Q=0,24 I2 Rt (Ватт) или Q=0,96 I2 Rt (Дж), из которой ясно, что тепловая мощность определяется силой тока (А) в нагревателе.
Из физики известно, что сила тока и напряжения увязаны законами мощности электрической цепи: Nц=IUК, где К –коэффициент учитывающий схему соединения элементов электрической цепи (треугольник, звезда, последовательное). Кроме того существуют законы трансформации напряжения и для этого используют трансформаторы с помощью которых можно изменять напряжение цепи, питающих нагреватели термических печей. Таким образом, в мощных электропечах удается оптимизировать все технические параметры и получить максимальную тепловую мощность. Но для этого нужно чтобы нагреватели печи питались пониженным напряжением от печных трансформаторов. Такие печи называют печами косвенного включения в промышленные электрические линии электропитания.
В настоящей работе печные трансформаторы установлены для питания мощной электропечи ОКБ-134 с установочной мощностью 150 кВт. Мощность распределена по зонам печи 70 кВт- I зона; 5-кВт – II зона; 30 кВт – Ш зона. Напряжение питания на нагревателях – пониженное и составляет соответственно: 167 В- I зона; 117 В - I зона; 107 В - Ш зона. Можно вычислить и рабочие токи на нагревателях по формулам мощности электрической цепи и это входит в задачу данной работы. Следует отметить, что печные трансформаторы увеличивают расход электроэнергии, так как коэффициент полезного действия их составляет 0,70…0,75, но без них печи таких больших удельных мощностей создать пока не удается.
Химический состав эндогазовых атмосфер контролируется специальными газоанализаторами и обычно содержат: 22-24%СО; 20-24%Н2; 0,5-0,7% СО2; 0,3-0,5% Н2О и остальное N2. Такой газ должен непрерывно заполнять печное пространство и создавать там некоторое положительное давление, что бы избежать проникновение воздуха в это же рабочее пространство. Это ведет к большому расходу газа в м3/час и к непрерывному его воспроизводству. На выходе из печи газ должен сгорать полностью и продукты сгорания не должны содержать ядовитых компонентов. В условиях промышленного производства для выработки эндогаза является метан СН4 или природный газ с небольшими примесями других углеводородов.
Выполнение лабораторной работы:
Работа выполняется в условиях действующего промышленного участка термической обработки предприятия АО «Ролтом». В ходе работы студенты должны выполнить следующий объем измерений и расчетов.
1. Составить эскизный чертеж автоматической закалочной печи с пульсирующим подом.
2. Составить схему эндогазового генератора и замерить его параметры работы:
- температуру в зоне горения газов;
- количество подаваемого газа и воздуха в единицу времени.
3. Потребляемую электрическую мощность газогенератора ЭН-60.
4. Расход защитного газа в печи нагрева под закалку.
5. Замерить и рассчитать технические параметры технологии термической обработки, а именно: установочную мощность печи, потребляемую мощность кВт, удельный расход электроэнергии закалочного агрегата, технологические параметры закалки, а так же способы и методы текущего контроля качества термообработки, согласно технологической карты.
Требования к составлению отчета
В отчете должны быть приведены схемы и эскизы основного и дополнительного оборудования (схема эндогенератора, эскиз закалочной печи), приведены расчеты параметров процесса производства эндогаза и параметров процесса закалки.
Необходимо сделать выводы о практической целесообразности применения защитных атмосфер в условиях производства.
Отчет защищается индивидуально, по результатам защиты выставляется оценка, влияющая на экзаменационную оценку по курсу «Термическая и химико-термическая обработка металлов и сплавов».
Контрольные вопросы
1. Чем отличаются эндогазовые и экзогазовые атмосферы и где они должны применяться?
2. Что называют углеродным потенциалом атмосферы?
3. Как можно рассчитать коэффициент полезного действия электрической печи типа ОКБ-134?
4. Какие требования предъявляются к закаленным деталям шарикоподшипников?
5. Что Вы можете сказать о температурном интервале мартенситного превращения шарикоподшипниковых сталей.
6. Что дает для практики нагрев деталей в защитном газе?
Литература
1. Гуляев А.П. Термическая обработка стали. М.-1960
2. Раузин Я.Р. Термическая обработка хромистых сталей. М.: Машиностроение .- 1978.-342с.
3. Гуляев А.П. Металловедение. 1986.-646с.
Лабораторная работа №4
Изучение процесса газовой цементации на автоматизированном агрегате термической обработке фирмы «Eichelen»
Цель работы: Изучить технику и технологию процесса газовой цементации промышленного агрегата, работающего на газовом топливе и газовом карбюризаторе, который вырабатывается из природного газа метана.
Краткие сведения о газовой цементации на промышленном оборудовании
Агрегат «Eichelen» работает на природном газе СН4 как источнике тепловой энергии от сжигания метана в радиантных трубчатых нагревателях. Количество газа и воздуха при этом строго контролируется с помощью ротаметров, которые установлены на боковых панелях оборудования. Сам активный процесс насыщения поверхности деталей углеродом – цементация, протекает в специальной реакционной камере, которая входит в состав агрегата. Тип агрегата – толкательный, т.е. детали на специальных поддонах проталкиваются по технологическому пространству через определенные промежутки времени (20…40 минут). Темп толкания устанавливается технологом при составлении программы процесса. Работой агрегата управляет микропроцессор, основные команды которого высвечиваются на специальной схеме агрегата. Полное техническое название агрегата «Eichelen» - Цементационно-закалочно-отпускной агрегат замкнутого цикла с программным управлением. В составе агрегата, помимо цементационной камеры, имеется электрическая проходная печь, где производится «подстуживание» изделий, выравнивание их температуры до заданного технологией уровня и последующей закалки в масляном баке с вертикальным лифтом. Работой всего комплекса устройств управляет все тот же микропроцессор по программе разработанной технологом-термистом. Так как линейное расположение агрегата с инженерной точки зрения невыгодно, оборудование агрегата размещают в виде буквы «П», что экономит, и площади цеха и делает удобным обслуживание агрегата, так как в этом случае и загрузка и выгрузка деталей по окончании процесса производятся с одной стороны и хорошо контролируется оператором. Установка приготовления газового карбюризатора «Карбмаш» представляет собой отдельный функциональный блок, где протекают реакции неполного сжигания метана и с образованием эндотермического газа с определенным углеродным потенциалом. Величина этого потенциала определяется составом стали из которой изготовлены подлежащие цементации изделия. Это самый важный блок всего агрегата, так как при выработке «бедного» газового карбюризатора процесс насыщения углеродом поверхности будет невозможен. Данные о химическом составе газового карбюризатора так же поступают в компьютер агрегата и высвечиваются на приборной панели щита управления. Величину углеродной потенциала карбюризатора можно изменять по ходу процесса и это может делать оператор по своему усмотрению, основываясь на показаниях приборов технологического контроля.
Выполнение лабораторной работы
Работа начинается с изучения устройства «Eichelen» и составления его схемы, аналогично той, что имеется на контрольных панелях.
Затем в один из поддонов с деталями студенты устанавливают заготовленные на кафедре образцы из цементуемых сталей (сталь 20, 15, 08 КП, 10 КП и др.). На боковую стенку поддона крепят пластинку – метку с выбитым номером, чтобы заметить поддон после его выгрузки.
По окончании процесса отмечают время входа поддона в первую камеру агрегата и рассчитывают время процесса.
По приборам теплового и газового контроля составляют рабочую технологию, по которой будет обрабатываться образец или образцы (не менее 3-х), если все 3 студенческие подгруппы воспользуются одним поддоном.
Так как агрегат вмещает 48 поддонов от входа до выхода то полное время процесса будет около 24 часов. По истечении этого времени образцы будут зацементированы, закалены, отпущены, промыты и высушены в специальной сушильной печи. Их можно будет получить у технолога цеха через сутки.
Полученные образцы должны быть исследованы на соответствующие параметры в лабораториях кафедры (глубина слоя цементации, твердость HRC слоя, структуру закаленного слоя и его переходной зоны).
По всем полученным результатам составляется отчет.
Требования к составлению отчета
В отчете следует отразить назначение агрегата.
1. Виды деталей, которые проходят обработку по заводской маршрутной технологии (стволы, шестерни).
2. Привести схему агрегата и описать работу его отдельных узлов и блоков.
3. Привести все технологические параметры (t0, углеродный потенциал.)
4. Указать время перемещения деталей по технологическим блокам и камерам агрегата. Рассчитать и проверить по приборам учета расхода газа (Нм3/час агрегатом в целом, указать расход эл.энергии электропечи агрегата и определить ее кпд).