УСТАНОВКА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ЦИНКОВОГО ПОКРЫТИЯ НА ИЗДЕЛИЯ ИЗ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПУТЕМ ТЕРМОДИФФУЗИОННОГО ЦИНКОВАНИЯ

Полезная модель относится к антикоррозионной обработке металлических изделий, в частности к нанесению цинкового покрытия на изделия из ферромагнитных материалов путем термодиффузионного цинкования и может быть использована в любой отрасли машиностроения и в других отраслях промышленности.
Долговременная защита от коррозии металлических строительных конструкций является проблематичной задачей, потому что существующие методы защиты посредством лакокрасочных покрытий не эффективны, т.к. срок их службы не более 15-20 лет, т.е. менее срока службы строительных конструкций.
Наибольшее распространение в практике защиты от коррозии нашли следующие методы цинкования: гальваническое, газотермическое цинкование напылением, «холодное» путем окраски цинконаполненными красками, термодиффузионное цинкование. Наибольший интерес представляет термодиффузионное цинкование которое обладает рядом преимуществ перед другими известными методами цинкования, а именно:
- экологическая безопасность, т.к. детали цинкуются в герметически закрытых ретортах и не требует создания очистных сооружений, а отходы производства можно использовать в качестве наполнителя бетонных строительных смесей;
- качество покрытия, т.к. оно не имеет пор и за счет диффузионного слоя имеет прочную адгезионную связь с подложкой, поэтому диффузионный цинк покрывает детали равномерным слоем без наплывов, точно повторяя профиль цинкуемой поверхности, включая глухие отверстия;
- толщина покрытия может быть любой и зависит от времени выдержки цинкуемых деталей в печи.
Известна установка для нанесения цинкового покрытия, которая содержит станину с установленной на ней поворотной балкой и приводом наклона. На поворотной балке смонтированы поворотная электропечь, включающая корпус, нагревательные элементы и теплоизолятор, реторту и ложемент. Реторта, установлена в электропечи с возможностью вращения, а привод вращения реторты закреплен на поворотной балке. Реторта имеет герметичную
крышку, в которую вмонтировано устройство для сброса давления из полости реторты, выполненное например, в виде клапана или вентиля. Сброс давления в атмосферу может осуществляется через фильтр или непосредственно в атмосферу. Для размещения обрабатываемых изделий во внутреннем объеме реторты используется перфорированный контейнер, в который предварительно, до загрузки его в реторту, помещаются изделия (или изделие) и насыщающая смесь. После установки контейнера в реторту герметизация последней осуществляется посредством прижимного устройства крышки. Для поворота балки с электропечью используется привод наклона, обеспечивающий три фиксированных положений реторты: вертикального загрузочного, горизонтального рабочего и наклонного разгрузочного (Патент. РФ №2139366 опубл. 10.10.1999 г.).
К недостаткам установки относится ограниченная возможность использования только для мелких металлических изделий, а качество покрытия недостаточно высокое, т.к. оно предназначена для реализации способа термодиффузионного цинкования при температурах значительно ниже температуры диффузионного взаимодействия металла покрытия с поверхностным слоем деталей, поэтому обеспечение достаточной толщины пленки покрытия на деталях сомнительна.
Известна установка для нанесения термодиффузионного цинкового покрытия, содержащая станину с установленной на ней поворотной балкой и приводом наклона. На поворотной балке смонтирована электропечь 1, реторта, опорное устройство, привод вращения реторты. Реторта размещена внутри электропечи с возможностью вращения и оснащена крышкой, шлюзовой камерой, постоянно соединенной с атмосферой посредством дренажного патрубка. При необходимости патрубок может быть оснащен фильтром (Патент РФ №2174159 опубл. 27.09.2001 г.)
Нагрев цинкуемых изделий и насыщающей смеси, находящихся в реторте, производят до температуры в пределах 360-470°С, производят выдержку изделий при этой температуре в течение 45-60 мин. при постоянном вращении реторты. После естественного охлаждения реторты с изделиями выключают привод вращения реторты, открывают крышку реторты и поворачивают реторту с помощью привода наклона в сторону вибрационной установки для мойки, полировки и пассивации изделий. Затем снова включают привод вращения реторты и постепенно ссыпают оцинкованные изделия с остатками насыщающей смеси в вибрационную установку, где производится мойка, полировка и пассивация оцинкованных изделий.
Несмотря на то, что эта установка устраняет некоторые недостатки ранее приведенного технического решения, а именно то, что она не предназначена для цинкования длинномерных изделий, а низкая температура цинкования увеличивает время процесса и не гарантирует качества покрытия. Кроме того, совмещение процессов нагрева и охлаждения цинкуемых деталей в одном агрегате значительно снижает производительность процесса и экономические показатели.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой полезной модели является установка, реализующая способ нанесения цинкового покрытия путем термодиффузионного цинкования металлических изделий, в соответствии с изобретением, защищенному патентом РФ №2424351. Установка содержит электрическое нагревательное устройство, выполненное в виде электромагнитных индукторов, заключенных в корпус, внутри которых горизонтально размещена реторта, снабженная приводом вращения, герметичной крышкой и закрепленным на ней дренажным патрубком, устройство засыпки и распределения насыщающейся смеси в реторте, механизм выгрузки оцинкованных изделий, причем нагревательное устройство оснащено механизмом продольного перемещения реторты, выполненное в виде роликов, установленных на входе первого и выходе последнего индуктора, а также между другими индукторами, на входе нагревательного устройства установлена роликоопора с возможностью ее вертикального перемещения для обеспечения вращения реторты, а между индукторами установлены датчики температуры отдельных участков корпуса реторты, подключенные через соответствующие регуляторы температуры, с системой управления тиристорными блоками питания индукторов, осуществляющую их включение и отключение Устройство засыпки и распределения насыщающей смеси в реторте выполнено в виде установленного на передвижном штативе бункера со шнековым питателем заключенным в трубе, длина которой превышает длину реторты. Установка для нанесения цинкового покрытия снабжена, по крайней мере, двумя технологическими столами, каждый из которых установлен на транспортной тележке и оснащен приводом вращения реторты и механизмом перемещения реторты вдоль стола, а также устройством охлаждения реторты, после удаления ее из нагревательного устройства.
Кроме того, установка снабжена аспирационной системой сбора остатка насыщающей смеси из реторты и/или с поверхности оцинкованных изделий, снабженной осадителем частиц в мерную емкость.
Установка позволяет получить требуемую толщину покрытия за счет осуществления нескольких циклов цинкования, расширить номенклатуру цинкуемых изделий, в том числе и длинномерных металлоизделий. Наличие сменного оборудования (технологических столов) обеспечивает непрерывность производственного процесса металлических изделий и сокращает время повторного нагрева установки для каждого следующего цикла.
К недостаткам известного установки следует отнести некоторые конструктивные ее недостатки, которые вызывают трудности при эксплуатации и снижают надежность работы отдельных узлов установки, в частности продольного перемещения реторты в нагревательном устройстве при фиксации реторты в рабочее положение и выгрузке ее на технологический стол. Это вызвано тем, что, в зависимости от длины реторты вес ее может быть значительным, следовательно, и давление на ролики продольного перемещения реторты установленных на опорах, размещенных на корпусе нагревательного устройства между индукторами может вызвать деформацию его и/или поверхности реторты. При установке реторты в нагревательное устройство ось ее не совпадает с осью вала привода вращения реторты, поэтому необходимая фиксация выступов реторты в водиле привода вращения, обеспечивается путем вертикального перемещение роликоопоры, т.е. с одной стороны, что выполнить достаточно трудно.
Технической задачей заявляемой полезной модели является устранение конструктивных недостатков прототипа путем повышения надежности и удобства эксплуатации установки для нанесения цинкового покрытия на изделия из ферромагнитных материалов путем термодиффузионного цинкования, независимо от длины и конфигурации изделия,
Технический результат достигается за счет того, что в известную установку для нанесения цинкового покрытия на изделия из ферромагнитных материалов путем термодиффузионного цинкования, содержащую электрическое нагревательное устройство, выполненное в виде электромагнитных индукторов, заключенных в корпус, внутри которых горизонтально размещена реторта, снабженная приводом вращения, герметичной крышкой и закрепленным на ней дренажным патрубком, устройство засыпки и распределения насыщающейся смеси в реторту, механизм выгрузки оцинкованных изделий, механизм продольного перемещения реторты, выполненный в виде роликов, установленных до и после каждого индуктора, на входе нагревательного устройства установлена роликоопора с возможностью вертикального перемещения ее барабана и обеспечения вращения реторты внутри индукторов, систему управления работой установки, включающую блок контроля температуры корпуса реторты, блок управления тиристорным устройством электропитания индукторов, причем установка снабжена по крайней мере двумя технологическими столами, каждый из которых установлен на транспортной тележке и оснащен приводом вращения реторты, механизмом перемещения реторты вдоль технологического стола, устройством охлаждения реторты, внесены изменения и дополнения, а именно:
- корпус с индукторами размещен на станине, выполненной в виде рамной конструкции, имеющей платформы, снабженные устройством подъема;
- ролики перемещения реторты установлены по обоим сторонам реторты на платформах и снабжены автономными реверсивными приводами,
- в систему управления дополнительно введен блок управления приводами продольного перемещения реторты и изменения положения роликов перемещения реторты.
Кроме того, расстояние между индукторами выбрано из условия равенства его 0,25-0,50 его длины, а в качестве устройства подъема использован винтовой домкрат.
Установка нагревательного устройства на станине позволяет повысить надежность работы установки, т.к. даже при максимальной нагрузке позволяет исключить деформацию корпуса, даже при максимальном весе реторты с изделиями..
Установка роликов продольного перемещения реторты на платформы, оснащенные подъемным устройством позволяет повысить точность фиксации реторты в рабочее положение, т.к. позволяет выставить указанные ролики соосно с механизмом перемещения реторты на технологическом столе и валом привода вращения реторты, а оснащение роликов реверсивным приводом значительно облегчает загрузку и выгрузку реторты из нагревательного устройства, т.к. нагрузка уменьшается, а вероятность порчи поверхности реторты снижается, а так как механизм продольного перемещения реторты расположен на платформе, то на корпус индукторов нагрузка практически отсутствует.
Для управления приводами продольного перемещения реторты в систему управления работой установки введен дополнительный блок (контроллер), обрабатывающий входные сигналы и выдающий по специальной программе команды на блоки регулирования.
С целью обеспечения равномерности нагрева металлических изделий, загружаемых в реторту, которое можно обеспечить лишь путем равномерного нагрева поверхности реторты, было выбрано расстояние между индукторами, равное 0,25-0,50 длины индуктора. На основании исследований установлено, что при температуре поверхности реторты 300-400 С, температура изделий составляет 768-910 С, т.е. в диапазоне оптимальных температур для нанесения цинкового покрытия термодиффузионным способам, обеспечивающим качество покрытия.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется следующими чертежами.
На фиг.1 изображена конструкция установки при загрузке реторты в нагревательное устройство; на фиг.2 установка изображена в рабочем положении реторты, на фиг.3 конструкция рамного основания установки; на фиг.4 приведена блок-схема системы управления установки, а на фиг.5 приведена конструкция загрузочного устройства смеси для цинкования в реторту.
На фиг.1 показаны индукторы 1, корпус 2, привод вращения реторты 3, роликоопора 4, реторта 5, технологический стол 6 (на фиг1 изображен один, но их может быть две- три и более в зависимости от реализуемого способа нанесения покрытия), рамное основание 7, платформа 8, ролики продольного перемещения реторты 9, фиксирующие рабочее положение реторты пальцы 10, водило 11, реборда 12, крышка реторты 13, дренажный патрубок 14, транспортная тележка 15, подъемные ролики 16, барабаны 17 с приводом 18.
На фиг.2 показана конструкция основания 7, привод 19 винтового домкрата 20, реверсивый привод 21 роликов 9 продольного перемещения реторты вдоль индукторов. На этом рисунке также показано, что платформа 8, которая содержит две плиты- неподвижную 22 и подъемную 23.
На фиг.3 показано рабочее положение реторты 5 в нагревательном устройстве, т.к. она не содержит новых позиций, поэтому номера позиций, в основном, соответствуют фиг.1.
На фиг.4 приведена блок-схема системы управления 24 работой установки. На фиг.4 показаны ее основные блоки: блок регулирования (контроля) 25 температуры нагрева поверхности реторты 5, блок управления 26 тиристорного источника питания индукторов 1, блок управления 27 приводом вращения реторты 5, блок управления 28 приводами продольного перемещения реторты 5 вдоль технологического стола 6 и внутри нагревательного устройства (индукторов 1), контроллер 29, осуществляющий работу установки по специальной программе для конкретного варианта реализации способа. На фиг 4 стрелками показано, что контроллер 29 соединен с входами и выходами каждого блока управления соответствующим механизмом установки.. Блок-схема может изменяться в зависимости от конкретного выполнения установки и программы управления работой ее.
На фиг 5 показано загрузочное устройство смеси для цинкования, которое содержит: загрузочный бункер 30, привод 31, установленный на основании 32 и предназначенный для вращения шнека 34, размещенного в трубе 33. На фиг.5 приведены также: реторта 5, технологический стол 6, с транспортной тележкой 15, барабаны 17 и привод 18.
Кроме того, установка снабжена аспирационной системой сбора остатка насыщающей смеси из реторты и/или с поверхности оцинкованных изделий, снабженной осадителем частиц в мерную емкость, но их конструкция не приводится, т.к. используются стандартные устройства и они являются вспомогательным оборудованием, которое непосредственно не связано с конструкцией нагревательной установки.
Ниже приводится описание работы установки для нанесения цинкового покрытия на металлические изделия термодиффузионным способам.
Входной контроль изделий допускает наличие на них ржавчины, отдельных пятен масел и т.п. В исходном состоянии реторта 5 расположена на технологическом столе 6, опираясь на подъемные ролики 16 механизма продольного перемещения реторты. Для проведения цикла цинкования приготавливают порцию насыщающей смеси в количестве 8-16% от массы цинкуемых изделий, содержащей 20-25% порошка цинка и 75-80% глинозема.
Экспериментальным путем установлено, что для формирования толщины покрытия 15-30 мкм навески насыщающей смеси составляют 8-10% от массы изделий, а для толщины покрытия, приближающейся к 300 мкм, - 15-16%. Выбранное количество насыщающей смеси засыпают в бункер 30 устройства засыпки и распределения насыщающей смеси в реторте 5, транспортируют на штативе 32 и, позиционируя его, вдвигают трубу 33 с размещенным в ней шнековым питателем 34 в полость реторты 5 вплоть до ее конца, добиваясь равномерного распределения насыщающей смеси, за счет вращения реторты. При небольших партиях металлоизделий засыпку осуществляют в один прием. При цинковании больших партий длинномерных изделий их загрузку и засыпку насыщающей смеси осуществляют послойно порциями, составляющими не более половины требуемого количества. Технологический стол 6 с помощью транспортной тележки 15 располагают напротив горловины индуктора 1, закрывают реторту 5 герметичной крышкой 13 и с помощью подъемных роликов 16 перемещают вдоль технологического стола 6 и вдоль индуктора 1, при достижении первых роликов 9 продольного перемещения реторты в нагревательном устройстве, для размещения ее в рабочем положении внутри индуктора 1 необходимо согласовать ось вала привода 3, с осью реторты, что достигается за счет выставления с помощью винтового домкрата 20, снабженного приводом 19, включение которого осуществляется по команде контроллера 29, являющегося программатором системы управления 24, а также вертикального перемещения барабана (на фиг.1 и 2 он не пронумерован) роликоопоры 4. Когда установка соосности закончена включается реверсивный привод 21 роликов продольного перемещения реторты в индукторе 1 и она фиксируется в рабочем положении, посредством пальцев 10, которые вошли в отверстия водила 11, установленного на валу привода 3 (фиг.2). После этого контроллер 29 системы управления 24 подает команды на блоки 26, 27 на включения тиристорных источников питания индукторов 1 и вращение привода реторты 5 соответственно, а также на опускание роликов 9 посредством привода 19 винтового домкрата 20.
В каждой катушке индуктора 1 создается переменный магнитный поток, который пронизывает корпус реторты 5, а также металлоизделия и насыщающую смесь, находящиеся в ней, вызывая возникновение вихревых токов. При этом в изделиях из ферромагнитного материала величина вихревых токов в десятки и сотни раз превышает величину токов, индуктируемых в корпусе реторты 5, выполненном из нержавеющей стали. Вследствие этого большая часть электроэнергии, подводимой к индуктору 1, поглощается металлоизделиями, где в соответствии с законом Джоуля-Ленца она превращается в тепловую энергию. При этом, изделия разогреваются до температуры 800-910°С, а корпус реторты 5 - до 315-400°С. Заданная температура нагрева поверхности реторты 5 контролируется термопарами, размещенными на корпусе реторты 5 и являющимися датчиками температуры, соединенного с блоком контроля и регулирования температуры (блок 25). Для управления процессом нанесения цинкового покрытия конкретной партии металлоизделий выбирают заданные значения температуры их нагрева и остывания, в пределах которых находится температура магнитных превращений данного материала
Насыщающая смесь оказывается практически прозрачной для электромагнитного поля и нагревается в основном за счет конвективного теплообмена от корпуса реторты 5 и радиационного нагрева от металлоизделий, находящихся в соприкосновении с ней и подвергающихся постоянному совместному с ней перемешиванию при вращении реторты 5. При этом в зоне непосредственного контакта с металлом находится лишь часть насыщающей смеси, в которой образуется расплав цинка. Остальное количество смеси благодаря наличию в ней глинозема, являющегося инертным огнеупорным материалом, выполняет роль теплового экрана, что предотвращает выгорание и испарение находящегося в ней цинка и дает возможность повторного использования остатков насыщающей смеси. В ходе всего процесса цинкования с помощью патрубка 14 происходит непрерывный сброс избыточного давления в реторте. Пары воды, смазки и смазочно-охлаждающих жидкостей, имеющихся на поверхности изделий, удаляются из реторты 5 в атмосферу.
При достижении заданного значения температуры корпуса реторты соответствующие регуляторы температуры блока 25 выдают сигнал, поступающие в контроллер 29 на прекращение нагрева путем отключения тиристорного источника питания индукторов 1.
Электромагнитный поток исчезает, вихревые токи становятся равными нулю, начинается остывание реторты и изделий. Одновременно, контроллер 29 выдает сигнал на подъем роликов 9 продольного перемещения реторты 5. При касании роликами 9 поверхности реторты включается привод 21, на вращение роликов в обратную сторону и реторта выходит из зацепления из водила 11, привод 3 вращения реторты отключается. Затем с помощью роликов 9 механизма продольного перемещения, реторту 5 извлекают из индукторов 1, помещают ее на технологический стол 6 и с помощью подъемных роликов 16 перемещают вдоль него. Ролики 16 опускают и, установив реторту 5 на барабаны 17, включают привод 18 вращения реторты на технологическом столе, отвозят ее в сторону для охлаждения, которое может быть принудительным или естественным. После извлечения нагретой реторты 5 из индуктора 1 на освободившееся место помещают сменную реторту 5, предварительно подготовленную к цинкованию на соответствующем ей технологическом столе 6, и начинают цикл цинкования следующей партии изделий.
Принудительное охлаждение первой реторты осуществляют до температуры, не превышающей 250°С при ее вращении на технологическом столе. Оцинкованные изделия выгружают из реторты 5 с помощью механизма выгрузки (на рисунках не показан). Включением аспирационной системы производят сбор остатка насыщающей смеси из реторты 5 и с поверхности оцинкованных изделий. Собранный остаток используют для приготовления порции насыщающей смеси для последующих циклов цинкования, добавляя свежий порошок цинка в количестве, равном израсходованному в предыдущем цикле.
Заявляемое устройство обладает рядом преимуществ по сравнению с известными техническими решениями, т.к. позволяет увеличить надежность работы устройства за счет введения основания с платформой, оснащенной возможностью регулирования положения роликов продольного перемещения реторты, установленных на ней и оснащении их реверсивным приводом, что значительно облегчает эксплуатацию устройства. В настоящее время установка проходит опытно-промышленное испытания, а затем после подготовки технической документации, будет внедряться в различных отраслях промышленности.