Электропечь для термообработки деталей из жаропрочных сплавов

СТАТЬЯ ИЗ РУБРИКИ: « Термообработка: технологии и оборудование»

В.М. Шулаев, к.ф.-м.н., с.н.с
А.П. Редкокаша, к.т.н.
Д.А. Листопад, к.т.н.

Вакуумная термическая обработка деталей типа «Лопатка турбины» из жаропрочных сплавов с покрытиями является экономически выгодной в силу улучшения их эксплуатационных характеристик. Одним из факторов, снижающим затраты на термическую обработку, является применение экономичного вакуумного печного оборудования.

Экономичность оборудования определяется двумя факторами. Первый связан с закупочной ценой, второй — с применением энергосберегающей технологии. Цель данной работы — разработка новой вакуумной печи с самой низкой закупочной ценой из всех имеющихся на рынке. Энергосберегающий режим работы печи достигается за счет ее полной автоматизации.

Для решения таких задач разработана и изготовлена новая вакуумная элеваторная печь модели СЭВЭ?5.5/13?ИВ?ОТТОМ (далее по тексту — Печь). Она предназначена для термической обработки в вакууме различных деталей с покрытиями типа «Лопатка турбины» из жаропрочных сплавов при температурах до 1300°С.

Печь представляет собой двухуровневую конструкцию. Первым уровнем Печи является нижняя площадка эстакады. На нижней площадке эстакады установлены шкаф управления, стойка водоохлаждения, вилочный погрузчик и форвакуумные насосы. Здесь же оператор производит загрузку-выгрузку садки вилочным погрузчиком и управление работой Печи. Вторым уровнем Печи является верхняя площадка эстакады. На ней установлен печной трансформатор и часть вакуумной системы на четырех винтовых опорах. С верхней площадки оператор проверяет состояние контактов силовых кабелей; обслуживает термопары, предохранительный клапан и вакуумный затвор. Общий вид Печи показан на рис. 1–3.

Печь включает в себя следующие составные части:

  • камера Печи;
  • эстакада;
  • система вакуумная;
  • система водоохлаждения;
  • стойка водоохлаждения;
  • погрузчик вилочный;
  • шкаф управления;
  • трансформатор печной.

Камера Печи

Обеспечивает возможность термической обработки деталей в вакууме.

В состав камеры Печи входит камера нагрева, модуль нагрева, камера охлаждения, механизм перемещения садки, стол-пробка, шторка.

Камера Печи ограничивает пространство, в котором осуществляется электротермический процесс. Она состоит из камеры нагрева, камеры охлаждения и крышки. Камера Печи разделена шторкой на две функциональные зоны: зону нагрева и зону охлаждения. Камера нагрева, камера охлаждения, крышка и дверь изготовлены из листовой стали и имеют две стенки для охлаждения водой. Они соединяются между собой фланцами с резиновыми уплотнительными прокладками. Температурный режим в рабочем пространстве камеры охлаждения не регулируется. Охлаждение садки осуществляется излучением на холодные стенки камеры. Камера нагрева содержит токовводы для электропитания модуля нагрева и ввод термопары для контроля температуры в рабочем пространстве Печи. Механизм перемещения садки предназначен для ее транспортирования из камеры охлаждения в рабочее пространство Печи и обратно.

Каретка двигается по двум направляющим, которые закреплены на кронштейнах к внутренней стороне камеры охлаждения. Точность положения каретки с садкой в модуле нагрева или в зоне охлаждения (зона загрузки-выгрузки) обеспечивается датчиками положения каретки. На каретке устанавливается стол-пробка и обрабатываемое изделие. Ручное управление механизмом перемещения садки осуществляется с кнопочного поста, расположенного на камере охлаждения.

Шторка — раздвижной тепловой экран, перекрывающий люк модуля нагрева во время нахождения садки в камере охлаждения. Шторка состоит из двух половинок. Каждая шторка имеет экранную теплоизоляцию, состоящую из семи экранов. Экраны, расположенные ближе к садке, выполнены из молибдена, остальные — нержавеющая сталь. Датчики положения шторок обеспечивают точное расположение шторок «открыто-закрыто». Ручное управление шторкой осуществляется с кнопочного поста, расположенного на камере охлаждения.

Модуль нагрева

Печь имеет одну электрическую зону мощностью 80кВт. Корпус модуля нагрева изготовлен из жаропрочной стали. Внутренняя поверхность модуля имеет теплоизоляцию, состоящую из семи экранов. Три экрана, расположенные ближе к садке, выполнены из молибдена, остальные — из жаропрочной стали. На штырях, выполненных из молибдена, через керамические шайбы навешен нагреватель, который изготовлен из молибденового прутка. Выводы нагревателя соединены жгутом медного провода (токоподводом) с медными водоохлаждаемыми токовводами камеры нагрева, изолированными от контакта с корпусом камеры Печи керамическими изоляторами. На боковой цилиндрической поверхности модуля нагрева имеется отверстие для установки термоэлектрического преобразователя (тер­мопары).

На cводе (крышке) модуля нагрева имеются строповые устройства — серьги для транспортирования модуля и его монтажа в камеру Печи. Модуль нагрева своими лапами устанавливается на кронштейны камеры нагрева.

При перемещении садки в зону нагрева шторка открывается, а при перемещении садки в зону охлаждения — закрывается автоматически.

Стол-пробка

Для проведения термических процессов на каретку механизма перемещения садки устанавливается стол-пробка с садкой. Столешница, несущие стойки и четыре верхних экрана стола-пробки выполнены из молибдена. На столешнице закреплены керамические трубки. Керамика предохраняет термообрабатываемые детали от спекания с молибденом. Стол-пробка имеет захваты для удержания его на вилах погрузчика.

Погрузчик вилочный

Предназначен для загрузки-выгрузки изделий в Печь.

Технические характеристики:

  • вертикальное перемещение вил с садкой осуществляется гидродомкратом с ручным приводом, расположенным в стойке тележки;
  • горизонтальное перемещение погрузчика по рельсовому пути осуществляется вручную;
  • грузоподъемность — 200 кг.

Эстакада

Предназначена для разводки коммуникаций, удобства обслуживания верхней части вакуумной камеры, обслуживания короткой силовой части, токовводов и верхней термопары, которые установлены на высоте более 2,0 м от уровня пола. В настоящее время эстакада — это необходимый элемент конструкции современной вакуумной электропечи. Она устанавливается в соответствии с Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей. Вся конструкция эстакады служит для удобства и безопасности обслуживания Электропечи оперативным персоналом.

В целях удобства выполнения монтажа и возможности транспортирования эстакада изготовлена из конструктивных частей, позволяющих выполнить сборку на месте эксплуатации. Под верхней площадкой эстакады проложены силовые кабели. С боку нижней площадки эстакады (в коробе) проложены монтажные провода к шкафу управления. Под нижней площадкой эстакады проложены шланги системы водоохлаждения.

Система вакуумная

Обеспечивает необходимое рабочее разряжение в камере Печи до необходимого остаточного давления.

Система водоохлаждения

Система водоохлаждения включает в себя стойку водоохлаждения, коммуникации подвода и слива воды. Стойка водоохлаждения предназначена для централизованной подачи воды на элементы Печи, требующие охлаждения в процессе работы. Стойка позволяет регулировать расход воды по каждому каналу охлаждения. Расход контролируется с помощью расходомеров и индицируется на панели оператора, кроме того, осуществляется контроль температуры воды в каждом канале собственным термометром. Конструктивно стойка выполнена в шкафу. От стойки водоохлаждения вода подается по шлангам к элементам охлаждения Печи. Подача воды должна осуществляться от насосной станции оборотного водоснабжения с отводом ее в сливной коллектор. На случай аварийной остановки станции в системе водоохлаждения должна быть предусмотрена врезка сетевой водопроводной воды с возвратом в промышленный сантехнический коллектор здания. Краны аварийного перехода на другой вид водоснабжения Печи должны находиться в том же помещении, как можно ближе к месту ее расположения.

Система электропитания и управления

Обеспечивает ручной (наладочный) и автоматический режимы работы Печи, включая ее вакуумирование.

Система электропитания и управления включает в себя шкаф управления, печной трансформатор, персональный компьютер с принтером, датчики, преобразователи, соединительные провода и кабели.

Работа Печи

Работа Печи заключается в выполнении следующих операций:

  • загрузка садки (изделий) в рабочее пространство камеры нагрева;
  • герметизация камеры Печи (закрытие двери);
  • вакуумирование рабочего пространства камеры Печи;
  • нагрев садки в вакууме до заданной температуры;
  • охлаждение садки в вакууме до заданной температуры;
  • разгерметизация Печи;
  • выгрузка садки.

Контроллер, панель оператора и коммутационная аппаратура, установленные в шкафу управления, агрегаты, исполнительные механизмы, датчики и преобразователи, установленные на конструктивных элементах Печи, обеспечивают:

  • ручное (наладочное) и автоматическое управление Печью;
  • управление работой вакуумного оборудования Печи;
  • автоматический выход нагревателей от холодного состояния до рабочего температурного режима в камере нагрева Печи;
  • бесконтактное управление мощностью нагревателей с помощью тиристорного регулятора мощности;
  • контроль вакуума в камере Печи и в вакуумной системе;
  • контроль протока и температуры охлаждающей воды во всех водоохлаждаемых полостях и водяных магистралях;
  • контроль реального и заданного значения температуры (в данный момент времени) при нагреве и охлаждении;
  • контроль первичного тока на силовом понижающем трансформаторе;
  • контроль обрыва термопары;
  • контроль короткого замыкания термопары;
  • контроль обрыва нагревателя Печи диффузионного насоса;
  • автоматическое отключение электропитания нагревателей при возникновении аварийных ситуаций;
  • управление перемещением садки в зону нагрева или охлаждения;
  • управление напуском атмосферы;
  • регистрацию показаний температуры и вакуума в электронном виде, на дисплее сенсорной панели оператора и на принтере ПК в виде графика или таблицы;
  • световую индикацию;
  • световую и звуковую сигнализацию предаварийных и аварийных состояний систем Печи.

Контрольно-измерительными, управляющими и сигнализирующими устройствами являются контроллер и панель оператора. Контроллер обеспечивает полное управление технологическим процессом термообработки деталей, включая вакуумирование Печи.

Выводы

Таким образом, новая вакуумная элеваторная электропечь сопротивления модели СЭВЭ?5.5/13?ИВ?ОТТОМ полностью соответствует всем требованиям для проведения вакуумной термической обработки деталей с покрытиями типа «Лопатка турбины» из жаропрочных сплавов. По техническим решениям, принятым в конструкции печи, она соответствует всем современным стандартам по эргономике и безопасности для обслуживающего персонала. Несмотря на применение в печи высококачественных комплектующих, ее закупочная цена является самой низкой из всех представленных на рынке аналогов. Низкие эксплуатационные расходы, благодаря энергосберегающей конструкции нагревательного модуля и полной автоматизации, подтверждают экономическую выгоду, получаемую при эксплуатации вакуумной элеваторной электропечи модели СЭВЭ-5.5/13-ИВ-ОТТОМ.

 

Похожие статьи


Рекламодатели

Партнёры

Новостная рассылка

Будьте в курсе наших последних новостей. Оформите бесплатно персональную новостную рассылку.