当前位置:首页>行业资讯>技术应用>资讯内容

冷处理与空气制冷

发布日期:2017-04-21 来源: 本网 查看次数: 30 作者:admin

核心提示:  硬度、耐磨性,从而提高使用寿命,并可使工件尺寸稳定及提高工件的铁磁性。国内外冷处理所采用的冷源,大多用昂贵的液氮,从而大大增加了冷处理成本。本文详细介绍了以空气制冷为冷源的冷处理,不仅可满足大小尺

  硬度、耐磨性,从而提高使用寿命,并可使工件尺寸稳定及提高工件的铁磁性。国内外冷处理所采用的冷源,大多用昂贵的液氮,从而大大增加了冷处理成本。本文详细介绍了以空气制冷为冷源的冷处理,不仅可满足大小尺寸,批量工件的冷处理下马氏体点温度-55至-120丈的要求,冷处理过程无污染公害,不会发生工件裂痕隐患,而且可使冷处理成本大幅度降低。目前,空气制冷应用于冷处理,只有中国拥有这项技术,在加人WTO之后,这是参与国际竞争的优势。

  0概述高碳钢与高碳合金工具钢等工件淬火后,都会有残余奥氏体存在,因此工件不可能达到最高的硬度,而且工件内的奥氏体还会在常温下逐渐分解,使工件尺寸发生变化,这对许多精密工件是绝对不允许的,于是人们在生产实践中摸索出了一种冷处理方法。工件在淬火后须立即降温到钢的下马氏体点温度(M2),使工件内的残余奥氏体迅速转变为马氏体,故冷处理已公认为热处理的延伸工序,经过冷处理常可达到以下目的:提高钢制工件的硬度及耐磨性,从而延长钢制工件的使用寿命;使钢制工件的尺寸稳定,防止工件在使用过程中发生变形,造成机械故障或测量精确度出错;提高钢制工件的铁磁性。

  冷处理工艺最早起源于法国,1956年以后逐渐在中国推广应用,如今已成为世界公认的必不可少的机加工工序。但是,冷处理必须在淬火后立即进行,特别是碳素钢,否则就会达不到冷处理预期效果。因为淬火后钢制工件内的残余奥氏体会在常温下趋于稳定状态,故而淬火后的钢制工件若在常温下停留过长,再冷处理残余奥氏体就不易转变为马氏体。另外,必须指出的是所有冷处理工件,在任何情况下,都不允许将钢制工件直接接触冷却剂(液氮、液空)等,而只能在液氮汽化为低温氮气介质中进行冷却,如果直接将液氮喷淋在工件上或将工件直接浸泡在液氮中,都会使工件产生裂痕隐患,造成机械故障等无法挽救的后果。

  冷处理的温度选定:冷处理的温度是以钢的下马氏体点(Mz)来决定,实践中大多数钢的下马氏体点不低于-80丈,碳工具钢Mz温度为-30T至-50合金工具钢(Mz)温度为-40的Mz钢Mz 1冷处理获得冷源的方法及成本比较国外至今广泛采用液氮为冷处理冷源,国内目前大多数工厂通常采用低温箱、干冰及液氮等三种方法。冷处理以空气制冷为冷源,是我国的发明,起源于1975年9月,在西安红旗机械厂协助下,工业试验成功,并沿用至今。该厂曾用复叠式低温箱冷处理,失败后改用干冰溶于洒精来冷却飞机涡轮轴,齿轮等零部件,要求-80丈,实际只能维持在-75T,这时飞机零部件的使用寿命仅为300飞行小时,自从改用空气制冷后,冷处理温度常在-100 - 130t范围,飞机零部件的使用寿命延长到800飞行小时,而且冷处理成本从2060元/h工件降到91.7%元/h工件。

  表1.空气制冷与其它冷源冷处理成本比较元/h工件空气制冷液氮汽化液氮喷淋、浸泡千冰低温箱5卜2冷处理各种冷源的适应范围低温箱提供冷处理冷源:它是一种间接冷却,载负荷情况下工件冷却速度很慢,往往载荷冷却到- 80丈,需要5h以上,它只适用于微小工件,而且冷处理批量豸10kg/批工件。

  干冰溶于酒精提供冷源:工件直接浸泡在被干冰冷却到-75尤左右的酒精内,再不断投人干冰使酒精维持在-75t,由于工件与冷冻酒精的温差小,所以冷处理的工件不至于产生裂痕等缺陷,但它也只适用于小尺寸工件及冷处理小批量(30~50kg/批)范围,尤其是只适合于下马氏体点温度Mz>钢制工件。

  液氮汽化后以低温氮气提供冷源:它是以-196的氮气直接与工件热交换,可适用于大尺寸,重量在3050t/批工件范围,可适用于各-120T下马氏体点温度MZ的钢制工件。

  液氮喷淋,浸泡冷却法:它容易使钢工件产生裂痕,而且冷处理成本极高,故而不宜采用。

  空气制冷提供冷源:它提供冷空气与钢制工件几乎同步降温,即使载负荷情况下降温速度也很快,最低温度可达矣50完全可满足下马氏体点温度Mz矣-120T钢制工件的冷处理要求,可适用于任何尺寸的工件及各种重量工件批量的冷处理,它最大优点是冷处理质量高,成本极低。

  3空气制冷原理空气制冷应用于钢的冷处理,是我国的一项发明,对于国内外企业竞争来讲,这是我国独特的优势。

  它以压缩空气为气源,压缩空气经干燥,预冷后引入绝热条件下的透平膨胀机、干燥、预冷的压缩空气在透平膨胀机中绝热等熵膨胀对外作功,膨胀时得不到外界热源的支持,只得以消耗自身的内能来维持膨胀,故而膨胀后的低压空气,其温度、焓值迅速下降,以此低压、低温空气输人冷处理工件冷箱,与工件直接热交换,使工件迅速降温,从冷箱排出的低温返流空气,它本身具有很大冷却热量及高干燥度,故将此返流空气引人空气制冷装置的热交换器,去预冷新进入装置的压缩空气,最后被加热到接近常温排出装置,由此该装置冷却热量利用率可达90%94.3%之间,这是其它冷源无法比拟的。

  4空气制冷冷处理应用发展情况1975年9月工业试验时,使用的透平膨胀机是滚珠轴承式的,它原来是应用于飞机舱内空调,应用温度在25~28t的范围内;在工业试验的年代,我国气膜轴承式透平膨胀机尚处于研究阶段,还没有成熟产品,80年代初,气膜轴承式透平膨胀机已成为成熟产品,故而推广使用的工厂逐步以气膜轴承透平膨胀机替代了滚珠轴承透平膨胀机,也有的厂使用油压轴承透平膨胀机(如四川某重机厂)。滚珠轴承透平膨胀机应用于冷处理其最突出的缺点是滚珠轴承内油脂受-100T至-150T低温影响会凝成固体,滚珠极易磨损,须经常更换,增加维修工作量。但是它也有许多优点:首先是价格很低,仅为气膜轴承透平膨胀机的1/20,重量仅为气膜轴承透平膨胀机的1/10,体积仅为1/3,而且拆装非常方便,只需0.3h即可拆换,故而至今仍使用滚珠轴承膨胀机的单位还不少。但从发展观点看,应该采用气膜轴承透平膨胀机,以便在国内外冷处理行业推广,它具有使用寿命长,维修工作量小,绝热膨胀效率高等优点。

  5液氮汽化法液氮冷却热量可资利用率及成本分析S.1液氮汽化法冷却热量可资利用率:液氮冷却热量由以下三部分组成:Qsi)冷处理过程中每升液氮汽化成冷氮气以- 120丈状态从工件冷箱排放到大气中的冷损:196冷氮气与工件热交换后成为120t冷氮气,这部分冷却热量就是可利用的冷却热量:5.2液氮汽化法冷处理成本分析:每吨钢工件预冷过程的成本:所耗的液氮量L4:~7元/L,取3元/L,计算每吨工件冷处押预冷成本¥卜每吨钢工件保温过程的成本:从-120状态下保温2h过程所耗液氮量L2tU每吨钢工件冷处理耗液氮量XLt及成本l:¥t:L'Lt 6空气制冷提供冷处理冷源的经济分析每吨钢工件预冷所耗空气量及费用:每吨钢工件从30降温到-120并连续保持5h,经验数据每立方米压缩空气可提供冷却热量1.67xl/m3,则新需要空气量:5/40=2250mVh每m3压缩空气综合成本为0.040元,则每吨工件预冷所需费用¥:每吨钢工件保温2h,所耗空气量及费用:工件冷箱内在-120丈状态下,保温2h所需空气量丨:(低温空气为-150尤)每吨钢工件冷处理成本X元/t由此可知液氮冷处理成本比空气制冷成本高出218倍,每吨钢工件采用空气制冷,则冷处理成本可降低2.112万元/t,如年冷处理工件为73801/年,则每年该企业可获净利润¥:H厶7空气制冷冷处理工艺流程图及说明空气制冷冷处理工艺流程图:空气制冷冷处理工艺流程说明:空气吸入空气压缩机,二级压缩后经水冷却器,冷处理工艺流程图冷却到30~35丈,引入油水分离器除去压缩空气中的冷凝油和水滴,再进人干燥器,使压缩空气干燥度达到-60至-80T露点,干燥后的压缩空气引人冷箱中的热交换器进行预冷,预冷后的干燥压缩空气引入透平膨胀机进行绝热等熵膨胀,膨胀到0.01kg/cm3(表压)、温度为120至150t状态直接从顶部送入工件冷处理箱,低压、低温的干燥空气与工件直接进行热交换,然后成为-100至-120丈,压力为005-0.007kg/cm3(表压)状态的返流空气、逆向引人热交换器的绕管外去预冷新进人热交换器绕管内的压缩空气,返流空气被复热到常温后引人透平膨胀机的同轴风机,进行加压升温,然后再经电加热器加热到200丈左右逆向引入需再生的干燥器,最后返流空气带着水分及杂质从干燥器顶部排人大气。

  钢工件在冷处理箱内从30降到-120T,一般只需1.0~1.2h.对尺寸小的工件无需预冷,一般只需2.0h即可满足冷处理要求。

  8空气制冷装置的投资估计空气制冷装置的投资,根据冷处理工件的吨位(每批多少吨)、工件尺寸及年冷处理批量而定,一般价格系数在0.025 ~0.4万元/吨年之间,与液氮汽化冷处理相比,空气制冷装置的投资一般只需2~4月即可全部回收。

  例1:某轧辊厂年冷处理工件为600 t,用液氮作冷源年耗液冷源年耗液氮费用140.4万元,空气制冷年运行费用综合成本仅10. 03万元/年,投资仅56.28万元。改用空气制冷后每年可节省130余万元/年,可见只需5.5个月就可以回收全部投资。

  例2:某特钢厂年冷处理工件7 380t,用液氮作冷源,年耗液氮费用863.44万元,空气制冷年运行费综合成本仅37.57万元/年,投资仅168.99万元。

  改用空气制冷后每年可节省826.42万元。可见只需要25个月就可以回收全部投资。

  总之年冷处理吨位、批量越大,选用空气制冷价格系数越小;年冷处理量小的,则该选价格系数偏大。

  9空气制冷应用于冷处理的优点)冷处理成本低,仅为液氮汽化法的1/218;干冰溶于酒精法的1/40;低温箱的1/32;工件冷却与冷处理环境温降是同步进行的,所以冷处理质量篼,而且降温速度快;与液氮,干冰及氟利昂等冷冻剂比,空气作为冷冻介质,对环境绝对无污染;冷冻介质是空气,无需购买,可以随时随地进行冷处理;空气制冷装置自改为气膜轴承式透平膨胀机后,常年运行几乎没有维修工作;空气制冷装置在载负荷情况下,从启动到温―般只需1h足够了。

  国防科技工业铸、锻、焊、热处理工艺技术改造交流会议为了提高国防科技工业铸、锻、焊、热处理工艺技术现代化水平,加速科技成果转化,用先进技术对旧生产线及旧设备技术改造。国防科技工业科技成果推广转化研究中心主办、新技术新工艺杂志社协办,于2002年4月1~4日在无锡举办“国防科技工业铸、锻、焊、热处理工艺技术改造交流会议”。同时组织参观2002铸造、锻压及工业炉(无锡)展览会。

  典型零件热处理设备及技术改造经验。

  保护气氛、可控气氛及真空热处理。

  热处理质量控制及热处理工艺材料。

  造型、制芯、熔炼、保温、浇注技术及设备。

  砂处理与旧砂再生技术及设备。

  铸造材料、检测仪器设备的应用。

  锻压设备(蒸汽锤改电液锤)使用及改造经验。

  锻压模具制造技术及新型模具材料。

  焊接工艺、材料、仪器、设备的研究及应用。

  请有关部门科技人员根据实际情况认真总结、撰写。请于2002年3月8日前将发言内容及新产品资料寄到会务组。

  地址:北京市海淀区车道沟10号科技楼708乘车路线:无锡火车站乘观光2线到离园开发区汇光站下车(票价1元)无锡汽车西站乘40路汽车到环湖站下车

网友评论

共有0条评论
马上注册
在线客服系统