197050. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés többszelvényű hőkezelő kemencék hőmérsékletének szabályozására
3 Ennek az állításnak az igazolására a Székesfehérvári Könnyűfémmű 40 tonnás BIRLEC típusú többszelvényes kemencéjében végeztünk mérést. A berakott Al.MgSil tömege 35 tonna volt. A felfűtés és hőntartás során a hőkezelt anyag középpontjában és a felületen mért hőmérsékletek közötti különbség tartósan 30 és 60 °C között volt, a hőntartás 4,5 órájából csak alig egy órán keresztül különbözött a hőmérséklet legfeljebb 10 ’C-kal a hőkezelt anyag középpontja és széle között. Ezt követően a hűlési sebesség különbsége a hőkezelt anyag középpontja és széle között már olyan tetemes, hogy az ellenőrizhetetlenül változtatja meg a hőkezelt anyag szubszerkezctét és textúráját. A mérési eredmények azt bizonyítják, hogy a hőkezelt anyag felületi hőmérsékletét és ezeken keresztül a belső hőmérséklet-eloszlást döntően a sugárzási és konvektiv hőátadás, a hőkezelendő anyag tömege és konfigurációja, valamint termikus paraméterei szabják meg. A találmány feladata olyan eljárás és berendezés kidolgozása, amelynek segítségével a hőkezelés az eddigi megoldásokhoz képest nagyobb megbízhatósággal tudja az anyagnak azokat a tulajdonságait biztosítani, amelyeket a hőkezelés technológiájával előidézni kívánunk. A jelen találmány alapja az a felismerés, hogy miután a levegő hőmérséklete nem adhat olyan információt, amelyből megbízhatóan következtetni lehet a hőkezelő kemencébe helyezett anyag belső hőmérséklet-eloszlására, s különösen nem nagy tömegű anyag hőkezelésére szolgáló kemencéknél, ezért a levegő hőmérsékletének mérése mellett további olyan mérést is kell végezni, amelynek alapján meghatározható lenne, hogy milyen mértékű a hőmérséklet-eloszlás homogenitása a hőkezelendő anyagban. Itt figyelembe kell venni, hogy azt az időtartamot, ami alatt a hőmérséklet az anyag belsejében a technológiai hibahatárokon belül homogén eloszlású lesz, mindenekelőtt a termikus paraméterek (hővezetési tényezők, fajhő, abszorpciós emissziós tényezők, kölcsönös besugárzási tényezők stb.) és a tömeg, illetve a tömegeloszlás szabják meg. A felismerés pontosabb megfogalmazásban az, hogy homogén hőmérséklet-eloszlások, ezzel együtt egyenletes és reprodukálható minőségi paraméterek úgy érhetők el, hogy a levegő hőmérsékletén kívül a hőkezelés folyamán a felületi hőmérsékletet is méijük, a mért adatokat pedig számítógéppel feldolgozzuk, és ezzel a hőkezelt anyag belsejében a hőmérséklet-eloszlást meghatározzuk, majd ezt tesszük a szabályozás alapjává. A felismerés alapján, a kitűzött feladat megoldására egyrészt eljárást, másrészt berendezést dolgoztunk ki. A javasolt többszelvényű hőkezelő kemencék hőmérsékletének szabályozására szolgáló eljárásban, amikor is a kemence több szelvényébe hőkezelendő anyagot helyezünk, a kemence belső terét lezárjuk és a szelvényekben elrendezett hőforrásokat működtetve a belső tér hőmérsékletét előre meghatározott hőkezelési menetrend szerint változtatjuk, miközben a belső térben a hőmérsékletet több ponton métjük, és a mért hőmérsékletnek a hőkezeíési menetrendben előírttól eltérő értéke esetén a hőforrások működését biztosító beavatkozó jelet generálunk, a találmány szerint a kemence legalább egy szelvényében a hőkezelendő anyag felületének legalább egy pontjában, célszerűen sugárzást mérő pirométerrel, az anyag felületi hőmérsékletét folyamatosan mérjük, a felületi hőmérséklet mért értékeiből az anyag belső hőmérsékletének változását a hővezetést leíró fizikai egyenleteket a hőkezelendő anyag minőségének, mennyiségének, valamint elrendezésének figyelembevételével megoldó mikroprocesszoros elrendezéssel folyamatosan követjük és a beavatkozó jelet a hőkezelendő anyag belső hőmérsékletének a hőkezelési menetrendben megnatározott hőmérséklettől való eltéréseket generáljuk. Az ugyancsak a kitűzött cél elérésére szolgáló berendezésnek hőkezelő kemencében elrendezett, a hőkezelő kemence belső légterének hőmérsékletét követő, első villamos jelet előállító több érzékelője, valamint az érzékelők kimenő jeleit fogadó, annak alapján a hőkezelő kemence szelvényeinek hőmérsékletét beállító hőforrások — hűtő- és fűtőberendezések — számára beavatkozó jelet előállító szabályozó egysége van, és a találmány szerint a hőkezelő kemence legalább egy szelvényében hőkezelendő anyag felületi hőmérsékletét megállapító, például sugárzást mérő pirométerrel és/vagy kontakt hőmérővel kiképzett, második villamos jelet generáló hőmérő egység van elrendezve, amely a célszerűen mikroprocesszoros berendezésként kialakított szabályozó egységre van csatlakoztatva, ahol a szabályozandó egység a második villamos jel, a hőkezelendő anyag tulajdonságai alapján az anyag belső hőmérsékletét fizikai egyenletek megoldásával megállapító mikroprocesszoros vezérlő egységgel vaj; összekapcsolva. A találmány szerinti berendezés és eljárás segítségével a hőkezeléssel előállított termékek minőségét a hőmérséklet-eloszlás egyenletességének nagy pontossággal való biztosítása révén jelentősen javítani lehet. A találmány tárgyát a továbbiakban példakénti kiviteli alakok kapcsán, a csatolt rajz alapján ismertetjük részletesen, ahol az 1. ábra a találmány szerinti berendezés blokkvázlata, míg a 2. ábra a javasolt eljárással végrehajtott hőkezelés menetében kialakuló hőmérséklet-változás grafikonja. A találmány szerinti eljárás foganatosítása során tcbbszelvényű hőkezelő kemence belsejében a hőkezelendő anyagot elrendezzük, majd a kemence lezárása után az előre megadott hőkezelési menetrend szerint elvégezzük a kemencébe helyezett a iyag megmunkálását. Ennek során a kemence szelvényeiben a levegő hőmérsékletét általában kontakt hőmérővel és a kemence belső terében levő anyag felületi hőmérsékletét például sugárzást mérő pirométerrel méijük, aminek formája az, hogy a mért hőmérsékletnek megfelelő első és második villamos jelet generálunk, amit szükség szerint kijelzünk. A felületi hőmérséklet így megállapított értéke alapján az anyag belső hőmérsékletét c hővezetésre vonatkozó ismert fizikai összefüggé-4 197050 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
