Разработка и освоение участка нагрева заготовок из специальных сталей и сплавов

В целях совершенствования технологии нагрева заготовок из специальных сталей и сплавов, а также их транспортирования при задаче в зону нагрева, перемещения вдоль зоны нагрева и выдаче из нее разработан технологический участок, включающий две методические толкательные печи, установленные в шахматном порядке, со специальными подовыми направляющими двух типов, механизмы передачи заготовок из одной печи в другую и подачи их к деформирующему устройству – современной радиально-ковочной машине SKK-14 фирмы GFM [1–4].

Известные технологические линии нагрева [5–9] имеют ограниченные технологические возможности применения в связи нарушением поточности производства, протяженного пути при передаче заготовок из одной методической нагревательной печи в другую, приводящего к потере температуры заготовок и времени. В случае применения методических нагревательных печей с торцевой задачей и выдачей невозможна организация качественного нагрева заготовок из специальных марок сталей и сплавов из-за охлаждения ближних к окну выдачи из печи заготовок, особенно при непредвиденной задержке выдачи заготовок из методической нагревательной печи, что связано с интенсивным подсосом холодного воздуха через окно выдачи.

Предложенная установка двух методических толкательных печей в шахматном порядке [1], одна из которых с торцевой задачей и выдачей 1, а другая с торцевой задачей и боковой выдачей 2 (рис. 1), существенно расширяет технологические возможности участка

нагрева. Такая схема позволяет увеличить объем единовременной садки для нагрева и выдержки заготовок, в том числе слитков из специальных марок сталей и сплавов, обеспечивает требуемый режим их нагрева при существенном сокращении производственных площадей и ускоренной передаче заготовок из одной методической толкательной печи 1 в другую 2 либо из обеих печей непосредственно к деформирующему устройству.

В одном варианте в методической толкательной печи 1 осуществляется замедленный нагрев либо длительная выдержка заготовок с последующей передачей для окончательного нагрева до температуры пластической деформации в методическую толкательную печь 2. Во втором варианте обе методические толкательные печи 1, 2 осуществляют нагрев заготовок в различных режимах до температуры пластической деформации.

Применение механизмов передачи заготовок в виде роликовых транспортеров – рольгангов, выполняющих одновременно функции приемного рольганга 5, подающего рольганга – загрузочного стола 6 и передаточного рольганга 7 обеспечивает мобильность при транспортировке одних заготовок из одной методической толкательной печи в другую, а других заготовок из обеих методических толкательных печей 1, 2 непосредственно в зону деформации к ковочному блоку РКМ. Задачу заготовок в методические толкательные печи обеспечивают разработанные реечные толкатели 3 и реечный выталкиватель 4. Направления перемещения заготовок в разработанном технологическом комплексе на рис. 1 показаны стрелками.

Рис. 1. Технологический комплекс нагрева и транспортировки заготовок Fig. 1. Technological complex for heating and transporting workpieces

Разработанный способ транспортировки заготовок в методической толкательной печи обеспечивает равномерный нагрев круглых заготовок 1 за счет их самостоятельного поворота вокруг своей оси при перемещении по поду печи [2]. Для этого подовые направляющие 3 выполнены наклонными с установкой на поде перед окном выдачи круглых заготовок 1 специальных упоров 4 (рис. 2). Благодаря этому при нагреве круглые заготовки 1 удерживаются упором 4. После осуществления нагрева круглые заготовки 1 поштучно выдаются из методической толкательной печи. С помощью толкателя 2 круглые заготовки 1 перемещают на величину, превышающую S , равную соотношению

J [(2 h - d )tg a ]² - 4(1 + tg² a )[( d /2 - h )² - ( d /2)² ] + ( d - 2 h )tg a

2(1 + tg2a)                             , где d – диаметр транспортируемой круглой заготовки; h – высота упора; α – угол наклона пода печи.

Остановка перемещаемых по наклонному поду 3 толкательной печи круглых заготовок 1 упором 4 перед их поштучной выдачей из печи (рис. 2а) не дает возможности круглым заготовкам под собственным весом неконтролируемо выкатываться по склизу 5 из рабочего пространства печи на приемный рольганг 6.

Перемещение круглых заготовок на величину, превышающую соотношение

У[(2 h - d )tg a ]² - 4(1 + tg² a )[( d /2 - h )² - ( d /2)² ] + ( d - 2 h )tg a

2(1 + tg2a)                             , обеспечивает установку круглой заготовки 1, опирающейся на упор 4, так, что ее центр тяжести окажется в положении (рис. 2b), из которого она под собственным весом выкатится из рабочего пространства печи по склизу 5 на приемный рольганг 6.

Рис. 2. Схема установки наклонных подовых направляющих методической толкательной печи с торцевой задачей и выдачей Fig. 2. Scheme of installation of inclined hearth guides of a methodical pusher furnace with an end task and delivery

Благодаря этому между упором 4 и следующей круглой заготовкой 1, лежащей на наклонном поде 3 печи, образуется свободная от круглых заготовок часть длины S1 пода печи (рис. 2c). Следующая круглая заготовка 1 под собственным весом путем качения переместится по наклонному поду 3 и остановится упором 4 (рис. 2d). Последующие круглые заготовки 1 будут последовательно перекатываться по наклонному поду печи 3 до упора друг в друга, заполняя освобождающуюся свободную часть длины пода печи 3 (рис. 2e). За счет качения круглые заготовки 1 будут поворачиваться вокруг своей оси О на угол β, равный частному от деления освободившейся части длины пода печи S1 на радиус круглой заготовки d/2. В течение всего времени нахождения и нагрева в толкательной методической печи каждая круглая заготовка несколько раз повернется вокруг своей оси, меняя свое угловое положение. Благодаря этому обеспечивается равномерный нагрев круглых заготовок по всему их поперечному сечению.

В другой методической толкательной печи (рис. 3) на оснащенном нагревательными элементами поде 1 из огнеупорного материала для защиты последнего от механического воздействия предложено установить металлические гибкие элементы 2 в виде лент или прутков [3]. Одни концы металлических гибких элементов закреплены (т. А ), а ко вторым концам металлических гибких элементов 2 после их прохождения через ролик 3 свободно повешены грузы 4 (т. C ). На входе методической толкательной печи с торцевой задачей и боковой выдачей установлен толкатель 5 для перемещения заготовок 7 по металлическим гибким элементам 2 в направлении стрелки Б. На выходе методической толкательной печи с боковой выдачей установлен желоб 6.

Выполнение опорных поверхностей в виде гибких металлических элементов позволяет снизить усилия, необходимые для создания в них продольных растягивающих напряжений, обеспечивающих их прямолинейность. Закрепление одних концов гибких металлических элементов и свободное подвешивание грузов ко вторым их концам создает постоянное усилие натяжения гибких металлических элементов в направлении стрелки В. При нагреве толкательной методической печи происходит нагрев металлических гибких элементов 2, которые за счет теплового расширения удлиняются на величину ∆L. За счет этого груз 4 опускается из положения С на величину удлинения ∆L металлических гибких элементов 2 и оказывается в положении С1. При охлаждении металлических гибких элементов 2 до начальной температуры груз 4 вернется в прежнее положение. Это создает саморегули-руемую систему, поддерживающую в металлических гибких элементах постоянное усилие натяжения при любой их температуре. Благодаря этому при любом значении температуры толкательной методической печи металлические гибкие элементы 2, находящиеся в толкательной методической печи, будут прямолинейными без образования искривлений.

Для повышения надежности работы методической нагревательной печи с боковой выдачей заготовок и снижения эксплуатационных затрат предложено [4] вместо обычно применяемого монолитного направляющего желоба, выполняемого из жаропрочной стали Х28, использовать направляющий желоб, выполненный из нескольких полых элементов, например, одного опорного 1 прямоугольного и двух боковых 2 круглого поперечного сечения (рис. 4), заполненных сыпучим огнестойким материалом 3 и для герметизации с обеих сторон закрытых пробками 4. На наружных поверхностях пробок 4 выполнены конические охватываемые поверхности. На боковых стенах каркаса печи напротив охватываемых конических поверхностей выполнены приливы 5 с охватывающими коническими поверхностями. В общем случае охватываемые и охватывающие поверхности могут быть цилиндрическими, пирамидальными, в виде усеченной пирамиды, обелиска и т. п.

Применение предложенной конструкции направляющего желоба позволяет полым элементам с охватываемыми коническими поверхностями пробок 4 при их удлинении за счет нагрева свободно перемещаться вдоль охватывающих конических поверхностей приливов 5 боковых стен каркаса печи и фиксироваться в них.

Рис. 3. Схема установки подовых направляющих методической толкательной печи с торцевой подачей и боковой выдачей

Fig. 3. Scheme of installation of hearth guides of a methodical pusher furnace with end feed and side delivery

Рис. 4. Схема установки в печи с боковой выдачей желоба с полыми элементами Fig. 4. Scheme of installation in a furnace with side delivery of a trough with hollow elements

При нагреве направляющего желоба до температуры 1000 °С и более полые элементы становятся пластичными с легко изменяемой формой поперечного сечения, поэтому заполнение полостей полых элементов сыпучим огнестойким материалом решает задачу устранения сплющивания полых элементов при действии на них динамических усилий от падающих горячих заготовок. Объем сыпучего огнестойкого материала больше объема полости полых элементов, поэтому температурное объемное расширение сыпучего огнестойкого материала превышает температурное объемное расширение полости полых элементов. Благодаря этому сыпучий огнестойкий материал воздействует на внутреннюю поверхность полых элементов, создавая предварительное растягивающее напряжение, которое противодействует сжимающему напряжению, возникающему при падении заготовок на наружную поверхность полых элементов. При этом сыпучий огнестойкий материал, находящийся в полых элементах, выполняет функцию демпфирующего материала, перетекающего из частей, в которых происходит искажение формы поперечного сечения полого элемента под действием усилия падающей заготовки, в части с отсутствием этого усилия, где форма поперечного сечения полого элемента восстанавливается.

Специалистами ООО «МИПТ» совместно с использованием предложенных технических решений разработана техническая документация на все указанные машины и механизмы. Производственными подразделениями с ООО НПП «МЕТЧИВ» эти машины и механизмы изготовлены, смонтированы. Основная часть этих машин и механизмов постоянно находится в эксплуатации.

Таким образом, ООО «МИПТ» на основе исследовательских, конструкторских и опытных работ выполнен ряд высокотехнологичных запатентованных разработок, позволивших создать на ООО НПП «МЕТЧИВ» технологический участок нагрева и ускоренной транспортировки заготовок из специальных сталей и сплавов перед их пластической деформацией на современной радиально-ковочной машине SKK-14 фирмы GFM. Это привело к повышению производительности, гибкости режимов нагрева, мобильности при передаче заготовок из одной методической толкательной печи в другую и к радиально-ковочной машине для их пластической деформации, повышению качества нагрева заготовок и надежности работы подовых направляющих методических толкательных печей. В конечном итоге существенно снизилась себестоимость выпускаемой продукции.

Выполненные разработки могут быть рекомендованы к применению на других предприятиях, использующих для нагрева заготовок методические толкательные печи.