Установка со сборным анодным блоком для электродуговой обработки металлических изделий

Изобретение относится к оборудованию для удаления с поверхности металлических изделий окалины, ржавчины, оксидных пленок, органических смазок, различных загрязнений и поверхностных вкраплений с помощью электродугового разряда (ЭДР) в вакууме. Данное устройство может быть использовано на предприятиях черной и цветной металлургии, заводах по производству и обработке металлических широкополосных лент, труб, и проката различного сортамента. Согласно изобретению, установка для обработки металлического изделия содержит вакуумную камеру с входным и выходным уплотнителями, систему протягивания металлического изделия через камеру, систему вакуумирования, систему возбуждения ЭДР с анодным блоком и источником питания, который может быть единым для всего анодного блока или может состоять из набора отдельных источников для индивидуального питания каждого анодного элемента. При этом, анодный блок может быть выполнен в виде сборки из анодных элементов, равномерно расположенных по поперечному сечению обрабатываемого изделия. Анодный блок может представлять собой сборку из механически не скрепленных элементов либо сборку из элементов, механически скрепленных посредством теплопроводного материала, электрическое сопротивление которого больше, чем сопротивление материала анодных элементов. Анодный блок может представлять собой сборку из электрически соединенных (или не соединенных) элементов, на которые подаются одинаковые или разные токи. Конфигурация расположения элементов в анодном блоке может повторять конфигурацию поперечного сечения обрабатываемого изделия с возможностью регулирования зазора между анодными элементами и поверхностью обрабатываемого изделия. Анодный блок может быть снабжен системой охлаждения элементов, как индивидуальной для каждого элемента, так и общей для всех элементов анодного блока.

Область техники

Полезная модель относится к оборудованию для удаления с поверхности металлических изделий окалины, ржавчины, оксидных пленок, органических смазок, различных загрязнений и поверхностных вкраплений с помощью электродугового разряда (ЭДР) в вакууме. Данное устройство может быть использовано на предприятиях черной и цветной металлургии, заводах по производству и обработке металлических широкополосных лент, труб и проката различного сортамента.

Известна установка для обработки металлических изделий, содержащая вакуумную камеру с входным и выходным уплотнителями, систему протягивания изделия через камеру, систему вакуумирования, систему возбуждения ЭДР с электродуговыми модулями (патент РФ 2152454 С1, кл. С23С 14/02, 2000).

Недостатком данной установки является ее непригодность для очистки изделий сложной конфигурации.

Из известных установок для обработки металлических изделий наиболее близкой по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является установка для обработки металлического изделия, содержащая вакуумную камеру с входным и выходным уплотнителями, систему протягивания металлического изделия через камеру, систему вакуумирования, систему возбуждения ЭДР с анодным блоком и источником питания (патент РФ 2145645 С1, кл. C23F 4/00, 2000).

Недостатком данной установки является ее низкая производительность, связанная с тем, что для обеспечения требуемого качества очистки, дугу ЭДР необходимо многократно перемещать вдоль обрабатываемого изделия сначала в одном направлении, а затем - в противоположном. Кроме того, для очистки длинномерных изделий сложной формы требуются специальные устройства для их вращения.

Сущность полезной модели

Техническим результатом полезной модели являются повышение качества очистки металлических изделий, снижение нагрева очищаемого изделия, снижение энергозатрат и, как следствие, снижение себестоимости очистки за счет увеличения ее производительности путем увеличения зоны ЭДР, а также возможность обработки изделий с большой поверхностью (трубы большого диаметра, широкополосные металлические ленты и полосы и т.д.) и изделий сложной конфигурации как в режиме возрастающего, так и падающего участка вольтамперной характеристики (ВАХ).

Указанный технический результат достигается тем, что установка для обработки металлического изделия содержит вакуумную камеру с входным и выходным уплотнителями, систему протягивания металлического изделия через камеру, систему вакуумирования, систему возбуждения ЭДР с анодным блоком и источником питания, при этом анодный блок выполнен в виде сборки из анодных элементов, равномерно расположенных поперек обрабатываемого изделия перпендикулярно его поверхности.

Указанное расположение анодных элементов обеспечивает более равномерную генерацию катодных пятен по поверхности изделия и равной плотности в зоне ЭДР отдельных анодных элементов при подаче одинаковых токов на все элементы анодного блока.

Целесообразно, чтобы анодный блок представлял собой сборку из механически не скрепленных анодных элементов.

Такое выполнение анодного блока упрощает замену вышедших из строя анодных элементов.

Целесообразно, чтобы анодный блок представлял собой сборку из анодных элементов, механически скрепленных посредством теплопроводного материала, электрическое сопротивление которого больше, чем сопротивление материала анодных элементов.

Скрепление элементов анодного блока с помощью теплопроводного материала упрощает охлаждение анодных элементов.

Целесообразно, чтобы анодный блок представлял собой сборку из электрически соединенных элементов, если это обеспечивает подачу одинаковых токов на элементы анодного блока. Элементы анодного блока могут быть не соединены вместе, а подсоединены к разным блокам питания, или к одному блоку питания, но с использованием балластных резисторов в цепи каждого анодного элемента и в общей цепи, в случае обработки изделия в режиме падающего участка ВАХ, для подачи одинаковых токов на все элементы анодного блока.

Подача одинаковых токов на анодные элементы обеспечивает равномерную генерацию катодных пятен по поверхности изделия и эффективную очистку поверхности обрабатываемого изделия.

Целесообразно, чтобы источник питания был выполнен в виде единого узла для питания всех элементов анодного блока.

Общий источник питания упрощает конструкцию и технологию эксплуатации установки.

Целесообразно, чтобы источник питания был выполнен в виде набора отдельных источников для индивидуального питания каждого из элементов анодного блока с возможностью регулирования тока каждого анодного элемента и установки одинаковых или разных токов анодных элементов, при необходимости однородной или неоднородной обработки поверхности изделия.

Такое выполнение источника питания позволяет независимо регулировать режим работы каждого анодного элемента, выбирая оптимальный режим работы.

Целесообразно, чтобы конфигурация расположения элементов в анодном блоке повторяла конфигурацию поперечного сечения обрабатываемого изделия, с возможностью регулирования расстояния между элементами анода и поверхностью обрабатываемого изделия.

Такое расположение анодных элементов позволяет обрабатывать изделия с любой конфигурацией. Использование сборного анода позволяет выставлять ширину зазора между отдельными элементами анодного блока и поверхностью изделия (катодом) так, чтобы можно было минимизировать энергопотребление установки, так как известно, что при очистке с помощью ЭДР существует критическая ширина зазора анод-катод, и при ширине зазора меньше критической наблюдается уменьшение энергозатрат очистки из-за изменения знака анодного падения потенциала.

Целесообразно, чтобы анодный блок был снабжен системой охлаждения элементов, которая может быть как индивидуальной для каждого элемента, так и общей для всех элементов анодного блока.

Система охлаждения анодных элементов обеспечивает отвод выделяемого тепла, что обеспечивает увеличение ресурса работы анодных элементов.

Перечень фигур и чертежей

На фиг.1 представлен один из возможных вариантов структурной схемы установки для очистки широкополосных металлических изделий. В данном исполнении установка позволяет качественно очищать поверхность изделия за один проход.

На фиг.2 представлен один из возможных вариантов структурной схемы установки для очистки труб большого диаметра. В данном случае установка позволяет очищать изделие за один проход, избежать необходимости использования поворотных механизмов и дорогостоящих кольцевых или полукольцевых цельных анодов.

Для описания работы установок введены следующие обозначения:

1 - обрабатываемое изделие (направление перемещения изделия - по стрелке);

2 - вакуумная камера;

3 - входной уплотнитель;

4 - выходной уплотнитель;

5 - система питания и управления постоянного тока ЭДР (используемого для очистки изделия);

6 - отдельный анодный элемент в анодном блоке

7 - система охлаждения (теплоотвода) анодного блока;

8 - зоны генерации катодных пятен для отдельных анодных элементов;

9 - система вакуумирования;

10 - направляющие.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели

Данная установка работает следующим образом. Обрабатываемое изделие (труба или широкая металлическая полоса) (1) подается в вакуумную камеру (2) через входной уплотнитель (3). При этом, в случае необходимости, дополнительно, внутри камеры может быть создана восстановительная или защитная атмосфера путем ввода в камеру соответствующей газовой смеси.

В вакуумной камере, при рабочем давлении 0,10-10 Па, которое контролируется системой вакуумирования (9), производится очистка изделия с помощью ЭДР постоянного тока, создаваемого при помощи блока питания дуг (5) между электродами анодного блока (6) и изделием (1) (устройство поджига ЭДР на рисунках не показано). При этом электроды анодного блока подключаются к положительным клеммам источника (источников) питания, а изделие - к отрицательным. Во избежание перегрева анодов, каждый элемент анодного блока жестко соединен с системой охлаждения (7). При горении ЭДР в вакууме на поверхности изделия образуется множество хаотически перемещающихся катодных пятен (8), которые и обеспечивают зачистку поверхности за счет выделения в них основной энергии разряда. При этом электроды анодного блока располагают перпендикулярно направлению движения изделия через камеру вокруг или над очищаемым изделием таким образом, чтобы по возможности катодные пятна могли генерироваться на поверхности очищаемого изделия по всей ширине (в случае изделий плоской формы) или по всему периметру (в случае изделий цилиндрической формы). После очистки обработанное изделие выводится через уплотнитель (4). Входные и выходные уплотнители вакуумной камеры могут быть выполнены в виде резиновых колец или полипропиленовых вставок с направляющими и прижимными элементами различных типов.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленная установка для электродуговой обработки металлических изделий может быть реализована на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. она соответствует критерию «промышленная применимость».

1. Установка для обработки металлического изделия, содержащая вакуумную камеру с входным и выходным уплотнителями, систему протягивания металлического изделия через камеру, систему вакуумирования, систему возбуждения электродугового разряда с анодным блоком и источником питания, отличающаяся тем, что анодный блок выполнен в виде сборки из анодных элементов, равномерно расположенных поперек обрабатываемого изделия перпендикулярно к его поверхности.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что анодный блок представляет собой сборку из механически не скрепленных элементов.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что анодный блок представляет собой сборку из элементов, механически скрепленных посредством теплопроводного материала, электрическое сопротивление которого больше, чем сопротивление материала анодных элементов.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что анодный блок представляет собой сборку из электрически соединенных элементов.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что источник питания выполнен в виде единого узла для питания всех элементов анодного блока.

6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что источник питания выполнен в виде набора источников для индивидуального питания каждого из элементов анодного блока с возможностью регулирования тока каждого анодного элемента.

7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что конфигурация расположения элементов в анодном блоке повторяет конфигурацию поперечного сечения обрабатываемого изделия с возможностью регулирования зазора между элементами анода и поверхностью обрабатываемого изделия.

8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что анодный блок снабжен системой охлаждения элементов, которая может быть как индивидуальной для каждого элемента, так и общей для всех элементов анодного блока.