RU2109840C1

RU2109840C1 - Method for hardening long articles made of aluminum alloys

Info

Publication number: RU2109840C1
Application number: RU93050745A
Authority: RU
Inventors: Юрий Степанович Старостин; Михаил Михайлович Крастелев
Original assignee: Юрий Степанович Старостин
Priority date: 1993-11-05
Filing date: 1993-11-05
Publication date: 1998-04-27

Abstract

FIELD: metallurgy, in particular, heat treatment of aluminum alloys, more specifically, hardening of long articles made of aluminum alloys. SUBSTANCE: method provides for hardening cooling of long articles placed in shell in vertical hardening unit. Cooling medium in hardening unit is used in the form of flow of highly dispersed air-liquid mixture produced by pressure spraying of liquid with subsequent separation into liquid and gas components, the latter is stored in closed volume of the unit. EFFECT: higher efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к металлургии, а именно к термической обработке алюминиевых сплавов. The invention relates to metallurgy, namely to the heat treatment of aluminum alloys.

Известен способ закалки длинномерных изделий, преимущественно из алюминиевых сплавов, осуществляемый в вертикальном положении в вертикально-закалочном агрегате, включающий нагрев до температуры растворения упрочняющих фаз, последующее охлаждение в охлаждающей среде со скоростью охлаждения, большей скорости выпадению упрочняющих фаз из твердого раствора. A known method of hardening of long products, mainly from aluminum alloys, carried out in a vertical position in a vertical hardening unit, comprising heating to a temperature of dissolution of the hardening phases, subsequent cooling in a cooling medium with a cooling rate greater than the rate of precipitation of the hardening phases from the solid solution.

В этом известном способе закалки нагрев и выдержку производят в вертикальной нагревательной печи закалочного агрегата, а охлаждение осуществляют в закалочном баке, расположенном под печью, наполненном охлаждающей жидкостью посредством окунания изделий после нагрева. In this known quenching method, heating and aging are carried out in a vertical heating furnace of the quenching unit, and cooling is carried out in a quenching tank located under the furnace, filled with coolant by dipping the products after heating.

Скорость опускания изделий в бак с охлаждающей средой в известном способе составляет 0,9 м/с, что характеризует скорость охлаждения изделий, максимальное время охлаждения изделий не может превышать 30 с, иначе снижается эффективность закалки. Таким образом, максимальная длина закаливаемых изделий составляет 0,9 м/с • 30 с = 27 м. The speed of lowering the products into the tank with the cooling medium in the known method is 0.9 m / s, which characterizes the cooling rate of the products, the maximum cooling time of the products cannot exceed 30 s, otherwise the hardening efficiency decreases. Thus, the maximum length of hardened products is 0.9 m / s • 30 s = 27 m.

Недостатками известного способа закалки являются следующие:
1) значительный объем воды в баке;
2) увеличенный расход электроэнергии на нагрев вследствие окунания изделия в бак перед нагревом, что требует затрат на испарение жидкости;
3) недостаточная эффективность охлаждения изделий в случае повышения температуры воды в баке;
4) образование "паровой рубашки" и газовых пузырей при охлаждении в воде под закалку;
5) образование облака пара при окунании под закалку;
6) ограничение длины изделий условиями окунания в бак с охлаждающей жидкостью;
7) опасность выброса отработанных вод из закалочного бака в открытый водоем.The disadvantages of this method of hardening are as follows:
1) a significant amount of water in the tank;
2) increased energy consumption for heating due to dipping the product in the tank before heating, which requires the cost of evaporation of the liquid;
3) insufficient efficiency of cooling products in the event of an increase in water temperature in the tank;
4) the formation of a "steam jacket" and gas bubbles when cooled in water for quenching;
5) the formation of a cloud of steam when dipping under quenching;
6) limiting the length of products by the conditions of dipping into the tank with coolant;
7) the risk of discharge of waste water from the quenching tank into an open reservoir.

Предлагаемое нами техническое решение устраняет указанные недостатки. Our proposed technical solution eliminates these shortcomings.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что охлаждение изделий при закалке осуществляется внутри оболочки. В качестве охлаждающей среды используют воздушно-жидкостную высокодиспергированную двухфазную смесь, заполняющую в виде потока все поперечное сечение внутри оболочки. Высокодиспергированная смесь в виде потока генерируется посредством распыления охлаждающей жидкости под давлением через форсунки. Поток охлаждающей среды после омывания изделий по всей длине разделяют (сепарируют) на жидкую и газовую составляющие, например, посредством конденсации и сбора охлаждающей жидкости из двухфазной высокодиспергированной смеси. Газовую составляющую сохраняют и используют в замкнутом объеме закалочного агрегата. Жидкую составляющую (конденсат) удаляют из агрегата в замкнутую жидкостную систему, где охлаждают и вновь подают на изделия. The essence of the invention lies in the fact that the cooling of products during hardening is carried out inside the shell. As a cooling medium, an air-liquid highly dispersed two-phase mixture is used, filling in the form of a stream the entire cross section inside the shell. A highly dispersed mixture in the form of a stream is generated by spraying coolant under pressure through nozzles. The flow of the cooling medium after washing the products along the entire length is separated (separated) into liquid and gas components, for example, by condensation and collection of the cooling liquid from a two-phase highly dispersed mixture. The gas component is stored and used in a closed volume of the quenching unit. The liquid component (condensate) is removed from the unit into a closed liquid system, where it is cooled and again fed to the product.

Суть предлагаемого способа поясняется чертежом, на котором изображен процесс охлаждения воздушно-жидкостной смесью в вертикально-закалочном агрегате. The essence of the proposed method is illustrated in the drawing, which shows the cooling process of the air-liquid mixture in a vertical hardening unit.

На чертеже даны следующие обозначения: 1 - закалочный бак, 2 - крышка лебедки, 3 - вертикальная печь нагрева, 4 - пространство нагрева, 5 - лебедка перемещения изделий, 6 - форсунки подачи жидкости, 7 - оболочка для охлаждения, 8 - охлаждаемые (закаливаемые) изделия, 9 - сепаратор двухфазного потока, 10 - каплеотделитель, 11 - конденсат, 12 - фильтр, 13 - насос, 14 - емкость для подпитки (восполнения потерь) замкнутой системы охлаждающей жидкости, 15 - теплообменник. The following notation is given in the drawing: 1 - quenching tank, 2 - winch cover, 3 - vertical heating furnace, 4 - heating space, 5 - product moving winch, 6 - liquid supply nozzles, 7 - shell for cooling, 8 - cooled (hardened ) products, 9 - a two-phase flow separator, 10 - a droplet separator, 11 - condensate, 12 - a filter, 13 - a pump, 14 - a tank for feeding (replenishing losses) of a closed coolant system, 15 - a heat exchanger.

Осуществление предлагаемого способа производят следующим образом. Изделия 8 через сухой бак помещают с использованием лебедки 5 в нагревательное пространство 4 печи 3 м нагревают. Бак закрывают крышкой 2. После выдержки изделия 8 опускают в бак 1, помещая внутрь оболочки 7 и генерируя одновременно двухфазную высокодиспергированную смесь. Поток высокодиспергированной смеси заполняет внутренний объем оболочки 7 и обтекает изделия 8. Интенсивность охлаждения высокодиспергированной смесью в 12 раз больше, чем окунание в охлаждающую жидкость, теплопередача которой близка к теплопередаче воды. Поскольку коэффициент теплопередачи двухфазной смеси при диаметре капель 0,3 мм и менее составляет α = 18 • 10³ ккал/(град • м² • ч), а коэффициент теплопередачи воды α = 1,5 • 10³ ккал/(град • м² • ч), при прочих равных условиях смесь охлаждает в 12 раз интенсивнее. Численные значения коэффициентов теплопередачи приводятся в литературе (см., например, Кремнев О.А., Сатановский А.Л. Воздушно-водоиспарительное охлаждение оборудования. - М.: Машиностроение, 1967, 240 с.).The implementation of the proposed method is as follows. Products 8 through a dry tank are placed using a winch 5 in the heating space 4 of the furnace 3 m is heated. The tank is closed with a lid 2. After holding the product 8 is lowered into the tank 1, placed inside the shell 7 and at the same time generating a two-phase highly dispersed mixture. A stream of highly dispersed mixture fills the internal volume of the shell 7 and flows around the product 8. The cooling rate of the highly dispersed mixture is 12 times greater than dipping into a cooling liquid, the heat transfer of which is close to the heat transfer of water. Since the heat transfer coefficient of a two-phase mixture with a droplet diameter of 0.3 mm or less is α = 18 • 10 ³ kcal / (deg • m ² • h), and the heat transfer coefficient of α = 1.5 • 10 ³ kcal / (deg • m ² • h), ceteris paribus, the mixture cools 12 times more intensively. The numerical values of the heat transfer coefficients are given in the literature (see, for example, Kremnev OA, Satanovsky AL Air-water cooling equipment. - M .: Mashinostroenie, 1967, 240 pp.).

На выходе из оболочки 7 двухфазный охлаждающий поток разделяют на жидкую и газовую составляющие пропуская через сепаратор 9. Выделяющуюся из двухфазного потока жидкость (конденсат) 11 откачивают насосом 13 в замкнутую систему, где ее охлаждают в теплообменнике 15 и вновь подают на изделие 8 через форсунки 6. Для восполнения неизбежных потерь в жидкостной системе устанавливают бак 14. At the outlet of the shell 7, the two-phase cooling stream is divided into liquid and gas components by passing through a separator 9. The liquid (condensate) 11 released from the two-phase stream is pumped out by pump 13 into a closed system, where it is cooled in the heat exchanger 15 and again fed to the product 8 through nozzles 6 . To compensate for the inevitable losses in the liquid system, a tank 14 is installed.

Отделенную из двухфазного потока газовую составляющую оставляют в замкнутом объеме закалочного агрегата. Выделенный из двухфазной смеси воздух, выходя из сепаратора в пространство бака 1, эжектируется в оболочку 7. The gas component separated from the two-phase flow is left in a closed volume of the quenching unit. The air extracted from the two-phase mixture, leaving the separator in the space of the tank 1, is ejected into the shell 7.

Реализация предлагаемого технического решения была произведена на моделях. Градиент падения температуры при охлаждении соответствует градиенту снижения температуры при закалке алюминиевых сплавов. The implementation of the proposed technical solution was made on the models. The gradient of the temperature drop during cooling corresponds to the gradient of the temperature drop during quenching of aluminum alloys.

Экономическая эффективность предлагаемого технического решения выражается следующим:
1) снижение в 10 - 15 раз объема охлаждающей жидкости;
2) сокращение энергозатрат на нагрев изделий (поскольку изделия загружают из сухого бака);
3) повышение в 12 раз эффективности охлаждения (коэффициент теплопередачи в предлагаемом способе выше, чем в известном);
4) равномерность закалки по длине и по всей поверхности (принципиальной невозможностью локальной недозакалки, так как исключается образование "паровой рубашки");
5) возможность увеличения длины изделий в несколько раз;
6) экологической чистотой (устраняются выбросы закалочной жидкости в открытые водоемы).The economic efficiency of the proposed technical solution is expressed as follows:
1) a decrease of 10 to 15 times the volume of coolant;
2) reduction of energy consumption for heating products (since the products are loaded from a dry tank);
3) an increase of 12 times the cooling efficiency (heat transfer coefficient in the proposed method is higher than in the known);
4) uniformity of hardening along the length and over the entire surface (the fundamental impossibility of local under-charging, since the formation of a “steam jacket” is excluded);
5) the possibility of increasing the length of products several times;
6) ecological purity (emissions of quenching liquid in open reservoirs are eliminated).

Claims

A method of hardening long products from aluminum alloys, including heating, holding and subsequent cooling in a cooling medium using a vertical quenching unit, characterized in that the products are placed in a shell during cooling, and a stream of highly dispersed air-liquid mixture generated as a cooling medium is used by spraying liquid under pressure, followed by separation into liquid and gas components, of which the gas component is stored in a closed volume agr Egate.