Автоматическая линия тигельной печи SOLO Swiss для авиационной и автомобильной промышленности

SOLO Swiss производит печи с контролируемой атмосферой с 1945 года. Компания недавно запустила в производство автома-тическую линию отжига типа Profithem 1000 для авиационной и автомобильной промышленности в Азии.

Линия способна обрабатывать изделия длиной до 3 м, такие как трансмисси-онные валы, выполненные из сплава 45CrNiMoVA, и включает транспор-тировочный колпак, вертикальную тигельную печь аустенизации, цемен-тации, и цианирования до 950 °С, мас-ляный закалочный бак на 120 °С, печь для отпуска в азоте, моечный аппарат с системой маслоотделения, устройство загрузки, выгрузки и складирования изделий и систему управления и кон-

мосфере для предотвращения каких-либо повреждений деталей небольшо-го диаметра.

Технические условия заказчика :• Равномерная закалка по всей длине

изделия,• Обезуглероживание менее чем на

0,05 мм• Отсутствие науглероживания и

однородная структура согласно го-сударственных норм китайской ави-ации HB5354

• Превышение допуска на потенциал углерода абсолютно неприемлем.

• Микроструктура после закалки: кар-бидный класс ≤ 3-его типа; мартен-ситный класс ≤ 3-его типа; класс оста-точного аустенита ≤ 3-его типа;

• Потенциал углерода должен посто-янно и равномерно поддерживаться в пределах 0,4–0,6%.

• Подконтрольное обогащение водо-родом.

• Нагрев изделия весом в 1000 кг менее чем за 2 часа 30 минут.

• Перепад температуры в печи не бо-лее ± 8°C.

• Точность настройки температуры ± 1°C.

• Точность настройки потенциала углерода ±0.05%.

• Рабочие газы: N2, C3H8, CH3OH+N2.• Габариты: длина 20 м, ширина 4 м,

глубина 5 м, высота 5,10 м.• Простая и легкая в использовании

конструкция.• Простые для выполнения операции по

ремонту, уходу и обслуживанию.

Установка приспособлена для работы с изделиями, предназначенными для авиационной, космической, военной и автомобильной промышленности, и не превышающими следующие параметры:

Р И С . 1 .

троля AXRON Swiss Technology. Отжиг происходит в защитной ат-

ЯН

ВА

РЬ

20

13

18 МеталлМИР МЕТАЛЛА

диаметр — до 850 мм, высота — до 3000 мм и масса — до 1000 кг.

Перемещение деталей по линии со-гласно схеме на рисунке 1.

Оператор подготавливает изделие, начиная с блока 2.

При запуске процесса отжига изде-лие принимается транспортным устрой-ством №1, который переносит его на пер-вый блок цикла, в данном случае — на закалочную печь в блоке 3.

После введения изделия в печь мож-но начинать цикл отжига.

Перемещение детали от печи к мас-ляному баку (блок 4) происходит при по-мощи транспортного блока (колпака), та-ким образом, деталь находится в защитой газовой среде. После установки колпака на масляном баке, при помощи подъ-емного механизма, деталь погружается в емкость. Спуск из печи в бак занимает менее 10 с.

По окончании закалки, изделия по-падают в моечную камеру (блок 5), а за-тем, в печь для отпуска в соответствии с запланированным технологическим про-цессом.

Технологические газы :В данном случае, при отжиге изделия углеродный потенциал контролируется датчиком кислорода и анализатором от-ношения СО/СО2.

Атмосфера создается в закалочной печи посредством прямого крекинга ме-танола.

Система распределения газов со-стоит из:• два ввода нагнетаемого азотом метано-

ла, снабженные датчиками расхода: ма-лый поток для отжига и большой для перемещения деталей,

• массовый расходометр для пропана, воздуха и аммиака,

• 3 независимо настраиваемых ввода азо-та (предохранительный, продувочный и технологического цикла).

Таким образом, переход от среды мета-нола к атмосфере метанол/азот можно осуществить за считанные мгновения, что позволяет работать как с 32%-ым СО, обеспечивающим высокий коэффициент передачи, так и с меньшим процентным содержанием СО для ограничения ин-теркристаллитного окисления, а также, снижения процентного содержания Н2 в атмосфере цементации.

Технологический процесс может включать необходимое количество блоков. Для каждого из них можно на-строить следующие параметры: тем-пература, скорость разогрева, время процесса в блоке, скорость турбины, выбор транспортного газа, выбор со-

путствующего газа (NH3), значение СО, настройка углеродного потенциала, выбор способа измерения углеродного потенциала (зонд или анализатор), на-стройка углеродного потенциала без воздуха или пропана и т.д. Технологи-ческий процесс становится настоящим с металлургическим рецептом, в кото-ром каждый параметр является ингре-диентом, который можно настроить на свое усмотрение для оптимизации процесса отжига. Каждый из блоков можно сравнить, например, с зоной печи с толкателем, с той разницей, что в данной концепции количество бло-ков не ограничено.

Атмосфера :Введение метанола создает транспорт-ный газ с превосходным коэффициен-том переноса углерода, преимуществен-но состоящий из моноксида углерода и водорода.

CH3OH CO + 2H2CO + H20 CO2 + H2CO + 3H2 CH4 + H202H2O 2H2 + O2

Для стабилизации потенциала, необхо-дим карбюризирующий газ с нулевым содержанием кислорода, например, про-пан.

C3H8 3C + 4H2

Разлагаясь, пропан образует карбон, ко-торый моментально вступает в реакцию с диоксидом согласно следующему урав-нению:

C + CO2 2CO

Назначение карбюризирующего газа со-стоит в поддержании потенциала углеро-да на неизменном уровне.

При нитроцементации, в основную среду вводят аммиак. Часть азота от раз-ложения аммиака проникает в кристал-лическую решетку стали и вызывает по-вышение глубины прокаливаемости.

2NH3 N2 + 3H2

Различные модули :А || Печь (блок 2)Для обеспечения требуемой заказчиком равномерности температур (±8°C) по всей высоте, печь содержит 6 зон нагрева со ступенчатой регулировкой.

Она оснащена несколькими инжек-торами для газа и турбиной последнего поколения с регулировкой частоты.

Основную часть печи составляет му-фель (колпак) из жаропрочной стали способствующий гомогенизации газа и безукоризненного обмена между ним и изделиями.

Б || Бак (блок 4):Бак для масла, емкостью 12000 л, оснащен 2-мя мешалками с независимым приво-дом, что позволяет максимально ограни-чить образование деформаций длинных деталей. Охлаждающее устройство по-зволяет поддерживать однородную тем-пературу даже во время закалки. Оно также оснащено инжектором азота.

В || Транспортный колпак (блок 1): Он позволяет перемещение горячих или холодных изделий. Во избежание обезу-глероживания или окисления изделия во время перемещения из печи в бак, колпак оснащается несколькими системами вво-да газа для создания защитной атмосфе-ры. Также, для лучшей защиты изделия, предусмотрен люк.

Скорость перемещения между блока-ми регулируется.

Регулятор системы перемещения колпака обеспечивает его точную уста-новку в пространстве.

Г || Моющая установка (блок 5): Состоит из двух последовательных ем-костей, системы брызгал с поворотными форсунками и системой подогрева емко-стей до 100°C.

К моечной установке подсоединен маслоуловитель, отделяющий масло от воды и очищающий сточную воду.

Д || Печь для отпуска (блок 6): Температура в печи для отпуска мо-жет достигать 650° C. Печь оснащена системой защитного газа и поворотно-лопастной турбиной для более равно-мерного распределения температур в районе 180° C. Я

НВ

АР

Ь 2

01

3

19MetalRussiaМИР МЕТАЛЛА

Е || Блок подготовки (блок 2):После сборки изделия оператором и пе-ред загрузкой в печь отжига посредством транспортного колпака n°1 деталь поме-щается в этот транзитный блок.

Ж || Система управления и контроля AXRON :

Система AXRON проста в использова-нии благодаря интуитивно-понятному графическому интерфейсу: понятные функции с текстом и сообщениями ава-рийной сигнализации на языке заказчи-ка облегчают овладение устройством. Эта система разработана в соответствии с последними стандартами данной от-расли и состоит на 100% из оборудования Siemens, способного эволюционировать. Модульное программное обеспечение способно к расширению и отличается точностью и надежностью: система без-опасности при работе с атмосферой соот-ветствует норме ATEX.

Возможности : • Регулирование температуры (ступен-

чатое).• Регулирование %С (зонд O2 и анализа-

тор CO-CO2).• Моделирование в режиме оффлайн и

расчёт в онлайн профиля распределе-ния углерода в изделии, эффективной глубины, поверхностного углерода и на-ращивания массы.

• Экран ввода параметров калибровки приборов и измерительных датчиков (SAT), а также, нагревательной камеры (TUS); отслеживаемость любых изме-нений параметров (дата, время и имя оператора).

• Администрирование семейств по тех-нологическому процессу, циклу, под-циклу; очень детальная структура про-цессов обработки и функциональных узлов. Запуск и останов согласно еже-недельному графику, отсроченный за-пуск начала отжига.

• Администрирование изделий: ввод различной информации об изделии (наименование, осуществляемая опе-рация, вес, заказчик, комментарии и информация о введении изделия в процесс); ссылка на изделие - семей-ство.

• Администрирование архивов о загруз-ках с многочисленными критериями поиска и возможностью специальной конфигурации для заказчика (дата, семейство, изделие, № заказа, После-довательность изготовления, элемент 1, элемент 2). Возможность распечатки ведомостей.

• Автоматизация загрузки, выгрузки и последовательности закалки с возмож-ностью работы в безопасном ручном

режиме; полная автоматизация уста-новки.

Пример данных (диаграмм) в архивах можно увидеть на рисунке 2. Благодаря правильно заложенным прин-ципам заказчик располагает:• гарантией надежности выбранной тех-

нологической концепции, обеспечива-ющей долговечность всей системы

• системой с улучшенной эргономич-ностью

• очень гибким подходом к устране-нию неисправностей

• упрощенной интеграцией в управле-ние производством.

Как показывает практика, при исполь-зовании этой системы на пусконаладку тратится вдвое меньше времени, и опера-торы сразу же по достоинству оценивают интерфейс.

Характеристики линии SOLO Swiss :• Безопасность: исключен контакт с горя-

чими поверхностями.• Качество: отсутствует окисление при

перемещении.• Надежность: автоматическое переме-

щение из печи в бак.• Минимизированный выброс эффлю-

ентов: закалка происходит в замкнутой среде.

• Экономичность: благодаря конструк-ции муфеля вокруг загрузки снижено потребление технологического газа и,

следовательно, снижаются затраты по сравнению с использованием классиче-ских камерных печей.

• Равномерность закалки: отделение закалочной емкости от камеры на-гревания гарантирует безупречную равномерность закалки всех обраба-тываемых деталей, и создает условия теплообмена при охлаждении, недо-стижимые в камерной печи.

• Точность: прямое перемещение из печи в закалочный бак позволяет лучше кон-тролировать температуру на стадии за-калки.

• Легкость в техобслуживании, благода-ря доступности механических узлов.

• Отсутствие деформации подвер-женных износу деталей: ни один из подвижных механических узлов не подвергается воздействию высоких тем-ператур, что также позволяет продлить срок эксплуатации.

• Независимость модулей печь/бак: мак-симальная оптимизация их использова-ния и, следовательно, высокая степень эксплуатации.

• Муфель цилиндрической формы для улучшения КПД: воспроизводимость и превосходная однородность (± 5°C).

• Контакт технологического газа только с жаропрочной сталью: бы-страя загрузка и безупречная тер-мохимическая однородность и, сле-довательно, значительная экономия энергопотребления по сравнению с печью камерного типа.

• Муфель из жаропрочной стали по-зволяет быстрое кондиционирование сред для различных технологических процессов.

Согласно полученным результатам, дан-ная линия тигельных печей, снабженная транспортной камерой с защитной ат-мосферой, представляет собой инте-ресное решение для заказчиков, нуж-дающихся в обработке длинномерных изделий. При этом, гарантируется ре-зультат, сходный с получаемым в кол-паковых печах •

Уиса Бусбэн

Р И С . 2 .

ЯН

ВА

РЬ

20

13

20 МеталлМИР МЕТАЛЛА