ПЕЧЬ ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ ОБЪЕКТОВ
FURNACES FOR HEAT PROCESSING OF OBJECTS

Изобретение относится к печи для термообработки объектов. Кроме того, изобретение относится к печной установке, содержащей печи.
Существует множество объектов, которые должны быть подвергнуты термообработке в течение их производства. Такая обработка также применяется в производстве шлифовальных кругов. Таким образом, в процессе производства синтетических шлифовальных кругов необходима термообработка для их упрочнения. Например, такие шлифовальные круги изготавливают с применением связующего материала из фенолоальдегидной смолы.
Термообработка шлифовальных кругов занимает несколько часов, в течение которых шлифовальные круги нагревают, например от 30°С до более 200°С, и затем охлаждают опять приблизительно до 30°С. Такая термообработка приводит в результате к высокому энергопотреблению, поскольку при нагреве тепло поглощают не только шлифовальные круги, но также и части печи. Вследствие своей большой массы части печи в нагретой области печи обладают высокой теплоемкостью. Однако энергия, накопленная в частях печи, не используется при охлаждении.
Из GB 120633 известна печь для термообработки объектов, содержащая центральную нагревательную камеру, окруженную камерами сгорания. Однако вследствие поглощения тепла нагревательной камерой и камерами сгорания, энергопотребление такой печи относительно высоко.
DE 1583478 А1 описывает печь для термообработки шлифовальных кругов. Данная печь имеет вертикальную камеру сгорания, загружаемую снизу. Вследствие ее структурной компоновки такая печь также имеет относительно высокое энергопотребление.
Таким образом, цель настоящего изобретения заключается в обеспечении печи для термообработки объектов, структурная компоновка которой способствует экономии энергии.
Данная цель достигается объектом изобретения по пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Печь по настоящему изобретению, предназначенная для термообработки объектов, в частности шлифовальных кругов, содержит:
- поддерживающую стойку, выполненную в виде трехмерной несущей конструкции,
- по меньшей мере одну, в частности вытянутую, нагревательную камеру и
- в частности вытянутые, камеры термообработки, в частности камеры сгорания,
- по меньшей мере один нагревательный элемент, назначенный для нагревательной камеры,
- по меньшей мере один вентилятор для создания газового потока, в частности воздушного потока, от нагревательной камеры к камерам термообработки, причем
- камеры термообработки обеспечены для приема объектов,
- поддерживающая стойка обеспечена для поддержки нагревательной камеры и камер термообработки,
- поддерживающая стойка (10) термически отделена от нагревательной камеры (12) и от камер (14) термообработки, и
- нагревательная камера (12) и камеры (14) термообработки прикреплены к поддерживающей стойке (10) по меньшей мере косвенно посредством термоизоляционных элементов (26).
Сущность изобретения состоит в том, что в печи по настоящему изобретению функцию поддержки выполняет исключительно поддерживающая стойка. Следовательно, нагревательная камера и камеры термообработки могут быть выполнены с очень тонкими стенками. Такая особенность приводит в результате к тому, что нагревательная камера и камеры термообработки обладают низкой теплоемкостью и поглощают относительно малое количество тепла при работе, приводя к существенной экономии энергии. В предпочтительном варианте реализации поддерживающая стойка термически отделена от нагревательной камеры и от камер термообработки. Такая особенность приводит к дополнительной существенной экономии энергии, так как тепловые мосты, существующие между поддерживающей стойкой с одной стороны и нагревательной камерой и камерами термообработки с другой стороны, значительно сокращены. Для этого нагревательная камера и камеры термообработки могут быть прикреплены к поддерживающей стойке по меньшей мере косвенно посредством термоизоляционных элементов.
В предпочтительном варианте реализации поддерживающая стойка содержит по меньшей мере одну горизонтальную несущую конструкцию, предпочтительно верхнюю горизонтальную несущую конструкцию и нижнюю горизонтальную несущую конструкцию, причем каждая из указанных несущих конструкций состоит из горизонтальных элементов, и вертикальные элементы, к которым присоединена каждая горизонтальная несущая конструкция или горизонтальные элементы, формируя трехмерную несущую конструкцию. Каждая горизонтальная несущая конструкция содержит по меньшей мере три, предпочтительно по меньшей мере четыре, горизонтальных элемента и/или имеет многоугольный, в частности треугольный или прямоугольный, внешний контур. Как правило, горизонтальные элементы соединены своими концами с вертикальными элементами.
Нагревательная камера, в общем, расположена вертикально или горизонтально в центральной области поддерживающей стойки. Также, камеры термообработки предпочтительно расположены вертикально или горизонтально в поддерживающей стойке, предпочтительно рассредоточены, в частности равномерно рассредоточены, вокруг нагревательной камеры. Предпочтительно нагревательная камера и камеры термообработки расположены внутри пространства поддерживающей стойки, окруженного горизонтальными рамами и вертикальными элементами, и/или поддерживающая стойка образует корпус для нагревательной камеры и камер термообработки.
Внутри нагревательной камеры может быть расположен по меньшей мере один нагревательный элемент и/или данный элемент может быть включен в контур до или после нагревательной камеры. Альтернативно или дополнительно по меньшей мере один нагревательный элемент может быть также расположен в камерах термообработки или в области закрывающих крышек.
Например, термоизоляционные элементы изготавливаются из высокотемпературной изоляционной пластмассы.
Кроме того, стенки нагревательной камеры и/или камер термообработки обеспечиваются по меньшей мере частично теплоизоляционным материалом. В результате происходит предотвращение или по меньшей мере значительное снижение выделения тепла из нагревательной камеры и камер термообработки в окружающую среду.
В частности нагревательная камера и камеры термообработки могут представлять собой облегченную конструкцию, в частности конструкцию, изготовленную с применением гибкой трубки и/или с толщиной стенки между 0,08 и 1 мм, предпочтительно между 0,10 и 0,25 мм. Такая легкая конструкция приводит в результате к очень низкой теплоемкости, и, таким образом, к поглощению лишь небольшого количества тепла нагревательной камерой и камерами термообработки. Такая особенность приводит к дополнительной существенной экономии энергии.
В дополнительном варианте реализации обеспечена верхняя плита, на которой или в которой нагревательная камера и камеры термообработки закреплены в верхней зоне, в частности таким образом, что стенки нагревательной камеры и камер термообработки точно вставлены в соответствующие вырезы или через отверстия в верхней плите. Кроме того, предпочтительно обеспечена закрывающая крышка, накрывающая или закрывающая верхние концы нагревательной камеры и камер термообработки, концы которых открыты или обеспечены отверстиями для потока. Под закрывающей крышкой, в частности между закрывающей крышкой и верхней плитой, обеспечена полость или пространство для потока для соединения через поток верхних концов нагревательной камеры и камер термообработки, открытых или обеспеченных отверстиями для потока, друг с другом с целью направления потока газа. Верхняя плита и/или закрывающая крышка предпочтительно прикреплены к горизонтальной раме поддерживающей стойки, предпочтительно к верхней горизонтальной несущей конструкции, в частности установлены или помещены на горизонтальные элементы стойки для обеспечения термического отделения указанную плиты и/или крышки от каждого горизонтального элемента посредством по меньшей мере одного промежуточного термоизоляционного элемента.
В дополнительном варианте реализации обеспечена по меньшей мере одна опорная плита, на которой или в которой нагревательная камера и камеры термообработки закреплены в нижней области. Опорная плита предпочтительно прикреплена к горизонтальной несущей конструкции поддерживающей стойки, предпочтительно к нижней горизонтальной несущей конструкции, в частности установлена или помещена на горизонтальные элементы стойки с тем, чтобы термически отделить опорную плиту от каждого горизонтального элемента посредством по меньшей мере одного промежуточного термоизоляционного элемента.
В конкретном варианте реализации верхняя плита, и/или опорная плита, и/или закрывающая крышка имеют многоугольный внешний контур, в частности сообразно многоугольнику, имеющему больше, предпочтительно по меньшей мере вдвое больше, углов, чем многоугольник по меньшей мере одной горизонтальной несущей конструкции, причем сторона опорной плиты, которая по существу параллельна горизонтальному элементу, лежит на горизонтальном элементе.
В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения печь обеспечена для термообработки объектов в форме диска, в частности шлифовальных кругов. В данном случае шлифовальные круги укладывают друг над другом в камерах термообработки.
Предпочтительно поперечное сечение камер термообработки соответствует контуру шлифовальных кругов.
В частности обеспечено, что печь имеет оправки для укладки объектов в форме дисков. Данные оправки выполнены с возможностью расположения или вставки друг над другом в вертикальных камерах термообработки или рядом друг с другом в горизонтальных камерах термообработки. Таким образом, посредством оправки можно собрать определенное количество шлифовальных кругов за пределами печи. Затем оправки вместе со шлифовальными кругами могут быть вставлены «пакетным образом» в камеры термообработки печи.
Предпочтительно такие оправки представляют собой облегченную конструкцию. В результате оправки также имеют очень низкую теплоемкость, и, следовательно, поглощают небольшое количество тепла. Данная особенность дополнительно способствует экономии энергии.
Например, нагревательный элемент размещен в верхней области вертикальной нагревательной камеры. Равным образом нагревательный элемент может быть включен в контур до или после нагревательной камеры.
Например, нагревательный элемент выполнен в виде электрического нагревательного элемента. Хотя, в принципе, возможны все виды нагревания, такие как паровые, масляные, газовые, тепловые масляные носители и т.д.
Кроме того, геометрическая форма камер термообработки соответствует геометрической форме объектов так, чтобы зазор между объектами и стенками камер термообработки был равномерным. В частности, нагревательная камера и/или камеры термообработки имеют трубчатую и/или цилиндрическую форму. По меньшей мере один воздушный канал, имеющий постоянное поперечное сечение, в данном случае может быть выполнен между объектами и стенками камер термообработки. В результате меньше воздушных масс должны быть перемещены для достижения необходимого теплообмена. Вентилятор может быть довольно небольшим, что также приводит к экономии энергии.
Кроме того, изобретение относится к печной установке, содержащей печи, описанные выше. В данном случае печи расположены рядом друг с другом и взаимосвязаны друг с другом посредством каналов для теплого воздуха и каналов для холодного воздуха, так что обеспечена возможность прямого или косвенного теплообмена между печами, которые охлаждаются, и печами, которые нагреваются. Такая особенность также способствует существенной экономии энергии.
Ниже более подробно описан предпочтительный вариант реализации настоящего изобретения со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
На фиг.1 показан вид в перспективе печи согласно предпочтительному варианту реализации изобретения,
На фиг.2 показан вид сверху печи со снятой закрывающей крышкой согласно предпочтительному варианту реализации изобретения,
На фиг.3 показан подробный вид в перспективе нижней области печи согласно предпочтительному варианту реализации изобретения,
На фиг.4 показан вид спереди печной установки, имеющей множество печей, согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения, и
На фиг.5 показан вид сверху печной установки, имеющей множество печей, согласно предпочтительному варианту реализации изобретения, и
На фиг.6 показан вид в перспективе оправки для печи согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения.
На фиг.1 представлен вид в перспективе печи согласно предпочтительному варианту реализации изобретения. Данная печь обеспечена для термообработки объектов.
Указанная печь содержит поддерживающую стойку 10, выполненную в виде трехмерной несущей конструкции с элементами. Каждая из нижней горизонтальной несущей конструкции 18 и верхней горизонтальной несущей конструкции 20 содержит четыре горизонтальных элемента 21, прикрепленных своими концами к четырем вертикальным элементам 19 или соединенных с указанными вертикальными элементами в форме прямоугольника.
Данная печь дополнительно содержит нагревательную камеру 12, расположенную внутри и в центре поддерживающей стойки 10. Нагревательная камера 12 имеет вытянутую форму и расположена вертикально. В данном примере нагревательная камера 12 имеет круглое поперечное сечение.
Вокруг указанной нагревательной камеры 12 расположены камеры термообработки, в частности камеры 14 сгорания. Аналогично камеры 14 сгорания имеют вытянутую форму и расположены вертикально. В данном примере представлено восемь камер 14 сгорания, равномерно распределенных вокруг нагревательной камеры 12. Указанные камеры 14 сгорания также имеют круглое поперечное сечение.
У нижних концов нагревательной камеры 12 и камер 14 сгорания расположена опорная плита 16, на которой или в которой нагревательная камера 12 и камеры 14 сгорания закреплены в нижней области. Опорная плита 16 неподвижно прикреплена к нижней горизонтальной раме 18 поддерживающей стойки 10. Между опорной плитой 16 и нижней горизонтальной рамой 18 расположены термоизоляционные элементы 26.
Термоизоляционные элементы 26 изготовлены из материала, имеющего низкую теплопроводность. Таким образом, опорная плита 16 термически отделена от нижней горизонтальной несущей конструкции 18. Предпочтительно термоизоляционные элементы 26 выполняются из высокотемпературной изоляционной пластмассы.
Верхние концы нагревательной камеры 12 и камер 14 сгорания открыты или обеспечены отверстиями для потока. Общая закрывающая крышка 22 накрывает или закрывает нагревательную камеру 12 и все камеры 14 сгорания, или их верхние концы. Указанная закрывающая крышка 22 прикреплена к верхней горизонтальной несущей конструкции 20 поддерживающей стойки 10. Аналогичным образом между закрывающей крышкой 22 и верхней горизонтальной несущей конструкцией 20 расположены термоизоляционные элементы 26 так, что закрывающая крышка 22 термически отделена от верхней горизонтальной несущей конструкции 20.
Верхние концы нагревательной камеры 12 и камер 14 сгорания связаны друг с другом потоком через полость под закрывающей крышкой 22. В нагревательной камере 12 расположен нагревательный элемент 28. В этом варианте реализации указанный нагревательный элемент представляет собой электрический нагревательный элемент, расположенный в верхней области нагревательной камеры 12. Камеры 14 сгорания обеспечены для приема объектов, подвергаемых термообработке.
Под опорной плитой 16 расположен вентилятор 24. В этом примере данный вентилятор представляет собой радиальный вентилятор, ось вращения которого расположена вертикально. Указанный вентилятор 24 выгоняет воздух, нагретый нагревательным элементом 28, из нагревательной камеры 12 так, что воздух в нагревательной камере 12 проходит сверху вниз. Затем вентилятор 24 вдувает нагретый воздух в камеры 14 сгорания так, что воздух в камерах 14 сгорания проходит снизу вверх. Термообработка объектов осуществляется в камерах сгорания 14. Под закрывающей крышкой 22 воздух из верхних камер 14 сгорания возвращается в нагревательную камеру 12.
Поддерживающая стойка 10 составляет несущий элемент печи и предпочтительно имеет по существу форму корпуса, окружающего или охватывающего нагревательную камеру 12 и камеры 14 сгорания, а также предпочтительно закрывающую крышку 22. Следовательно, нагревательная камера 12, камеры 14 сгорания и закрывающая крышка 22 могут представлять собой легкую конструкцию, поскольку они не должны выполнять каких-либо опорных функций. Такая легкая конструкция обеспечивает низкую теплоемкость, такую, что нагревательная камера 12, камеры 14 сгорания и закрывающая крышка 22 принимают лишь небольшое количество тепла. В этом примере нагревательная камера 12 и камеры 14 сгорания выполнены из специальной гибкой трубки, имеющей толщину стенки 0,13 мм. Это возможно, так как нагревательная камера 12 и камеры 14 сгорания не выполняют какой-либо опорной функции.
Кроме того, поддерживающая стойка 10 совместно с нижней горизонтальной несущей конструкцией 18 термически отделена от нагревательной камеры 12, камер 14 сгорания, опорной плиты 16 и закрывающей крышки 22 вследствие термоизоляционных элементов 26, так что поддерживающая стойка 10 вместе с нижней горизонтальной несущей конструкцией 18 вообще не поглощает тепло или поглощает лишь небольшое количество тепла. Такая особенность приводит в результате к существенной экономии энергии.
В данном конкретном варианте реализации печь обеспечена для термообработки синтетических шлифовальных кругов. Например, шлифовальные круги изготовлены с использованием фенолоальдегидной смолы. Термообработка закаляет шлифовальные круги. Круглые шлифовальные круги, в данном случае, складывают друг над другом в камерах 14 сгорания, имеющих круглое поперечное сечение. Таким образом, перечное сечение камер 14 сгорания соответствует форме шлифовальных кругов, которые подлежат обработке.
В заключение нагревательную камеру 12 и камеры 14 сгорания покрывают изоляционным материалом. Такой изоляционный материал изготовлен, например, из минеральной ваты или стекловаты, и наложен слоями на внешней стороне вместе с алюминиевой фольгой. В данном варианте реализации изоляционный материал имеет толщину от 100 мм до 150 мм. Аналогично, данная особенность способствует экономии энергии.
На фиг.2 показан вид сверху печи со снятой закрывающей крышкой 22 согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения. На верхних концах нагревательной камеры 12 и камер 14 сгорания размещена верхняя плита 30, на которой или в которой удерживаются нагревательная камера 12 и камеры 14 сгорания, например, таким образом, что стенки нагревательной камеры 12 и камер 14 сгорания вставлены с точным совпадением в соответствующие вырезы или по отверстиям в верхней плите 30. Верхняя плита 30, точно так же, как закрывающая крышка 22, присоединена к верхней горизонтальной несущей конструкции 20 поддерживающей стойки 10 посредством термоизоляционных элементов 26. Таким образом, верхняя плита 30 также термически отделена от поддерживающей стойки 10. В частности верхняя плита 30 своим внешним контуром совпадает или совмещена с внешним контуром закрывающей крышки 22. Таким образом, верхняя плита 30 и закрывающая крышка 22 составляют верхний корпус, окружающий или охватывающий полость.
Электрический нагревательный элемент 28 подвешен в верхней области нагревательной камеры 12. Нагревательный элемент 28 может быть легко демонтирован для обслуживания и ремонта. На верхнем конце нагревательной камеры 12 размещена предохранительная сетка 32 для нагревательного элемента 28. На верхних концах камер 14 сгорания размещены центрирующие элементы 34 для центрирования шлифовальных кругов.
На фиг.3 представлен подробный вид в перспективе нижней области печи согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения. В частности фиг.3 показывает тепловое разъединение между поддерживающей стойкой 10 с одной стороны и нагревательной камерой 12 и камерами 14 сгорания с другой стороны. В частности данный подробный вид показывает термоизоляционный элемент 26, расположенный между опорной плитой 16 и нижней горизонтальной несущей конструкцией 18. Термоизоляционный элемент 26 выполнен в виде Г-образного сечения профиля. Термоизоляционный элемент 26 изготавливается из высокотемпературной изоляционной пластмассы. На фиг.3 также изображен нижний конец камеры 14 сгорания.
Каждая из опорной плиты 16 и верхней плиты 30 имеет многоугольный внешний контур, в частности выполненный сообразно многоугольнику, имеющему больше, предпочтительно по меньшей мере вдвое больше, углов, чем многоугольник горизонтальной рамы или рам, причем сторона опорной плиты, по существу параллельная горизонтальному элементу, лежит на горизонтальном элементе.
На фиг.4 показан вид спереди печной установки, имеющей печи согласно предпочтительному варианту реализации данного изобретения. В такой печной установке печи расположены рядом друг с другом.
На фиг.4 можно увидеть расположение нагревательного элемента 28 в верхней области нагревательной камеры 12. Шлифовальные круги расположены в камерах 14 сгорания. В первую очередь на оправке 40 друг над другом располагают определенное число шлифовальных кругов. Затем такие оправки 40 вставляют в камеры 14 сгорания, начиная снизу. В данном примере на каждую камеру 14 сгорания обеспечено десять оправок 40.
Кроме того, на фиг.4 показано расположение вентилятора 24. Двигатель 42 для привода вентилятора 24 расположен под вентилятором 24.
В печной установке по настоящему изобретению смежные печи взаимосвязаны друг с другом посредством канала 36 для теплого воздуха и канала 38 для холодного воздуха. В данном случае теплый воздух переносится из печи, которая только что вошла в стадию охлаждения, в печь, которая только что вошла в стадию нагревания. Подобным образом такая особенность способствует экономии энергии.
Печи, показанные на фиг.4, расположены рядом друг с другом, при этом прямоугольные поддерживающие стойки 10 установлены друг к другу вплотную или по существу без разделения и скреплены друг с другом по меньшей мере в нижней области. На нижней горизонтальной несущей конструкции 18 расположена дополнительная опорная плита 17, которая опять-таки предпочтительно термически изолирована посредством изоляционных элементов, и на которой закреплены вентилятор 24 и его корпус.
На фиг.5 показан вид сверху печной установки, имеющей печи согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения. В данном примере печная установка содержит пять печей.
В частности, на фиг.5 показано расположение каналов 36 для теплого воздуха и каналов 38 для холодного воздуха.
На фиг.6 представлен вид в перспективе оправки 40 для печи по предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения. Оправка 40 обеспечена для укладки друг над другом определенного количества шлифовальных кругов.
Указанная оправка 40 содержит вертикальную трубку 44 и круглую базовую часть 46. Базовая часть 46 состоит из внешнего кольца и спиц. Таким образом, оправка 40 также представляет собой облегченную конструкцию. И, следовательно, оправка 40 обладает низкой теплоемкостью. Поскольку при нагревании оправка 40 поглощает лишь небольшое количество тепла, такая особенность также способствует экономии энергии.
Центрирующие элементы 34, представленные на фиг.2, обеспечены для размещения оправок 40 по центру внутри камер 14 сгорания.