованные в плеть с помощью втулок. Температуру электрического слоя и обрабатываемых трубок контролируют с помощью хромель-алюмелевых термопар.,5 !

При достижении электротермическим слоем псевдоожиженных частиц в каме» ре нагрева температуры 1000 С через загрузочное окно в рабочее пространство установки задают передний конец плети трубок, которую перемещают со скоростью 60 см/мин.

Проходя через слой разогретых частиц, изделие нагревается и на выходе из камеры нагрева его температура составляет 9500С.

Далее иэделие последовательно перемещается через переходную камеру, и когда передний конец плети попадает в нсевдоожиженный слой !графитовых частиц камеры охлаждения через дополнительный токоподвод к обрабатываемому изделию подают напряжение, При этом, перемещаясь через футерованную секцию переходной камеры, изделие электроконтактным способом догревается от 950 С до температуры рекристаллизации (1100 С), а при прохождении через водоохлаждаемую секцию переходной камеры температура изделия, обдуваемого холодным водородом, снова понижается до 950 С.

При последовательном перемещении одной за другой состыкованных трубок в установившемся режиме между электродами камеры нагрева, с одной стороны, и дополнительным токоподводом к камере охлаждения, с другой, подается напряжение 64,8 В, при этом ток, проникающий по трубам, состы35 кованным в плеть, составляет 49 A.

Для регулирования уровня разогрева псевдоожиженного электротермического слоя в камере нагрева дополнительно подается напряжение между электродами

40 камеры, равное 10,5 В, при этом, дополнительный межэлектродный ток в электротермическом слое 8,5 А.

Общая мощность, потребляемая при нагреве трубок, 3,2 кВт. Для сравне45 ния часть трубок обработана по аналогичному режиму на известной установке. Для этого псевдоожиженный слой графитовых частиц разогревают до 11600С путем подачи напряжения

50 110 В на электроды камеры нагрева, при этом общая мощность, потребляемая при нагреве трубок, 3,7 кВт, Двигаясь со скоростью 60 см/мин через разогретый электротермический слой, трубки нагреваются до 1100 С, а в камере охлаждения, контактируя со слоем холодных псевдоожиженных частиц, охлаждаются до 100 С.

После термической обработки на известной и предлагаемой установках проведен визуальный контроль поверхности трубок, микроскопическое исследование шлифов с целью определения величины зерна металла труб, а также испытание образцов, отобран65 ных от труб, на склонность к межкрис7

973640 таллитной коррозии по методу АМУ

ГОСТ 6032-75 °

Контроль качества показал, что после термической обработки на предлагаемой установке все трубки имеют чистую, бестящую и светлую поверхность, а также высокую антикоррозионную стойкость(ни один образец не испытывал склонности к межкристаллитной коррозии ), в то время как после термообработки по аналогичному режиму в известной установке по всей поверхности трубок наблюдается налипа, ние графитовых частиц, а также имеются точечные дефекты в виде оспин и лунок, которые заполняются,графитом, Все образцы, прошедшие обработку в известной установке, испытывают склонность к точечной и межкристаллитной коррозии.

Микроскопический анализ шлифов показал, что величина зерна в обоих случаях соответствует техническим .требованиям и равна 8 - 9 баллов.

Таким образом, данное устройство по сравнению с известным позволяет повысить качество поверхности обрабатываемых в нем иэделий из нержавеющих сталей, имеющих температуру рекристаллизации выше 950ОС. Это достигается тем, что при нагреве свыше

950 С и охлаждении до этой темпера- туры исключен контакт поверхности обрабатываемых изделий с частицами псевдоожиженного слоя благодаря электроконтактному догреву изделий до температуры рекристаллизации и охлаждению до 950ОС в сообщающихся между собой футерованной и водоохлаждаемой секциях переходной камеры

В результате исключается налипание частиц, а следовательно не происходит образование точечных дефектов в виде оспин и лунок, на поверхности изделий.

Кроме того, благодарч наЛичию пережима, разделяющего переходную камеру на секции, и подводу защитного газа в секцию, примыкающую к камере охлаждения, удается снизить тепловые потери в футерованной секции,.так как давление и скорости течения защит ного газа в ней значительно ниже, чем в водоохлаждаемой секции. Подача чистого защитного газа в зону температур металла, наиболее опасных с точки зрения окисления, позволяет надежно обеспечить безокислительные

" условия термической обработки.

1 установка состоит из герметичной рабочей камеры цилиндрической формы, внутри которой расположен передвижной четырехпозиционный ротор с подвижными, с одной стороны, и неподвижными, с другой, контактными зажимами для концов обрабатываемых труб. Контактныe эaжИam через токоподводы соединены с источником электропитания. Для компенсации изменения длины труб при нагреве и охлаждении, а также для их правки, установка снабжена механизмом натяжения труб.

Недостатком этой установки является ее низкая производительность (24 п.м./час для труб из стали

:1Х18Й10Т размером 25 1 w 3000 мм 1, так как периодичность действия ус10 тановки приводит к непроизводительным затратам времени на подготовительные операции, связанные с откачкой рабочей камеры, загрузкой и выгрузкой изделий, а также большей пра15 должительностью процесса охлаждения в вакууме нержавеющих труб до температур, безопасных с точки зрения окисления металла.

Предлагаемая установка позволяет

20 значительно повысить производительность (до 50 п.м./час для труб аналогиЧного сортамента ), обеспечив непрерывную поточную обработку их.

Экономическое сопоставление тер25 мической обработки труб в предлагаемой установке по сравнению с термообработкой их в действующей вакуумной установке НП-169 показывает,что экономическая эффективность достигЗ0 нута в основном за счет экономии удельных капильных и эксплуатационных затрат в связи с. увеличением ее производительности.

Экономический эффект, определяемый по формуле

Э f(C1 "С2)+ Ен(К1" К2) А, где С - суммарные эксплуатационные затраты на термообработку 1 п.м. труб в установ40 . ке НП-169; суммарные эксплуатационные затраты на термообработку

1 п.м.. труб в предлагаемой установке;

45 Ен = 0,15 — нормальный коэффициент эффективности.

К - удельные капитальные затраты

1 на термообработку 1 п.м. труб в НП«169;

50 К вЂ” удельные капитальные эатра2 ты на термообработку 1 п.м. труб в предлагаемой установке;

А - годовая пропускная способ$5 ность установки (прн про.грамме производства нержавеющих .труб укаэанного сортамента 324000 п.м. составляет около 70 тыс.руб °

4Е ., в год на одну установку), Формула изобретения

Устройство для безокислительной термообработки длинйомерных изделий в псевдоожиженном слое частиц, 65 содержащее последовательно соедн973640

Составитель Г. Назарова

Редактор И.Митровка Техред С.Мигунова Корректор Г.Огар

Заказ 8619/30 Тираж 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ненные камеру нагрева с токоподводом, промежуточно-переходную камеру камеру охлаждения и систему подачи защитной атмосферы, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повыщения качества поверхности иэделий, камера охлаждения снабжена токоподводом, а переходная камера выполнена секционной и секция, привлекающая к камере охлаждения соединена с системой подачи защитного газа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бородуля В.A. Высокотемпературные процессы в электротермическом кипящем слое. Минск "Наука и техника", 1973, с. 16, 26.

2. Отчет НЙР М 142-76, ч, 1, ВНИИТИ и СБ СКБ ИТМО АН БССР, Днепропетровск, 1979,. М гос. регистра30 ции 76056151.