यह केस स्टडी एक वर्टिकल एल्यूमीनियम मिश्र धातु रैपिड क्वेंचिंग फर्नेस से संबंधित है जिसका प्रभावी कार्य क्षेत्र 1200×1200×1100 मिमी (व्यास × ऊंचाई) है। यह एक चक्र-संचालित प्रतिरोध हीटिंग फर्नेस है जिसका मुख्य रूप से एल्यूमीनियम मिश्र धातु कास्टिंग और प्लेटों के समाधान उपचार और रैपिड क्वेंचिंग के लिए उपयोग किया जाता है। उपकरण की रेटेड पावर 135 kW, रेटेड वोल्टेज 380V तीन-चरण 50Hz है, और रेटेड तापमान 650°C है जिसमें समायोज्य ऑपरेटिंग तापमान है।
इस उपकरण की संरचनात्मक स्थिति पारंपरिक बॉक्स-प्रकार क्वेंचिंग फर्नेस से भिन्न है: वर्कपीस फर्नेस के भीतर निलंबित होते हैं, और क्वेंचिंग टैंक फर्नेस बॉडी के ठीक नीचे स्थित होता है। फर्नेस का दरवाजा खुलने के बाद, वर्कपीस सीधे पानी में गिर सकता है - यह वर्टिकल लेआउट रैपिड ट्रांसफर प्राप्त करने का भौतिक आधार है।
तापमान नियंत्रण प्रणाली दो-स्तरीय वास्तुकला का उपयोग करती है। ऊपरी स्तर एक 10-इंच टच स्क्रीन है जो हीट ट्रीटमेंट प्रक्रिया वक्रों की केंद्रीकृत सेटिंग, नियंत्रण, निगरानी, रिकॉर्डिंग और भंडारण के लिए जिम्मेदार है। निचला स्तर Eurotherm 3504 औद्योगिक PID तापमान नियंत्रकों का उपयोग करता है जिनकी नियंत्रण सटीकता ±1°C और होल्डिंग चरण के दौरान फर्नेस तापमान एकरूपता ±3°C के भीतर होती है।
हीटिंग ज़ोन को स्टार कॉन्फ़िगरेशन में जुड़े 2 ज़ोन के रूप में कॉन्फ़िगर किया गया है। प्रत्येक ज़ोन एक ओवर-टेम्परेचर अलार्म डिवाइस, प्रोग्राम पूर्णता संकेत, श्रव्य और दृश्य ओवर-टेम्परेचर अलार्म, और स्वचालित करंट कट-ऑफ से सुसज्जित है। तापमान नियंत्रक में एक ऑनलाइन सेल्फ-ट्यूनिंग फ़ंक्शन है जो फर्नेस की वास्तविक थर्मल विशेषताओं के आधार पर इष्टतम PID पैरामीटर की गणना करता है, हीटिंग दर को ओवरशूट के मुकाबले संतुलित करता है।
फर्नेस लाइनिंग मानक दुर्दम्य फाइबर कपास का उपयोग करती है, जिसमें दीवारें और छत दोनों ऑल-फाइबर संरचनाओं के रूप में निर्मित होते हैं जिनकी कुल इन्सुलेशन मोटाई कम से कम 240 मिमी होती है। फाइबर फोल्डेड ब्लॉक स्थापना से पहले द्वितीयक प्री-कम्प्रेशन से गुजरते हैं, जो कम से कम 230 किग्रा/एम³ का संपीड़ित घनत्व प्राप्त करते हैं, और स्टेनलेस स्टील राउंड बार के साथ फर्नेस रूफ शेल से सुरक्षित होते हैं। यह संरचना कम तापीय चालकता, कम ताप क्षमता, अच्छी तापीय स्थिरता और तापीय शॉक प्रतिरोध प्रदान करती है। फिक्सिंग घटक 1Cr18Ni9Ti स्टेनलेस स्टील शीट से स्टैम्प्ड होते हैं।
हीटिंग तत्व 0Cr25Al5 मिश्र धातु प्रतिरोध स्ट्रिप्स हैं, जिन्हें प्रसंस्करण क्षति से बचने के लिए समर्पित मोल्ड के साथ दबाया जाता है। प्रतिरोध स्ट्रिप्स को विशेष सिरेमिक स्क्रू के साथ ठीक किया जाता है, जिससे सुविधाजनक और तीव्र रखरखाव और प्रतिस्थापन की अनुमति मिलती है। स्थापना के दौरान, फाइबर दीवार और प्रतिरोध स्ट्रिप के बीच सिरेमिक वॉशर रखे जाते हैं ताकि फाइबर सतह और स्ट्रिप के बीच सीधा संपर्क रोका जा सके, जिससे स्ट्रिप से गर्मी अपव्यय बढ़ाया जा सके। सिरेमिक स्क्रू और वॉशर दोनों उच्च-एल्यूमिना सामग्री से बने होते हैं और पर्याप्त शक्ति और सेवा जीवन सुनिश्चित करने के लिए उच्च तापमान पर सिंटर किए जाते हैं। प्रतिरोध स्ट्रिप्स फर्नेस चैंबर के चारों ओर निलंबित होते हैं, जिससे गर्मी अपव्यय और वायु प्रवाह परिसंचरण की सुविधा मिलती है। हीटिंग तत्व स्टार कनेक्शन का उपयोग करते हैं, जिसमें सतह लोड 1.6 W/cm² से नीचे नियंत्रित होता है - प्रतिरोध स्ट्रिप्स के लिए पारंपरिक डिजाइन सीमा से नीचे का मान, जिसका उद्देश्य बार-बार हीटिंग और कूलिंग चक्रों के तहत तत्व सेवा जीवन का विस्तार करना है।
फर्नेस की छत पर 7.5 kW रेटेड एक उच्च-तापमान-प्रतिरोधी सर्कुलेटिंग पंखा स्थापित है। पंखे की सामग्री को लंबे समय तक उच्च तापमान का सामना करने के लिए विकृत किए बिना डिज़ाइन किया गया है, जिसमें एयर-कूल्ड बेयरिंग उच्च-तापमान छत वातावरण को समायोजित करने के लिए हैं। एयर गाइडिंग हुड पंखे द्वारा उत्पन्न सेंट्रीफ्यूगल बल के अनुदैर्ध्य घटक को अधिकतम करता है, जिससे गर्म हवा नीचे की ओर धकेली जाती है। हवा फिर वर्कपीस को बायपास करती है और नीचे से पंखे के सेवन में वापस खींची जाती है, जिससे एक बंद परिसंचरण लूप बनता है। यह वायु प्रवाह पथ फर्नेस चैंबर के भीतर तापमान क्षेत्र की एकरूपता सुनिश्चित करता है और निलंबन लोडिंग विधि के लिए एक सहायक डिजाइन है - वर्कपीस के चारों ओर कोई बाधा नहीं होती है, जिससे वायु प्रवाह गुजर सकता है।
सामग्री टोकरी उठाने के तंत्र में एक इलेक्ट्रिक विंच, रिंग लिफ्टिंग चेन और पुली ब्लॉक शामिल हैं। विंच एक डुअल-स्पीड इलेक्ट्रिकली कंट्रोल्ड यूनिट है जिसकी रस्सी की गति 18 मीटर प्रति मिनट तक होती है, जो पानी में तेजी से उतरने की आवश्यकता को पूरा करती है; चढ़ाई चरण में वर्कपीस और टोकरी के फर्नेस में प्रवेश करते समय जड़त्वीय प्रभाव को कम करने के लिए धीमी गति का उपयोग किया जाता है। विंच में इंचिंग कंट्रोल और एक सेल्फ-लॉकिंग डिवाइस है, जिससे यह किसी भी स्थिति में रुक सकता है। उच्च-तापमान फर्नेस वातावरण को ध्यान में रखते हुए, 16Mn रिंग चेन का उपयोग किया जाता है। पुली सिस्टम फर्नेस बॉडी के ऊपरी हिस्से पर स्थापित है, जिसमें 4 पुली और 4 बेयरिंग सेट शामिल हैं, जो टोकरी को सुचारू रूप से उठाने और नीचे करने को सुनिश्चित करता है।
फर्नेस का दरवाजा फर्नेस बॉडी के नीचे स्थित होता है और पार्श्व रूप से चलता है, जिसमें क्षैतिज गति बनाए रखने के लिए साइड में गाइड रेल होती है। दरवाजे को खोलना और बंद करना एक सिलेंडर द्वारा संचालित होता है। बंद करते समय, सिलेंडर दरवाजे को बंद स्थिति में धकेलता है और दबाव डालना जारी रखता है, जिससे साइड में एक लीवर तंत्र के माध्यम से दरवाजा ऊपर उठता है और फर्नेस बॉडी के खिलाफ कसकर दबाता है। लिफ्टिंग तंत्र और फर्नेस डोर तंत्र इंटरलॉक होते हैं: लिफ्टिंग तंत्र को केवल तभी संचालित किया जा सकता है जब फर्नेस का दरवाजा पूरी तरह से खुला हो (जिस बिंदु पर हीटिंग एलिमेंट पावर काट दिया गया हो)। यह इंटरलॉक लॉजिक दरवाजे के खुले न होने पर गलत संचालन से उपकरण क्षति को रोकता है।
क्वेंचिंग ट्रांसफर टाइम को फर्नेस का दरवाजा खुलने से लेकर वर्कपीस के पानी में पूरी तरह से डूबने तक के समय के रूप में परिभाषित किया गया है, जिसमें 10 सेकंड से अधिक नहीं होने की डिजाइन आवश्यकता है। यह पैरामीटर एल्यूमीनियम मिश्र धातु समाधान उपचार प्रक्रिया के लिए महत्वपूर्ण है - ट्रांसफर टाइम जितना कम होगा, क्वेंच-संवेदनशील रेंज के माध्यम से शीतलन दर उतनी ही अधिक होगी, और एजिंग स्ट्रेंथनिंग प्रभाव उतना ही बेहतर होगा।
क्वेंचिंग टैंक मोबाइल निर्माण का है, जिसे 2.2 kW मोटर द्वारा संचालित किया जाता है। टैंक में दो 3 kW सर्कुलेशन पंप स्थापित हैं जो क्वेंचिंग के दौरान पानी को लगातार हिलाते रहते हैं, पानी के तापमान को एक समान बनाए रखते हैं और वर्कपीस की सतह से गर्मी हस्तांतरण को तेज करते हैं। टैंक को 5 मिमी मोटी स्टील प्लेट से वेल्ड किया गया है और लीक-टाइटनेस के लिए परीक्षण किया गया है। मोबाइल कार्ट को 12# चैनल स्टील से वेल्ड किया गया है, जिसमें सामने का हिस्सा सामग्री फ्रेम वर्कटेबल क्षेत्र के रूप में कार्य करता है और पिछला हिस्सा पानी की टंकी के रूप में कार्य करता है, जिसमें तीन पहियों के सेट होते हैं (एक सेट ड्राइव पहियों का होता है)।
पूर्ण उपकरण कार्रवाई अनुक्रम इस प्रकार है: मैनुअल लोडिंग → क्वेंचिंग कार्ट फर्नेस बॉडी के नीचे चला जाता है → फर्नेस का दरवाजा खुलता है → सामग्री फ्रेम लिफ्टिंग तंत्र नीचे जाता है → मैनुअल हुकिंग → सामग्री फ्रेम ऊपर उठता है → फर्नेस का दरवाजा बंद हो जाता है → प्रक्रिया समय के अनुसार हीटिंग और होल्डिंग → समाधान उपचार समाप्त होता है → स्टिरिंग वाटर पंप शुरू होता है → फर्नेस का दरवाजा खुलता है → सामग्री फ्रेम नीचे जाता है → सामग्री फ्रेम क्वेंचिंग के लिए तेजी से पानी में प्रवेश करता है → सामग्री फ्रेम ऊपर उठता है → क्वेंचिंग कार्ट बाहर निकलता है → सामग्री फ्रेम नीचे जाता है → मैनुअल अनहुकिंग और फिर फर्नेस ओपनिंग पर वापसी → फर्नेस का दरवाजा बंद हो जाता है → मैनुअल अनलोडिंग → अगला चक्र शुरू होता है।
यह केस स्टडी एक वर्टिकल एल्यूमीनियम मिश्र धातु रैपिड क्वेंचिंग फर्नेस से संबंधित है जिसका प्रभावी कार्य क्षेत्र 1200×1200×1100 मिमी (व्यास × ऊंचाई) है। यह एक चक्र-संचालित प्रतिरोध हीटिंग फर्नेस है जिसका मुख्य रूप से एल्यूमीनियम मिश्र धातु कास्टिंग और प्लेटों के समाधान उपचार और रैपिड क्वेंचिंग के लिए उपयोग किया जाता है। उपकरण की रेटेड पावर 135 kW, रेटेड वोल्टेज 380V तीन-चरण 50Hz है, और रेटेड तापमान 650°C है जिसमें समायोज्य ऑपरेटिंग तापमान है।
इस उपकरण की संरचनात्मक स्थिति पारंपरिक बॉक्स-प्रकार क्वेंचिंग फर्नेस से भिन्न है: वर्कपीस फर्नेस के भीतर निलंबित होते हैं, और क्वेंचिंग टैंक फर्नेस बॉडी के ठीक नीचे स्थित होता है। फर्नेस का दरवाजा खुलने के बाद, वर्कपीस सीधे पानी में गिर सकता है - यह वर्टिकल लेआउट रैपिड ट्रांसफर प्राप्त करने का भौतिक आधार है।
तापमान नियंत्रण प्रणाली दो-स्तरीय वास्तुकला का उपयोग करती है। ऊपरी स्तर एक 10-इंच टच स्क्रीन है जो हीट ट्रीटमेंट प्रक्रिया वक्रों की केंद्रीकृत सेटिंग, नियंत्रण, निगरानी, रिकॉर्डिंग और भंडारण के लिए जिम्मेदार है। निचला स्तर Eurotherm 3504 औद्योगिक PID तापमान नियंत्रकों का उपयोग करता है जिनकी नियंत्रण सटीकता ±1°C और होल्डिंग चरण के दौरान फर्नेस तापमान एकरूपता ±3°C के भीतर होती है।
हीटिंग ज़ोन को स्टार कॉन्फ़िगरेशन में जुड़े 2 ज़ोन के रूप में कॉन्फ़िगर किया गया है। प्रत्येक ज़ोन एक ओवर-टेम्परेचर अलार्म डिवाइस, प्रोग्राम पूर्णता संकेत, श्रव्य और दृश्य ओवर-टेम्परेचर अलार्म, और स्वचालित करंट कट-ऑफ से सुसज्जित है। तापमान नियंत्रक में एक ऑनलाइन सेल्फ-ट्यूनिंग फ़ंक्शन है जो फर्नेस की वास्तविक थर्मल विशेषताओं के आधार पर इष्टतम PID पैरामीटर की गणना करता है, हीटिंग दर को ओवरशूट के मुकाबले संतुलित करता है।
फर्नेस लाइनिंग मानक दुर्दम्य फाइबर कपास का उपयोग करती है, जिसमें दीवारें और छत दोनों ऑल-फाइबर संरचनाओं के रूप में निर्मित होते हैं जिनकी कुल इन्सुलेशन मोटाई कम से कम 240 मिमी होती है। फाइबर फोल्डेड ब्लॉक स्थापना से पहले द्वितीयक प्री-कम्प्रेशन से गुजरते हैं, जो कम से कम 230 किग्रा/एम³ का संपीड़ित घनत्व प्राप्त करते हैं, और स्टेनलेस स्टील राउंड बार के साथ फर्नेस रूफ शेल से सुरक्षित होते हैं। यह संरचना कम तापीय चालकता, कम ताप क्षमता, अच्छी तापीय स्थिरता और तापीय शॉक प्रतिरोध प्रदान करती है। फिक्सिंग घटक 1Cr18Ni9Ti स्टेनलेस स्टील शीट से स्टैम्प्ड होते हैं।
हीटिंग तत्व 0Cr25Al5 मिश्र धातु प्रतिरोध स्ट्रिप्स हैं, जिन्हें प्रसंस्करण क्षति से बचने के लिए समर्पित मोल्ड के साथ दबाया जाता है। प्रतिरोध स्ट्रिप्स को विशेष सिरेमिक स्क्रू के साथ ठीक किया जाता है, जिससे सुविधाजनक और तीव्र रखरखाव और प्रतिस्थापन की अनुमति मिलती है। स्थापना के दौरान, फाइबर दीवार और प्रतिरोध स्ट्रिप के बीच सिरेमिक वॉशर रखे जाते हैं ताकि फाइबर सतह और स्ट्रिप के बीच सीधा संपर्क रोका जा सके, जिससे स्ट्रिप से गर्मी अपव्यय बढ़ाया जा सके। सिरेमिक स्क्रू और वॉशर दोनों उच्च-एल्यूमिना सामग्री से बने होते हैं और पर्याप्त शक्ति और सेवा जीवन सुनिश्चित करने के लिए उच्च तापमान पर सिंटर किए जाते हैं। प्रतिरोध स्ट्रिप्स फर्नेस चैंबर के चारों ओर निलंबित होते हैं, जिससे गर्मी अपव्यय और वायु प्रवाह परिसंचरण की सुविधा मिलती है। हीटिंग तत्व स्टार कनेक्शन का उपयोग करते हैं, जिसमें सतह लोड 1.6 W/cm² से नीचे नियंत्रित होता है - प्रतिरोध स्ट्रिप्स के लिए पारंपरिक डिजाइन सीमा से नीचे का मान, जिसका उद्देश्य बार-बार हीटिंग और कूलिंग चक्रों के तहत तत्व सेवा जीवन का विस्तार करना है।
फर्नेस की छत पर 7.5 kW रेटेड एक उच्च-तापमान-प्रतिरोधी सर्कुलेटिंग पंखा स्थापित है। पंखे की सामग्री को लंबे समय तक उच्च तापमान का सामना करने के लिए विकृत किए बिना डिज़ाइन किया गया है, जिसमें एयर-कूल्ड बेयरिंग उच्च-तापमान छत वातावरण को समायोजित करने के लिए हैं। एयर गाइडिंग हुड पंखे द्वारा उत्पन्न सेंट्रीफ्यूगल बल के अनुदैर्ध्य घटक को अधिकतम करता है, जिससे गर्म हवा नीचे की ओर धकेली जाती है। हवा फिर वर्कपीस को बायपास करती है और नीचे से पंखे के सेवन में वापस खींची जाती है, जिससे एक बंद परिसंचरण लूप बनता है। यह वायु प्रवाह पथ फर्नेस चैंबर के भीतर तापमान क्षेत्र की एकरूपता सुनिश्चित करता है और निलंबन लोडिंग विधि के लिए एक सहायक डिजाइन है - वर्कपीस के चारों ओर कोई बाधा नहीं होती है, जिससे वायु प्रवाह गुजर सकता है।
सामग्री टोकरी उठाने के तंत्र में एक इलेक्ट्रिक विंच, रिंग लिफ्टिंग चेन और पुली ब्लॉक शामिल हैं। विंच एक डुअल-स्पीड इलेक्ट्रिकली कंट्रोल्ड यूनिट है जिसकी रस्सी की गति 18 मीटर प्रति मिनट तक होती है, जो पानी में तेजी से उतरने की आवश्यकता को पूरा करती है; चढ़ाई चरण में वर्कपीस और टोकरी के फर्नेस में प्रवेश करते समय जड़त्वीय प्रभाव को कम करने के लिए धीमी गति का उपयोग किया जाता है। विंच में इंचिंग कंट्रोल और एक सेल्फ-लॉकिंग डिवाइस है, जिससे यह किसी भी स्थिति में रुक सकता है। उच्च-तापमान फर्नेस वातावरण को ध्यान में रखते हुए, 16Mn रिंग चेन का उपयोग किया जाता है। पुली सिस्टम फर्नेस बॉडी के ऊपरी हिस्से पर स्थापित है, जिसमें 4 पुली और 4 बेयरिंग सेट शामिल हैं, जो टोकरी को सुचारू रूप से उठाने और नीचे करने को सुनिश्चित करता है।
फर्नेस का दरवाजा फर्नेस बॉडी के नीचे स्थित होता है और पार्श्व रूप से चलता है, जिसमें क्षैतिज गति बनाए रखने के लिए साइड में गाइड रेल होती है। दरवाजे को खोलना और बंद करना एक सिलेंडर द्वारा संचालित होता है। बंद करते समय, सिलेंडर दरवाजे को बंद स्थिति में धकेलता है और दबाव डालना जारी रखता है, जिससे साइड में एक लीवर तंत्र के माध्यम से दरवाजा ऊपर उठता है और फर्नेस बॉडी के खिलाफ कसकर दबाता है। लिफ्टिंग तंत्र और फर्नेस डोर तंत्र इंटरलॉक होते हैं: लिफ्टिंग तंत्र को केवल तभी संचालित किया जा सकता है जब फर्नेस का दरवाजा पूरी तरह से खुला हो (जिस बिंदु पर हीटिंग एलिमेंट पावर काट दिया गया हो)। यह इंटरलॉक लॉजिक दरवाजे के खुले न होने पर गलत संचालन से उपकरण क्षति को रोकता है।
क्वेंचिंग ट्रांसफर टाइम को फर्नेस का दरवाजा खुलने से लेकर वर्कपीस के पानी में पूरी तरह से डूबने तक के समय के रूप में परिभाषित किया गया है, जिसमें 10 सेकंड से अधिक नहीं होने की डिजाइन आवश्यकता है। यह पैरामीटर एल्यूमीनियम मिश्र धातु समाधान उपचार प्रक्रिया के लिए महत्वपूर्ण है - ट्रांसफर टाइम जितना कम होगा, क्वेंच-संवेदनशील रेंज के माध्यम से शीतलन दर उतनी ही अधिक होगी, और एजिंग स्ट्रेंथनिंग प्रभाव उतना ही बेहतर होगा।
क्वेंचिंग टैंक मोबाइल निर्माण का है, जिसे 2.2 kW मोटर द्वारा संचालित किया जाता है। टैंक में दो 3 kW सर्कुलेशन पंप स्थापित हैं जो क्वेंचिंग के दौरान पानी को लगातार हिलाते रहते हैं, पानी के तापमान को एक समान बनाए रखते हैं और वर्कपीस की सतह से गर्मी हस्तांतरण को तेज करते हैं। टैंक को 5 मिमी मोटी स्टील प्लेट से वेल्ड किया गया है और लीक-टाइटनेस के लिए परीक्षण किया गया है। मोबाइल कार्ट को 12# चैनल स्टील से वेल्ड किया गया है, जिसमें सामने का हिस्सा सामग्री फ्रेम वर्कटेबल क्षेत्र के रूप में कार्य करता है और पिछला हिस्सा पानी की टंकी के रूप में कार्य करता है, जिसमें तीन पहियों के सेट होते हैं (एक सेट ड्राइव पहियों का होता है)।
पूर्ण उपकरण कार्रवाई अनुक्रम इस प्रकार है: मैनुअल लोडिंग → क्वेंचिंग कार्ट फर्नेस बॉडी के नीचे चला जाता है → फर्नेस का दरवाजा खुलता है → सामग्री फ्रेम लिफ्टिंग तंत्र नीचे जाता है → मैनुअल हुकिंग → सामग्री फ्रेम ऊपर उठता है → फर्नेस का दरवाजा बंद हो जाता है → प्रक्रिया समय के अनुसार हीटिंग और होल्डिंग → समाधान उपचार समाप्त होता है → स्टिरिंग वाटर पंप शुरू होता है → फर्नेस का दरवाजा खुलता है → सामग्री फ्रेम नीचे जाता है → सामग्री फ्रेम क्वेंचिंग के लिए तेजी से पानी में प्रवेश करता है → सामग्री फ्रेम ऊपर उठता है → क्वेंचिंग कार्ट बाहर निकलता है → सामग्री फ्रेम नीचे जाता है → मैनुअल अनहुकिंग और फिर फर्नेस ओपनिंग पर वापसी → फर्नेस का दरवाजा बंद हो जाता है → मैनुअल अनलोडिंग → अगला चक्र शुरू होता है।
