§ 56. Оборудование для термической обработки колес

Осуществление поверхностной закалки колес потребовало применения специального оборудования: закалочных столов и ме­ханизированных закалочных ванн. Столы нашли широкое рас­пространение на отечественных заводах и заводе Тейлор в Ан­глии; ванны — в США.

Закалочный стол представлен на рис. 194. В центре стола помешается вращающаяся тумба 1. Колесо 2 укладывается ступицей в гнездо тумбы, после чего тумба приводится во враще­ние от электродвигателя через коническую передачу 3, со ско­ростью 30 об/мин. Вместе с тумбой вращается и колесо. По пе­риферии стола установлена кольцевая труба 4, от которой ответ­вляется ряд трубок для обрызгивания поверхности катания ко­леса. Трубки располагаются на различных уровнях по ширине обода колеса и направлены таким образом, чтобы струя воды обрызгивала поверхность обода по касательной к кругу катания. Температура воды 20—50°; в случае необходимости вода подо­гревается паром.

Продолжительность обрызгивания поверхности катания коле­са устанавливается в зависимости от суммы содержания угле­рода и марганца в стали — С + 1/4 Мn.

На отечественных заводах управление закалочными столами автоматизировано. Вращение тумбы начинается после укладки колеса на стол, и по истечении определенного времени стол автоматически останавливается.

К числу преимуществ закалки колес путем обрызгивания от­носится возможность точного регулирования температуры воды и соблюдения постоянства ее температуры при установленном технологическом процессе. К числу недостатков относятся невоз­можность закалки боковых сторон обода, что снижает их твер­дость и сопротивление образованию наплывов.

Рис. 194. Закалочный стол для колес:

1-вращающаяся трубка; 2-колесо; 3-коническая зубчатая передача; 4-кольцевая труба для питания брызгал водой

Рис. 195. Закалочная ванна для колес

Закалочная ванна, применяемая на многих зарубежных за­водах, показана на рис. 195. Колеса закаливаются в вертикаль­ном положении. В процессе закалки колесо поддерживается тремя роликами, один из которых приводной, вращающий колесо в процессе закалки. Глубина "погружения колеса в закалочную среду определяет глубину закалки обода колеса. Последняя может регулироваться уровнем воды в ванне. Одновременно в закалочной ванне могут подвергаться закалке несколько колес. Поддержание постоянной температуры воды в ванне более за­труднительно, чем на вращающихся столах, так как на темпера­туру воды в ванне оказывают влияние темп производства, тем­пература окружающего воздуха и ряд других факторов. Достоин­ством указанного способа является возможность закалки как по­верхности катания, так и боковых сторон обода.

Повышение требований, предъявляемых к цельнокатаным ко­лесам, выдвигает необходимость перехода на закалку со специалъного нагрева. Лишь в этом случае могут быть гарантированы повышенные механические свойства металла, хорошая сопротив­ляемость динамическим нагрузкам и главным образом однород­ность свойств всех колес при выбранном режиме термической обработки.

Переход на термическую обработку со специального нагрева выдвигает, естественно, вопрос о выборе типа печей для нагрева колес. Требования, предъявляемые к печам, таковы:

1. Печи должны быть механизированы с целью обеспечения массового поточного производства высокой производительности, каким является производство цельнокатаных колес.

2. Печи должны быть приспособлены для термической обра­ботки как до, так и после механической обработки колес; в по­следнем случае должно быть обеспечено минимальное окисление и обезуглероживание металла.

3. Печь должна быть приспособлена как для холодного, так и для горячего посада.

В связи с этими требованиями, для нагрева колес нашли при­менение печи: с шагающим подом, туннельные, шахтные и с вращающимся кольцевым подом, в большей или меньшей мере удовлетворяющие перечисленным требованиям.

Одним из основных недостатков печи с шагающим подом является сложность и громоздкость механизма шагающего пода. В печах этого типа наблюдается значительный подсос воздуха через щели между балками пода, что ведет к усиленному окалино-образованию к неравномерности нагрева. На изделиях наблю­даются местные темные полосы в местах, соответствующих щелям пода.

Туннельные печи также обладают большим числом недостат­ков: окисление изделий в результате подсоса воздуха при откры­вании крышек, а также чер^з зазоры между вагонетками и стен­ками печи; повышенный расход топлива из-за нагрева вагонеток; сложное обслуживание; увеличение площади цеха.

Шахтная печь, спроектированная Гипромезом, представлена на рис. 196. Она отапливается генераторным газом теплотворной способностью 1250 ккал/м3 и предназначена для периодического нагрева садки колес весом 3 т. Продолжительность нагрева ко­леблется в пределах 3—4 час. Производительность печи 0,75 т/час. Максимальная температура 1000°; давление газа 200—250 мм вод. ст.; коэффициент избытка воздуха 1,1; расход газа 300—400 м3/час на одно колесо; расход воздуха 500— 600 м3/час; давление воздуха 250 мм вод. ст.

Недостатком шахтных печей является значительное охлажде­ние их при загрузке стопки колес, а отсюда—увеличение време­ни нагрева. При выгрузке колес, в частности в печах завода им. К. Либкпехта, темп производства не разрешает снимать и укладывать крышку печи после извлечения каждого колеса, что приводит к охлаждению остающихся в печи колес и, следовательно, к неоднородности температуры нагрева.

Следует отметить, что указанный недостаток присущ печам всех рассмотренных типов, что снижает их ценность при высокопроизводительном по­точном производстве.

Печи с вращающимся кольцевым подом (карусель­ные) лишены многих из ука­занных недостатков.

Характеристика кольце­вой печи, спроектированной Гипромезом, такова.

Средний диаметр кольце­вого рабочего пространства печи— 11,6 м. Печь делится на четыре зоны: в первом колеса нагреваются до 640, во второй до 750°, в третьей до 860°; четвертая — зона выдержки. Распределена: температур в печи обеспечи­вается расположением и мощностью горелок. Дли создания возможности регу­лирования длины факела приняты горелки с двухсту­пенчатым смешением. Тем­пература дымовых газов к конце печи около 400°.

Колеса загружаются на­польной машиной и уклады­ваются па поду печи в два ряда. Одновременно в печи находится 52 колеса. Раз­гружается печь также напольной машиной. Подъем и опускание крышек механизированы.

Печь снабжена водяным затвором для предотвращения заса­сывания воздуха в щели между кладкой пода и стенками печи. Продолжительность нагрева одного колеса принята равной 4 час.

Рис. 196. Шахтная печь для термической обработки колес

Печи с вращающимся кольцевым подом наиболее полно удовлетворяют требованиям, предъявляемым к печам для нагрева колес при термической обработке. Они характеризуются меньшим расходом топлива и не требуют применения жароупорной стали.

Расположение колес в печи в шахматном порядке на специ­альных подставках позволяет обеспечить равномерный нагрев обода, а тем самым и равномерное распределение механических свойств по окружности обода.

Печи приспособлены как для холодного, так и для горячего посада. При горячем посаде достигается значительная эко­номия топлива.

Возможность регулирова­ния скорости вращения кольце­вого пода и интенсификации нагрева позволяют обеспечить необходимую высокую произ­водительность. В печи может быть применен автоматический контроль температуры и режи­ма нагрева. Гарантируется ма­лый угар металла, что особенно важно при нагреве готовых колес.

Все отмеченные достоин­ства позволяют рекомендовать печи с вращающимся кольце­вым подом для нагрева колес при термической обработке.

Задача дальнейшего сокра­щения расхода топлива и необ­ходимость проведения термиче­ской обработки колес после механической их обработки с обязательным сохранением размеров колеса и без обезуглерожи­вания поверхности катания заставили искать новые пути кон­струирования агрегатов для нагрева колес.

В СССР произведены успешные опыты по индукционному на­греву колес токами нормальной частоты. Индукционный нагрев в сочетании с закалкой в воде или в масле гарантирует высокие механические свойства колес, отсутствие обезуглероженного слоя и сохранение размеров колес. Разработана конструкция индуктора и схема регулирования температуры нагрева при раз­личных технологических условиях. Опыты в области индукцион­ного нагрева продолжаются.

Для отпуска колес нашли широкое применение печи шахтно­го типа периодического действия. Эти печи характеризуются про­стотой обслуживания и требуют небольшой площади цеха. Ввиду низких рабочих температур (500—650°) попадание воздуха в рабочее пространство печей при открывании крышек не представ­ляет особой опасности.

Рис. 197. Электрическая отпускная печь шахтного типа

Диаметр шахтных печей принимается обычно равным до 2 м, высота — около 2,4 м. Это позволяет нагревать колеса боль­шого диаметра при садке до 8 шт. Количество колес в стопке, однако, обычно несколько меньше (5—6 шт), что обусловлено соображениями устойчивости стопки. Шахтные печи могут отап­ливаться как жидким, так и газообразным топливом. Примене­ние генераторного газа или смеси коксовального и доменного газов удешевляет эксплуатацию печей этого типа.

Для отпуска колес могут быть также использованы электри­ческие печи шахтного типа. Такие печи запроектированы Гипромезом (рис. 197). Их техническая характеристика такова: вес садки 3 т, температура посада колес 400—500°, температура нагрева 600—650°, продолжительность нагрева 3,5 часа, расход электроэнергии 22 квт-ч, производительность 0,86 т/час. В печах гарантируется малый перепад температуры по высоте и улучша­ются условия ее регулирования.