УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОДИФФУЗИОННОГО ЦИНКОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ

Область техники
Полезная модель относится к устройству для антикоррозионной обработки металлических изделий, в частности к нанесению цинкового покрытия на изделия из различных марок сталей и цветных сплавов путем термодиффузионного цинкования и может быть использовано в металлургии, машиностроении, нефтехимии и других областях промышленности для улучшения физико-механических характеристик поверхности изделия.
Предшествующий уровень техники
Термодиффузионное цинкование в порошковых смесях является одним из перспективных способов нанесения защитных покрытий на стальные, чугунные и медные изделия с целью повышения их коррозионных свойств. Данный способ цинкования позволяет формировать защитные покрытия, обладающие рядом преимуществ по сравнению с другими видами защитных покрытий, а также цинковыми покрытиями, полученными различными способами (горячим, гальваническим, металлизацией).
Процесс нанесения покрытия на изделия методом термодиффузионного цинкования происходит в печи, в герметически закрытой реторте при фиксированных температуре и скорости вращения. Для интенсификации процесса цинкования оборудование может оснащаться специальными устройствами.
Широкая номенклатура ответственных изделий, работающих в условиях агрессивных сред, изготавливается из различных марок сталей и цветных сплавов, поэтому проблема повышения их эксплуатационных свойств, определяемых коррозионной стойкостью, является актуальной. Защитное цинковое покрытие, формируемое при термодиффузионном цинковании в порошковых смесях должно быть равномерным, без дефектным и оптимальным по толщине (с учетом реальных условий эксплуатации конкретных деталей). Следует отметить, что даже при использовании передовых технологий и уникальных многокомпонентных порошковых смесей, не всегда возможно добиться стабильных, наперед заданных результатов. Поэтому для обеспечения качества цинковых покрытий, наряду с разработкой энергосберегающих технологий и новых порошковых смесей, необходимо также и оснащение оборудования для термодиффузионного цинкования специальными устройствами, обеспечивающими
надежный контроль и регулирование протекающих в герметически закрытой реторте, физико-химических процессов
Наиболее близким к предлагаемому является устройство [RU 2139366, опубл. 10.10.1999]. Устройство для термодиффузионного цинкования изделий включает электропечь и размещенную внутри нее реторту с герметичной крышкой, в которую вмонтировано устройство для сброса давления и выброса образовавшихся паров воды, паров легкой смазки, СОЖ и т.д. из полости реторты. Устройство для сброса давления из полости реторты выполнено, например, в виде клапана или вентиля. При достижении температуры 150-200°C и соответствующего повышения давления в герметизированной реторте автоматически или оператором осуществляется сброс давления из полости реторты через устройство для сброса давления непосредственно в атмосферу или через фильтр. При сбросе давления из полости реторты обеспечивается создание внутри реторты давления и состава атмосферы, необходимых дня оптимального протекания процесса, за счет того, что происходит выброс образовавшихся паров воды, паров легкой смазки и СОЖ и т.д. При этом устройство для сброса давления может быть снабжено фильтром, который позволяет избежать загрязнения окружающей установку атмосферы порошком насыщающей смеси и парообразной составляющей выброса. После сброса давления вновь герметизируют реторту, закрывая устройство для сброса давления в крышке, и осуществляют дальнейший нагрев реторты до температуры 300-600°C (преимущественно 420°C), при которой осуществляется процесс термодиффузионного цинкования. Производят выдержку изделий с насыщающей смесью при указанной выше температуре в течение заданного времени, которое определяется требованиями к толщине покрытия.
Основным недостатком этой установки является устройство для сброса давления, вмонтированное в герметичную крышку и предназначенное для сброса давления и удаления паров воды, легкой смазки, СОЖ и т.д., так как оно служит только для полного сброса давления на первом этапе цинкования, и не обеспечивает постоянный контроль и необходимый интервал избыточного давления, что особенно важно при цинковании изделий из различных марок сталей и цветных сплавов. Фильтр выполняет функцию только очистки газообразных выбросов из реторты в атмосферу. Отсутствие системы периодической очистки в процессе цинкования фильтра или, непосредственно, самого устройства для сброса давления будет приводить к обязательному его засорению, а значит, и выходу из строя. Это приведет к нарушению технологического процесса цинкования, невозможности его контролирования, а значит, формированию некачественных цинковых покрытий.
Задачей, решаемой предложенным устройством, является возможность контроля за параметрами как устройства так и процесса термодиффузионного цинкования изделий, и вследствие этого получение высококачественного цинкового покрытия на изделиях из различных марок сталей и цветных сплавов.
Раскрытие полезной модели
Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого устройства для термодиффузионного цинкования изделий, состоит в возможности надежного и постоянного контроля за параметрами процесса термодиффузионного цинкования, а значит, в гарантированном получении на изделиях из различных марок сталей и цветных сплавов высококачественного цинкового покрытия, требуемой толщины.
Указанный технический результат достигается в устройстве для термодиффузионного цинкования изделий, включающем электропечь, размещенную внутри нее реторту со встроенным в герметизирующей крышке предохранительным клапаном для сброса давления и выброса газообразных продуктов реакции, при этом реторта выполнена с рабочей и загрузочно-разгрузочной камерами, отделенными друг от друга фильтром грубой очистки, а предохранительный клапан выполнен с фильтром тонкой очистки на входе и возможностью контроля давления в рабочей и загрузочно-разгрузочной камерах, герметизирующая крышка выполнена с патрубком для непрерывной обдувки инертным газом поверхности фильтра тонкой очистки и блоком периодической продувки инертным газом фильтра грубой очистки.
Входное отверстие предохранительного клапана защищено от попадания в него насыщающей порошковой смеси фильтром тонкой очистки.
Фильтры тонкой очистки и грубой очистки предпочтительно могут быть выполнены съемными и сетчатыми.
Патрубок для непрерывной обдувки инертным газом поверхности фильтра тонкой очистки выполнен с возможностью подачи инертного газа вдоль поверхности фильтра тонкой очистки при давлении, большем, чем избыточное давление в реторте, создаваемое газообразными продуктами реакции, выделяющимися из насыщающей порошковой смеси.
Экспериментально установлено, что при указанных условиях непрерывной обдувки инертным газом, полностью исключена возможность попадания насыщающей порошковой смеси на поверхность фильтра тонкой очистки предохранительного клапана и его засорение, а значит, и выход из строя устройства в процессе цинкования.
Предохранительный клапан для сброса давления и выброса газообразных продуктов реакции выполнен с возможностью контроля значения давления в рабочей и загрузочно-разгрузочной камерах. При засорении в процессе термодиффузионного цинкования поверхности фильтра грубой очистки насыщающей порошковой смесью наблюдается резкое падение давления в загрузочно-разгрузочной камере, создаваемого газообразными продуктами реакции, выделяющимися из насыщающей порошковой смеси, которое фиксируется устройством на предохранительном клапане. При этом автоматически включается блок периодической продувки инертным газом поверхности фильтра грубой очистки через патрубок с насадкой через отверстия в насадке. После окончания процесса продувки блок периодической продувки поверхности фильтра грубой очистки автоматически отключается.
Контроль за изменением давления возможно производить с помощью, например, датчика давления, установленного на выходе предохранительного клапана, который будет фиксировать давление в загрузочно-разгрузочной камере при засорении насыщающей порошковой смесью фильтра грубой очистки. При засорении фильтра грубой очистки происходит резкое снижение давления в загрузочно-разгрузочной камере. При этом датчик давления, установленный на выходе, выполнен с возможностью взаимодействия с блоком периодической продувки инертным газом фильтра грубой очистки, а именно с возможностью автоматического включения при поступлении сигнала от датчика давления о резком снижении давления в загрузочно-разгрузочной камере вследствие засорения фильтра грубой очистки.
Блок периодической продувки инертным газом фильтра грубой очистки включает патрубок, выполненный с возможностью подсоединения к насадке, фронтальная поверхность которой выполнена с отверстиями. При этом давление инертного газа при продувке фильтра грубой очистки должно быть больше, чем избыточное давление в реторте, создаваемое газообразными продуктами реакции, выделяющимися из насыщающей порошковой смеси.
Размер фронтальной поверхности насадки с отверстиями, количество и диаметр отверстий и расстояние от фронтальной поверхности с отверстиями до фильтра грубой очистки обеспечивают продувку инертным газом с постоянным давлением всей поверхности фильтра грубой очистки.
Количество отверстий и их диаметр на фронтальной поверхности насадки выбирают из расчета исключения возможного снижения давления, выходящих из отверстий насадки потоков инертного газа, по сравнению с давлением инертного газа, подаваемого через патрубок. При этом количество отверстий, их диаметр, расстояние от фронтальной поверхности насадки с отверстиями до поверхности фильтра грубой очистки выбирают из расчета, что инертный газ, проходящий через отверстия насадки, образует зоны продува фильтра грубой очистки, которые частично перекрывают друг друга, обеспечивая продувку всей поверхности съемного сетчатого фильтра грубой очистки.
Многочисленными экспериментами установлено, что именно при данных условиях, гарантирована надежная периодическая продувка от насыщающей порошковой смеси всей поверхности фильтра грубой очистки за минимальный интервал времени.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображено устройство для термодиффузионного цинкования изделий.
На фиг. 2 изображена фронтальная поверхность А насадки 12 с отверстиями.
На фиг. 3 изображена проекция потоков инертного газа на поверхность фильтра грубой очистки 7.
На фиг. 4 изображено перекрытие потоков инертного газа на поверхности фильтра грубой очистки 7.
Осуществление полезной модели
На фиг. 1 изображено устройство для термодиффузионного цинкования изделий из различных марок сталей и цветных сплавов, содержащее: электропечь 1, реторту 2, рабочую камеру 3 реторты 2, загрузочно-разгрузочную камеру 4 реторты 2, герметизирующую крышку 5, предохранительный клапан для сброса давления и выброса газообразных продуктов реакции 6, фильтр грубой очистки 7 в защитном кожухе, предназначенном для предохранения фильтра грубой очистки от механических повреждений при цинковании деталей (не показан на фиг. 1), фильтр тонкой очистки 8, патрубок 9 для непрерывной обдувки инертным газом поверхности фильтра тонкой очистки 8, блок периодической продувки инертным газом фильтра грубой очистки 10 с патрубком 11 и насадкой 12, с отверстиями 13 на фронтальной поверхности A, расположенной на расстоянии L от поверхности фильтра грубой очистки 7.
Устройство работает следующим образом. В рабочую камеру 3 реторты 2 через загрузочно-разгрузочную камеру 4 загружают изделия (не показано) и насыщающую порошковую смесь (не показано). Устанавливают фильтр грубой очистки 7 в защитном кожухе (не показан), разделяющий рабочую 3 и загрузочно-разгрузочную 4 камеры реторты 2. На герметизирующей крышке 5 установлен предохранительный клапан для сброса давления и выброса газообразных продуктов реакции 6, настроенный на рабочий интервал избыточного давления в рабочей 3 и загрузочно-разгрузочной 4 камерах реторты 2. На входном отверстии предохранительного клапана для газообразных сред 6 устанавливают фильтр тонкой очистки 8. Герметизирующую крышку 5, с встроенным в нее предохранительным клапаном 6 с фильтром тонкой очистки 8, закрепляют к загрузочно-разгрузочной камере 4 реторты 2. Через герметизирующую крышку 5 в загрузочно-разгрузочную камеру 4 реторты 2 при помощи патрубка 9 подают инертный газ для непрерывной обдувки поверхности фильтра тонкой очистки 8 и блока периодической продувки инертным газом 10 фильтра грубой очистки с патрубком 11 для продувки фильтра грубой очистки 7. Непрерывную обдувку инертным газом поверхности фильтра тонкой очистки 8 осуществляют через патрубок 9 вдоль поверхности фильтра тонкой очистки при давлении, большем, чем избыточное давление в реторте 2, создаваемое газообразными продуктами реакции, выделяющимися из насыщающей порошковой смеси. Периодическую продувку инертным газом поверхности фильтра грубой очистки 7 осуществляют через патрубок 11 блока периодической продувки инертным газом фильтра грубой очистки 10, подсоединенный к насадке 12 с фронтальной поверхностью А, выполненной с отверстиями 13.
На фиг. 2 приведен вид фронтальной поверхности A форсунки 12 с одним из вариантов расположения отверстий. Соответствующее данному варианту движение потоков инертного газа при продувке фильтра грубой очистки 7 приведено на фиг. 3. Количество отверстий и их диаметр на фронтальной поверхности A насадки 12 выбирают из расчета исключения возможного снижения давления, выходящих из отверстий насадки 12 потоков инертного газа, по сравнению с давлением инертного газа, подаваемым через патрубок 11. Давление инертного газа при периодической продувке фильтра грубой очистки 7 должно быть больше, чем избыточное давление в реторте 2, создаваемое газообразными продуктами реакции, выделяющимися из насыщающей порошковой смеси. Расстояние L от фронтальной поверхности A насадки 12 до поверхности фильтра грубой очистки 7 выбирают из расчета полного перекрытия на поверхности фильтра грубой очистки 7 потоков инертного газа, выходящих из отверстий фронтальной поверхности A насадки 12 (см. фиг. 4).
Задается вращательное движение реторты 2 и включается обогрев печи 1. При определенной заданной температуре начинается выделение газообразных продуктов реакции из насыщающей порошковой смеси, создающих одинаковое избыточное давление в рабочей 3 и загрузочно-разгрузочной 4 камерах реторты 2. Необходимое избыточное давление в рабочей камере 3, а значит, и в загрузочно-разгрузочной камере 4 реторты 2, назначают исходя из марок обрабатываемых металлических изделий, а также получения требуемой толщины защитного термодиффузионного цинкового покрытия, определяемого реальными условиями эксплуатации конкретных изделий. Рабочий интервал избыточного давления, создаваемого газообразными продуктами реакции, выделяющимися из насыщающей порошковой смеси, определяется экспериментально с учетом конкретной марки обрабатываемого материала (сталь или цветной сплав). При достижении в рабочей камере 3 и в загрузочно-разгрузочной камере 4 реторты 2 избыточного давления, создаваемого газообразными продуктами реакции, выделяющимися из насыщающей порошковой смеси, выше установочного рабочего интервала, происходит сброс давления через предохранительный клапан для сброса давления и выброса газообразных продуктов реакции 6 до минимального значения рабочего давления. После сброса избыточного давления через предохранительный клапан 6 происходит последующее его нагнетание в рабочей 3 и в загрузочно-разгрузочной 4 камерах реторты 2 до установленного рабочего интервала. Данный цикл повторяется в течение всего процесса термодиффузионного цинкования, а значит, в рабочей камере 3 и в загрузочно-разгрузочной камере 4 реторты 2 поддерживается постоянный установленный интервал рабочего избыточного давления.
Непрерывную обдувку поверхности фильтра тонкой очистки 8 предохранительного клапана 6 инертным газом осуществляют через патрубок 9 вдоль поверхности фильтра тонкой очистки 8 под давлением большим, чем избыточное давление в реторте 2, создаваемое газообразными продуктами реакции, выделяющимися из насыщающей порошковой смеси. Это позволяет полностью исключить попадание насыщающей порошковой смеси на поверхность фильтра тонкой очистки 8, предотвращая, тем самым, его засорение и выход из строя в процессе цинкования. Поэтому при цинковании возможно засорение насыщающей порошковой смесью только поверхности фильтра грубой очистки 7. При засорении поверхности фильтра грубой очистки 7 насыщающей порошковой смесью, датчик давления (не показан на фиг. 1) на выходе предохранительного клапана фиксирует падение давления (без последующего возрастания) в загрузочно-разгрузочной камере, вследствие чего автоматически включается блок периодической продувки инертным газом фильтра грубой очистки 10 с целью продувки поверхности фильтра грубой очистки 7 через патрубок 11 и насадку 12. Блок периодической продувки 10 автоматически отключается после окончания продувки Критерием засоренности поверхности фильтра грубой очистки 7 является падение (без последующего возрастания) избыточного давления в загрузочно-разгрузочной камере 4 реторты 2 ниже интервала рабочего избыточного давления в результате ограничения проходимости газообразных продуктов реакции, выделяющихся из насыщающей порошковой смеси, из рабочей камеры 3 реторты 2 в загрузочно-разгрузочную камеру 4 реторты 2 через засоренную поверхность фильтра грубой очистки 7. Цикл периодически повторяется. В процессе цинкования определенное количество насыщающей порошковой смеси мелкой фракции может проходить через фильтр грубой очистки 7 и попадать в загрузочно-разгрузочную камеру 4 реторты 2, что может приводить к засорению фильтра тонкой очистки 8 и выходу его из строя. Для исключения попадания насыщающей порошковой смеси на поверхность фильтра тонкой очистки 8 осуществляют непрерывную обдувку поверхности фильтра тонкой очистки 8 при подаче инертного газа через патрубок 11. Непрерывную обдувку фильтра тонкой очистки 8 предохранительного клапана 6 осуществляют под давлением, большем, чем избыточное давление в реторте 2, создаваемое газообразными продуктами реакции, выделяющимися из насыщающей порошковой смеси. При завершении процесса цинкования через предохранительный клапан 6 осуществляют сброс избыточного давления в рабочей камере 3 реторты 2 до нормального значения.
Использование предложенного устройства для термодиффузионном цинковании позволяет осуществлять надежный и постоянный контроль за параметрами процесса, гарантированно получать на изделиях из различных марок сталей и цветных сплавов высококачественного цинкового покрытия требуемой толщины. При этом, встроенные в герметизирующую крышку патрубки для подачи инертного газа для непрерывной обдувки поверхности фильтра тонкой очистки и периодической продувки фильтра грубой очистки, обеспечивают нормальную работу устройства в течение всего процесса цинкования, а также значительно упрощают обслуживание предохранительного клапана.