Studiu Asupra Cuptorului cu Rezistoare Pentru Transimise

Capitolul iV

STUDIU ASUPRA CUPTORULUI CU REZISTOARE PENTRU

TRATAMENTELE TERMICE

iv.1. principale Caracteristici tehnice

– Temperatura maximă de lucru 1150 0C

– Dimensiunile spațiului de lucru

– lungime 700 mm

– lățime 500 mm

– înălțime 350 mm

– Masa șarjei 150 kg

– Cota de lucru – de la nivelul solului 1000 mm

Elementele încălzitoare: rezistori metalici, spiralați

– Puterea instalată încălzire 31,5 kW

– Tensiune de alimentare 3×380 V/50 Hz

– Reglaj temperatură cu programator digital

– Tipul comutării electrice static cu tiristori

– Acționare ușă cuptor pneumatic; p=4…6 bari

– Dimensiuni de gabarit 1820x1820x2250 mm

IV.2. PRINCIPIUL DE FUNCȚIONARE AL CUPTORULUI

Cuptorul pentru călire CE12-7x5x3.5 , prezentat în figura 4.1, se compune în principal, din:

– cuptor cameră propriu-zis, (1);

– ușă cu mecanism acționare ușă, (2);

– instalație electrică (cutie de comandă), (3).

Fig.4.1 Cuptor pentru tratamente termice

IV.2.1. Cuptorul cameră propriu-zis

Cuptorul cameră propriu-zis este format dintr-o carcasă metalică sudată, izolată termic la interior cu materiale refractare si izolatoare.

Elementele încălzitoare de tip spirală din sârmă de Kanthal, sunt montate pe tuburi ceramice, sprijinite pe cărămizile refractare profilate din pereții laterali ai cuptorului (Figura 4.2).

Figura 4.2. Modul de amplasare a elementelor încălzitoare în interiorul cuptorului

În peretele din spate al cuptorului, fig. 4.3, sunt executate găuri de trecere prevăzute cu presetupe pentru izolarea bornelor elementele încălzitoare. La exterior, bornele rezistorilor sunt protejate cu apărători de protecție. (1).

Fig. 4.3 Cuptor pentru tratamente termice (vedere din spate)

De asemenea, pe peretele din spate al cuptorului este montat termocuplul (2) trecerea prin perete făcându-se prin intermediul unei presetupe.

La partea superioară, deasupra ușii cuptorului este montată o hotă de exhaustare.

IV.2.2. Mecanismul de deschidere

Ușa cuptorului, (1) figura 4.4, este o construcție metalică sudată, izolată termic cu plăci de fibră ceramică. Ușa este prevazută pe părțile laterale cu câte un braț de ridicare, montat reglabil, care asigură ancorarea ușii la mecanismul de antrenare prin intermediul a două lanturi (8). Pe brațele de ridicare a ușii s-a montat liber câte o bucșă care asigură deplasarea ușii pe ghidaje.

Fig.4.4 Mecanism de acționare – ușă

Acționarea ușii se face pneumatic, prin intermediul unui mecanism de antrenare format în principal din:

– un ax de antrenare (2) montat prin intermediul a două lagăre cu rulmenți (3) pe suporți fixați pe carcasa metalică a cuptorului;

– trei roți de lanț fixate pe ax cu pene și șuruburi de fixare – două roți (4) pentru acționarea ușii și una (5) pentru racordarea cilindrului pneumatic de acționare;

– două ghidaje (6) montate în lateralele ușii, pentru deplasarea ușii în sensul îndepărtării acesteia la ridicare, respectiv închiderii acesteia la coborare;

– un sistem de închidere a ușii (7);

Instalația pneumatică de antrenare a ușii, figura. 5, se compune din:

– robinet de închidere a traseului de intrare al aerului, (1);

Fig. 4.5 Instalația pneumatică

– grup Filtru-Regulator-Ungător (2), pentru evitarea pătrunderii accidentale în instalație a particulelor solide, realizarea unei presiuni constante și păstrarea unor caracteristici de lubrefiere a aerului; grupul FRU este prevăzut cu manometru (3) pentru indicarea presiunii existente pe traseu;

– distribuitorul (4), pentru comanda cilindrului de acționare a ușii cuptorului, prevăzut cu drosele (5) pentru reglarea vitezei de închidere, respectiv de deschidere a ușii cuptorului;

– cilindru pneumatic (6) pentru acționarea ușii cuptorului prevăzut cu senzorii de cap de cursă (7) și droselul (8);

– traseele de aer.

La deschiderea ușii, limitatorul montat pe cilindrul pneumatic de acționare comandă întreruperea alimentării cu energie electrică a rezistorilor din cuptor.

IV.2.3. Instalația electrică

Instalația electrică a cuptorului, este concepută și realizată să asigure încălzirea și reglajul temperaturii în regim automat precum și protecțiile necesare funcționării corecte a utilajului.

Reglajul temperaturii se face cu ajutorul programatorului P41. Dulapul de comandă este fixat pe partea dreaptă a utilajului, figura 4.6.

Fig. 4.6 Dulap comandă

Pentru buna funcționare a cuptorului de călire este necesară asigurarea alimentării cu energie electrică, astfel:

– putere totală 32 kW, tensiune de alimentare: 3x400V/50 Hz;

– aer comprimat: debit cca 0,1 mc/h, 5 bar; racord alimentare Dn 10.

Se pune sub tensiune cuptorul prin acționarea întrerupătorului principal "ALIMENTARE GENERALA" (1Q1), figura. 4.7, se aprinde lampa "TENSIUNE" (1H0), figura 4.7. Se conectează circuitele de comandă-semnalizare din selectorul “CONECTARE” (1S1), figura.4.8, confirmarea realizându-se prin iluminarea lămpilor ''PREZENTA 24V" (1H2) și " PREZENTA 230V" (1H3), situate pe panoul frontal al cutiei de comandă.

Fig.4.7 Dulap comandă

Oprirea cuptorului se face prin deconectarea tensiunii de comandă de la contactorul "CONECTARE" (1S1), se stinge iluminarea programatorului de temperatură și trecerea intrerupatorului general 1Q1 pe poziția “OFF”, se stinge lampa "TENSIUNE" (1H0).

Fig. 4.8 Dulap comandă

IV.3. CONDUCEREA PROCESULUI TEHNOLOGIC

Se prescrie diagrama de tratament termic pe programator.

Reglajul se face automat cu ajutorul progrmatorului (2N1), care funcționează pe principiul TOT/NIMIC, cu caracteristica PID.

Fig. 4.9 Reglaj temperatură

Pașii pentru a crea un ciclu de tratament sunt:

Se apasă tasta până la apariția textului pe display-ul secundar ;

Se apasă tasta , tot această tastă realizează și navigația la alți parametrii ce trebuiesc modificați.

Setări generale ale programului (pentru modificare/semnificație parametru a se vedea manualul P41)

HBBD =1

ST.SP= 30

rHP.u =1Hr

dLLu= HH:mm

Setări pași program:

Selectarea segmentului =0-15

Selectarea tipului de pas:

Rampa exprimată în grade/H . Se selectează valorea de temperatură țintă TG.SP =1050

Palier – exprimat în HH:mm

Sfârșit

Aceste setări se repeta pentru fiecare pas dorit în parte.

Cu ajutorul săgeților controlorului de supratemperatură 2N2, figura 4.10, aflat în tabloul electric. Valoarea setată a supratemperaturii poate varia în funcție de tipul de tratament. Setare inițială este de 1050 oC.

Fig. 4.10 Regulator supratemperatură

Pentru lansarea unui ciclu de tratament termic mai întai se va comanda cuplarea încălzirii prin acționarea selectorului “Încalzire” (2S1), figura 4.11.

Fig. 4.11 Dulap comandă

Pentru a porni încălzirea cuptorului de călire trebuie ca ușa cuptorului să fie închisă, respectiv limitatorul “Ușă jos” (3B1), figura 4.12, trebuie să fie acționat. Manevrarea ușii se realizează pneumatic, din cheia “Acționare ușă” (3S1) prin distribuitorul 3Y1.

Fig. 4.12 Senzor – Ușă jos

După cuplarea încălzirii confirmată de lampa “Încălzire pornită” (2H1), figura. 4.11, se va starta programul de tratament din Programatorul 2N1 urmând următorii pași:

Se apasă tasta meniu până la afișarea pe display a textului “” ;

Cu ajutorul săgeților se va selecta submeniul

Apoi se va apăsa tasta meniu timp de 5 sec;

Valoarea de temperatură din proces urmărește valoarea de temperatură prescrisă, chiar dacă timpul prescris pentru fiecare segment de program nu va fi respectat (acest lucru ține de viteza maximă de încălzire, respectiv răcire a cuptorului).

Programul de tratament termic poate fi modificat și în timpul cât este în funcțiune, cu mențiunea că în ciclu curent vor fi luate în considerare modificările pentru segmentele de program ce urmează a fi executate. Modificările pentru segmentele ce au fost executate vor fi luate în considerare la lansarea unui ciclu de tratament termic.

Sfârșitul programului de tratament termic este semnalizat acustic de hupa din coloana de semnalizare (5H1), figura 4.13, și optic de lampa galbenă a coloanei de semnalizare (5H1).

Oprirea hupei se face prin apăsarea butonului “Stop alarmă” (5S1), figura 4.11.

Dupa încheierea tratamentului termic, cuptorul poate fi oprit prin decuplarea tensiunii de la întrerupatorul general, sau se poate introduce o nouă șarjă.

Instalația de automatizare prevede o coloană luminoasă, figura 4.13, montată deasupra dulapului de automatizare.

Fig. 4.13 Coloana de semnalizare

în cazul depășirii temperaturii prescrise, la atingerea valorii de protecție, prescrise la regulatorul "supratemperaturaă (2N2), situat în interiorul cutiei de comandă, se decuplează automat încălzirea iar defectul este semnalizat optic și acustic, prin aprinderea lămpii roșii și a hupei din coloana de semnalizare (5H1).

Pentru situațiile de avarie sau altele în care sună hupa de pe cutia de comandă, oprirea acesteia se realizează prin acționarea butonului “Stop alarmă” (5S1).

Instalația de automatizare prevede butonul (4S1), figura 4.14, "OPRIRE DE URGENȚĂ", care poate fi acționat în caz de urgență, blocând acționarea ușii. După fiecare apăsare a butonului de urgență, pentru reluarea activității și îndepărtarea pericolului acesta se va dezarma prin rotire spre stânga dupa care se va reseta releul de securitate prin apăsarea butonului "Reset Stop" (5S1).

Fig.4.14 Oprire de urgență

IV.4 CONDUCEREA PROCESULUI TEHNOLOGIC

Prin tratament termic se înțelege ansamblul operațiilor tehnologice care constau în încălzirea și răcirea la anumite temperaturi cu anumite viteze de încălzire și răcire. Aceste tratamente termice se aplică în scopul obținerii proprietăților fizico-chimice dorite. Baza teoretică a tratamentelor termice o constituie transformările structurale în funcție de variația temperaturii.

Tratamentele termice se pot clasifica după mai multe criterii. Astfel, după scopul urmărit și locul pe care îl ocupă în procesul de fabricație, se deosebesc:

– tratamente termice preliminare (primate sau intermediate) în care se includ diferite tipuri de recoacere. Aceste tratamente se aplică lingourilor, pieselor turnate, pieselor forjate, ansamblurilor sudate, laminatelor etc.

Fig.4.15. Tratamente termice preliminare

– tratamente termice finale sau secundare care cuprind operațiile de călire și de revenire. Se aplică diferitelor piese după prelucrări mecanice.

Tratamentele termice se clasifică după:

Natură

Feroase

Neferoase

Natura transformării

De recoacere

De călire

De revenire

Tratamente termochimice

Recoacerea oțelurilor

Recoacerea este tratamentul termic care constă în încălzirea produselor la temperaturi ridicate (care pot fi inferioare, superioare sau în intervalul de transformări în stare solidă), menținerea prelungită la această temperatură (sau la temperatură oscilantă într-un interval determinat), urmată de o răcire suficient de lentă pentru realizarea unui anumit echilibru fizico-chimic si structural. Recoacerea se aplică fie pentru a corecta unele defecte provenite de la prelucrări anterioare (turnare, deformare plastică), fie pentru a pregăti semifabricatele pentru prelucrări ulterioare, fie pentru a îndeplini ambele roluri simultan. În funcție de scopul urmărit recoacerea poate fi de: omogenizare, regenerare, recristalizare, înmuiere, detensionare, izotermă, de normalizare figura 4.16.

a. Recoacerea de normalizare. Normalizarea este tratamentul termic care constă în încălzirea oțelurilor pentru austenitizare la temperaturi care depășesc punctul critic Ac3 cu 50-70°C în cazul oțelurilor hipoeutectoide sau Ac cem în cazul oțelurilor hipereutectoide urmată de răcire di rectă în aer liniștit sau ventilat.

Fig.4.16

La răcirea în aer liniștit, subrăcirea oțelurilor carbon este mică, încât descompunerea austenitei în treaptă perlitică decurge complet până la sfârșit. Ca urmare, oțelurile hipoeutectoide prezintă după normalizare o structură forito-perlitică, iar oțelurile eutectoide și cele hipereutectoide o structuăa de perlite sorbitică.

Normalizarea oțelurilor se aplică pe scară largă în industrie atât ca tratament termic intermediar sau în combinație cu alte prelucrări sau tratamente termice cât și tratament termic final.

Prin normalizare se îmbunătățesc în mod simțitor caracteristicile mecanice ale oțelului, cum sunt limita de curgere, rezistența de rupere la tracțiune, alungirea relativă gâtuirea și reziliența, ture cât și caracteristicile mecanice. Acest lucru este determinat de faptul că la normalizare, cantitatea de perlită care se separă la răcire este mai mică/mare decât la recoacere. Întrucât duritatea perlitei este mai mare decât a feritei, rezultă caă oțelul normalizat va avea duritatea mai mare decât cel recopt.

De menționat și faptul că tratamentul termic de normalizare este mai ieftin decât cel de recoacere, deoarece are un ciclu mai scurt și se execută mai ușor.

Controlul calității tratamentelor termite de recoacere sau normalizare se face prin verificarea durității ce trebuie să corespundă indicațiilor din STAS. Dacă normalizarea este tratamentul termic final, atunci se mai efectuează și controlul microstructurii și al proprietăților mecanice prevăzute în normele tehnice.

b.Recoacerea de detensionare. Recoacerea de detensionare constă în încălzirea oțelului cu viteza mică până la temperaturi de 500-575°C, menționarea uni timp de 0,5-5 h în funcție de material și de prelucrare anterioară, urmată de răcirea cu viteze mici 20-40°C/h până la 100-150°C, apoi răcirea în aer liniștit.

Acest tip de recoacere se produce fârâ transformări fazice, obținându-se numai reducerea tensiunilor și îmbunătățirea structurii inițiale. Se supun detensionării produsele din oțel după turnare, sudare, deformare plastică la rece, călire si prelucrare prin așchiere.

Detensionarea înainte și infra operațiunile de prelucrare prin aschiere apliccate unor piese ca blocuri de motor, cămăși de cilindru, arbore cotit, roți dințate etc. are ca stop să evite deformările datorită tensiunilor provocate prin schimbarea formei la îndepărtarea materialului sub formă de aschii.

Călirea și revenirea oțelurilor

1) În general se supun tratamentului termic de călire oțelurile carbon și aliate cu conținut de carbon mai mare de 0,15-0,20% cu scopul obținerii unei structuri martensitice. Se exceptează oțelurile austenitice care se supun călirii pentru punere în soluție și cele feritice necălite, precum și oțelurile călite izoterm pentru bainita.

Martensita obținută la călire reprezintă o structură afară de echilibru, dar este foarte stabilă chiar și la temperatura ambiantă. De aceea, pentru a se obține o structură mai apropiată de starea de echilibru sunt necesare acțiuni exterioare cum sunt: deformare plastică încălzirea materialelor călite etc, care permit obținerea unei stări numită de revenire prin obținerea structurii martensitice se urmărește fie asigurarea unei durități mari în special la stratul superficial și al produselor tratate, fie asigurare după aplicarea tratamentului ulterior de revenire a unei structuri cu tenacitate ridicată și duritate moderată. Caracteristicilor mecanice ale produselor călite și revenite sunt superioare celor obținute prin recoacere sau normalizare, tratamente termice care permit obținerea, unor durități apropiate.

Prin călire se poate obține o structură martensitica pe o adâncinime mare sau chiar în toată secțiunea produsului (călirea volumică) sau numai în straturile superficiale pe o anumită adâncime (călire superficială).

Fig. 4.17. Ax excentric canelat

Fig.4.18 Diagrama de Călire

Oțelurile carbon de îmbunătățire se supun călirii cu austenitizare completă. În acest scop, temperatura de încălzire pentru călire este situată cu 30-50°C peste punctul Ac3, temperaturile minime fiind caracteristice pieselor cu pereți subțiri și loturi mici, iar cele superioare pentru piese groase și loturi mari. Durata de menținere este de 1-2 min/mm grosime de material, în funcție de modul de așezarare a pieselor în cuptor.

2) Obtinerea unei structuri de călire corespunzatoare depinde de parmetri tehnologici ai tratamentului termic (viteza, temperatura, durata încălzirii, viteza sa și durata de racire) cât și de condițiile de lucru(medii de încălzire și de răcire, procedee aplicate).

a) Viteza de încălzire se alege în funcție de conductivitatea termică, de dimensiunile și forma piesei și de structura inițială.

Mărimea vitezei de încălzire se poate determina cu ajutorul unor relații dar se recomandă însă ca pentru fiecare oțel să se determine, prin încercări practice, valoarea optimă a vitezei de încălzire.

b) Temperatura de încălzire se determină în funcție de: compoziția chimică a materialului, condițiile de răcire, forma și dimensiunile produselor.

În cazul oțelurilor carbon, temperatura optimă de încălzire se determină cu ajutorul diagramei fier-carbon, porțiunea hașurată din figura 3.6. La oțeluri hipoeutectoide, temperatura de încălzire pentru călire este de 30-50°C deasupra punctului Ac3, iar pentru oțelurile eutectoide și hiperoutectoide cu 20-40°C deasupra punctului Ac1.

Pentru oțelurile aliate și înalt aliate, temperatura de încălzire se stabilește fie în raport de valoarea temperaturii punctelor, fie prin încercări de călire pe eprubete.

Durata de menținere la durată de încălzire trebuie să asigure uniformizarea temperaturii în secțiunea piesei.

În practică durata de menținere pentru egalizarea temperaturii produsului se adoptă între 1/4 și 1/5 din durata încălzirii până la temperatura prescrisă.

Pentru oțelurile aliate cu elemente care formează carburi [Cr, Mo, Ti, V, W] durata de egalizare se prelungește cu 30%.

Fig. 4.19 Ax excentric canelat

Fig.4.20 Diagrama de Revenire

IV.4. SCHEMA ELECTRICĂ A INSTALAȚIEI