Víceúčelová linka chemicko-tepelného zpracování

Víceúčelová linka chemicko-tepelného zpracování švýcarského výrobce Codere výše uvedenými výhodami disponuje. Jednotlivé komponenty systému jsou konstruovány jako autonomní moduly, které lze kombinovat podle požadavků zákazníka. Stejně jako ostatní zařízení umožňuje i tento systém zpracovávat vsázky v pasivní či aktivní atmosféře. V případě, že jsou v kalírně instalovány např. jen tři moduly – pračka, cementační pec a olejová lázeň –, uspořádání modulů bude lineární (jako na obrázku 1). V případě instalace dalších modulů, jako jsou např. další cementační pec, solná lázeň, popouštěcí pece, další pračka, šaržovací pracoviště a mezisklad vsázek, bývá výhodné postavit linku do dvou paralelních linií s uličkou, kterou projíždí manipulátor.

Obr. 1. Schematické znázornění víceúčelové linky tepelného zpracování modulární konstrukce
(1) Manipulátor, (2) alkalické praní, (3) víceúčelová pec pro zpracování do 650 °C, (4) komora pro chlazení/kalení v plynu, (5) Víceúčelová pec pro zpracování do 1 100 °C, (6) kalicí lázeň.

Klikněte pro obrázek pro zvětšení.

Základem linky bývá víceúčelová zvonová pec (5) o pracovní teplotě do 1 100 °C s pravolevým pojezdem, užívaná pro předehřev, austenitizaci, cementaci, nitrocementaci, žíhání a pájení natvrdo (dále jen cementační pec). Po založení vsázky do pece a dosažení požadované teploty vsázky se pec i se vsázkou přesune pomocí jednoduchého kluzného systému nad kalicí lázeň, do které je vsázka následně během několika sekund spuštěna. Vsázka je tak po celou dobu zpracování chráněna pecní atmosférou a nedochází k jejímu oduhličení. Přesun pece spolu se vsázkou je řešen tak, aby nebylo nutno roštovou sestavu do retorty uzamknout; není tedy nutné periodicky měnit mnoho náhradních dílů. Hlavními výhodami však zůstávají transfer vsázky bez nutnosti otevírat pec, minimální únik tepla během procesu a fakt, že obsluha pece není vystavena účinkům působení sálavého tepla při vyjímání vsázky.

Kalení či ochlazení po cementování se provádí v kalicích lázních s kapalnými médii (voda, polymer, olej, sůl) (6) či v plynné (dusíkové nebo vzduchové) lázni (4). Právě integrace různých kalicích prostředí v jedné jediné lince umožňuje provádět různorodé tepelné zpracování. Lázně je možno umístit na libovolnou stranu pece, příp. na obě dvě strany. V praxi však bývá častější případ, kdy z kapacitních důvodů je ke dvěma pecím přiřazena jedna lázeň. Lázně jsou typově navrženy pro stejnou velikost vsázky jako pec a tvoří autonomní část modulárního systému. Typy s kapalnými médii jsou vybaveny míchadly zajišťujícími účinnou cirkulaci média kolem vsázky a tím její rovnoměrné ochlazení. Konstruují se pro pracovní teplotu oleje 100 °C nebo 200 °C, v případě solné lázně do teploty 450 °C. Lázně plynné jsou konstruovány jako stejnotlaké, tzn. tlak ochranného plynu či vzduchu je zhruba stejný jako atmosférický, příp. přetlakové, kdy přetlak ochranného plynu i vzduchu činí cca 1–6 bar.

Dalším autonomním modulem linky může být víceúčelová zvonová pec (3) o běžné pracovní teplotě do 650 °C, na základě požadavku zákazníka i vyšší (dále jen popouštěcí pec). Slouží k předehřevu, popouštění, žíhání, nitridaci, karbonitridaci a oxinitridaci, včetně možnosti ochlazení vsázky přímo v peci. Jako opci je možno nabídnout i zmrazování vsázky do –120 °C. Tato pec existuje v plynotěsném provedení, i v provedení bez retorty. Typorozměr popouštěcí pece je vždy shodný s typorozměrem cementační pece, lázně atd. Zakládání vsázky do pece se děje buď z běžné zakládací roviny, tzn. z úrovně, ze které se zakládá do cementační pece či do lázně – v tomto případě se zvon pece zvedne nahoru a po založení vsázky znovu spustí dolů; popouštěcí pec je rovněž možné konstruovat se spodním zakládáním – v tomto případě se vsázka zakládá pomocí výtahu zespodu pece.

Úvodní stejně jako finální operací nebo mezioperací cyklu chemicko-tepelného zpracování bývá praní vsázky. Pračky jsou opět integrovaným modulem linky (2) a jsou konstruovány tak, aby byly kompatibilní s typorozměrem jednotlivých modulů. Praní lze provádět ostřikováním nebo ponorem, poté následuje sušení vsázky. V případě kalení do soli nabízí firma Codere osazení pračky odlučovačem soli, který významným způsobem sníží objem odpadního koncentrátu a sníží spotřebu soli v lázni – vynesenou sůl lze vrátit zpět.

Výše popisovaná modulární linka je konstruovaná pro velký rozsah hmotností vsázky – od 6 kg do 5 000 kg. Manipulace se vsázkou tedy hraje v obsluze linky podstatnou roli (pouze transfer vsázky z cementační pece do lázně probíhá bez manipulátoru - viz cementační pec). Výhodou linky Codere je zejména – až na výjimky týkající se zakládání do popouštěcí pece (viz výše) jednotná zakládací rovina. Ta také umožňuje do určité hmotnosti vsázky užití jednoduchého manipulátoru (manuálního či automatického) připevněného k tělesu linky, aniž by bylo nutno složitě instalovat přídavné zařízení před pecí. Samozřejmě je rovněž možné do pece zakládat ručním či elektrickým manipulátorem dodávaným výrobcem nebo podle volby zákazníka. U linek s několika moduly a velkou kapacitou zpracování je výhodou instalovat automatický manipulátor, který pracuje v okruhu 360° a s výhodou obslouží i pracoviště pro vychystání vsázky a mezisklad vychystaných vsázek; všechny tyto komponenty dodává výrobce jako opce.

Výčet výhod modulární linky chemicko-tepelného zpracování by nebyl úplný, kdyby nebylo zmíněno řízení procesu zpracování vsázky. Děje se tak pomocí systémů a regulačních prvků firmy Econox, se kterou firma Codere na poli regulace dlouhodobě spolupracuje.

K jednotlivým zařízením Codere, ale i k zařízením jiných výrobců je dodáván zejména systém Econox Controller CarboMonitor 700, který je schopen nezávisle řídit každý modul linky, především regulovat teplotu a řídit atmosféru. Jeho nespornou výhodou je schopnost komunikace prostřednictvím Ethernetu, vizualizace a ovládání i na dálku z několika různých míst a možnost připojení k regulační síti. Je kombinován s několikajazyčným grafickým displejem. Carbomonitor je schopen regulovat pět topných zón pece – každou se dvěma termočlánky, stejně jako řídit ochlazování (prostřednictvím ventilátoru nebo výměníku). Co se týče řízení pecní atmosféry, reguluje a řídí uhlíkový potenciál prostřednictvím kyslíkové sondy nebo lambda sondy, řídí poměr CO2 a ochrannou atmosféru N2, řídí proplach kyslíkové sondy, ovládá až dva další plynové ventily (hmotnostní průtok, proporcionální ventily), řídí až tři další plynové okruhy, případně ovládá další senzory podle určení pece. Řídí max. 99 bloků rozvětveného programu, umožňuje programování zvoleného cementačního profilu (°C, požadovanou hloubku a tvrdost) a řídí ohřev a ochlazování rampami ve °C.h-1. Cyklus tepelného zpracování je spouštěn a zastavován manuálně nebo automaticky. Umožnuje instalaci přídavného výstupu úrovně teploty a jmenovitého potenciálu pro externí záznamové zařízení. Software je k dispozici i v češtině.

Dalším významným produktem je řídicí software Carbomanagement, který lze instalovat na běžném PC. Zajišťuje detailní management cyklů chemicko-tepelného zpracování a jejich dohledatelnost podle běžných standardů. Detailní záznam cyklů zahrnuje předpisy pro vsázku, programovatelný cyklus chemicko-tepelného zpracování, předpokládané časy pro založení/vyložení vsázky, čas pro zkrácení/prodloužení teplotního cyklu a vazbu na předchozí cyklus. Zobrazuje vývojové křivky jmenovitých a skutečných hodnot v reálném čase (uhlíkový potenciál, teplotu), zobrazuje probíhající pochody v jednotlivých modulech i v celé lince. Vytváří kompletní záznam o zpracování zahrnující všechny informace pro management kvality – historii zpracování lze vyhledávat podle data, čísla vsázky, počtu kusů, použitého modulu či podle zákazníka. Dokáže vizualizovat, exportovat, importovat a modifikovat technické parametry z Carbomonitoru. Umožňuje řídit vsázku pomocí čarového kódu, informuje o případném spuštění alarmu zařízení na pevnou nebo mobilní telefonní linku a napomáhá řízení preventivní údržby. Neméně důležitou výhodou pro management kalírny je možnost propojení tohoto softwaru se všemi kompatibilními databázemi SQL. Je taktéž k dispozici i v českém jazyce.
Kyslíkové sondy tvoří nedílnou součást produktové palety společnosti Econox. Za zmínku stojí zejména kyslíková sonda Econox ZIpro, která jako měřicího prvku užívá kuličku z oxidu zirkoničitého. Tato sonda se vyznačuje zejména odolností proti teplotním šokům (lze ji rychle vložit do pece či vyjmout z pece bez nutnosti teplotní adaptace).

Závěrem je nutno podotknout, že výhody linky chemicko-tepelného zpracování Codere s úspěchem využívají zákazníci z mnoha oblastí průmyslu – výrobci strojních součástí, výrobci v oblasti automotive, nástrojáři, zakázkové kalírny, letecký průmysl, zbrojní průmysl a zpracovatelé speciálních ocelí.

Galika, umístění na MSV: pavilon P, stánek 36

Ing. Lumír Dufek
l.dufek@galika.cz
www.galika.cz