ITTO970065A1 - Procedimento di trattamento termico di pezzi metallici a base ferrosa in un'atmosfera attiva ad elevato potenziale di carbonio. - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Procedimento di trattamento termico di pezzi metallici a base ferrosa in un'atmosfera attiva ad elevato potenziale di carbonio"
DESCRIZIONE La presente invenzione si riferisce adunprocedimento di trattamento termico di pezzi metallici a base ferrosa inun'atmosfera attiva ad elevato potenziale di carbonio che consente di accrescere il contenuto di carbonio di tali pezzi. Trattamenti di questo genere sono ad esempio la cementazione e la carbonitrurazione.
E'noto produrre atmosfere ad elevato potenziale di carbonio mediante dissociazione termica di alcooli, in particolare di metanolo. Tale dissociazione determina la formazione di una specie riducente, quale l'idrogeno, e di una specie sia carburante che riducente, quale il monossido di carbonio. Se necessario per raggiungere desiderati valori di concentrazione, tali specie possono eventualmente essere diluite con azoto proveniente da stoccaggio criogenico. Questo procedimento noto di produzione di atmosfere di trattamento termico ad elevato tenore di carbonio presenta peraltro alcuni inconvenienti.
Da una parte, infatti, i quantitativi ottenuti di idrogeno e monossido di carbonio stanno fra loro in un rapporto fisso, determinato dalla composizione atomica dell'alcool utilizzato, e che quindi può essere inadatto per certi tipi di trattamento.
D'altra parte, inoltre, l'utilizzo di una materia prima come un alcool, in particolare metanolo, presenta problemi intrinseci di costi elevati e di sicurezza.
Allo scopo di ovviare agli inconvenienti sopra delineati costituisce oggetto della presente invenzione un procedimento di trattamento termico di pezzi metallici a base ferrosa in un'atmosfera attiva ad elevato potenziale di carbonio, caratterizzato dal fatto che detta atmosfera è ottenuta per reazione catalitica fra un combustibile idrocarburico ed un comburente avente un tenore di ossigeno superiore al 21% in volume, e contiene almeno il 60% in volume di specie carburanti e/o riducenti.
Le materie prime utilizzate per la generazione di un'atmosfera di trattamento secondo l'invenzione sono facilmente disponibili a costi contenuti e non presentano particolari problemi di sicurezza. In particolare infatti si può utilizzare come combustibile idrocarburico gas naturale o metano.
Inoltre, regolando convenientemente il rapporto fra i quantitativi di combustibile e comburente ed il tenore di ossigeno di quest'ultimo, si può ottenere un'ampia gamma di composizioni di atmosfera di trattamento utili per le esigenze più disparate.
In particolare, accrescendo fino al 100% il tenore di ossigeno del comburente e diminuendo corrispondentemente il tenore di inerti, in particolare di azoto, è possibile ottenere nell'atmosfera di trattamento il 100% di specie carburanti e/o riducenti, quali idrogeno e monossido di carbonio.
La diminuzione del tenore di inerti consente inoltre di raggiungere temperature più elevate nel corso della reazione di combustione. Si ha così l'ulteriore vantaggio di favorire la formazione delle specie desiderate, quali idrogeno e monossido di carbonio, rispetto a specie indesiderate completamente ossidate, quali acqua ed anidride carbonica.
La reazione catalitica di combustione può essere indifferentemente condotta in un reattore separato dalla camera in cui si effettua il trattamento termico, oppure contenuto in quest 'ultima .
Preferibilmente il tenore di ossigeno del comburente è compreso fra il 21% ed il 35% in volume. Tale comburente può ad esempio essere ottenuto dal refluo di impianti in sito di separazione dell' aria mediante permeazione o adsorbimento, oppure mediante miscelazione di aria naturale con ossigeno proveniente da stoccaggio in pressione o criogenico o ancora mediante miscelazione di azoto ed ossigeno provenienti da stoccaggi in pressione o criogenici .
La reazione è effettuata ad una temperatura preferibilmente compresa fra 400°C e 1100°C ed ancor più preferibilmente fra 750°C e 1050°C .
Come catalizzatore della reazione di combustione si possono utilizzare tutti i tipi di catalizzatore noti nella tecnica per questo genere di reazioni . Ad esempio si può utilizzare un catalizzatore sopportato su di un sopporto refrattario ed a base di ossido di nickel o di metalli preziosi, quali platino , osmio, palladio e rutenio o loro ossidi .
Tale sopporto refrattario può essere di tipo ceramico ed è realizzato preferibilmente a base di al -lumina , silice, ossido di zirconio, ossido di titanio o ossido di magnesio.
La presente invenzione verrà ora descritta più in dettaglio sulla base dei seguenti esempi forniti a titolo non limitativo.
ESEMPIO 1 - Cementazione
un reattore di combustione è posizionato all'esterno di un forno a pozzo, in cui si effettua il trattamento termico di cementazione. Nel reattore è utilizzato un sistema catalitico costituito dall'1% di platino come catalizzatore su di un sopporto di allumina. Al reattore è alimentata una miscela di gas naturale e di comburente proveniente da pacco bombole in pressione e con tenore di ossigeno pari al 33% in volume in azoto. Il rapporto combu-rente/gas naturale è pari a 1,5. La reazione condotta ad una temperatura di 930°C produce un'atmosfera contenente il 73% di specie riducenti (idrogeno e monossido di carbon o), il 24,5% di specie carburante (monossido di carbonio) e lo 0,16% di anidride carbonica, con un punto di rugiada di -3°C.
Tale atmosfera viene iniettata nel forno a pozzo, in cui si instaura una temperatura di regime di 920°C, per cementare una carica di acciaio. Si ottiene così un potenziale di carbonio pari all'1%. Se necessario, è possibile accrescere o diminuire tale potenziale durante il trattamento di cementazione mediante l'iniezione, direttamente in forno, di gas naturale o rispettivamente di aria.
Il tempo necessario per effettuare la cementazione di una carica di acciaio 16MnCr5, per cui è richiesta una profondità efficace (durezza 525 Hv) di 0,5-0,6 mm, è di circa Ih e 30 min.
Il tempo necessario per effettuare la cementazione di una carica di acciaio 18NiCrMo5, per cui è richiesta una profondità efficace di 1 mm, è di circa 3h.
Il tempo necessario per effettuare la cementazione di una carica di acciaio 20MnCr5, per cui è richiesta una profondità efficace di 1,4 mm, è di circa 4h e 15 min.
ESEMPIO 2 - Carbonitrurazione
Il reattore di combustione è posizionato all'esterno di un forno a camera, in cui si effettua il trattamento termico di carbonitrurazione.Nel reattore è utilizzato un sistema catalitico analogo a quello dell'esempio 1. Al reattore è alimentata una miscela di gas naturale e di comburente con tenore di ossigeno pari al 31% in volume in azoto. Il comburente è ottenuto arricchendo aria compressa di stabilimento con ossigeno da stoccaggio criogenico. Il rapporto comburente/gas naturale è pari a 1,6. La reazione, condotta ad una temperatura di 930°C, produce un'atmosfera contenente il 70% di specie riducenti (idrogeno e monossido di carbonio), il 23,5% di specie carburante (monossido di carbonio) e lo 0,15% di anidride carbonica, con un punto di rugiada di -4°C.
Tale atmosfera viene iniettata nel forno a camera, in cui si instaura una temperatura di regime di 860°C, per cementare in una prima fase una carica di acciaio. Si ottiene così un potenziale di carbonio pari allo 0,9%. Se necessario, è possibile accrescere o diminuire tale potenziale durante il trattamento di cementazione mediante l'iniezione direttamente in forno di gas naturale o rispettivamente di aria.
Successivamente si effettua una fase di nitrurazione, iniettando direttamente nel forno con modalità in sé note ammoniaca a diversi gradi di dissociazione, cosi da poter controllare il potenziale nitrurante.
Il tempo necessario per effettuare la carbonitrurazione di una carica di acciaio CIO, per cui è richiesta una profondità efficace (durezza 525 Hv) di 0,2 min, è di circa 1h.
Il tempo necessario per effettuare la carbonitrurazione di una carica di acciaio C10, per cui è richiesta una profondità efficace di 0,5 mm, è di circa 2h.
Naturalmente si intende che, fermo restando il principio dell ' invenzione, i particolari di realizzazione e le forme di attuazione potranno ampiamente variare rispetto a quanto sopra descritto, senza per questo uscire dall ' ambito della presente invenzione .
Claims (9)
- RIVENDICAZIONI 1. Procedimento di trattamento termico di pezzi metallici a base ferrosa in un'atmosfera attiva ad elevato potenziale di carbonio, detto procedimento essendo caratterizzato dal fatto che detta atmosfera è ottenuta per reazione catalitica fra un combustibile idrocarburico ed un comburente avente un tenore di ossigeno superiore al 21% in volume, e contiene almeno il 60% in volume di specie carburanti e/o riducenti .
- 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto comburente ha un tenore di ossigeno compreso fra il 21% ed il 35% in volume.
- 3. Procedimento secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detto comburente è ottenuto dal refluo di impianti in sito di separazione dell'aria mediante permeazione o adsorbimento.
- 4. Procedimento secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che detto comburente è ottenuto mediante miscelazione di aria naturale con ossigeno proveniente da stoccaggio in pressione o criogenico.
- 5. Procedimento secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che detto comburente è ottenuto mediante miscelazione di azoto ed ossigeno provenienti da stoccaggi in pressione o criogenici.
- 6. Procedimento secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detto combustibile idrocarburico è gas naturale o metano .
- 7. Procedimento secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detta reazione è effettuata ad una temperatura compresa fra 400°C e 1100°C e preferibilmente fra 750°C e 1050°C.
- 8. Procedimento secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detta reazione è effettuata in presenza di un catalizzatore a base di ossido di nickel o di metalli preziosi, quali platino, osmio, palladio e rutenio o loro ossidi, detto catalizzatore essendo sopportato su di un sopporto refrattario.
- 9. Procedimento secondo la rivendicazione 8 , caratterizzato dal fatto che detto sopporto refrattarioè di tipo ceramico ed è realizzato a base di allumina, silice, ossido di zirconio , ossido di titanio o ossido di magnesio.
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