NO854811L - Fremgangsmaate ved hurtigkjoeling. - Google Patents

Abstract

Det angis en fremgangsmåte og anordning til avkjøling av det pressede materiale i et anlegg for varm-isostatisk pressing (HIP). I en beholder (11)innstilles det en gasstrøm fra det varme HIP-materiale (16) til behold-rens indre vegg (24). I en vesentlig kaldere sone (19) i beholderens indre rom er der anordnet ett eller flere varmemagasin gjennom hvilke gasstrømmene fra HIP-materialet føres.

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte ved hurtig avkjøling av innholdet av et HIP-anlegg, hvorved det i beholderen til avkjøling innstilles en gass-strøm fra det oppvarmede HIP-materiale til beholderens innervegg, samt en anordning til gjennomføring av fremgangsmåten.

Ved HIP- (Hot Isostatic Pressure) -fremgangsmåten sammen-presses og fortettes faste arbeidsmaterialer eller sådanne som består av pulver og foreligger i en matrise, under høyt trykk (opp til 2000 bar) og høy temperatur (opp til 2000°C). Også arbeidsmaterialer av samme eller for-skjellig art kan ved hjelp av denne teknikk forbindes med hverandre. Dette skjer vanligvis slik at arbeidsmaterialet bringes inn i en ovn (for det meste en elektrisk motstands-ovn), hvilken er anordnet i en høytrykksbeholder, og oppvarmes der til mykningspunktet nesten er oppnådd. Samtidig gjennomføres en isostatisk sammenpressing til full tetthet ved allsidig trykk av en inert gass, for det meste argon. Denne såkalte HIP-fase strekker seg alt etter arbeidsmat-eriale over et kortere eller lenger tidsrom. Deretter av-kjøles arbeidsmaterialet i beholderes så langt at det tilstrekkelig lav temperatur kan tas ut beholderen.

Det er nå kjent at denne avkjøling etter HIP-fasen spiller en vesentlig rolle, da det på den ene siden er nødvendig med opprettholdelse av en bestemt kjølehastighet på mange materialer på grunn av materialkvaliteten og fordi på den andre side beleggtiden for et HIP-anlegg er sterkt avhengig av lengden til av kjølefasen, hvilken utgjør omtrent halv-parten av den samlede beleggtid.

Ved HIP-anlegg hvis arbeidsrom har en en liten diameter (D<500 mm) kan varmen avføres over trykkbeholderens vegg til på utsiden av beholderen strømmende kjølevann. Ved anlegg med større diametere blir veggens temperatur for høy ved denne kjølemetode.

Det er videre kjent å virvle de varme ovnsgassene for å oppnå en bedre avførsel av varmen til utsiden. Også her er det ufordelaktig at veggen til trykkbeholderen ved større anlegg blir for varme.

Videre er det kjent å trekke gassen ut av beholderen og å avkjøle denne i en varmeveksler utenfor anordninger og deretter å føre den tilbake inn i ovnen. Dette medfører dog en betraktelig teknisk innsats.

Foreliggende oppfinnelse har derfor som oppgave å frem-bringe en fremgangsmåte for en så rask avkjøling av HIP-materialet som mulig, å unngå ulempene ved de kjente frem-gangsmåter og å muliggjøre dette ved lavest mulig teknisk innsats.

Denne oppgave løses ved at det i beholderens indre rom i en vesentlig kaldere sone er anordnet en eller flere varmemagasin, gjennom hvilke gass-strømmen som kommer fra HIP-materialet føres. Det er fordelaktig om gass-strømmen etter varmemagasinet føres direkte på beholderens indre vegg.

Varmemagasinet kan hensiktsmessig oppta mellom 15 og 100% av den samlede varme som skal avføres.

Anordninger for gjennomføring av fremgangsmåten inneholder hensiktsmessig et varmemagasin hvilket eksempelvis utføres av et bur som inneholder kuler eller lignende av et materiale som har god varmeledningsevne og/eller varmelagrings-evne.

Fordelen med fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen og anordningen for gjennomføring av denne fremgangsmåte består fremfor alt av at kjølehastigheten for HIP-materialet kan styres innen vide grenser og dermed tilpasses de nød-vendige betingelser. Derved kan varmemagasinet ved å øke eller forminske dets masse lett tilpasses betingelsene. Denne tilpassing av kjølehastigheten fører til en vesentlig forbedring av kvaliteten til HIP-materialet og fremfor alt også til en betraktelig energi-innsparing. Også beleggtiden av HIP-anlegget kan forminskes betraktelig, noe som medfører en bedre utnyttelse av anlegget.

På tegningene vises eksempler på utføringsformer av anordningen for gjennomføring av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen: Figur 1 viser et skjematisk snitt gjennom en HIP-anordning

av den enkleste art,

Figur 2 viser en utføring av en HIP-anordning i hvilken det

er anordnet en kjøler i tillegg til varmemagasinet,

Figur 3 viser en utføring med et til siden anordnet varmemagasin .

I henhold til figur 1 består HIP-anordningen av en høy-trykksbeholder 11, hvilken er lukket med lokket 12. Høy-trykksbeholderen 11 er vanligvis av sylindrisk form og lokket 12, samt et ofte tilpasset bunnlokk, er anordnet på sylinderens endeflater. I beholderen 11 er det anordnet et varmeskjold 13 som skjermer beholderen 11 fra ovnsrommet

14. Innenfor varmeskjoldet 13 er det anordnet en bunnstein 15 av ildfast materiale, hvilken ligger tett opp til varmeskjoldet 13 og på hvilken HIP-materialet 16 hviler. Til siden for HIP-materialet 16 er det anordnet et varme-ele-ment, vanligvis i form av et elektrisk motstandselement. Mot den øvre ende av varmeskjoldet 13 og det derover liggende rom 19 utgjør en kaldere sone, i hvilken varmemagasinet 21, som består av et lager med kuler 20, er festet slik at ovnsrommet stenges. Mellom isolasjonsplater- 18 og d^n kaldere sone 19 er det anordnet forbindelsesåpninger 22 med relativt små tverrsnitt. Varmemagasinet 21 er åpent mot ringrommet 23 mellom varmeskjoldet 13 og beholderens indre vegg 24. Tilførselen 25 av gassen som kan reguleres ved hjelp av ventilen 26 går gjennom bunnsteinen 15. Forøvrig er det i bunnen av beholderen 11 på kjent måte anordnet ledninger for til- og avførsel av elektrisk energi og led-inger for trykkjustering.

Ved benyttelse av denne anordning stables først gjennom åpningen av lokket 12 HIP-materialet 16, eventuelt i kurv-er, på bunnstenen 15, deretter settes isolasjonsplaten 18 inn i varmeskjoldet 13 og varmemagasinet 21 settes på varmeskjoldet 13 slik at rommet 19 er avstengt mot ringrommet 23. Etter tett avstenging av lokket 12, bringes ovnsrommet 14 til den nødvendige temperatur med varmeele-mentet 17, som kan ligge mellom 1200°C og 2000°C. I

løpet av oppvarmingen av HIP-materialet 16, blåses en inertgass, vanligvis argon eller også helium etc, ved åpnet ventil 26 gjennom tilførselsrøret 25 inn i ovnsrommet 14, til det ønskede trykk i ovnsrommet 14 er innstilt mot slutten av oppvarmingstiden. Også det nødvendige trykk er avhengig av HIP-materialet 16 og kan ligge mellom 1000 og 2000 bar. Ved lukket ventil 26 begynner holdetiden, hvilken likeledes er materialavhengig og kan vare opp til 4 timer. Det er viktig at rommet 19 bak isolasjonsplaten 18 ikke kan oppvarmes i løpet av dette tidsrom og høyden når en temperatur på 500°C. Mot slutten av holdetiden fjernes trykket i ovnsrommet 14 og deretter føres kald inertgass inn ved åpnet ventil 26, som strømmer gjennom HIP-materialet og slik avkjøler dette. Den nå oppvarmede gass strømmer da gjennom åpningene 22 forbi isolasjonsplaten 18 inn i rommet 19 og derfra gjennom det betraktelig kaldere varmemagasin 21, hvis vegger og bunn er utstyrt med utbor-inger og som er fylt med kuler 20. Ved gjennomstrømming av gassen gjennom varmemagasinet 21 avgir gassen sin varme til kulene 20. Fra varmemagasinet 21 strømmer gassen inn i ringrommet 23 og avgir derved resten av varmen til beholderens indre vegg 24 såfremt den ikke var tilstrekkelig av-kjølt. Fra ringrommet 23 strømmer gassen enten direkte ut av beholderen 11 eller føres gjennom en åpning i varmeskjoldet 13 inn i tilføringsrøret 25. Dette gjøres med kjente midler.

Slik kan avkjølingshastighter for HIP-materialet på 20°

til 60°/min. innstilles, hvilke i det vesentlige er avhengig av HIP-materialet og den ønskede virkning av HIP-fasen. Innholdet av varmemagasinet 21 kan derved likeledes tilpasses de foreliggende betingelser, foreksempel ønsket kjølehastighet, en eller flere gjennomløp for kjøle-gassen, varmefordelingen etc.

På figur 2 vises en modifisert anordning ved hvilken de samme henvisningstall som på figur 1 betegner tilsvarende deler. Den hovedsaklige forskjell til anordningen i henhold til figur 1 består i at kjølegassen som kommer fra varmemagasinet 21 kan avkjøles enten av en direkte i lokket 12 til høytrykksbeholderen 11 anordnet kjøler 27 eller av en varmeveksler 28 som er anordnet under lokket 12, så langt at beholderens indre vegg 24 ikke oppvarmes over en temperatur på 300°C. I dette tilfelle er det ikke nød-vendig å føre kjølegassen flere ganger gjennom HIP-anordningen, men den kan derimot trekkes ut i bunnen av beholderen 11. Dette medfører noen fordeler.

I henhold til figur 3 ved hvilken likeledes tilsvarende deler som på figur 1 betegnes med samme henvisningstall, er varmeskjoldet 29 utført slik at det ligger tett an mot bunnen og lokket 12 til beholderen 11 og slik omslutter ovnsrommet 14. Lokket 12 bærer på undersiden en isolasjonsplate 30m slik at den oppvarmede kjølegass som kommer fra HIP-materialet 16 ikke kan avgi sin varme til lokket 12. I den øvre del av varmeskjoldet 29 er det anordnet sideåpninger 31, som fører til ringrommet 32 mellom varmeskjoldet 29 og beholderens indre vegg 33. Dette ringrom 32 omfatter varmegass-sonen 35 og er fylt med kuler 34. Kulene består foreksempel av kobber, stål eller lignende, hvilket material har god varmeledningsevne og varmelagr-ingsevne. Under kulene 34 er det dannet et rom 36, hvilket ved hjelp av ventiler 37 og 38 enten kan forbindes med et avløp eller med gasstilføringsventilen 26. I dette tilfelle føres kjølegassen først gjennom HIP-materialet 16, hvor det opptar varme, deretter forbi lokket 12 uten å avgi varme, gjennom åpningenen 31 i varmeskjoldet 29 til varmemagasinet 34 og avgir deretter storparten av den opptatte varme til fulgene i varmemagasinet 34. Hvis kjølegassen er tilstrekkelig avkjølt, kan det slippes ut ved å åpne ventilen 38. Er gassen ikke tilstrekkelig avkjølt eller skal kjølehastigheten for HIP-materialet nedsettes betraktelig, så kan gassen føres ut av rommet 36 ved åpning av ventilen 37 og lukking av ventilen 38, og tilbake inn i ovnsrommet 14. Ved delvis åpning av begge ventiler 37 og 38 kan gassen som kommer fra varmemagasinet deles, nemlig tildels fjernes og tildels føres tilbake til ovnsrommet 14. Dette er avhengig av de nødvendige betingelser.

Naturligvis kan gassen som kommer fra varmemagasinet deles opp ved alle utføringer av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, hvorved den andel som føres tilbake til ovnsrommet 14 kan varieres som ønsket.

Likeledes er det uten videre mulig å dele varmemagasinet i fler enheter, foreksempel å kombinere utføringene i henhold til figur 1 med de i henhold til figur 3. Det er også mulig å anordne varmemagasinet et annet sted, foreksempel i bunnen av beholderen eller å føre kjølegassen slik at den først når lokket eller bunnen, der den foravkjøles og først deretter føres gjennom varmemagasinet.

Viktig synes også den mulighet å kunne fjerne varmemagasinet etter oppvarming med kjølegassen fra ovnsrommet og deretter å avkjøle varmemagasinet til arbeidstemperaturen og å sette det tilbake inn i ovnsrommet. Også slik kan beleggtiden av HIP-anordningen forkortes vesentlig. Særlig når det avvekslende anvendes to varmemagasin med samme slags innhold.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte ved hurtig avkjøling av inneholdet av et HIP-anlegg, hvorved det i beholderen for avkjø lingen innstilles en gass-strøm fra det oppvarmede HIP-material til beholderens indre vegg, karakterisert ved at det i det indre rom av beholderen (11) i en vesentlig kaldere sone (19) er anordnet en eller flere varmemagasin (21, 34), gjennom hvilke den fra HIP-materialet (16) kommende kjølegass-strøm føres gjennom.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at kjølegass-strømmen føres direkte på beholderens indre vegg (24) etter å ha for-latt varmemagasinet (21).

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at kjø legass-strømmen føres fra HIP-materialet (16) til det eventuelt avkjølte lokk (12) eller bunnen av beholderen (11) og deretter gjennom varmemagasinet til beholderens indre vegg (24).

4. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 1-3, karakterisert ved at det i retning av kjølegass-strømmen er anordnet en ytterligere kjø leanordn-ing, foreksempel en varmeveksler (28), et avkjølt lokk (27), en kjøleplate etc. etter varmemagasinet (21).

5. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 1-4, karakterisert ved at varmemagasinet (34) er anordnet omgivende varmegass-sonen (35) i et varmeiso-lert rom, eventuelt med varmeisolasjon ovenfor beholderens indre vegg (33).

6. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 1-5, karakterisert ved at varmemagasinet kan oppta mellom 15 og 100% av den samlede varme som skal av- føres.

7. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 1-6, karakterisert ved at gjennomføring av kjølegass-strømmen gjennom varmemagasinet gjentas flere ganger eventuelt under reduksjon av gassmengden til av-kjøling av varmemagasinet til en for HIP-materialet egnet temperatur.

8. Fremgangmsåte i henhold til et av kravene 1-7, karakterisert ved at varmemagasinet etter opptak av varme fra HIP-materialet avkjøles utenfor beholderen .

9.' Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 1-8, karakterisert ved at gass-strømmen føres fullstendig gjennom en eller flere varmemagasin.

10. Anordning til gjennomføring av fremgangsmåten i henhold til kravene 1-9, karakterisert ved at varmemagasinet (21, 34) eksempelvis består av en i et bur liggende samling av kuler (20) etc. av et material som har gode varmelednings-evner og/eller gode varmelagrende evner.

11. Anordning i henhold til krav 10, karakterisert ved at varmemagasinet er oppdelt i flere enheter.

12. Anordning i henhold til krav 10 eller 11, karakterisert ved at den vesentlig kaldere sone (19) i det indre rom til beholderen (11) dannes ved en isolasjonsplate (18) som skjermer denne sone (19) mot ovnsrommet (14) og at det er anordnet forbindelsesåpninger (22) som foreksempel boringer, ringbolter eller lignende med relativt små tverrsnitt mellom de to rom (14) og (19).