I. Proje Arka Planı ve Ekipman Özellikleri

Bu vaka çalışması, 1200×1200×1100 mm (çap × yükseklik) etkili çalışma alanına sahip dikey bir alüminyum alaşımlı hızlı soğutma fırınını içermektedir. Başlıca alüminyum alaşımlı döküm ve plakaların çözelti işlemi ve hızlı soğutulması için kullanılan döngü işletimli bir dirençli ısıtma fırınıdır. Ekipmanın nominal gücü 135 kW, nominal voltajı 380V üç fazlı 50Hz ve nominal sıcaklığı 650°C olup ayarlanabilir çalışma sıcaklığına sahiptir.

Bu ekipmanın yapısal konumlandırması, geleneksel kutu tipi soğutma fırınlarından farklıdır: iş parçaları fırının içinde asılıdır ve soğutma tankı fırın gövdesinin hemen altına yerleştirilmiştir. Fırın kapağı açıldıktan sonra iş parçası doğrudan suya düşebilir – bu dikey düzen, hızlı transferi sağlamanın fiziksel temelidir.

II. Sıcaklık Kontrolü ve Bölge Tasarımı

Sıcaklık kontrol sistemi iki katmanlı bir mimari kullanır. Üst katman, ısıl işlem proses eğrilerinin merkezi ayarı, kontrolü, izlenmesi, kaydedilmesi ve depolanmasından sorumlu 10 inçlik bir dokunmatik ekrandır. Alt katman, ±1°C kontrol doğruluğu ve bekleme aşamasında fırın sıcaklığı tekdüzeliği ±3°C içinde olan Eurotherm 3504 endüstriyel PID sıcaklık kontrol cihazları kullanır.

Isıtma bölgeleri, yıldız konfigürasyonunda bağlı 2 bölge olarak yapılandırılmıştır. Her bölge, aşırı sıcaklık alarm cihazı, program tamamlama göstergesi, sesli ve görsel aşırı sıcaklık alarmı ve otomatik akım kesme ile donatılmıştır. Sıcaklık kontrol cihazı, fırının gerçek termal özelliklerine göre optimum PID parametrelerini hesaplayan, ısıtma hızını aşırı salınıma karşı dengeleyen çevrimiçi kendi kendine ayarlama özelliğine sahiptir.

III. Fırın Astarlaması ve Isıtma Elemanı Konfigürasyonu

Fırın astarlaması standart refrakter elyaf pamuk kullanır, hem duvarlar hem de tavan tamamen elyaf yapılar olarak inşa edilmiştir ve toplam yalıtım kalınlığı en az 240 mm'dir. Elyaf katlanmış bloklar, kurulumdan önce ikincil ön sıkıştırmaya tabi tutulur, en az 230 kg/m³ sıkıştırılmış yoğunluğa ulaşır ve paslanmaz çelik yuvarlak çubuklarla fırın tavan kabuğuna sabitlenir. Bu yapı düşük termal iletkenlik, düşük ısı kapasitesi, iyi termal stabilite ve termal şok direnci sunar. Sabitleme bileşenleri 1Cr18Ni9Ti paslanmaz çelik sacdan damgalanmıştır.

Isıtma elemanları, işlem hasarını önlemek için özel kalıplarla preslenmiş 0Cr25Al5 alaşımlı direnç şeritleridir. Direnç şeritleri, kolay ve hızlı bakım ve değiştirme sağlayan özel seramik vidalarla sabitlenir. Kurulum sırasında, elyaf yüzey ile şerit arasındaki doğrudan teması önlemek ve böylece şeritten ısı dağılımını artırmak için elyaf duvar ile direnç şeridi arasına seramik rondelalar yerleştirilir. Hem seramik vidalar hem de rondelalar yüksek alümina malzemeden yapılmış ve yeterli mukavemet ve hizmet ömrü sağlamak için yüksek sıcaklıklarda sinterlenmiştir. Direnç şeritleri, ısı dağılımını ve hava akışını kolaylaştıran fırın odasının etrafına asılır. Isıtma elemanları yıldız bağlantı kullanır, yüzey yükü 1.6 W/cm²'nin altında kontrol edilir – bu değer, direnç şeritleri için geleneksel tasarım limitinin altındadır ve sık ısıtma ve soğutma döngüleri altında eleman hizmet ömrünü uzatmak için tasarlanmıştır.

IV. Sıcak Hava Sirkülasyonu ve Hava Yönlendirme Sistemi

Fırın tavanına 7.5 kW nominal güçlü, yüksek sıcaklığa dayanıklı bir sirkülasyon fanı monte edilmiştir. Fan malzemesi, deformasyonu önlemek için uzun süreli yüksek sıcaklıklara dayanacak şekilde tasarlanmıştır, yüksek sıcaklıktaki tavan ortamına uyum sağlamak için hava soğutmalı yataklara sahiptir. Hava yönlendirme davlumbazı, fan tarafından üretilen merkezkaç kuvvetinin boylamsal bileşenini en üst düzeye çıkararak sıcak havayı aşağı doğru iter. Hava daha sonra iş parçasını baypas eder ve alttan fan girişine geri çekilir, kapalı bir sirkülasyon döngüsü oluşturur. Bu hava akış yolu, fırın odası içindeki sıcaklık alanı tekdüzeliğini sağlar ve asma yükleme yönteminin destekleyici bir tasarımıdır – iş parçalarının etrafında herhangi bir engel yoktur, bu da havanın içinden geçmesine izin verir.

V. Malzeme Sepeti Kaldırma ve Fırın Kapısı Kilitleme Mekanizması

Malzeme sepeti kaldırma mekanizması, bir elektrikli vinç, halka kaldırma zinciri ve palanga bloklarından oluşur. Vinç, dakikada 18 metreye kadar halat hızıyla çift hızlı, elektrik kontrollü bir ünitedir ve suya hızlı iniş gereksinimini karşılar; yükseliş aşaması, iş parçası ve sepet fırına girdiğinde atalet etkisini azaltmak için yavaş hızı kullanır. Vinç, herhangi bir konumda durmasını sağlayan kademeli kontrol ve kendi kendini kilitleme cihazına sahiptir. Yüksek sıcaklıktaki fırın ortamı göz önüne alındığında, 16Mn halka zinciri kullanılır. Palanga sistemi, fırın gövdesinin üst kısmına monte edilmiştir, 4 palanga ve 4 yatak setinden oluşur, sepetin sorunsuz kaldırılıp indirilmesini sağlar.

Fırın kapısı, fırın gövdesinin altında bulunur ve yanlardaki kılavuz raylarla yatay hareketini koruyarak yanlara doğru hareket eder. Kapı açma ve kapama bir silindir tarafından tahrik edilir. Kapatırken, silindir kapıyı kapalı konuma iter ve yanlardaki bir kol mekanizması aracılığıyla kapıyı fırın gövdesine sıkıca bastırmak için yukarı kaldırarak baskı uygulamaya devam eder. Kaldırma mekanizması ve fırın kapısı mekanizması kilitlidir: kaldırma mekanizması yalnızca fırın kapısı tamamen açıldıktan sonra (bu noktada ısıtma elemanı gücü kesilmiştir) güçlendirilebilir ve çalıştırılabilir. Bu kilitleme mantığı, kapı açık olmadığında yanlış kullanımdan kaynaklanan ekipman hasarını önler.

VI. Soğutma Transfer Süresi ve Soğutma Tankı

Soğutma transfer süresi, fırın kapağının açılmasından iş parçasının suya tam daldırılmasına kadar geçen süre olarak tanımlanır ve tasarım gereksinimi 10 saniyeden fazla olmamaktır. Bu parametre, alüminyum alaşımlı çözelti işlemi için kritiktir – transfer süresi ne kadar kısaysa, soğutma hassasiyet aralığındaki soğutma hızı o kadar yüksek olur ve yaşlandırma güçlendirme etkisi o kadar iyi olur.

Soğutma tankı, 2.2 kW'lık bir motor tarafından tahrik edilen mobil bir yapıdadır. Tankta, soğutma sırasında suyu sürekli olarak karıştırarak su sıcaklığını tekdüze tutmak ve iş parçası yüzeyinden ısı transferini hızlandırmak için iki adet 3 kW'lık sirkülasyon pompası bulunur. Tank, 5 mm kalınlığında çelik levhadan kaynaklanmıştır ve sızdırmazlık testinden geçirilmiştir. Mobil araba, 12# kanal çeliğinden kaynaklanmıştır, ön bölüm malzeme çerçevesi çalışma masası alanı ve arka bölüm su tankı olarak hizmet eder, üç tekerlek seti (bir set tahrik tekerleğidir).

VII. Proses Eylem Sırası

Tam ekipman eylem sırası aşağıdaki gibidir: manuel yükleme → soğutma arabası fırın gövdesinin altına hareket eder → fırın kapağı açılır → malzeme çerçevesi kaldırma mekanizması iner → manuel kanca takma → malzeme çerçevesi yükselir → fırın kapağı kapanır → proses süresine göre ısıtma ve bekleme → çözelti işlemi biter → karıştırma suyu pompası çalışır → fırın kapağı açılır → malzeme çerçevesi iner → malzeme çerçevesi hızla suya girer ve soğutulur → malzeme çerçevesi yükselir → soğutma arabası çıkar → malzeme çerçevesi iner → manuel kanca çıkarma ve ardından fırın açıklığına geri dönme → fırın kapağı kapanır → manuel boşaltma → bir sonraki döngü başlar.