Проект термического участка мощностью 900 т/год в условиях АО Завод РГТО

 

Описание процесса работы печи

 

Подготовка к пуску  печи. Подготовка смонтированного печного агрегата включает проверку исправности всех частей агрегата. Проверяют фундаменты печи, крепление к фундаментам механизмов. Контролируют крепление электрических нагревательных элементов сопротивления в печном пространстве.

Проверка внутреннего пространства печи со всеми узлами и деталями, размещенными внутри печи, имеет первостепенное значение, так кА после подъема температуры доступ в печное пространство невозможен и для ликвидации неисправностей, возникающих в печном пространстве, приходится останавливать печь и снижать ее температуру до температуры окружающей среды. После проверки внутреннего пространства печи составляется акт о правильности выполнения футеровочных работ и монтажа различных деталей и узлов, устанавливаемых во внутреннем пространстве печи. Акт составляется наладчиком совместно с мастером по футеровке и мастером по монтажу. При отсутствии замечаний и отклонений от проекта начинается следующий этап работ: опробование всех механизмов печи в холодном состояний. Управление механизмами при этом переключается на ручное. Опробуются все механизмы в отдельности. Возникающие неисправности ликвидируются, затем работа механизмов печи отлаживается также в холодном состоянии, но в автоматическом режиме.

Печь загружается балластом, управление переключается на автоматическое  и таким образом опробуются механизмы  печи, система гидопривода (гидравлические цилиндры, станция управления и насосная станция), система автоматики и т.д. Возникающие неисправности устраняют.

Для того, чтобы приступить к пуску  печи, надо убедиться в том, что  все системы печи изготовлены  в соответствии с проектом.

 

3.7 Планировка и компоновка оборудования

 

Планировка термического участка представляет собой графическое  изображение помещения и располагаемого в нем оборудования. Правильность планировки и организации работы участка проверяется по грузопотоку  деталей.Часто грузопоток деталей осуществляется по замкнутому контуру, что ускоряет холостой прбег для возврата приспособлений. Рекомендуется не допускать пересечение путей движения обрабатываемых деталей, следует учитывать откуда поступаюь изделия и куда они должны быть напрвлены после термической обработки.

В здании цеха размещены  входящие в его состав производственные и вспомогательные отделения, склады деталей поступающих на термообработку, готовой продукции, вспомогательных  материалов, приспособлений, трансформаторные подстанции и др., а также служебные и бытовые помещения. Термическое отделение расположено в здании пролетного типа прямоуголльной формы.

Для проектируемого участка  выбираем одноэтажное здание в один пролет. Ширина пролета 24 метра. Здание термического участка имеет вид удлиненного прямоугольника с шагом колонн 6 метров. Исходя их размеров оборудования и требований технологического процесса, выбирается длина, которая составляет метра. Высота пролета здания до низа конструкции покрытия при оснащении здания кран-балкой грузоподъемностью 2 тонны принимается 9,6 метров.

Для въезда в здание транспортных средств предусмотрены ворота размерами 2,4×2,5 метра, в которых предусмотрена  дверь для входа людей.

Наружные стены выполнены  в виде навесных (ненесущих) железобетонных панелей. Навесные стены располагаются перед колоннами. Наружные стены снабжаются оконными проемами.

Внутренние стены и  перегородки для разделения объемов  здания, выделения складов, кабинета мастера и т.д. навесные и выполненные  из железобетонных панелей.

Окна здания изготавливаются  с двойным остеклением. Ширина оконных пролетов 3,6 метра. После возведения стен начинают укладывать перекрытия.

Полы термического участка  изготоалены из бетона, т.к. он огнестоек, не скользкий. Полы в проездах, проходах, на участках складтрования грузов также изготовлены из бетона.

Освещение на участке  естественное и искусственное.

Для обеспечения освещения  удаленных  от окон рабочих мест помещение здания освещается с помощью  продольных фонарей шириной 6 метров.

Крыша. Перекрытие проектируемого здания осуществляем плитами-оболочками, которые закреплены на опорные балки, которые в свою очередь закреплены на колоннах. Крыша участка изготавливается  без утеплителя.

На участке применяется  принудительная вентиляция.

 

3.7.1 Определение площади цеха

 

Площадь помещения каждого  термического подразделения разделяют  на производственную, вспомогательную  и служебно-бытовую.

В состав производственных входят площади, занимаемые производственным оборудованием, рабочими местами термистов, транспортными средствами, обрабатываемыми изделиями, пунктами контроля, проходами и проездами между участков.

К служебно-бытовой площади  относят кабинеты руководящего состава, а также помещения для технологического, конструкторского, счетно-конторского персонала.

Производственную площадь  рассчитывают путем суммирования площади, необходимой для каждого вида  выбранного оборудования:

S_пол= ,

где S_пол – полезная потребная площадь;

          S_i – площадь для данного вида оборудования;

S_пр – площадь для пролетов и проходов.

Нормы производственной площади на одно нагревательное устройство приведены в таблице 3.8

Таблица 3.8 - Нормы производственной площади на одно нагревательное устройство

Тип нагревательного  устройства	Удельная площадь на единицу оборудования, м2
Печи садочные периодического действия (шахтные ,камерные, печи-ванны  и т.д.) Установки скоростного  нагрева (ТВЧ)	40*-80   30-50
*Меньшие значения  относятся к малогабаритному оборудованию

=2×60+2×50+1×50=270м²

S_пр.=0,3× =0,3×270=81м²

      Тогда  полезная площадь цеха:

S_пол.=270+81=351м²

 

S_всп.=0,25× S_пол=0,25×351=87,75м²

 

Потребная площадь складского помещения определяется из соотношения:

=(Q_cут.×N_xр)/q×k_исп=2,5×6/1,2×0,4=31,25м²

Общая площадь цеха:

S_общая= S_пол.+ S_всп.+ =351+87,75+31,25=470м²

Принимаем длину пролетов равной 6м, а ширину термического участка 12м.

 

3.7.2 Разработка планировки

 

Все оборудование  в  цехе располагается в соответствии с направлением грузопотока. Камерные печи располагаются в один ряд  вдоль цеха на расстоянии 1,5 метра  от стен. Печи расположены на расстоянии 1,5 метра друг от друга. Шахтные печи расположены на расстоянии 3,5 метра от стен. Также предусмотрены места для складирования, контроля твердости и т.д.

В здании цеха помимо участка  термической обработки также  располагаются участок промежуточного и окончательного контроля качества, помещения для ОТК, комната мастера.

 

3.8 Поверхностная закалка

 

При поверхностной закалке на некоторою (заданную) глубину закаливается только поверхностный слой, тогда как сердцевина изделия остается незакаленной.

Основное назначение поверхностной закалки: повышение твердости, износостойкости и предела выносливости обрабатываемого изделия. Сердцевина остается вязкой и воспринимает ударные нагрузки.

 

3.8.1 Закалка с индукционного нагрева

 

 Индукционный нагрев  для термической обработки был  впервые предложен в 1935 г. В.П.Вологдиным. В 1937 г. Этот процесс был применен на ЗИЛе для упрочнения многих деталей автомобиля.

Индукционный нагрев происходит вследствие теплового воздействия  тока, индуктируемого в изделии, помещенном  в переменное магнитное поле. Для нагрева изделие устанавливают в индуктор (соленоид), представляющий собой один или несколько витков пустотелой водоохлаждаемой медной трубки или шины. Переменный ток, протекая через индуктор, создает переменное магнитное поле. В результате явления индукции в поверхностном слое возникают вихревые токи и в слое обрабатываемого изделия происходит выделение джоулевой теплоты. Плотность индуктированного переменного тока, по сечению проводника неодинакова. Ток проходит в основном в поверхностном слое проводника. Это явление называется поверхностным эффектом. Около 90% теплоты выделяется в слое тощиной х, которая находится в следующей зависимости от частоты тока ƒ(Гц), магнитной проницаемости μ(Гс/Э) и электросопротивления ρ(Ом·см) нагреваемого металалла:

х=5000√ ρ/μƒ

Глубина проникновения  тока увеличивается с повышением температуры и наиболее резко  возрастает при температуре, лежащей  выше точки Кюри(768ºС), вследствие резкого  уменьшения магнитной проницаемости  при переходе стали из ферромагнитного  в парамагнитное состояние. Одновременно уменьшается скорост нагрева, что нужно учитывать при установлении режима нагрева. Скорость нагрева в области температур фазовых превращений (А₁-А₃) для доэвтектоидной стали составляет ~30-300ºС/с. Для поверхностной закалки при поверхностом нагреве применяют сравнительно большую удельную мощность(0,1-2,0 кВт/см²), и поэтому время нагрева незначительно (2-50 с).

Для получения слоя толщиной 1,0 мм оптимальная частота тока составляет 50 000-60 000 Гц, для слоя толщиной 2 мм ~15 000 Гц и для слоя толщиной 4 мм всего ~4000 Гц.

Выбор оптимальной толщины  упрочняемого слоя определяется условиями  работы детали. Обычно считают, что  площадь сечения закаленного  слоя должна быть не более 20% всего сечения.

Источником электропитания служат чаще свего машинные и реже, ламповые генераторы. Когда глубина закалки 1-3 мм и более, применяют машинный генератор, имеющий диапазон рабочих частот 500-8000Гц и мощность 12-500КВт. Для нагрева деталей машин, требующих малую глубину закалки (десятые доли миллиметра), используют ламповые генераторы с частотой до 450 000Гц и мощностью 10-20 кВт. Закалку при нагреве на ТВЧ производят на специальных установках, которые обычно механизированы и автоматизированы.

При больших скоростях  нагрева превращение перлита в аустенит сдвигается в область высоких температур, поэтому температура закалки при индукционном нагреве выше, чем при  нагреве в печах, где скорость нагрева не превышает 1,5-3,0ºС/с. Чем больше скорость нагрева в районе фазовых првращений, тем выше должна быть температура для достаточно полной аустенизации и получения при охлаждении оптимальной структуры (мелкокристалический мартенсит) и максимальной твердости.

Охлаждающую жидкость (воду,водные растворы полимеров) для закалки  обычно подают через душевое устройство (спрейер).

Существуют несколько  способов закалки с индукционного  нагрева. Для закалки валов, осей и т.д. применяют непрерывно-последовательный метод закалки; при этом методе изделие  перемещается относительно неподвижного индуктора и охлаждаюшего устройства, или наоборот. При этом методе не требуется большой установочной мощности генератора.

При выполнении индукционного  нагрева следует учитывать эффект близости. В системе из двух проводников, по которым течет переменный ток  разного направления, наибольшая плотность тока создается в тех частях, которые ближе расположены друг к дргу. В связи с этим для получения закаленного слоя равномерной толщины расстояние от индуктора до поверхности детали должно быть одинаковым, а форма индуктора – симметричной нагреваемой  поверхности детали. Хорошие результаты дает вращение детали в индукторе.

После закалки с индукционным нагревом изделия подвергают низкому  отпуску, нередко и самоотпуску.

Для поверхностной индукционной закалки применяют стали, содержащие 0,4-0,5% С которые после закалки имеют высокие твердость, сопротивляемость износу и не склонны к хрупкому разрушению.

После закалки на поверхности образуется мартенсит, а в сердцевине, поскольку здесь скорость охлаждения меньше критической, - сорбит или троостит, что значительно упрочняет ее.

При поверхностной закалке  с использованием индукционного  нагрева можно получить твердость  НRC больше на 3-5 единиц, чем при закалке  после нагрева в печи. Это явление  часто объясняют высокой скоростью  охлаждения при поверхностной закалке в мартенситном интервале температур, исключающей возможность отпуска в процессе закалки.

После закалки с индукционного  нагрева действительное зерно аустенита  мельче, чем при обычной закалке  с печным нагревом. Мелкое зерно  получается вследствие большой скорости нагрева и отсутствия выдержки при нагреве. Предварительная нормализация при котром можно получить мелкодисперсную исходную структуру, и использование высоких скоростей нагрева при аустенизации позволяют получить особо мелкое зерно и очень тонкий мартенсит. Сталь с таким зерном обладает высокой прочностью и пластичностью.