RU2034092C1 - Способ экологически чистого процесса цементации металлических деталей - Google Patents
Способ экологически чистого процесса цементации металлических деталей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2034092C1 RU2034092C1 RU93009381A RU93009381A RU2034092C1 RU 2034092 C1 RU2034092 C1 RU 2034092C1 RU 93009381 A RU93009381 A RU 93009381A RU 93009381 A RU93009381 A RU 93009381A RU 2034092 C1 RU2034092 C1 RU 2034092C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- atmosphere
- carburizing
- cementation
- space
- hydrocarbon gas
- Prior art date
Links
Landscapes
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
Использование: изобретение относится к цементации и может быть использовано например, в нефтехимии, металлургии, машиностроении и других отраслях промышленности. Сущность изобретения. Способ экологически чистого процесса цементации металлических изделий, при котором производят эндотермическую контролируемую атмосферу путем каталитической конверсии углеводородного газа окислителем /воздухом/ и подают ее в цементационное пространство с добавкой углеводородного газа CnH2n+2 в количестве (1-5)/100 n объема подаваемой атмосферы, причем отработанную атмосферу отводят из цементационного пространства по герметичному тракту и вместе с дополнительным количеством углеводородного газа и окислителя возврашают на конверсию, компенсируя увеличение содержания водорода в отработанной атмосфере заменой части окислителя диоксиддом углерода в количестве (0,8-1,1) nN объема добавки углеводородного газа, где N - коэффициент возврата, выраженный отношением объемов атмосферы, отводимой из цементационного пространства и поданной в него.
Description
Изобретение относится к области цементации и может быть использовано например, в нефтехимии, металлургии, машиностроении и других отраслях промышленности.
Известен способ цементации изделий, при котором цементацию производят при температуре 950-1150оС, внутрь объема насыщения по металлическому тракту подают газовую смесь и осуществляют циркуляцию смеси через цементуемую садку. В качестве газовой смеси используют углеводород и диоксид углерода в соотношении 1 (1-4).
Недостатком известного способа является загрязнение окружающей среды и большой расход эндотермической атмосферы.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является выбранный в качестве прототипа способ экологически чистого процесса цементации металлических деталей, включающий создание эндотермической контролируемой атмосферы, подачу ее в печь, удаление отработанных газов из печи и возвращение их в цементационное пространство.
Недостатком известного способа является загрязнение окружающей среды в цеху и вне его, большой расход эндотермической атмосферы и низкое качество процесса цементации.
Главными техническими результатами заявленного решения являются повышение качества процесса цементации, за счет увеличения глубины науглероживания, повышение качества цементуемых изделий, за счет равномерного распределения углерода по глубине диффузионного слоя и кроме того повышается экологичность процесса при сокращении расхода углеводородного газа.
В заявляемом способе экологически чистого процесса цементации металлических деталей, включающим создание эндотермической контролируемой атмосферы, подачу ее в печь, удаление отработанных газов из печи и возвращение их в цементационное пространство, отработанную атмосферу отводят из цементационного пространства по герметичному тракту, добавляют углеводородный газ типа СnН2n+2 в количестве (1-5)/100n объема подаваемой атмосферы и вместе с окислителем возвращают на конверсию, компенсируя увеличение содержания водорода в отработанной атмосфере заменой части окислителя диоксидом углерода в количестве (0,8-1,1)n W объема добавки углеводородного газа, где W коэффициент возврата, выраженный отношением объемов атмосферы, отводимой из цементационного пространства и поданной в него.
Способ экологически чистого процесса цементации металлических деталей реализован следующим образом.
Углеводородный газ и воздух в соотношении α 0,25-0,3, обеспечивающий состав готовой эндотермической контролируемой атмосферы, например ≈ 20% СО, ≈ 40% Н2, ≈ 40% азот поступает в смеситель. Образовавшаяся смесь компрессором нагнетается в реторту эндогенератора, заполненную катализатором и нагретую до 1030-1050оС. В слое катализатора протекает реакция конверсии углеводородного газа окислителем с образованием на выходе эндотермической контролируемой атмосферы указанного выше состава. Эта атмосфера по герметичному трубопроводу подается в рабочее пространство печи, одновременно в печь поступают и добавки углеводородного газа СnН2n+2 в количестве (1-5)/100n объема подаваемой эндотермической атмосферы.
В рабочем пространстве печи происходит взаимодействие металлических деталей с цементационной атмосферой, образующейся при взаимодействии эндотермической атмосферы с углеводородной добавкой. В результате взаимодействия на поверхности металлических деталей выделяется активный углерод, который при температурах цементации 860-930оС диффундирует вглубь металла с образованием цементованного слоя. Параметры слоя определяются углеродным потенциалом цементационной атмосферы, содержанием в ней активных составляющих СО и Н2 и продолжительностью процесса цементации. При одном и том же углеродном потенциале скорость насыщения будет более высокой при равном количестве СО и Н2 и более высоком их общем содержании. Отработанная атмосфера покидает печь через гидрозатвор, обеспечивающий поддержание в рабочем пространстве требуемого избыточного давления. Барботируя через воду в гидрозатворе, отходящая из печи атмосфера очищается от взвешенных примесей и из верхней части гидрозатвора по герметичному трубопроводу подается в накопитель газа. Из накопителя газа атмосфера поступает во всасывающий патрубок компрессора вместе с дополнительным количеством углеводородного газа и воздуха. Для компенсации повышения содержания водорода вследствие разложения (диссоциации) в печи добавки углеводородного газа часть воздуха, подаваемого во всасывающий патрубок компрессора, заменяют диоксидом углерода в количестве (0,8-1,1).n.W объема добавки углеводородного газа, подаваемой в печь.
На катализаторе реторты, куда поступает смесь отработанной атмосферы, дополнительное количество углеводородного газа и воздуха, а также диоксид углерода, происходит реакция конверсии углеводородного газа воздухом и диоксидом углерода.
CnH2n+2 + (O2+3,76N2)=CO + H2+1,88 N2, (1)
CnH2n+2 + CO2 2CO + H2. (2)
Благодаря реакции (2) атмосфера, покидающая слой катализатора, содержит первоначальное соотношение оксида углерода и водорода при несколько увеличенном их общем содержании. Таким образом в рабочее пространство печи поступает контролируемая атмосфера с улучшенными цементационными свойствами.
CnH2n+2 + CO2 2CO + H2. (2)
Благодаря реакции (2) атмосфера, покидающая слой катализатора, содержит первоначальное соотношение оксида углерода и водорода при несколько увеличенном их общем содержании. Таким образом в рабочее пространство печи поступает контролируемая атмосфера с улучшенными цементационными свойствами.
Многократное повторение описанного выше цикла работы агрегата позволяет значительно повысить содержание активных компонентов атмосферы СО и Н2 при поддержании требуемого соотношения между ними.
Экологичность процесса определяется согласно следующему соотношению:
Эпроц. м3 на процесс где Vэн расход эндогаза, м3/ч;
W коэффициент возврата, б/р;
τн время нового процесса, ч;
τс время старого процесса, ч;
Ссо концентрация СО в эндогазе,
Эпроц. сокращение выбросов СО.
Эпроц. м3 на процесс где Vэн расход эндогаза, м3/ч;
W коэффициент возврата, б/р;
τн время нового процесса, ч;
τс время старого процесса, ч;
Ссо концентрация СО в эндогазе,
Эпроц. сокращение выбросов СО.
Заявленное решение было проверено на экспериментальном стенде, содержащем эндотермическую установку ЭН-16, соединенную герметичным трубопроводом с шахтной цементационной печью СШЦМ-6.20/9. Трубопровод, отводящий отработанную атмосферу из печи, соединен с патрубком подвода исходных продуктов в установку ЭН-16, а патрубок соединен с трубопроводом подвода диоксида углерода.
Определение состава отработанной атмосферы проводили непрерывно газоанализаторами:
ГИАМ 5 0-1,0 об% СО2
АГ 0012 0-100 об% Н2
ГИАМ 14 0-100 об% СО
Дополнительно определяли содержание СО2, Н2, СО, СН4, О2хроматографом "ГАЗОХРОМ 3101".
ГИАМ 5 0-1,0 об% СО2
АГ 0012 0-100 об% Н2
ГИАМ 14 0-100 об% СО
Дополнительно определяли содержание СО2, Н2, СО, СН4, О2хроматографом "ГАЗОХРОМ 3101".
Ротаметрами серии РМ, протарированными для измерения расхода соответствующего газа, определяли расход, поступающей в печь атмосферы и добавки углеводородного газа, а также расход окислителя-воздуха и диоксида углерода, подаваемых в установку ЭН-16.
Эндотермическая установка ЭН-16 снабжена серийным оборудованием для регулирования состава получаемого эндогаза. Газодувка оборудована дополнительной байпасной линией в виде замкнутой трубы с краном, это позволит при необходимости полностью выключать свечу на установке, не опасаясь перегрева газодувки.
Регулирование процесса цементации в печи СШЦМ 6.20/9 производили вручную при помощи указанных газоанализаторов и устройства для определения углеродного потенциала методом фольги.
Эксперименты проводили в режиме промышленной цементации деталей из стали 20Х при температуре 920-930оС. Продолжительность процесса составила 5,5 часов.
Основным источником углеводородного газа являлись подземные емкости сжиженного газа, заполнявшиеся в летнее время техническим бутаном С4Н10, а зимнее время смесью 50% пропана и 50% бутана.
Для проведения экспериментов был также использован поставленный в баллонах метан СН4 и пропан С3Н8.
Глубину цементованного слоя определяли металлографически на поперечных срезах, а распределение концентрации углерода посредством послойного химического анализа. Равномерность распределения углерода по глубине диффузионного слоя оценивали по величине.
α 100% 100% где Сх содержание углерода в поверхностном слое;
С1 содержание углерода на глубине равной 1/3 δ от поверхности металла;
δ глубина диффузионного слоя.
С1 содержание углерода на глубине равной 1/3 δ от поверхности металла;
δ глубина диффузионного слоя.
Использование предложенного решения позволяет сократить на 70-90% расход эндогаза за счет рециркуляции атмосферы в системе "печь-генератор", в 1,5 раза увеличивается глубина науглероживания (скорость цементации) и повышается качество цементуемых деталей в 1,3-1,5 раза, за счет улучшения равномерности распределения углерода по глубине диффузионного слоя. Кроме того использование предложенного способа позволяет улучшить экологичность процесса цементации за счет сокращения вредных промышленных выбросов в атмосферу на 960 м3 СО в год на 1 м3 эндогаза, при производительности эндогенератора 125 м3/ч, что составит 120000 м3 СО в год.
Впервые в отечественной и зарубежной практике достигнута возможность многократного использования цементационной контролируемой атмосферы при одновременном улучшении качества процесса цементации.
Claims (1)
- СПОСОБ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОГО ПРОЦЕССА ЦЕМЕНТАЦИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ, включающий создание эндотермической контролируемой атмосферы, подачу ее в печь, удаление отработанных газов из печи и возвращение их в цементационное пространство, отличающийся тем, что отработанную атмосферу отводят из цементационного пространства по герметичному тракту, добавляют углеводородный газ типа CnH2 n + 2 в количестве (1 5)/100n объема подаваемой атмосферы и вместе с окислителем возвращают на конверсию, компенсируя увеличение содержания водорода в отработанной атмосфере заменой части окислителя диоксидом углерода в количестве (0,8 1,1)nN объема добавки углеводородного газа, где N коэффициент возврата, выраженный отношением объемов атмосферы, отводимой из цементационного пространства и поданной в него.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93009381A RU2034092C1 (ru) | 1993-02-17 | 1993-02-17 | Способ экологически чистого процесса цементации металлических деталей |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93009381A RU2034092C1 (ru) | 1993-02-17 | 1993-02-17 | Способ экологически чистого процесса цементации металлических деталей |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2034092C1 true RU2034092C1 (ru) | 1995-04-30 |
RU93009381A RU93009381A (ru) | 1995-09-20 |
Family
ID=20137537
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93009381A RU2034092C1 (ru) | 1993-02-17 | 1993-02-17 | Способ экологически чистого процесса цементации металлических деталей |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2034092C1 (ru) |
-
1993
- 1993-02-17 RU RU93009381A patent/RU2034092C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Заявка ФРГ N 3631389, кл. C 21D 1/76, 1987. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA1140438A (en) | Process for carburizing ferrous metals | |
US4003764A (en) | Preparation of an ε-carbon nitride surface layer on ferrous metal parts | |
JPS641527B2 (ru) | ||
Panov et al. | Estimation of the effect of temperature, the concentration of oxygen and catalysts on the oxidation of the thermoanthracite carbon material | |
RU2034092C1 (ru) | Способ экологически чистого процесса цементации металлических деталей | |
US4317687A (en) | Carburizing process utilizing atmospheres generated from nitrogen-ethanol based mixtures | |
US4236941A (en) | Method of producing heat treatment atmosphere | |
RU2038414C1 (ru) | Способ экологически чистого процесса нитроцементации металлических изделий | |
JP2001214255A (ja) | 金属表面のガス硬化処理方法 | |
Wang et al. | Kinetic studies of graphon and coal-char reaction with NO and O2: direct non-linear regression from TG curves | |
GB1355848A (en) | Process for the decontamination of exhaust gases | |
EP0859067B1 (en) | Method and apparatus for controlling the atmosphere in a heat treatment furnace | |
RU2038413C1 (ru) | Способ регулирования экологически чистого процесса цементации | |
JPH02122062A (ja) | 真空浸炭方法 | |
EP0063655B1 (en) | Process for carburizing ferrous metals | |
US4042428A (en) | Process for hardening iron-containing surfaces with organic solvent and ammonia | |
RU2042902C1 (ru) | Агрегат экологически чистого процесса цементации | |
RU2034093C1 (ru) | Способ регулирования экологически чистого процесса нитроцементации | |
JPH02217459A (ja) | 焼入れ前の浸炭、浸炭窒化又は加熱による金属片の熱処理方法及びその設備 | |
GB2044804A (en) | Heat treatment method | |
RU2109080C1 (ru) | Установка для газовой низкотемпературной химико-термической обработки стали и сплавов | |
JP5529158B2 (ja) | 金属処理用の気体雰囲気の製造方法 | |
ES8106559A1 (es) | Metodo de tratamiento termico de piezas a base de hierro | |
US5827375A (en) | Process for carburizing ferrous metal parts | |
US4632707A (en) | Protective atmosphere process for annealing and/or hardening ferrous metals |