способ скоростного охлаждения изделий и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ скоростного охлаждения изделий, включающий продувку камеры с изделиями циркулирующим потоком воздуха, отличающийся тем, что в циркулирующий поток воздуха подают водяной туман, а продувку камеры осуществляют со скоростью более 8 м/с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воду для образования тумана охлаждают до 10 15^oС.

3. Устройство для скоростного охлаждения изделий, содержащее камеру охлаждения, систему циркуляции воздушного потока с вентилятором, отличающееся тем, что система циркуляции воздушного потока выполнена с туманообразующими смесителями воды с воздухом, а камера охлаждения выполнена с крышкой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий на крупногабаритные изделия сложной формы и может быть использовано для охлаждения изделий и металлического проката после термической обработки в металлургии и машиностроении. Возможно также его использование для охлаждения неметаллических изделий и тел, нагретых выше температуры 120^oC.

При нанесении на остальные изделия горячих металлических покрытий алюминий-цинковыми сплавами или сплавами на основе алюминия коррозионная стойкость покрытия зависит от скорости охлаждения. Только при скоростном охлаждении изделий после извлечения из расплава металла покрытия от температуры 650-700^oC до 300^oC можно получить равномерную структуру без крупных включений интерметаллидов в покрытии, создавая этим высокие защитные свойства.

В ряде случаев целесообразно наносить металлические покрытия на разные изделия (разных габаритов и разной формы) в одной линии и даже в одной садке, погружаемой в расплав. В связи с этим существуют проблемы скоростного охлаждения изделий разной формы и разных габаритов в одном устройстве.

Известны способы скоростного охлаждения твердых тел путем обдувки поверхности воздухом или водовоздушной смесью, в том числе с мелким распылением воды для увеличения поверхности капель испаряющейся воды вплоть до состояния тумана (Дрозд В.Г. Лямин Г.Н. Хорьков В.Б. Оборудование и процессы ускоренного охлаждения проката. Обзор, М. НИИинформтяжмаш, Серия - Металлургическое оборудование, 1977, N 1-77-32 и а.с. СССР N 388036, C 21 D 1/02, 1973).

Известны способы скоростного испарительного охлаждения изделий, включающие подачу воздуха под давлением и воды с последующим смешением и подачей водовоздушной смеси на охлаждаемую поверхность, когда для увеличения эффективности воздушный поток перед смешением разделяют на отдельные струи (а.с. СССР N 1168609, C 21 D 1/02, 1985; а.с. СССР N 874760, C 21 D 1/02, и B 21 B 45/02, 1981).

Эти способы позволяют ускорить охлаждение, уменьшить массу подаваемой на охлаждение воды и исключить или снизить возможность конденсации воды на поверхности охлаждаемого тела.

В известных способах водовоздушная смесь подается непосредственно на охлаждаемую поверхность при перемещении изделий около спрейера (устройства) или через спрейер. Эти способы не могут обеспечить равномерности охлаждения изделий сложной формы и больших габаритов. Их нельзя использовать в поточных линиях, где обрабатывают изделия разной формы.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности является способ охлаждения изделий в закрытой камере, через которую продувают охлажденный воздух со скоростью 8 м/с и более с одновременным водным охлаждением (Справочник конструктора печей прокатного производства, М. "Металлургия", 1970, т. 11, 992 с. см. с. 940-941) после термической обработки садок стального проката в колпаковых печах, принятый за прототип. Этот способ позволяет равномерно охлаждать изделия сложной формы (при скорости воздушного потока 8 м/с и более) и охлаждать садку изделия (в том числе, разных форм и габаритов) без перемещения изделий в период их охлаждения.

Однако он не обеспечивает высокой скорости охлаждения изделий и требует применения сложных устройств (с поднимаемым охлаждаемым колпаком, без возможности открываемой крышки). Такие устройства (колпаковые) практически невозможно применить в поточной линии.

Известны устройства для скоростного охлаждения перемещающегося проката с использованием спрейеров, через которые подается водовоздушная смесь (а.с. СССР N 279674, C 21 D 1/02, 1968; а.с. СССР N 1168609, C 21 D 1/02 и B 21 B 45/02, 1985).

Эти устройства не обеспечивают равномерного охлаждения садок и тел сложной формы.

Известно устройство для скоростного охлаждения изделий (Справочник конструктора печей прокатного производства, М. "Металлургия", 1970, т. 11, 992 с. см. с. 940-941), выбранное в качестве ближайшего аналога и включающее камеру, систему нагнетания воздуха с вентилятором и средства водяного охлаждения. В прототипе камера для расположения охлаждаемых изделий образована колпаком, который устанавливается на дно-площадку только на период обработки и снимается после обработки.

Недостатками известных способа и устройства применительно к проблемам скоростного охлаждения изделий являются:

низкая эффективность и скорость охлаждения изделий;

сложность устройства и трудности использования его в поточной линии обработки изделий;

Техническая задача, решаемая предложенными изобретениями, заключается в повышении качества изделий за счет равномерной обработки с высокой скоростью охлаждения и в возможности охлаждения изделий в поточных линиях термической и химико-термической обработки, а также нанесения горячих металлических покрытий.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе скоростного охлаждения изделий, включающем продувку через камеру с изделиями потока холодного воздуха со скоростью более 8 м/с, согласно предлагаемому техническому решению, в поток воздуха подают водяной туман, а охлаждение осуществляют циркулирующим потоком охладителя.

Кроме того, предлагается охлаждать воду, подаваемую для образования тумана, до 10-15^oC.

Поставленная задача решается также и за счет того, что в устройстве для скоростного охлаждения изделий, содержащем камеру для охлаждаемых изделий и систему нагнетания воздуха с вентилятором, согласно предлагаемому техническому решению, система нагнетания выполнена с возможностью циркуляции охладителя и снабжена туманообразующими смесителями воды с воздухом, а камера снабжена крышками.

Отличительные признаки, как показано ниже, позволяют решить поставленную техническую задачу.

Признаки "в поток воздуха подают водяной туман, а охлаждение осуществляют циркулирующим потоком охладителя" позволяют существенно (в 4-6 раз) повысить скорость отвода тепла (скорость охлаждения) за счет испарения частиц воды тумана. В тумане мелкие частицы воды имеют большую поверхность испарения. Испарение воды позволяет интенсивно отбирать тепло (до 439 ккал/моль). При скорости потока воздуха 8 м/с и более туман равномерно передается в пространстве камеры, окружая изделия и проникая во внутренние каналы и пазы изделий. Так как температура воздушного потока выше 100^oC, вода в тумане испаряется при контакте с воздушным потоком и вблизи горячей поверхности изделий. Отвод тепла при охлаждении изделий от 650-700^oC до 250-300^oC за счет испарения воды тумана, как показывают расчеты, составляет 75-85% в то время как за счет теплообмена с воздухом отнимается 15-25% тепла и менее. В то же время, исключается вредное воздействие брызг воды на охлаждаемую поверхность.

Циркуляция охладителя необходима для доставки тумана ко всей поверхности обрабатываемых изделий с высокой скоростью, что обеспечивает равномерность охлаждения, в том числе изделий разной массы и конфигурации в одном устройстве.

Повышение скорости охлаждения после нанесения горячих металлических покрытий позволяет повысить качество покрытий.

Охлаждение воды для образования тумана до 10-15^oC позволяет интенсифицировать отвод тепла на 5-15% благодаря дополнительному охлаждению воздушного потока.

Охлаждение воды ниже 10^oC экономически нецелесообразно и опасно из-за возможности образования частиц льда, а охлаждение выше 15^oC не позволяет существенно интенсифицировать процесс охлаждения.

Использование в конструкции устройства системы нагнетания и циркуляции охладителя с туманообразующими смесителями воды с воздухом позволяет интенсифицировать охлаждение и повысить благодаря этому качество охлаждаемых изделий, а также исключить охлаждение камеры водой и упростить устройство.

Конструктивное выполнение камеры для охлаждения изделий с крышками позволяет упростить устройство и устанавливать его в поточных линиях обработки изделий.

Таким образом, совокупность предложенных признаков позволяет интенсифицировать процесс охлаждения изделий и получить качественные изделия при обработке в проточных линиях.

На чертеже представлена схема устройства для охлаждения изделий.

Устройство для охлаждения изделий включает камеру 1 с крышками 2, вентилятор 3, циркуляционную систему для воздуха 4 (содержащего пары в воде и туман) с измерительной диафрагмой 5, спрейерную систему 6 с рядом форсунок 7 (смесителей воды и воздуха), охлаждающее устройство 8 с регулируемым шибером 9.

Устройство работает следующим образом.

При открытии крышек 2 подвешенная на стропальном приспособлении 10 садка 11 горячих изделий вводится в камеру 1 и удерживается механизмами перемещения садки (не показаны) в подвешенном состоянии. Крышка 2 закрывается. Включается вентилятор 3 и спрейерная система 6 с форсунками 7. Происходит циркуляция воздуха (содержащего пары воды и туман). Благодаря высокой скорости циркуляции воздуха 8-15 м/с через камеру 1 туман все время заполняет камеру и производится ускоренное охлаждение изделий.

Часть воздуха проходит через охлаждающее устройство 8 (например, аммиачного типа).

Изделия должны быть охлаждены до 300-100^oC. При необходимости изделия могут быть погружены в воду (или водный раствор для пассивации или модификации поверхности). После охлаждения крышки 2 открываются и охлажденные изделия 11 поднимаются и транспортируются на следующую позицию линии (например, для складирования).

Спрейерная система может не выключаться при остановках вентилятора 3 (или его работе без остановок "на байпас" без нагнетания воздуха).

Крышки 2 имеют зазоры для стропальных систем (цепей, тросов и т.д.), через которые часть воздуха и водяного пара уходят из системы в вентиляцию (не показана).

Изобретение реализовано в линии для нанесения горячих металлических покрытий алюминием на изделия с их последующим скоростным охлаждением изделий.

В линии покрытий перемещение обрабатываемых изделий осуществляется с помощью траверс, к которым монтируются (подвешивают) садки обрабатываемых изделий.

Перемещение садок осуществляется с остановками у ряда позиций: в электропечи сушки и подогрева, над печью ванной флюса расплава, над печью ванной расплава металла покрытия, над камерой скоростного охлаждения. Позиции на входе в линию и выходе из линии, а также между собой разделены шиберными затворами. Линия связана с коллектором сбора газов с регулирующими заслонками. Садки последовательно опускают в зону нагрева, в печь ванну флюса расплава, в печь ванну расплава металла покрытия и в камеру скоростного охлаждения.

В камеру скоростного охлаждения садки поступают с температурой 600-700^oC и охлаждаются до конечной температуры 100^oC.

Рабочее пространство камеры прямоугольный канал, который сверху перекрывается двумя крышками. В нижней части канал заполнен водой или водным раствором, в которые (при необходимости) могут погружать садку.

В линии покрытий устанавливается регулируемый темп обработки садки на каждой позиции от 1,5 до 3 мин. За это время садка успевает нагреться во флюсе расплаве (электродный нагрев) до рабочей температуры и переместиться на следующую позицию, т.е. в этот темп входит и машинное время опускания-погружения, подъема садки с выдержкой для стекания избытков расплава.

За темп (1,5-3 мин) в камере скоростного охлаждения снижается температура садки от 600-700^oC и происходят все перемещения садки с выдачей готовых изделий на приемную площадку.

Масса садок в запроектированной линии от 200 до 310 кг. Производительность линии до 6-7 т/ч более 40 тыс. т в год. По расчетам при скоростном охлаждении в линии доля отбора тепла за счет испарительного охлаждения 83%

Имеется резерв повышения скорости охлаждения путем дополнительного охлаждения воздуха в системе циркуляции и воды перед распылением с воздухом для образования тумана.

Из изложенного видно, что предлагаемые технические решения позволяют:

повысить качество изделий за счет равномерной обработки с высокой скоростью охлаждения;

применить скоростное охлаждение в поточных линиях.