Устройство для безокислительной термообработки длинномерных изделий в псевдоожиженном слое частиц

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик нц 973640(23) Приоритет -Опубликовано 151182, Бюллетень М 42 Р 1 М К з С 21 0 9/08 Г 27 В 15/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий1531 УДК 621,783. ,231(088.8) Дата опубликования описания 15. 11.82 В.П.Козинец, Г.НХейфец, В.А.Борисенйд В.(ИЯерный, В.А,Бородуля,В.Ф.Мовчан,В.А,Немков М А.ЭьЧИха(чев,:(54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕЗОКИСЛИТЕЛЬНОЙТЕРМООБРАБОТКИ ДЛИННОМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙВ ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ ЧАСТИЦ Изобретение относится к металлургии и может быть использованопри термической обработке длинномерных изделий в печах с псевдоожиженным слоем, например труб из нержавеющей стали,Известна установка периодическогодействия для безокислительной термообработки изделий . в псевдоожиженном слое частиц, содержащая рабочуюкамеру с токоподводом и систему подачи защитного газа 1 1.Однако в известной установке изделие неподвижно располагается в рабочей камере, заполненной слоем электропроводных частиц, который продувается защитным газом для его псевдоожижения и создания безокислительных условий для термообработки. Нагрев изделия до температуры рекристаллизации осуществляется непосредственно в псевдоожиженном слое электропроводных частиц, который разогревается с помощью электрическоготока, подаваемого через токоподво ды, опущенные в слой и подключенные к источнику электропитания.Последующее охлаждение изделия происходит в этом же слое при отключениитока. 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 загрузку- выгрузку 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 защитного 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, 973640перемещаясь через камеру нагрева,а затем охлаждается, непрерывно перемещаясь через холодный слой таких же частиц в камере охлаждения 2 ).Недостатком устройства является то, что при нагреве изделий из нержавеющих марок стали при температурах свыше 950 фС 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 950 фС, например нержавеющей стали.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для безокислительной термообработки длинномерных изделий 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, прививающую к камеретрубы 15, расподоженному в водоохЬ 5 охлаждения, Система подачи защитногогаза 14 в рабочее пространство установки подключена к секции 13 переходной камеры.Устройство работает следующимобразом,При помощи вращающихся крыльчаток7 слой электропроводных частиц в .камерах нагрева и охлаждения приводитсяв состояние псевдоожижения и в рабоО чее пространство установки через систему 14 подается эащйтный газ,Затем, подавая напряжение от трансформатора 10 на токоподводы 8, разогревак 1 т псевдоожиженный слой электропроводных частиц до 1000 ОС за счетпропускания через него электротока.Передний конец длинномерного изделия, например, трубы .15, задают череззагрузочное окно 4, в камеру нагрева1, Непрерывно передвигаясь через камеру нагрева, труба,. контактируя спсевдоожиженным слоем разогретых частиц, нагревается до 950 ОС.Когда передний конец движущейсятрубы, пройдя переходную камеру, попадает в псевдоожиженный слой частицкамеры охлаждения, к дополнительномутокоподводу 9 подается напряжение отсоответствующей секции трансформатора10 и к трубе на участке между камерой нагрева и камерой охлаждения через слой частиц осуществляется подводнапряжения одновременно при помощитокоподводов 8 в камере нагрева, содной стороны, и перфорированного то 35 коподвода подковообразной Формы 9 вкамере охлаждения, с другой стороны.Таким образом, дальнейший нагревтрубы до температуры рекристаллизациина этом участке осуществляется за40 счет пропускания электрического токанепосредственно в ней, т,е, электроконтактным способом. Дополнительныйтокоподвод 9 выполнен перфорированнымдля .того, чтобы предельно уменьшитьпомехи для псевдоожижения слоя б вкамере охлаждения, а подковообраэным - чтобы до предела снизить омнческие потери при осуществлении электроконтакта с трубой в камере охлаждения. При этом, передвигаясь черезфутерованную секцию 12 камеры 3, обрабатываемая труба 15, продолжая нагреваться до температуры рекристаллизации металла, не контактирует сэлектропроводными частицами и находится в среде защитного газа, поступающего через пережим 11 из водоохлаждаемой секции 13 переходнойкамеры 3. Охлаждение трубы 15 в защитном газе от температуры рекристаллиОО зации до 950 ОС начинается при переходе ее элементов через пережим 11 вводоохлаждаемой секции 13 переходнойкамеры 3. Это охлаждение осуществляется несмотря на то, что по участкулаждаемой 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 безопасных 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 наРужу еДля опытной проверки предлагаемого устройства смонтирована модель, представляющая собой последовательно соединенные между собрй 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 УОВсо степенью чистоты 99,999 и остаточной влажностью при температуре точки росы - 60 - 70)С.Затем на электроды камеры нагрева подают напряжение от регулирующего трехфазного автотрансформатора РНТи за счет пропускания электротока через псевдоожиженный слой графитовых частиц разогревают его до 1000 С.Нагреву подвергают трубки из стали ЭИ 844 БУИД размером х х=7 х 0,3 х х 3000 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.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 перемешают со скоростью 60 см/мин,Проходя через слой разогретых частиц, изделие нагревается и на выходе из камеры нагрева его температура составляет 9500 С.,5, О Далее иэделие последовательно перемещается через переходную камеру, и когда передний конец плети попадает в нсевдоожиженный слой 1 графито 15 вых частиц камеры охлаждения черездополнительный токоподвод к обраба 65 ных от труб, на склонность к межкристываемому изделию подают напряжение,При этом, перемещаясь через футерованную секцию переходной камеры, изделие электроконтактным способом догревается от 950 С до температурырекристаллизации 1100 СС), а припрохождении через водоохлаждаемуюсекцию переходной камеры температураизделия, обдуваемого холодным водородом, снова понижается до 950 С.При последовательном перемещенииодной за другой состыкованных трубокв установившемся режиме между электродами камеры нагрева, с одной стороны, и дополнительным токоподводомк камере охлаждения, с другой, подается напряжение 64,8 В, при этомток, проникающий по трубам, состы 35 кованным в плеть, составляет 49 А.Для регулирования уровня разогревапсевдоожиженного электротермическогослоя в камере нагрева дополнительноподается напряжение между электродами40 камеры, равное 10,5 В, при этом,дополнительный межэлектродный токв электротермическом слое 8,5 А,Общая мощность, потребляемая при нагреве трубок, 3,2 кВт. Для сравне 45 ния часть трубок обработана по аналогичному режиму на известной установке. Для этого псевдоожиженныйслой графитовых частиц разогреваютдо 11600 С путем подачи напряжения50 110 В на электроды камеры нагрева,при этом общая мощность, потребляемая при нагреве трубок, 3,7 кВт,Двигаясь со скоростью 60 см/минчерез разогретый электротермическийслой, трубки нагреваются до 1100 С,а в камере охлаждения, контактируясо слоем холодных псевдоожиженныхчастиц, охлаждаются до 100 С,После термической обработки наизвестной и предлагаемой установках,О проведен визуальный контроль поверхности трубок, микроскопическое исследование шлифов с целью определения величины зерна металла труб,а также испытание образцов, отобран 7 973640таллитной коррозии по методу АМУ ГОСТ 6032-75Контроль 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 950 ОС. Это достигается тем, что при нагреве свыше 950 ОС и охлаждении до этой темпера- туры исключен контакт поверхности обрабатываемых изделий с частицами псевдоожиженного слоя благодаря электроконтактному догреву изделий дотемпературы рекристаллизации иохлаждению до 950 ОС в сообщающихся между собой футерованной и водоохлаждаемой секциях переходной камерыВ 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 газав зону температур металла, наиболее опасных с точки зрения окисления, позволяет надежно обеспечить безокислительные " условия термической обработки.1установка состоит из герметичной рабочей камеры цилиндрической формы, внутри которой расположен пе. редвижнойчетырехпозиционный ротор с подвижными, с одной" стороны, и неподвижными, с другой, контактными зажимами для концов обрабатываемых труб, Контактные зажИьи через токоподводы соединены с источником электропитания. Для компенсации изменениядлины труб при нагреве и охлаждении,а также для их правки, установкаснабжена механизмом натяжения труб.Недостатком этой установки является ее низкая производительность( 24 п.м./час для труб из стали1 Х 18 Й 10 Т размером 2513000 мм ),так как периодичность действия ус тановки приводит к непроизводительным затратам времени на подготовительные операции, связанные с откачкой рабочей камеры, загрузкой и выгрузкой изделий, а также большей пра должительностью процесса охлаждения в вакууме нержавеющих труб дотемператур, безопасных с точки зрения окисления металла.Предлагаемая установка позволяет 2 О значительно повысить производительность (до 50 п.м,/час для труб ана-.логиЧного сортамента ), обеспечивнепрерывную поточную обработку их.Экономическое сопоставление тер мической обработкитруб в предлагаемой установке по сравнению с термообработкой их в действующей вакуумной установке НПпоказывает,чтоэкономическая эффективность достиг- ЗО нута в основном за счет экономииудельных капильных и эксплуатационных затрат в связи с увеличением еепроизводительности.Экономический эффект, определяемый по ФормулеЭ (С 1 "С 1)+ Ен(К, " У)А,где С - суммарные эксплуатационныезатраты на термообработку 1 п.м. труб в установ , ке НП;С - суммарные эксплуатационныезатраты на термообработку1 п,м труб в предлагаемойустановке;45 Бн = 0,15 - нормальный коэффициент эффективности.К - удельные капитальные затраты1на термообработку 1 п.м.труб в НП 169;50 К - удельные капитальные эатра 9.ты на термообработку 1 п,м.труб в предлагаемой установке;А - годовая пропускная способу ность установки (при про.грамме производства нержавеющих .труб укаэанногосортамента 324000 п,м.составляет около 70 тыс.руб46 ф . в год на одну установку),Формула изобретенияУстройство для безокислительнойтермообработки длинйомерных изделий в псевдоожиженном слое частиц, 65 содержащее последовательно соедн973640 10 Составитель Г,Назароваактор И,Митровка Техред С.Мигунова Коррек Ог Тираж 587 ударственного комитета изобретений и открыти ква, Ж, Раушская наПодпнСССР 8619/30 ВНИИПИ Го по делам 113035. Моакд. 4/5 лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ненные камеру нагрева с токоподводом, промежуточно-переходную камерукамеру охлаждения и систему подачизащитной 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, привлекающаяк камере охлаждения соединена с системой подачи защитного газа. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Бородуля В.А. Высокотемпературные процессы в электротермичес 5 ком кипящем слое, Минск "Наука итехника", 1973, с. 16, 26.2. Отчет НЙР 9 142-76, ч, 1,ВНИИТИ и СБ СКБ ИТМО АН БССР, Днепропетровск, 1979 М гос. регистра 10 ции 76056151,