Procedimiento y horno de hogar rotativo para el tratamiento térmico de piezas de trabajo.

Horno de hogar rotativo (1) en clase de construcción anular para el tratamiento térmico de piezas de trabajo (2),

especialmente para la carburación en gas de piezas de trabajo metálicas, que comprende una pared exterior y una pared interior (3, 4) que limitan un compartimiento de horno (6) que presenta al menos una zona de carburación (7), en la que se efectúa bajo gas protector un enriquecimiento de las piezas de trabajo (2) con carbono, y al menos una zona de tratamiento (8) pospuesta a la al menos una zona de carburación (7), estando prevista en la pared exterior (3) al menos una abertura cerradiza (9) para la carga y/o la descarga del compartimiento (6) del horno con piezas de trabajo (2),

caracterizado por que

la al menos una zona de tratamiento (8) presenta una zona de perlitización (11) que está pospuesta a la al menos una zona de carburación (7) y que está provista de al menos un dispositivo de calentamiento-enfriamiento (17a, 17b) que mantiene la temperatura de la zona de perlitización (11) en un máximo de 720ºC, estando dispuesta entre la al menos una zona de carburación (7) y la al menos una zona de perlitización (11) al menos una zona de esclusa de entrada (18) que está formada por un par de puertas móviles (12, 14) y por la que puede ser recibida la al menos una pieza de trabajo (2), y estando prevista inmediatamente antes y/o dentro de la zona de esclusa de entrada (18) una evacuación de gas protector (19) que evacua el gas protector de la zona de carburación (7) sacándolo del compartimiento (6) del horno.

Procedimiento y horno de hogar rotativo para el tratamiento térmico de piezas de trabajo La invención se dirige a un horno de hogar rotativo de clase de construcción anular para el tratamiento térmico de piezas de trabajo, especialmente para la carburación en gas de piezas de trabajo metálicas, que comprende una pared exterior y una pared interior que limitan un compartimiento de horno que presenta al menos una zona de carburación, en la que se efectúa bajo gas protector un enriquecimiento de las piezas de trabajo con carbono, y al menos una zona de tratamiento pospuesta a la al menos una zona de carburación, estando prevista en la pared exterior al menos una abertura cerradiza para la carga y/o descarga del compartimiento del horno con piezas de trabajo.

Asimismo, la invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento térmico de piezas de trabajo en un horno de hogar rotativo con un compartimiento de horno que presenta al menos una zona de carburación y al menos una zona de tratamiento pospuesta a la al menos una zona de carburación, enriqueciéndose las piezas de trabajo con carbono bajo gas protector dentro de la menos una zona de carburación a una temperatura superior a 900º C.

Un horno de hogar rotativo y un procedimiento de la clase citada al principio son conocidos, por ejemplo, por el documento DE 10 2007 038 991 A1. Este horno de hogar rotativo conocido se utiliza especialmente para la carburación en gas de piezas metálicas y presenta varias zonas de tratamiento, entre las cuales se cuentan, por ejemplo, una zona de calentamiento, una zona de carburación y una zona de difusión. Un horno de hogar rotativo de esta clase es conocido también por el documento WO 2005/050112 A2, estando subdividido el compartimiento del horno en varias zonas de tratamiento por medio de puertas verticalmente móviles.

Los procesos de carburación y las carburaciones en gas de aceros de cementación realizadas especialmente en hornos de hogar rotativo, en los que tienen que alcanzarse grandes profundidades de carburación de preferiblemente más de 0, 8 mm, requieren una duración del proceso de muchas horas hasta algunos días. Dado que las carburaciones en gas se realizan en el rango de temperatura de aproximadamente 950º C, se presenta el efecto indeseado del regruesamiento del grano. Según la aleación, este regruesamiento puede ser más o menos fuertemente acusado.

Cuando se ha producido este regruesamiento del grano, éste puede ser eliminado en una gran parte mediante una perlitización a aproximadamente 650º C y un calentamiento subsiguientemente renovado para la austenitización. Este desarrollo del proceso se denomina frecuentemente "cambio de granulometría". Se utiliza en este caso el hecho de que se forman durante la perlitización varios granos pequeños de perlita a partir de un grano de austenita relativamente grande. Si se realiza después una nueva austenitización, se forman nuevamente a partir de estos granos de perlita unos granos de austenita que son netamente más pequeños que el grano de partida austenítico. Este proceso se puede repetir también, lo que se denomina entonces frecuentemente "penduleo".

Sin embargo, la disminución de la temperatura de carburación en gas o de la temperatura después de la carburación hasta un rango de temperatura de aproximadamente 650º C, que es necesario para la perlitización, no se realiza hasta ahora dentro de hornos de hogar rotativo para la carburación en gas. Esto obedece a que las atmósferas empleadas de gas protector o de endogás (en general aproximadamente 20% de CO, aproximadamente 40% de H2, aproximadamente 40% de N2 y adicionalmente restos de otros gases) tienen una fuerte tendencia a la formación de hollín durante un enfriamiento. Además, en este rango de temperatura de aproximadamente 650º C existe el peligro de que se caiga por debajo de la temperatura de autoencendido del gas protector o del endogás, lo que puede conducir a una deflagración espontánea en caso de una entrada imprevista de aire o de oxígeno en el compartimiento del horno. Este riesgo se incrementa especialmente cuando están presentes zonas locales algo más frías, por ejemplo debido a la existencia de sombras. A causa de este riesgo, es usual iniciar un barrido de emergencia del compartimiento del horno con gases no combustibles a temperaturas por debajo de aproximadamente 750º C, pero lo más tarde a temperaturas por debajo de aproximadamente 700º C.

Con referencia al proceso de perlitización anteriormente descrito para el "cambio de granulometría", es estado de la técnica el que las piezas de trabajo a tratar son extraídas del horno de hogar rotativo y transferidas a un segundo horno o a una cámara de refrigeración para disminuir la temperatura dentro de una atmósfera no combustible (por ejemplo, nitrógeno o argón) , devolviéndose seguidamente las piezas de trabajo metálicas al horno de hogar rotativo para la nueva austenitización. Tales instalaciones con dos hornos son conocidas por los documentos US 3, 582, 055 y DE 195 14 289 A1. Como alternativa el retorno de las piezas de trabajo enfriadas, se podría efectuar en otro horno la austenitización de las piezas de trabajo anteriormente enfriadas. El paso inmediato, que sigue a la austenitización, es general un enfriamiento brusco en baño de aceite o un enfriamiento brusco en polímero, y más raramente un enfriamiento bajo gas protector. Puede apreciarse que el coste técnico de la instalación con al menos dos hornos para la carburación en gas representa todo lo contrario que un óptimo a consecuencia de los costes resultantes para la construcción y el funcionamiento de la instalación. Además, las instalaciones conocidas de carburación en gas son todo menos compactas y necesitan mucho espacio de construcción a consecuencia de los al menos dos hornos.

Por tanto, la invención se basa en el problema de crear una solución que proporcione de manera constructivamente

sencilla y barata un procedimiento mejorado para el tratamiento térmico de piezas de trabajo y un dispositivo para la realización del procedimiento, de modo que los respectivos procesos de carburación de gas resulten posibles de una manera económicamente eficiente.

En un horno de hogar rotativo de la clase citada al principio se resuelve el problema según la invención por el hecho de que la al menos una zona de tratamiento presenta al menos una zona de perlitización que está pospuesta a la zona de carburación y provista de al menos un dispositivo de calentamiento-enfriamiento que mantiene la temperatura de la zona de perlitización en un máximo de 720º C, estando dispuesta entre la al menos una zona de carburación y la al menos una zona de perlitización al menos una zona de esclusa de entrada que está formada por un par de puertas móviles y por la que puede ser recibida al menos una pieza de trabajo, y estando prevista inmediatamente delante y/o dentro de la zona de esclusa de entrada una unidad de evacuación de gas protector que evacua el gas protector de la zona de carburación hacia fuera del compartimiento del horno.

Asimismo, el problema se resuelve con un procedimiento de la clase citada al principio por el hecho de que las piezas de trabajo son enfriadas en al menos una zona de perlitización que está pospuesta a la al menos una zona de carburación y asociada a la zona de tratamiento, con ayuda de al menos un dispositivo de calentamientoenfriamiento, hasta una temperatura inferior a 720º C para formar una estructura perlítica, siendo transportadas las piezas de trabajo, antes de su disposición en la al menos una zona de perlitización, a través de al menos una zona de esclusa de entrada que está pospuesta a la al menos una zona de carburación y formada por un par de puertas móviles y por la cual puede ser recibida al menos una pieza de trabajo, y siendo evacuado del compartimiento del horno el gas protector de la zona de carburación, lo más tarde dentro de la zona de esclusa de entrada.

Como dispositivo de calentamiento-enfriamiento ha de entenderse aquí un dispositivo que esté en condiciones tanto de calentar como de enfriar una zona del horno de hogar rotativo. Este dispositivo de calentamiento-enfriamiento proporciona una temperatura muy ampliamente constante, de modo que, durante el enfriamiento, se introduce calor de la zona por parte del dispositivo de calentamiento-enfriamiento o bien se calienta la atmósfera de la zona por cesión de calor del dispositivo de calentamiento-enfriamiento.

Ejecuciones y perfeccionamientos ventajosos y convenientes de la invención se desprenden de las reivindicaciones subordinadas.

Gracias a la invención se proporciona un procedimiento y un horno de hogar rotativo mediante los cuales se puede realizar el proceso de la carburación... [Seguir leyendo]

1. Horno de hogar rotativo (1) en clase de construcción anular para el tratamiento térmico de piezas de trabajo (2) , especialmente para la carburación en gas de piezas de trabajo metálicas, que comprende una pared exterior y una pared interior (3, 4) que limitan un compartimiento de horno (6) que presenta al menos una zona de carburación (7) , en la que se efectúa bajo gas protector un enriquecimiento de las piezas de trabajo (2) con carbono, y al menos una zona de tratamiento (8) pospuesta a la al menos una zona de carburación (7) , estando prevista en la pared exterior (3) al menos una abertura cerradiza (9) para la carga y/o la descarga del compartimiento (6) del horno con piezas de trabajo (2) , caracterizado por que la al menos una zona de tratamiento (8) presenta una zona de perlitización (11) que está pospuesta a la al menos una zona de carburación (7) y que está provista de al menos un dispositivo de calentamiento-enfriamiento (17a, 17b) que mantiene la temperatura de la zona de perlitización (11) en un máximo de 720º C, estando dispuesta entre la al menos una zona de carburación (7) y la al menos una zona de perlitización (11) al menos una zona de esclusa de entrada (18) que está formada por un par de puertas móviles (12, 14) y por la que puede ser recibida la al menos una pieza de trabajo (2) , y estando prevista inmediatamente antes y/o dentro de la zona de esclusa de entrada (18) una evacuación de gas protector (19) que evacua el gas protector de la zona de carburación (7) sacándolo del compartimiento (6) del horno.

2. Horno de hogar rotativo (1) según la reivindicación 1, caracterizado por que dentro de la zona de esclusa de entrada (18) está dispuesto al menos un dispositivo de calentamiento-enfriamiento (20a, 20b) que enfría la pieza de trabajo (2) .

3. Horno de hogar rotativo (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la al menos una zona de perlitización (11) lleva pospuesta al menos una zona de esclusa de salida (24) que está formada por un par de puertas móviles (15, 16) y por la cual puede ser recibida la al menos una pieza de trabajo (2) .

4. Horno de hogar rotativo (1) según la reivindicación 3, caracterizado por que dentro de la al menos una zona de esclusa de salida (24) está dispuesto al menos un dispositivo de calentamiento-enfriamiento (26a, 26b) que calienta las piezas de trabajo (2) .

5. Horno de hogar rotativo (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la al menos una zona de perlitización (11) lleva pospuesta al menos una zona de calentamiento (23) con al menos un dispositivo de calentamiento-enfriamiento que calienta las piezas de trabajo (2) hasta al menos la temperatura de austenitización.

6. Horno de hogar rotativo (1) según la reivindicación 5, caracterizado por que la al menos una zona de esclusa de salida (24) está dispuesta entre la al menos una zona de perlitización (11) y la al menos una zona de calentamiento (23) .

7. Horno de hogar rotativo (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la al menos una zona de perlitización (11) presenta una alimentación de gas protector (21) que alimenta gas protector para el enfriamiento convectivo de las piezas de trabajo (2) .

8. Horno de hogar rotativo (1) según la reivindicación 7, caracterizado por que la al menos una zona de perlitización

(11) presenta una evacuación de gas protector (22) que evacua el gas protector alimentado a la al menos una zona de perlitización (11) .

9. Horno de hogar rotativo (1) según la reivindicación 7 u 8, caracterizado por que está prevista una evacuación de gas protector de salida (25) que está pospuesta a la al menos una zona de perlitización (11) y que evacua el gas protector que procede y llega de la al menos una zona de perlitización (11) .

10. Procedimiento para el tratamiento térmico de piezas de trabajo (2) en un horno de hogar rotativo (1) con un compartimiento de horno (6) que presenta al menos una zona de carburación (7) y al menos una zona de tratamiento (8) pospuesta a la al menos una zona de carburación (7) , en donde las piezas de trabajo (2) son enriquecidas con carbono bajo gas protector dentro de la al menos una zona de carburación (7) a una temperatura superior a 900º C,

caracterizado por que con ayuda de al menos un dispositivo de calentamiento-enfriamiento (17a, 17b) se enfrían las piezas de trabajo (2) a una temperatura inferior a 720º C para formar una estructura perlítica en al menos una zona de perlitización (11) que está pospuesta a la al menos una zona de carburación (7) y que está asociada a la zona de tratamiento (8) , transportándose las piezas de trabajo (2) , antes de su disposición en la al menos una zona de perlitización (11) , a través de al menos una zona de esclusa de entrada (18) que está pospuesta a la al menos una zona de carburación 8

(7) y que está formada por un par de puertas móviles (12, 14) y por la que puede ser recibida al menos una pieza de trabajo (2) , y evacuándose del compartimiento (6) del horno el gas protector de la zona de carburación (7) como más tarde dentro de la zona de esclusa de entrada (18) .

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado por que se enfrían las piezas de trabajo (2) dentro de la 5 zona de esclusa de entrada (18) por medio de al menos un dispositivo de calentamiento-enfriamiento (20a, 20b) .

12. Procedimiento según la reivindicación 10 u 11, caracterizado por que se inyectan aire de enfriamiento y/o agua de enfriamiento en la zona de esclusa de entrada (18) para el enfriamiento convectivo de las piezas de trabajo (2) .

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado por que se transportan las piezas de trabajo (2) a través de al menos una zona de esclusa de salida (24) que está pospuesta a la al menos una

zona de perlitización (11) y que está formada por un par de puertas móviles (15, 16) y por la cual puede ser recibida la al menos una pieza de trabajo (2) .

14. Procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado por que se calientan las piezas de trabajo (2) dentro de la al menos una zona de esclusa de salida (24) por medio de al menos un dispositivo de calentamiento-enfriamiento (26a, 26b) .

15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado por que se alimenta gas protector a la al menos una zona de perlitización (11) .

16. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado por que se evacua de la al menos una zona de perlitización (11) el gas protector alimentado a la al menos una zona de perlitización (11) .

17. Procedimiento según la reivindicación 16, caracterizado por que se acondiciona y se enfría fuera del

compartimiento (6) del horno el gas protector evacuado de la zona de perlitización (11) y se le alimenta nuevamente como gas protector a la al menos una zona de perlitización (11) .