Способ термической обработки изделий и агрегат для его осуществления
Реферат
Использование: при создании устройств термообработки изделий, например кирпичей. Цель - повышение производительности термообработки изделий и снижение процента брака. Сущность: агрегат термообработки изделий имеет такие конструктивные особенности, как многосекционное исполнение с распределением секций на ряд функциональных групп, многоярусным выполнением роликовых подов, развитой системой источников теплоподвода и гибкого механизма привода транспортных роликов. Способ термообработки характеризуется совокупностью осуществляемых с помощью агрегата технологических операций по созданию широкого диапазона температурных условий и режимов обработки изделий различного назначения. 2 с. п. ф-лы, 10 ил. , 1 табл.
Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано при создании устройств термической обработки изделий.
Известен агрегат термической обработки изделий, содержащий корпус, средство транспортировки изделий, источники подвода тепла, взаимосвязанные в систему [1] Известен способ термической обработки, включающий нагрев изделий, их транспортировку в зоны нагрева и последующее охлаждение [2] Известен агрегат термической обработки изделий, содержащий механизм привода роликов ярусов, внутреннюю футеровочную оболочку, источники теплоподвода, систему вентиляции для газообмена, объединенные в комплексе сопряженных между собой секций [3] Известен способ термической обработки изделий, включающий взаимосвязанные этапы предварительной, основной и заключительной термообработки изделий [3] Недостаток известных устройств и способов низкая производительность из-за невозможности обеспечить весь необходимый комплекс условий термообработки в связи с высоким разбросом у изделий их параметров, обусловленных процессом термообработки. Цель изобретения расширение технологических и функциональных возможностей, обусловливающих повышение производительности термообработки изделий за счет интенсификации процесса и снижения процента брака обрабатываемых изделий. Достигаемая цель обеспечивается в агрегате термической обработки изделий, содержащем механизм привода роликов ярусов, внутреннюю футеровочную оболочку, внешнюю оболочку, источники теплоподвода, систему вентиляции для газообмена, объединенные в комплексе сопряженных между собой секций, отличающемся тем, что количество n секций агрегата выбрано в пределах 3 n 76 и распределено, по крайней мере, по трем группам, входная из которых составлена из n1 секций в пределах 1 n1 25. Основная группа составлена из n2 секций в пределах 1 n2 40. Выходная группа составлена из n3 секций в пределах 1 n3 35, во внутреннем пространстве агрегата на протяжении всей его длины установлено k ярусов, где 1 k 25, секционные части которых сопряжены от секции к секции. Каждый из ярусов выполнен в виде совокупности параллельных приводных роликов, между которыми могут быть установлены неприводные ролики, общее количество p которых и их диаметр d взаимосвязаны с длиной L секций соотношением 0,1 (p.d)/L 1. Расстояние li между осями близлежащих приводных и неприводных роликов выбрано по отношению к L в пределах 0,02 li/L 0,3, где i выбрано в пределах 1 i p 1 и p 1. Объем Vk каждого из ярусов в пределах одной секции выбран по отношению к объему Vi секции в целом в пределах 0,03 Vk/Vi 0,90, а объем Vki каждого из ярусов взаимосвязан с объемом Vk i+1 вышележащего по отношению к нему яруса соотношением 0,1 Vki/Vki + 1 10, где i выбрано в пределах 1 i k 1 и k 1. В выходной части, составленной из n4 секций, и входной группе n1 секций, где n4 выбрано по отношению к n1 в пределах 0,1 n4/n1 1, установлены источники теплоподвода, преимущественно горелки, количество n5 которых выбрано по отношению к n4 в пределах 1 n5/n4 40. Размещены они на каждом из ярусов в количестве n6, выбранном по отношению к n5 в пределах 1 (n6 + n5)/n5 2. В каждой секции основной группы секций установлено n7 горелок, которые размещены на каждом из ярусов в количестве n8, выбранном в пределах 1 (n7 + n8)/n7 2. Часть из n9 секций выходной группы, где n9 выбрано по отношению к n3 в пределах 0,1 n9/n3 1, соединена воздуховодами с атмосферой и/или входной частью из n10 секций входной группы секций, а n10 выбрана по отношению к n1 в пределах 0,1 n10/n1 1. Часть из n11 секций входной группы, где n11 выбрано по отношению к n1 в пределах 0,12 n11/n1 1, соединена воздуховодами с атмосферой и/или с частью из n12 секций выходной группы, где n12 выбрано по отношению к n3 в пределах 0,12 n12/n3 1. Часть n3 секций основной группы, содержащей n2 секций, соединена воздуховодами с атмосферой и/или с частью n14 секций входной группы, содержащей n1 секций. Механизм привода роликов выполнен, например, в виде гидромеханической системы, составленной по крайней мере из одной гидростанции, через делители соединенной с напорным и обратным трубопроводами. Напорные трубопроводы соединены с n15 гидромоторов, количество которых выбрано по отношению к количеству n16 частей роликовых приводов ярусов секций в пределах 0,5 n15/n16 76. Каждый из гидромоторов, например, через червячный редуктор соединен через цепную передачу с системой приводных роликов каждого из k ярусов автономных подсистем приводов ярусов. Каждый из приводов первой подсистемы автономно соединен с приводимым ярусом первой секции и через кулачковую муфту с приводом яруса второй (последующей) секции. Каждый из приводов второй подсистемы автономно соединен с роликами привода соответствующего яруса на протяжении n17 секций, количество которых выбрано по отношению к количеству соответственно n1, n2, n3 секций в пределах 0,013 n17/(n1 + n2 + n3) 1. Между автономными подсистемами установлены распределители привода в виде кулачковых муфт, соосно расположенных с приводными звездочками приводных роликов ярусов входной группы секций. Между автономными подсистемами остальных групп секций установлены распределители в виде кулачковой муфты и звездочки, расположенные на параллельных осях и соединенных между собой цепной передачей. Способ термообработки изделий включает взаимосвязанные этапы предварительной, основной и заключительной термообработки изделий. В термическом устройстве выдерживают воспроизводимость условий сушки и обжига для каждого изделия в отдельности, при этом на этапе предварительной обработки изделия нагревают до максимальной температуры Т1 в диапазоне 20оС Т1 900оС. Эту температуру поддерживают по отношению к минимальной температуре Т2 по траектории перемещения изделия в пределах 1 Т1/Т2 45 со скоростью v1 подъема температуры в пределах 3.10-3оС/с v1 5оС/c. При этом обеспечивают градиент температуры 1 в пределах 2.10-3 оС/см 2 3оС/см по траектории перемещения изделия, которое перемещают со скоростью v2 в пределах 2.10-2 см/с v2 5 см/с. Скорость v2 выбирают по отношению к максимальной скорости v3 перемещения в пределах 1 v2/v3 4. На основном этапе обработки изделия нагревают до максимальной температуры Т3 в пределах Т2 Т3 2000оС, которую выбирают по отношению к минимальной температуре Т4 в пределах 1 Т3/Т4 7, со скоростью v4 подъема температуры в пределах 4.10-3 оС/с v4 15оС/с. При этом обеспечивают градиент температур 2 в пределах 3.10-3 оС/см 2 30оС/см по траектории перемещения изделия. В любой точке поперечного сечения поддерживается градиент температуры 3, величину которого выбирают по отношению к 2 в пределах 1 ( 2 + 3 ) / 2 15. Поддерживается парциальное давление Р1 ионизированных газов, преимущественно кислорода, к общему давлению Р2 в пределах 0,08 P1/P2 1, где Р2 величина общего давления в зоне термообработки. Скорость v5 перемещения изделий при этом выбирают по отношению к скорости v2 в пределах 0,2 v5/v2 7, а длительность t этапа основной термообработки поддерживают в пределах 60 с t 1,4.104 с. На этапе заключительной обработки уменьшают температуру изделий до значения Т5, которую выбирают по отношению к Т3 в пределах 0,01 T5/T3 0,9. Значение температуры при этом снижается со скоростью v6 в пределах 0,01оС/с v6 0,22оС/с путем принудительного обдувания изделий воздухом, поддерживая соотношение скоростей подачи v7 и скоростей отбора v8 в пределах 1 (v7 + v8)/v7 2. На фиг.1 и 2 показана конструктивная блок-схема выполнения агрегата; на фиг. 3 секция в основной ее группе, поперечное сечение; на фиг.4 группа секций, общий вид; на фиг.5 разрез А-А на фиг.4; на фиг.6 узел I на фиг.4; на фиг. 7 блок-схема конструктивного выполнения приводов; на фиг.8 часть секций и их взаимосвязь с механизмом приводов; на фиг.9 и 10 варианты распределителей с кулачковыми муфтами. При детальном описании агрегата термообработки изделий нецелесообразно подробно охарактеризовывать конструктивное выполнение ряда его механизмов, не отличающихся от известных, в частности механизма привода роликов ярусов, внутренней футеровочной оболочки, внешней оболочки, источников теплоподвода, системы вентиляции для газообмена, объединенных в комплексе сопряженных между собой секций. Отличительные признаки предложенного устройства заключаются в том, что количество n секций 1 (фиг.1 и 2) агрегата выбрано в пределах 3 n 76 и распределено по крайней мере по трем группам. Входная группа 2 составлена из n1 секций в пределах 1 n1 25. Основная группа 3 составлена из n2 секций, где n2 выбрано в пределах 1 n2 40. Выходная группа 4 составлена из n3 секций в пределах 1 n3 35. Количество секций 1 и распределение их по группам 2-4 предопределено необходимостью обеспечения широкого диапазона технологических и функциональных возможностей агрегата. Во внутреннем пространстве 5 (фиг.3) агрегата на протяжении всей его длины установлено k ярусов 6, где 1 k 25, cекционные части которых сопряжены от секции к секции. Каждый из ярусов 6 выполнен в совокупности параллельных между собой приводных роликов 7, между которыми могут быть установлены неприводные ролики 8, общее количество p роликов 7,8 и диаметр d взаимосвязаны с длиной L секции 1 соотношением 0,1 (p.d)/L 1. Расстояние li между осями 9 близлежащих приводных и неприводных роликов 7 и 8 выбрано по отношению к L в пределах 0,02 li/L 0,3, где i выбрано в пределах 1 i p 1 и p 1. Расстояние li между роликами и их диаметр d предопределены габаритами транспортируемых изделий. Неприводные ролики 8 могут быть использованы для дополнительной поддержки изделий, разгрузки механизма привода. Объем Vk каждого из ярусов 6 в пределах одной секции 1 выбран по отношению к объему V1 секции в пределах 0,03 Vk/V1 0,90, а объем Vki каждого из ярусов 6 взаимосвязан с объемом Vki + 1 вышележащего по отношению к нему яруса 6 соотношением 0,1 Vki/Vki + 1 10, где i выбрано в пределах 1 i k 1 и k 1. Объем Vk ограничен поверхностями близлежащих ярусов и длиной секции и определяет локальное условие термообработки изделий в данном ярусе. В выходной части, составленной из n4 секций входной группы 2 n1 секций 1, где n4 выбрано по отношению к n1 в пределах 0,1 n4/n1 1, установлены источники теплоподвода, преимущественно горелки 9, количество n5 источников теплоподвода выбрано по отношению к n4 в пределах 1 n5/n4 40, и они размещены на каждом из ярусов 6 в количестве n6, выбранном по отношению к n5 в пределах 1 (n6 + n5)/n5 2. В каждой секции 1 основной группы 2 секций установлено n7 горелок 9, которые размещены на каждом из ярусов 6 в количестве n8, выбранном в пределах 1 (n7 + +n8)/n7 2, часть из n9 секций 1 выходной группы 3, где n9 выбрано по отношению к n3 в пределах 0,1 n9/n3 1, соединена воздуховодами 10 с атмосферой и/или входной частью из n10 секций 1 входной группы 2 секций, где n10 выбрано по отношению к n1 в пределах 0,1 n10/n1 1. Часть из n11 секций группы 2, где n11 выбрано по отношению к n1 в пределах 0,12 n11/n1 1, соединена воздуховодом 11 с атмосферой и/или с частью из секций выходной группы 4, где n12 выбрано по отношению к n3 в пределах 0,12 n12/n3 1. При этом часть из n13 секций основной группы 2 из n12 секций соединена воздуховодом 12 с атмосферой и/или с частью из n14 секций входной группы 2 из n1 секций. С помощью воздуховодов 10-12 обеспечена приточно-вытяжная вентиляция и взаимосвязь по тепловому режиму между частями секций входной, основной и выходной групп в целях расширения возможностей и диапазона параметров термообработки. Механизм привода роликов 7 и 8 ярусов 6 выполнен, например, в виде гидромеханической системы, составленной, по крайней мере, из одной гидростанции 13 через распределители (делители) 14, соединенные напорным 15 и обратным 16 трубопроводами. Трубопроводы 15 и 16 соединены трубопроводами 17 с n15 гидромоторов 18, количество которых выбрано по отношению к n16 частей роликовых приводов (фиг.7) ярусов 6 секций 16 в пределах 0,15 n15/n16 76. Каждый из гидромоторов 18 через червячный редуктор 19 соединен через цепную передачу 20 с системой приводных роликов 7 с каждым из k ярусов автономных подсистем приводов ярусов. Каждый из приводов первой подсистемы автономно соединен с приводимым ярусом первой секции и через кулачковую муфту 21 с приводом яруса второй (последующей) секции. Каждый из приводов второй подсистемы автономно соединен с роликами 7 привода соответствующего яруса 6 на протяжении n17 секций, количество которых выбрано по отношению к количеству соответственно n1, n2, n3 секций в пределах 0,013 n17/(n1 + n2 + n3) 1. Между автономными подсистемами установлены распределители (делители) 14 в виде кулачковых муфт 21, соосно расположенных с приводными звездочками 22 приводных роликов 7 ярусов 6 входной группы секций. Между автономными подсистемами остальных групп секций 1 установлены распределители 14 в виде кулачковой муфты 21 и звездочек 22, расположенных на параллельных осях 23 и соединенных между собой цепной передачей 24. Предложенная конструкция механизмов привода ярусов позволяет обеспечить бесперебойную работу агрегата при возникновении любых внешних ситуаций. Например, при распадании транспортируемых кирпичей на отдельные мелкие части в какой-либо части агрегата они могут либо осыпаться вниз секций, либо транспортироваться дальше до выхода из агрегата. При отказе, например, гидромотора, цепной передачи и т.п. предыдущий привод принимает часть работы вышедшего из строя привода на себя. Распределители 14 конструктивно могут быть выполнены в двух вариантах: при расположении цепных передач 25 в шахматном порядке и соединенных ведущих и ведомых звездочек 22 (фиг.9); при расположении цепных передач в одну линию и соединенных ведущих и ведомых звездочек 22 на параллельных осях с помощью цепной передачи 24 (фиг.10). Ввиду простоты в ряде практических случаев предпочтительнее применение варианта на фиг.10. Конструктивные особенности ряда узлов не отличаются от известных. Например, воздуховод 12 включает в себя трубопроводы, вентилятор, заслонки и др. которые описывать нет необходимости. На фиг.3 изображены гребенки 26 привода роликов ярусов, необходимые для лучшего восприятия информации на чертежах. Таким же элементом являются опоры 27 (фиг. 7), удерживающие секции и связанные с ними механизмы. Приводы 28 роликов, вспомогательные ролики 29 и узлы их крепления 30 и др. Существенные отличительные особенности предлагаемого способа заключаются в том, что в термическом устройстве выдерживают воспроизводимость условий сушки и обжига для каждого изделия в отдельности при этом на этапе предварительной термообработки изделия нагревают до максимальной температуры Т1 в диапазоне 20оС Т1 900оС, которую поддерживают по отношению к минимальной температуре Т2 по траектории перемещения изделий в пределах 1 Т1/Т2 45 со скоростью v1 подъема температуры в пределах 3.10-3 оС/с v1 5оC/с. При этом обеспечивают градиент температуры 1 в пределах 2.10-3 оС/см 1 3оС/см по траектории перемещения изделий, которые перемещают с максимальной скоростью v2 в пределах 2.10-2 см/с v2 5 см/с. Скорость v2 выбирают по отношению к минимальной скорости v3 перемещения в пределах 1 v2/v3 4. Технологические особенности способа термической обработки позволяют обеспечить весь необходимый диапазон температурных условий и режимов при термообработке, например, кирпичей. Однако возможности способа и конструктивные особенности устройства для реализации способа позволяют удовлетворить также широкому диапазону температурных условий и режимов, необходимых при термообработке других изделий, например, строительной керамики, стеклянных и металлических изделий. На основном этапе термообработки изделия нагревают до максимальной температуры Т3 в пределах Т2 Т3 200оС, которую выбирают по отношению к минимальной температуре Т4 обеспечиваемой на этом этапе в пределах 1 Т3/Т4 7 со скоростью v4 подъема температуры в пределах 4.10-3 оС/с v4 15оС/c. Обеспечивают градиент температуры 2 в пределах 3.10-3 оC/см 2 30оС/см по траекториям перемещения изделий, а в любой точке поперечного сечения поддерживают градиент температуры 3, величину которого выбирают по отношению к 2 в пределах 1 (2 + 3 )/ 2 15. Парциальное давление Р1 ионизированных газов, преимущественно кислорода, поддерживают по отношению к общему давлению Р2 в пределах 0,08 Р1/Р2 1, где Р2 величина общего давления в зоне термообработки. Указанный диапазон давлений Р1 обеспечивает либо поддержание необходимых температурных условий и режимов в зоне термообработки либо с помощью дополнительных источников ионизации, либо дополнительным введением в зону ионизированных газов. Наличие ионизированных газов в процессе термообработки ряда изделий улучшает их потребительские свойства и повышает производительность термообработки изделий. Скорость v5 перемещения изделий на основном этапе термообработки выбирают по отношению к скорости v2 в пределах 0,2 v5/v2 7, а длительность t этапа основной термообработки поддерживают в пределах 60 с t 1,4.104 с. Описанным выбором температурных и других условий и режимов термообработки на ее основном этапе предопределяют оптимальное протекание основных физико-химических и термомеханических процессов в обрабатываемых изделиях в целях обеспечения достигаемого технического результата. На этапе заключительной термообработки уменьшают температуру изделия по отношению к Т5, которую выбирают по отношению к Т3 в пределах 0,01 Т5/Т3 0,90, снижая значение температуры Т5 со скоростью v6 в пределах 0,01оС/с v6 0,22оC/c, например, путем преимущественного обдува изделий воздухом. Помимо воздуха, допустимо применение и других газов, например, инертных или активных по отношению к обрабатываемому изделию газов. При этом поддерживают соотношение скоростей v7 подачи и отбора v8 газов в пределах 1 (v7 + v8)/v7 2. Функциональные особенности выполнения заключительного этапа термообработки предопределены необходимостью управляемого снижения температуры и ее градиентов в изделиях до уровня условий их последующего потребительского и производственного использования. Как показали проведенные экспериментальные и аналитические исследования, достигаемая цель обеспечивается только при строгом и взаимосвязанном осуществлении всех существенных признаков заявленных устройства и способа. Конкретные варианты примеров практического использования заявленных объектов отражены в таблице. Один вариант от другого отличается только количественными отношениями основных параметров, а вся другая информация, относящаяся к каждому из вариантов, целиком совпадает с признаками, отраженными в формуле изобретения. Соотношение 1 производительности термообработки изделий при практическом использовании заявленных объектов и прототипа в оптимальных условиях их реализации (вариант 1) оказались в пределах 1,5-2 раза. Соотношение 2 величин процентов брака обрабатываемых изделий по прототипу и при использовании заявленных объектов оказалось равным в пределах 1,1-1,2 (вариант 1). Предельные значения заявленных параметров были получены на основании статистической обработки экспериментальных данных и данных из опубликованных источников, их анализа и обработки, исходя из условия 1->> 1 и 2->> 1 Нижние пределы иллюстрируются вариантом 2 ( 1 1,01, 2 1,2), а верхние пределы вариантом 3 таблицы ( 1 1,02 и 2 1,03). Как следует из таблицы, любой выход за нижние пределы (вариант 4, 1 0,98 и 20,98) и за верхние пределы (вариант 5, 10,99 и 2 0,97) приводит к невозможности достижения технического результата. Вариант 6 иллюстрирует пример практической реализации предложенных объектов внутри заявленных пределов параметров ( 1 1,2 и 2 1,05), а вариант 7 пример с нахождением параметров предложенных объектов как изнутри, так и вне заявленных пределов, что связано с невозможностью достижения технического результата ( 1 0,85 и 2 0,76). Следует отметить такое достоинство заявленных объектов по сравнению с известными, как существенное расширение их функциональных возможностей.Формула изобретения
1. Способ термической обработки изделий, включающий взаимосвязанные этапы предварительной, основной и заключительной термообработки изделий, отличающийся тем, что на этапе предварительной термообработки изделия нагревают до определенной температуры T1 в диапазоне 20oС T1 900oС, которую поддерживают по отношению к минимальной температуре T2 по траектории перемещения изделий в пределах со скосростью v1 подъема температуры в пределах 3 10-3 град/с v1 5 град/с, обеспечивая при этом градиент температуры 1 в пределах 210-3 град/см 1 3 град/см по траектории перемещения изделий, которые перемещают с максимальной скоростью v2 в пределах 2 10-2 см/с v2 5 см/с, которую выбирают по отношению к минимальной скорости v3 перемещения в пределах на основном этапе термообработки изделия нагревают до максимальной температуры T3 в пределах T2 T3 2000oС, которую выбирают по отношению к минимальной температуре T4 в пределах со скоростью v4 подъема температуры в пределах 4 10-3 град/с v4 15 град/с, обеспечивая градиент температуры 2 в пределах 310-3 град/см 2 30 град/см по траектории перемещения изделий в любой точке поперечного сечения, поддерживая градиент температуры 3, величину которого выбирают по отношению к 2 в пределах поддерживают парциальное давление P1 ионизированных газов, преимущественно кислорода, по отношению к общему давлению P2 в пределах где P2 - величина общего давления в зоне термообработки, скорость v5 перемещения изделий при этом вбирают по отношению к скорости v2 в пределах а длительность t этапа основной термообработки поддерживают в пределах 60 с t 1,4 104 с, на этапе заключительной термообработки уменьшают температуру изделий до значения T5, которое выбирают по отношению к T3 в пределах снижая значение температуры T5 со скоростью v6 в пределах 0,01 v6 0,22 град/с путем принудительного обдува изделий воздухом, поддерживая соотношение скоростей v7 подачи и скоростей v8 отбора газов в пределах 2. Агрегат термической обработки изделий, содержащий механизм привода роликов ярусов, внутреннюю футеровочную оболочку, внешнюю оболочку, источники теплоподвода, систему вентиляции для газообмена, объединенных в комплексе сопряженных между собой секций, отличающийся тем, что количество n секций агрегата выбрано в пределах 3 n 76 и распределено по трем группам, входная из которых составлена из n1 секций в пределах 1 n1 25, основная группа составлена из n2 секций в пределах 1 n2 40 и выходная группа составлена из n3 секций в пределах 1 n3 35, во внутреннем пространстве агрегата на протяжении всей его длины установлено K ярусов, где 1 K 25, секционные части которых сопряжены от секции к секции, каждый из ярусов выполнен в виде совокупности параллельных между собой приводных роликов, между которыми могут быть установлены неприводные ролики, общее количество p которых и их диаметр d взаимосвязаны с длиной L секций соотношением расстояние li между осями близлежащих приводных и неприводных роликов выбрано по отношению к L в пределах где i выбрано в пределах 1 i p - 1 и p 1, при этом объем Vk каждого из ярусов в пределах одной секции выбрано по отношению к объему V1 секции в целом в пределах а объем Viк каждого из ярусов взаимосвязан с объемом Viк+1 вышележащего по отношению к нему яруса соотношением где i выбрано в пределах 1 i k - 1 и k 1, в выходной части, составленной из n4 секций, входной группы n1 секций, где n4 выбрано по отношению к n1 в пределах установлены источники теплоподвода, преимущественно горелки, количество n5 которых выбрано по отношению к n4 в пределах и размещены на каждом из ярусов в количестве n2, выбранном по отношению к n5 в пределах в каждой секции основной группы секций установлено n7 горелок,