Автоматическая линия тигельной печи SOLO Swiss для авиационной и автомобильной промышленности

SOLO Swiss производит печи с контролируемой атмосферой с 1945 года. Компания недавно запустила в производство автоматическую линию отжига типа Profithem 1000 для авиационной и автомобильной промышленности в Азии.

Линия способна обрабатывать изделия длиной до 3 метров, такие как трансмиссионные валы, выполненные из сплава 45CrNiMoVA и включает транспортировочный колпак, вертикальную тигельную печь аустенизации, цементации, и цианирования до 950 °С, масляный закалочный бак на 120° С, печь для отпуска в азоте, моечный аппарат с системой маслоотделения, устройство загрузки, выгрузки и складирования изделий и систему управления и контроля AXRON Swiss Technology (www.axron.com). Отжиг происходит в защитной атмосфере для предотвращения каких либо повреждений деталей небольшого диаметра.

Технические условия заказчика :

-     Равномерная закалка по всей длине изделия,

-     Обезуглероживание менее чем на 0,05 мм

-     Отсутствие науглероживания и однородная структура согласно государственных норм китайской авиации HB5354

-     Превышение допуска на потенциал углерода абсолютно неприемлем.

-     Микроструктура после закалки: карбидный класс ≤ 3-его типа; мартенситный класс ≤ 3-его типа; класс остаточного аустенита ≤ 3-его типа;

-     Потенциал углерода должен постоянно и равномерно поддерживаться в пределах 0,4-0,6%.

-     Подконтрольное обогащение водородом.

-     Нагрев изделия весом в 1000 кг менее чем за 2 часа 30 минут.

-     Перепад температуры в печи не более  ± 8°C.

-     Точность настройки температуры  ± 1°C.

-     Точность настройки потенциала углерода ±0.05%.

-     Рабочие газы: N2, C3H8, CH3OH+N2.

-     Габариты: длина 20м, ширина 4м, глубина 5м, высота 5,10м.

-     Простая и легкая в использовании конструкция.

-     Простые для выполнения операции по ремонту, уходу и обслуживанию.

Установка приспособлена для работы с изделиями, предназначенными для авиационной, космической, военной и автомобильной промышленности и не превышающими следующие параметры: диаметр - до 850мм, высота - до 3000мм и масса - до 1000кг.

Перемещение деталей по линии согласно схеме на рисунке 1 :

Рисунок 1

Оператор подготавливает изделие начиная с блока 2.

При запуске процесса отжига, изделие принимается транспортным устройством №1, который переносит его на первый блок цикла, в данном случае - на закалочную печь в блоке 3.

После введенияя изделия в печь можно начинать цикл отжига.

Перемещение детали от печи к масляному баку (блок 4) происходит при помощи транспортного блока (колпака), таким образом, деталь находится в защитой газовой среде. После установки колпака на масляном баке, при помощи подъемного механизма, деталь погружается в емкость. Спуск из печи в бак занимает менее десяти секунд.

По окончании закалки, изделия попадают в моечную камеру (блок 5), а затем, в печь для отпуска в соответствии с запланированным технологическим процессом.

Технологические газы :

В данном случае, при отжиге изделия углеродный потенциал контролируется  датчиком кислорода и анализатором отношения СО/СО2.

Атмосфера создается в закалочной печи посредством прямого крекинга метанола.

Система распределения газов состоит из:

- два ввода нагнетаемого азотом метанола, снабженные датчиками расхода: малый поток для отжига и большой для перемещения деталей,

- массовый расходометр для пропана, воздуха и аммиака,

- три независимо настраиваемых ввода азота (предохранительный, продувочный и технологического цикла).

Таким образом, переход от среды метанола к атмосфере метанол/азот можно осуществить за считанные мгновения, что позволяет работать как с 32%-ым СО, обеспечивающим высокий коэффициент передачи, так и с меньшим процентным содержанием СО для ограничения интеркристаллитного окисления, а также, снижения процентного содержания Н2 в атмосфере цементации.

Технологический процесс может включать необходимое количество блоков. Для каждого из них можно настроить следующие параметры: температура, скорость разогрева, время процесса в блоке, скорость турбины, выбор транспортного газа, выбор сопутствующего газа (NH3), значение СО, настройка углеродного потенциала, выбор способа измерения углеродного потенциала (зонд или анализатор), настройка углеродного потенциала без воздуха или пропана и т.д. Технологический процесс становится настоящим с металлургическим рецептом, в котором каждый параметр является ингредиентом, который можно настроить на свое усмотрение для оптимизации процесса отжига. Каждый из блоков можно сравнить, например, с зоной печи с толкателем, с той разницей, что в данной концепции количество блоков не ограничено.

Атмосфера :

Введение метанола создает транспортный газ с превосходным коэффициентом переноса углерода, преимущественно состоящий из моноксида углерода и водорода.

CH₃OH  CO + 2H₂

CO + H₂0  CO₂ + H₂

CO + 3H₂  CH₄ + H₂0

2H₂O  2H₂ + O₂

Для стабилизации потенциала, необходим карбюризирующий газ с нулевым содержанием кислорода, например, пропан.

C₃H₈  3C + 4H₂

Разлагаясь, пропан образует карбон, который моментально вступает в реакцию с диоксидом согласно следующему уравнению:

C + CO₂  2CO

Назначение карбюризирующего газа состоит в поддержании потенциала углерода на неизменном уровне.

При нитроцементации, в основную среду вводят аммиак. Часть азота от разложения аммиака проникает в кристаллическую решетку стали и вызывает повышение глубины прокаливаемости.

2NH₃  N₂ + 3H₂

Различные модули :

а.   Печь (блок 2)

Для обеспечения требуемой заказчиком равномерности температур (± 8°C) по всей высоте, печь содержит шесть зон нагрева со ступенчатой регулировкой.

Она оснащена несколькими инжекторами для газа и турбиной последнего поколения с регулировкой частоты.

Основную часть печи составляет муфель (колпак) из жаропрочной стали способствующий гомогенизации газа и безукоризненного обмена между ним и изделиями.

б.   Бак : (блок 4)

Бак для масла, емкостью 12000 литров оснащен двумя мешалками с независимым приводом, что позволяет максимально ограничить образование деформаций длинных деталей. Охлаждающее устройство позволяет поддерживать однородную температуру даже во время закалки. Оно также оснащено инжектором азота.

в.   Транспортный колпак : (блок 1)

Он позволяет перемещение горячих или холодных изделий. Во избежание обезуглероживания или окисления изделия во время перемещения  из печи в бак, колпак оснащается несколькими системами ввода газа для создания защитной атмосферы. Также, для лучшей защиты изделия, предусмотрен люк.

Скорость перемещения между блоками регулируется.

Регулятор системы перемещения колпака обеспечивает его точную установку в пространстве.

г.   Моющая установка : (блок 5)

Состоит из двух последовательных емкостей, системы брызгал с поворотными форсунками и системой подогрева емкостей до 100° C.

К моечной установке подсоединен маслоуловитель, отделяющий масло от воды и очищающий сточную воду.

д.   Печь для отпуска : (блок 6)

Температура в печи для отпуска может достигать 650°C. Печь оснащена системой защитного газа и поворотно-лопастной турбиной для более равномерного распределения температур в районе 180°C.

е.   Блок подготовки : (блок 2)

После сборки изделия оператором и перед загрузкой в печь отжига посредством транспортного колпака n°1, деталь помещается в этот транзитный блок.

ж.  Система управления и контроля AXRON :

Система AXRON проста в использовании благодаря интуитивно-понятному графическому интерфейсу: понятные функции с текстом и сообщениями аварийной сигнализации на языке заказчика облегчают овладение устройством. Эта система разработана в соответствии с последними стандартами данной отрасли и состоит на 100% из оборудования Siemens, способного эволюционировать. Модульное программное обеспечение способно к расширению и отличается точностью и надежностью: система безопасности при работе с атмосферой соответствует норме ATEX.

Возможности :

-     Регулирование температуры (ступенчатое).

-     Регулирование %С (зонд O₂ и анализатор CO-CO₂).

- Моделирование в режиме офлайн и расчёт в онлайн профиля распределения углерода в изделии, эффективной глубины, поверхностного углерода и наращивания массы.

-     Экран ввода параметров калибровки приборов и измерительных датчиков (SAT), а также, нагревательной камеры (TUS); отслеживаемость любых изменений параметров (дата, время и имя оператора).

-     Администрирование семейств по технологическому процессу, циклу, подциклу; очень детальная структура процессов обработки и функциональных узлов. Запуск и останов согласно еженедельному графику, отсроченный запуск начала отжига.

-     Администрирование изделий: ввод различной информации об изделии (наименование, осуществляемая операция, вес, заказчик, комментарии и информация о введении изделия в процесс); ссылка на изделие - семейство.

-     Администрирование архивов о загрузках с многочисленными критериями поиска и возможностью специальной конфигурации для заказчика (дата, семейство, изделие, № заказа, Последовательность изготовления, элемент 1, элемент 2). Возможность распечатки ведомостей.

- Автоматизация загрузки, выгрузки и последовательности закалки с возможностью работы в безопасном ручном режиме; полная автоматизация установки.

Пример данных (диаграмм) в архивах :

Благодаря правильно заложенным принципам: заказчик располагает:

·       гарантией надежности выбранной технологической концепции, обеспечивающей долговечность всей системы

·         системой с улучшенной эргономичностью

·         очень гибким подходом к устранению неисправностей

·         упрощенной интеграцией в управление производством.

Как показывает практика, при использовании этой системы на пуско-наладку тратиться вдвое меньше времени, и операторы сразу же по достоинству оценивают интерфейс.

Характеристики линии SOLO Swiss :

-     Безопасность: исключен контакт с горячими поверхностями.

-     Качество: отсутствует окисление при перемещении.

-     Надежность: автоматическое перемещение из печи в бак.

-     Минимизированный выброс эффлюентов: закалка происходит в замкнутой среде.

-     Экономичность: благодаря конструкции муфеля вокруг загрузки, снижено потребление технологического газа и следовательно снижаются затраты по сравнению с использованием классических камерных печей.

-  Равномерность закалки: отделение закалочной емкости от камеры нагревания гарантирует безупречную равномерность закалки всех обрабатываемых деталей, и создает условия теплообмена при охлаждении, недостижимые в камерной печи.

- Точность: прямое перемещение из печи в закалочный бак позволяет лучше контролировать температуру на стадии закалки.

- Легкость в техобслуживании: благодаря доступности механических узлов.

- Отсутствие деформации подверженных износу деталей: ни один из подвижных механических узлов не подвергается воздействию высоких температур, что также позволяет продлить срок эксплуатации.

- Независимость модулей печь/бак: максимальная оптимизация их использования и, следовательно, высокая степень эксплуатации.

- Муфель цилиндрической формы для улучшения к.п.д.: воспроизводимость и превосходная однородность (± 5°C).

-  Контакт технологического газа только с жаропрочной сталью: быстрая загрузка и безупречная термохимическая однородность и, следовательно, значительная экономия энергопотребления по сравнению с печью камерного типа.

-  Муфель из жаропрочной стали позволяет быстрое кондиционирование сред для различных технологических процессов.

Согласно полученным результатам, данная линия тигельных печей, снабженная транспортной камерой с защитной атмосферой, представляет собой интересное решение для заказчиков, нуждающихся в обработке длинномерных изделий. При этом, гарантируется результат, сходный с получаемым в колпаковых печах.

Контакт: Уиса Бусбэн (Ouisa Bousbain)

SOLO Swiss Group

www.soloswiss.com

Línea automática de horno de retorta SOLO Swiss para la industria aeronáutica y automovilística

SOLO Swiss, fabricante de hornos de atmósfera controlada desde 1924 acaba de sacar a la luz una línea automática de tratamiento térmico tipo Profitherm 1000 para la industria aeronáutica y automovilística en Asia.

Esta línea SOLO Swiss, diseñada para tratar piezas de hasta 3 metros de longitud como árboles de transmisión de 45CrNiMoVA, consta de una campana de transferencia de cargas, un horno de retorta vertical de austenización, cimentación y carbonitruración de hasta 950 °C, una cuba de temple de aceite de 120 °C, un horno de revenido de N₂, una máquina de lavado con separador de aceite, un almacén de carga, descarga y almacenamiento de las cargas y un sistema de control y supervisión AXRON Swiss Technology (www.axron.com). El tratamiento se efectúa en atmósfera controlada para evitar cualquier alteración superficial de las piezas de pequeño diámetro.

Libro de especificaciones técnicas del cliente :

-     Temple homogéneo en toda la longitud de la pieza.

-     Descarburación inferior a 0,05 mm.

-     No existe descarburación y estructura homogénea según norma nacional de la aviación china HB5354.

-     No existe tolerancia de rebasamiento de la indicación de potencial de carbono.

-     Microestructura tras temple: carburo de clase ≤ imagen tipo 3; martensita de clase ≤ imagen tipo 3; austenita residual de clase ≤ imagen tipo 3.

-     Potencial de carbono controlado estrictamente y de manera estable entre 0,4-0,6%.

-     Control del enriquecimiento de hidrógeno.

-     Calentamiento de la carga de 1000 kg en menos de 2:30 horas.

-     Uniformidad de la temperatura del horno de ± 8°C.

-     Precisión de control de temperatura de ± 1°C.

-     Precisión de control de potencial de carbono de ±0.05%.

-     Gases requeridos: N₂, C₃H₈, CH₃OH+N₂.

-     Ocupación en el suelo: Longitud 20m, Ancho 4m, Profundidad 5m, Altura 5,10m

-     Sistema de diseño sencillo, de fácil utilización.

-     Reparación, cuidado y mantenimiento facilitados.

Esta instalación puede recibir cargas de hasta 850 mm de diámetro y 3000 mm de altura de un peso de 1000 kg para la industria aeronáutica, aeroespacial, automovilística y de armamento.

Flujo de las cargas en la línea según el esquema de la figura 1 :

Figura 1

El operario prepara la carga desde la estación 2.

Desde el momento en que se inicia la gama de tratamiento, se recupera la carga mediante la estación de transferencia n°1 que la transporta a la primera estación programada en el ciclo, en este caso, el horno de temple en la estación 3.

Una vez que se ha colocado la carga en el horno, puede comenzar el ciclo de tratamiento.

El transporte de la carga del horno a la cuba de aceite (estación 4) se realiza mediante la estación (campana) de transferencia, de esta manera, la carga puede moverse con protección gaseosa. Tras la colocación de la campana en la cuba de aceite, el ascensor de la campana de transferencia toma la carga para sumergirla en la cuba. El descenso del horno dentro de la cuba se realiza en menos de diez segundos.

Cuando se ha terminado el temple, las piezas pasan a la máquina de lavado (estación 5) para transferirlas a continuación al horno de revenido siguiendo la gama planificada.

Los gases :

En este caso, las piezas se tratan con un potencial de carbono controlado por una sonda de oxígeno y un analizador de CO/CO₂.

La atmósfera se obtiene en el horno de temple mediante craqueo directo del metanol.

El sistema de distribución de gas se compone de:

- dos caudales de metanol pulverizado mediante nitrógeno, equipados de control de caudal: un pequeño caudal para el tratamiento y uno grande para la transferencia de las cargas,

- un caudalímetro de masa para el propano, el aire y el amoniaco,

- tres caudales de nitrógeno ajustables individualmente (seguridad, purga y ciclo).

De esta manera, es posible pasar de una atmósfera de metanol a una atmósfera de metanol/nitrógeno en un momento, lo que permite trabajar tanto con CO de 32% para valorizar coeficientes de transferencia elevados como con porcentajes de CO inferiores para limitar la oxidación intergranular y disminuir de la misma manera el porcentaje de H₂ de la atmósfera cementante.

La gama puede estar compuesta de tantos bloques como sea necesario. Se pueden introducir todos los parámetros citados más abajo en cada bloque: temperatura, velocidad de aumento de temperatura, tiempo de mantenimiento del bloque, velocidad de la turbina, elección del gas portador, elección del gas adicional (NH₃), valor del CO, regulación del potencial de carbono, elección del medio de medición del potencial de carbono (sonda o analizador) regulación del potencial de carbono sin aire o sin propano, etc. La gama se convierte en una auténtica receta metalúrgica en la que cada parámetro es un ingrediente que podemos ajustar de manera independiente para optimizar el tratamiento al máximo. Cada bloque es el equivalente, por ejemplo, de una zona de un horno de empuje, la diferencia es que en este caso los bloques son ilimitados.

La atmósfera :

La introducción de metanol da el gas portador formado esencialmente de monóxido de carbono e hidrógeno, un gas cuyo coeficiente de transferencia de carbono es excelente.

CH₃OH  CO + 2H₂

CO + H₂0  CO₂ + H₂

CO + 3H₂  CH₄ + H₂0

2H₂O  2H₂ + O₂

Para la regulación del potencial, se necesita un fluido carburante rico en carbono con un contenido en oxígeno nulo, como por ejemplo el propano.

C₃H₈  3C + 4H₂

El propano, cuando se descompone, producen carbono que reacciona inmediatamente con el dióxido según la reacción:

C + CO₂  2CO

La función del fluido de carburante es mantener el potencial de carbono en un valor constante.

En carbonitruración, se añade amoniaco a la atmósfera de base. Una parte del nitrógeno de la disociación del amoniaco penetra en la red cristalina del acero provocando un aumento de la templabilidad.

2NH₃  N₂ + 3H₂

Los diferentes módulos :

a.     El Horno : (estación 2)

El horno consta de seis zonas de calentamiento independientes con una regulación en cascada para respetar la homogeneidad de ± 8 °C solicitada por el cliente en toda la altura del horno.

Está dotado de varios inyectores de gas, una turbina de última generación equipada con un variador de frecuencia.

Una mufla (campana) de acero refractario constituye el núcleo del horno para obtener una homogeneización correcta de los gases y un intercambio perfecto entre los gases y las piezas.

b.    La cuba : (estación 4)

La cuba, con una capacidad de 12 000 litros de aceite, consta de dos agitadores que se pueden activar de manera independiente para limitar al máximo las deformaciones en las piezas largas. Un enfriador permite mantener una temperatura homogénea, incluso durante el temple. También consta de un inyector de nitrógeno.

c.     La campana de transferencia : (estación 1)

Permite desplazar las cargas en caliente o en frío. Consta de varios sistemas de inyección de gas para posibilitar una transferencia horno/cuba dentro de una atmósfera protectora para evitar cualquier descarburación u oxidación. También posee una puerta para una mejor protección de la carga.

Su desplazamiento de una estación a otra se realiza con velocidades variables.

El variador del sistema de desplazamiento de la campana de transferencia garantiza un posicionamiento preciso.

d.    La máquina de lavado : (estación 5)

Se compone de dos cubas dispuestas en cascada, un sistema de aspersión por rampas de tubos orientables y calentador de baños que puede alcanzar hasta 100 °C.

Un recuperador de aceite, conectado a la máquina de lavado separa el aceite del agua y recicla el agua de lavado.

e.     El horno de revenido : (estación 6)

El horno de revenido, que puede alcanzar temperaturas de 650 °C, consta de gas de protección y de una turbina de palas orientada para obtener una mejor homogeneización de las temperaturas en torno a los 180 °C.

f.      La estación de preparación : (estación 2)

Una vez que el operario ha ensamblado la carga, ésta se coloca en esta estación de tránsito antes de dirigirse al horno de tratamiento por el intermediario de la campana de transferencia nº 1.

g.    El sistema de supervisión y control AXRON :

El sistema AXRON, con su interfaz gráfica intuitiva, es de uso sencillo: las funciones claras, con textos y alarmas en la lengua del cliente, facilitan su manejo. Es un sistema basado en los últimos estándares industriales con un material desarrollado 100% Siemens. El software es ampliable y modular, preciso y seguro: seguridad de los procesos en atmósfera controlada conforme a la norma ATEX.

 

Funcionalidades :

-     Regulación de la temperatura (cascada).

-     Regulación del porcentaje de C (sonda O₂ y analizador CO-CO₂).

-     Simulación off-line y cálculo on-line del perfil de difusión del carbono en la pieza, profundidad eficaz, carbono de superficie y medida de peso.

-     Pantallas de introducción de los parámetros de calibración de los instrumentos y captadores de medición (SAT) y del recinto de calefacción (TUS), trazabilidad de todas las modificaciones de parámetros (fecha, hora y nombre del operador).

-     Gestión de las familias, con noción de gama, ciclo, subciclo y bloque; estructura muy granular de los tratamientos y de los elementos funcionales. Marcha-parada por calendario semanal, inicio diferido de los tratamientos.

-     Gestión de las piezas: introducción de diversa información de la pieza (Nombre, Operación, Peso, Cliente, Comentarios e Información de carga), enlace pieza-familia.

-     Gestión de los archivos orientados de cargas, con múltiples criterios de búsqueda (Fecha, Familia, Pieza, N° de pedido, Orden de fabricación, item1, item2) configurables por el cliente. Generación de informes en papel.

-     Automatización de la carga, descarga y de la secuencia de temple, con funciones de seguridad de control manual, automatización completa de la instalación.

Ejemplo de datos (trends) en los archivos :

Gracias a estos sólidos fundamentos, el cliente dispone de:

·         una garantía de durabilidad de su elección técnica, que le asegura una excelente vida útil de su sistema.

·         un sistema con una ergonomía en constante mejora.

·         una capacidad de reacción a las averías muy flexible.

·         una integración simplificada en su gestión de producción.

La práctica muestra que con tal sistema, los tiempos de puesta en ruta son dos veces más rápidos con una interfaz, desde el inicio, muy apreciada por los operarios.

Rendimiento de la línea SOLO Swiss :

-      Seguridad: ningún contacto con las partes calientes.

-      Calidad: no existe oxidación durante la transferencia.

-      Fiabilidad: transferencia automática del horno hacia la cuba.

-      Emisión de efluente minimizada: el temple se realiza en un medio cerrado.

-      Económico: Gracias al diseño de la mufla alrededor de la carga, el consumo de los gases de tratamiento es mucho menor y, por ello, es menos costoso que el de los otros hornos clásicos de tipo batch.

-      Homogeneidad de temple: el diseño de la cuba de temple separada de la cámara de calentamiento garantiza una perfecta homogeneidad de temple en todas las piezas tratadas gracias a la calidad del intercambio térmico en la refrigeración nunca antes vista en un horno batch.

-  Precisión: la transferencia directa horno/cuba garantiza un mejor control de temperatura durante la fase de temple.

- Un mantenimiento más fácil por la accesibilidad a mano de todos los dispositivos mecánicos.

-  No existe deformación de los elementos de desgaste: ningún movimiento mecánico está sometido a altas temperaturas, lo que permite, de la misma manera, aumentar su vida útil.

-  Módulos horno/cuba independiente: optimización de su utilización al máximo lo que implica una tasa de ocupación elevada.

- Mufla de forma cilíndrica para obtener un mejor rendimiento: una reproductibilidad y una perfecta homogeneidad (± 5°C).

- El gas de tratamiento sólo está en contacto con elementos de acero refractario: tiempo de cambio rápido y perfecta homogeneidad termoquímica lo que implica un ahorro de energía significativo con respecto a un horno de tipo batch.

-  Mufla de acero refractario que permite el acondicionamiento rápido de las atmósferas de los diferentes tratamientos deseados.

Tras los resultados obtenidos, esta línea de hornos de retorta provistos de una célula de transferencia con protección gaseosa ofrece una solución interesante a los clientes que desean tratar piezas largas con la garantía de una calidad de tratamiento similar a los hornos de campana.

Contacto: Ouisa Bousbain

SOLO Swiss Group

www.soloswiss.com