RU2034093C1 - Способ регулирования экологически чистого процесса нитроцементации - Google Patents
Способ регулирования экологически чистого процесса нитроцементации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2034093C1 RU2034093C1 RU93009382A RU93009382A RU2034093C1 RU 2034093 C1 RU2034093 C1 RU 2034093C1 RU 93009382 A RU93009382 A RU 93009382A RU 93009382 A RU93009382 A RU 93009382A RU 2034093 C1 RU2034093 C1 RU 2034093C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- endogas
- furnace
- carbon dioxide
- hydrocarbon
- ammonia
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
Использование: изобретение относится к нитроцементации и может быть использовано, например, в машиностроении, нефтехимии, металлургии, авиастроении, автомобилестроении и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: способ регулирования экологически чистого процесса нитроцементации, при котором осуществляют непрерывную рециркуляцию эндогаза между эндогенератором и печью, в рабочее пространство которой добавляют углеводород и аммиак, причем в возвратный поток рециркулирующего эндогаза добавляют диоксид углерода, количество которого регулируют по сигналу, поступающему от вычислительного устройства регулятора соотношения оксид углерод-водород, а в зависимости от типа исходного углеводорода, конвертируемого в эндогаз и добавляемого в печь, соотношение оксид углерода - водород регулируют в пределах 1:(0,7-1,1), изменяя соотношение объема добавки диоксида углерода и объема суммарной добавки углеводорода и аммиака как 1:(0,6-1,3). 1 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к нитроцементации и может быть использовано, например, в машиностроении, нефтехимии, металлургии, авиастроении, автомобилестроении и других отраслях промышленности.
Известен способ регулирования процесса нитроцементации, при котором науглероживающая способность атмосферы, полученной из жидкостей, регулируется прибором типа "Карбоом".
Недостатком известного способа является низкая экологичность процесса и низкое качество обработки.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ регулирования экологически чистого процесса нитроцементации, при котором осуществляют непрерывную рециркуляцию эндогаза между эндогенератором и печью, в рабочее пространство которой добавляют углеводород и аммиак.
Недостатками известного способа являются низкая экологичность за счет загрязнения окружающей среды и низкое качество процесса нитроцементации.
Проанализировав недостатки известных технических решений можно сделать вывод, что возникла необходимость в создании нового способа регулирования экологически чистого процесса нитроцементации, при котором существенно улучшается экологичность процесса, т.е. сокращается выброс вредных промышленных отходов в атмосферу, и повышается качество процесса.
Предлагаемый способ позволяет существенно улучшить экологичность и качество процесса за счет улучшения равномерности распределения углерода по глубине диффузионного слоя, а также увеличить скорость нитроцементации. Кроме того, снижается стоимость процесса нитроцементации за счет снижения расхода эндотермической контролируемой атмосферы и соответственно углеводородного газа.
Предлагаемый способ характеризуется следующей совокупностью существенных признаков.
В способе регулирования экологически чистого процесса нитроцементации, при котором осуществляют непрерывную рециркуляцию эндогаза между эндогенератором и печью, в рабочее пространство которой добавляют углеводород и аммиак, в возвратный поток рециркулирующего эндогаза добавляют диоксид углерода, количество которого регулируют по сигналу, поступающему от вычислительного устройства регулятора соотношения оксид углерода водород, а в зависимости от типа исходного углеводорода, конвертируемого в эндогаз и добавляемого в печь, соотношение оксид углерода водород регулируют в пределах 1:(0,7-1,1), изменяя соотношение объема добавки диоксида углерода к объему суммарной добавки углеводорода и аммиака как 1:(0,6-1,3).
Исходные данные по содержанию оксида углерода и водорода поступают из возвратного потока рециркулирующего эндогаза через соответствующие газоанализаторы.
По сравнению с известными техническими решениями предлагаемое позволяет существенно улучшить экологичность процесса нитроцементации за счет сокращения выбросов промышленных отходов в атмосферу. Сокращение выбросов составляет 960 м3 СО в год на 1 м3 эндогаза. При производительности эндогенератора 125 м3/ч это составит 120000 м3 оксида углерода в год. Кроме того в 1,5 раза увеличена скорость нитроцементации, в 1,3-1,5 раза улучшена равномерность распределения углерода по глубине диффузионного слоя, т.е. повышается качество процесса нитроцементации и существенно снижается стоимость процесса за счет снижения расхода эндотермической контролируемой атмосферы и соответственно углеводородного газа.
На чертеже представлена блок-схема устройства, которое реагирует предлагаемый способ регулирования экологически чистого процесса нитроцементации.
Устройство, осуществляющее предлагаемый способ, содержит эндогенератор 1, соединенный с печью 2, газоанализаторы 3 и 4, выходы которых подключены к вычислительному устройству регулятора 5 соотношения оксид углерода водород. Выход вычислительного устройства 5 регулятора соединен через исполнительный механизм 6 с регулирующим краном 7.
Предлагаемый способ регулирования экологически чистого процесса нитроцементации осуществляют следующим образом.
Углеводородный газ СnН2n+2 и воздух в отношении α 0,25-0,3, обеспечивающем состав готовой эндотермической контролирующей атмосферы, например 20% СО, 40% Н2 40% N2, поступают в реторту эндогенератора 1, 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 простpанство печи 2, куда одновременно поступает добавка углеводородного газа СnН2n+2 и аммиака.
В рабочем пространстве печи 2 происходит взаимодействие металлических деталей с нитроцементационной атмосферой с добавками углеводородного газа и аммиака. В результате взаимодействия на поверхности металлических деталей выделяются активные углерод и азот, которые при температурах нитроцементации 840-870оС диффундируют в глубь металла с образованием слоя нитроцементации. Параметры слоя определяются углеродным потенциалом нитроцементационной атмосферы, добавкой аммиака, содержанием в ней активных составляющих СО и Н2 и продолжительностью процесса нитроцементации. При одном и том же углеродном потенциале и одинаковых добавках аммиака скорость насыщения будет более высокой при равном количестве СО и Н2 и более высоком их общем содержанием.
Отработанная газовая смесь через гидрозатвор и накопитель вновь возвращается в реторту эндогенератора 1 вместе с дополнительным количеством углеводородного газа и воздуха. Для компенсации повышения содержания водорода в печи 2 вследствие разложения (диссоциации) добавок углеводорода и аммиака часть воздуха, подаваемого в реторту эндогенератора 1, заменяют диоксидом углерода в количестве, соотносящемся с объемом суммарной добавки углеводорода и аммиака как 1:(0,6-1,3). Благодаря конверсии добавки углеводорода диоксидом углерода атмосфера, покидающая слой катализатора, имеет более высокое содержание оксида углерода.
Для регулирования состава атмосферы посредством газоанализаторов 3 и 4 определяют содержание оксида углерода и водорода в возвратном потоке рециркулирующего эндогаза. Исходные данные по содержанию этих компонентов поступают в вычислительное устройство регулятора 5 соотношения оксид углерода водород. По сигналу, поступающему от регулятора 5 в зависимости от типа исходного углеводорода, соотношение поддерживают на заданном уровне в пределах 1: (0,7-1,1) посредством регулируемой подачи добавки диоксида углерода с помощью исполнительного механизма 6 и регулирующего крана 7.
Таким образом, в рабочее пространство печи 2 поступает контролируемая атмосфера с постоянным соотношением оксид углерода-водород и улучшенными насы- щающими свойствами. Многократное повторение описанного выше цикла работы позволяет значительно повысить содержание активных компонентов СО и Н2 при регулируемом соотношении между ними.
Для подтверждения справедливости цифровых интервалов в формуле изобретения были проведены экспериментальные исследования, результаты которых сведены в таблицу.
Экологичность процесса определялась согласно следующему соотношению:
Эпроц= м3 на процесс
где Vэн расход эндогаза, м3/ч;
W коэффициент возврата, б/p;
τн время нового процесса, ч;
τс время старого процесса, ч;
CСО концентрация оксида углерода в эндогазе,
Эпроц сокращение выбросов углерода, м3/процесс.
Эпроц= м3 на процесс
где Vэн расход эндогаза, м3/ч;
W коэффициент возврата, б/p;
τн время нового процесса, ч;
τс время старого процесса, ч;
CСО концентрация оксида углерода в эндогазе,
Эпроц сокращение выбросов углерода, м3/процесс.
Исследования проводились на экспериментальном стенде. Стенд содержит эндотермическую установку ЭН-16, соединенную герметичным трубопроводом с шахтной электропечью СШЦМ-6.12/9. Трубопровод, отводящий из печи отработанную атмосферу, соединен с патрубком подвода исходных продуктов в установку ЭН-16. Кроме того, с патрубком подвода исходных продуктов соединен патрубок подвода диоксида углерода. Печь СШЦМ-6.12/9 также оборудована патрубком для подачи добавок углеводородного газа и аммиака.
Определение состава отработанной атмосферы проводили непрерывно при помощи газоанализаторов:
ГИАМ-5 0-10 об. СО2;
АГ-012 0-100 об. Н2;
ГИАМ-14 0-100 об. СО.
ГИАМ-5 0-10 об. СО2;
АГ-012 0-100 об. Н2;
ГИАМ-14 0-100 об. СО.
Дополнительно проводили определение содержания СО2, Н2, СО, СН4, О2 при помощи хроматографа "Газохром-3101".
Расход поступающей в печь атмосферы, добавок углеводородного газа и аммиака, а также расходы окислителей воздуха и диоксида углерода и углеводородного газа, подаваемого в установку ЭН-16, определяли посредством ротаметров серии РМ, протарированных для измерения расхода соответствующего газа. Точность измерения расхода конкретного газа отражена в таблице путем приведения соответствующего числа значащих цифр после запятой. В каждом конкретном случае измерений ротаметры подбирались так, чтобы пределы измерений лежали в верхней трети их шкал.
Установка ЭН-16 снабжена серийным оборудованием для регулирования влажности получаемого эндогаза и устройством, обеспечивающим плавное регулирование производительности установки без опасности перегрева газодувки.
Регулирование процесса нитроцементации в печи СШЦМ-6.12/9 проводили вручную при помощи указанных газоанализаторов и устройства для определения углеродных потенциалов методом фольги.
Эксперименты проводили в режиме промышленной нитроцементации деталей из стали 20Х при 850-860оС. Продолжительность обработки по предлагаемому способу составляла 6,2 ч, по известному 10 ч.
Источником углеводородного газа являлись магистральный природный газ и пропан-бутановая смесь из подземной емкости сжиженного газа, оборудованной испарителем, источником аммиака жидкий аммиак в баллонах. Глубину диффузионного слоя определяли металлографически на поперечных срезах образцов, а распределение концентрации углерода посредством послойного химического анализа. Содержание азота в слое не определяли. Равномерность распределения углерода по глубине оценивали соотношением:
α · 100% где Сх содержание углерода в поверхностном слое;
С1 содержание углерода на глубине, раной 1/3 δ от поверхности;
δ глубина диффузионного слоя.
α · 100% где Сх содержание углерода в поверхностном слое;
С1 содержание углерода на глубине, раной 1/3 δ от поверхности;
δ глубина диффузионного слоя.
Образцы для исследования распределения концентрации углерода по глубине выдерживались в устройстве для их охлаждения под протоком атмосферы для нитроцементации.
Регулирование количества диоксида углерода осуществляли посредством регулирующего клапана и исполнительного механизма, управляемого посредством микропроцессора "ПРОТАР".
Из таблицы следует, что справедливость всех приведенных в формуле изобретения числовых интервалов полностью подтверждена.
Предлагаемое изобретение улучшает экологичность процесса нитроцементации и улучшает равномерность распределения углерода по глубине диффузионного слоя. Кроме того, предлагаемое изобретение увеличивает скорость нитроцементации и существенно снижает стоимость процесса. Впервые в отечественной и зарубежной практике достигнута возможность, при полностью регулируемом процессе, многократно использовать нитроцементационную контролируемую атмосферу с одновременным улучшением качества процесса нитроцементации.
Claims (1)
- СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОГО ПРОЦЕССА НИТРОЦЕМЕНТАЦИИ, включающий непрерывную рециркуляцию эндогаза между эндогенератором и печью, в рабочее пространство которой добавляют углеводород и аммиак, отличающийся тем, что в возвратный поток рециркулирующего эндогаза добавляют диоксид углерода, количество которого регулируют по сигналу, поступающему от вычислительного устройства регулятора соотношения оксид углерода водород, а в зависимости от типа исходного углеводорода, конвертируемого в эндогаз и добавляемого в печь, соотношение оксид углерода водород регулируют в пределах 1 0,7 1,1, изменяя соотношение объема добавки диоксида углерода к объему суммарной добавки углерода и аммиака, как 1 0,6 1,3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93009382A RU2034093C1 (ru) | 1993-02-17 | 1993-02-17 | Способ регулирования экологически чистого процесса нитроцементации |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93009382A RU2034093C1 (ru) | 1993-02-17 | 1993-02-17 | Способ регулирования экологически чистого процесса нитроцементации |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2034093C1 true RU2034093C1 (ru) | 1995-04-30 |
RU93009382A RU93009382A (ru) | 1995-09-20 |
Family
ID=20137538
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93009382A RU2034093C1 (ru) | 1993-02-17 | 1993-02-17 | Способ регулирования экологически чистого процесса нитроцементации |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2034093C1 (ru) |
-
1993
- 1993-02-17 RU RU93009382A patent/RU2034093C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Богумил Прженосил Нитроцементация. Л.: Машиностроение, 1969, с.191-192. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4306918A (en) | Process for carburizing ferrous metals | |
US4035203A (en) | Method for the heat-treatment of steel and for the control of said treatment | |
RU2036976C1 (ru) | Способ термической или термохимической обработки стальных деталей и установка для обогащения углеродом поверхностных участков стальных деталей | |
US4175986A (en) | Inert carrier gas heat treating control process | |
DE1192486B (de) | Verfahren zum regelbaren Aufkohlen der Oberflaechenschicht von Werkstuecken aus Stahl | |
DE2255759B2 (de) | Verfahren zur Reduktion von zerkleinertem Erz zu Metall mittels eines reduzierenden Gases | |
US4317687A (en) | Carburizing process utilizing atmospheres generated from nitrogen-ethanol based mixtures | |
RU2034093C1 (ru) | Способ регулирования экологически чистого процесса нитроцементации | |
US6106636A (en) | Method and apparatus for controlling the atmosphere in a heat treatment furnace | |
Roslyakova et al. | Thermodynamic analysis of equilibrium condition of carbon-containing atmospheres in nanosized carbide structures formation | |
RU2038413C1 (ru) | Способ регулирования экологически чистого процесса цементации | |
Slycke et al. | A study of reactions occurring during the carbonitriding process Part II | |
JP2004332075A (ja) | 浸炭処理制御方法及びその方法を用いた浸炭処理装置 | |
CN102618816A (zh) | 用于热处理金属的方法和设备 | |
EP0859067B1 (en) | Method and apparatus for controlling the atmosphere in a heat treatment furnace | |
RU2042903C1 (ru) | Агрегат экологически чистого процесса нитроцементации | |
Hörnlund | Studies of dissociation of diatomic molecules with isotope spectroscopy | |
Long et al. | Nitric oxide absorption into cobalt ethylenediamine solution | |
RU2034092C1 (ru) | Способ экологически чистого процесса цементации металлических деталей | |
RU2038414C1 (ru) | Способ экологически чистого процесса нитроцементации металлических изделий | |
RU2042902C1 (ru) | Агрегат экологически чистого процесса цементации | |
EP0063655A1 (en) | Process for carburizing ferrous metals | |
GB2044804A (en) | Heat treatment method | |
RU2109080C1 (ru) | Установка для газовой низкотемпературной химико-термической обработки стали и сплавов | |
Samb et al. | Dynamic liquid holdup and oxygen mass transfer in a cocurrent upflow bioreactor with small packing at low Reynolds numbers |