RU2132403C1

RU2132403C1 - Method of thermochemical processing

Info

Publication number: RU2132403C1
Application number: RU98116633A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Бобок; В.М. Барк; А.В. Павлова; С.Л. Карповская; А.Д. Шавелкин
Original assignee: Акционерное общество "Тульский проектно-конструкторский технологический институт машиностроения"
Priority date: 1998-09-01
Filing date: 1998-09-01
Publication date: 1999-06-27

Abstract

FIELD: chemical engineering. SUBSTANCE: method including charging ground solid into furnace, heating furnace, introducing fluidizing gas, and placing parts to be treated into fluidized-bed furnace, is distinguished by that material of fluidized bed is fine (0.4-1.0 mm) spherical alumina catalyst impregnated with nickel and magnesium oxides. EFFECT: increased productivity. 2 cl

Description

Изобретение относится к области химико-термической обработки заготовок, деталей и инструмента, может быть использовано в машиностроении. The invention relates to the field of chemical-thermal processing of workpieces, parts and tools, can be used in mechanical engineering.

Из патентной литературы известен метод образования слоя карбида и нитрида на поверхности обрабатываемого материала во флюидизированном слое печи, который состоит из следующих этапов: помещение огнеупорного порошка, хотя бы одной емкости с отверстиями, наполненной обрабатывающим компонентом; указанный материал располагается в печи таким образом, что предотвращает его контакт с емкостью; указанный обрабатывающий компонент представляет собой порошок, состоящий из: порошка хотя бы одного карбидо- или нитридообразующего металла или сплава и порошка хотя бы одного соединения, выбранного из группы хлоридов, фторидов, бромидов, йодистых соединений и борофторидов щелочных и щелочноземельных металлов и хотя бы одного соединения аммония и галоидного соединения какого-либо металла; и при введении флюидизирующего газа в указанную нагретую печь для флюидизации обрабатывающего компонента порядок этапов изменяется /Заявка РСТ 0 87/02073, опубл. 09.04.87/. From the patent literature there is known a method of forming a layer of carbide and nitride on the surface of the processed material in the fluidized layer of the furnace, which consists of the following steps: placement of refractory powder, at least one container with holes filled with a processing component; the specified material is located in the furnace in such a way that prevents its contact with the container; said processing component is a powder consisting of: a powder of at least one carbide or nitride forming metal or alloy and a powder of at least one compound selected from the group of chlorides, fluorides, bromides, iodide compounds and borofluorides of alkali and alkaline earth metals and at least one compound ammonium and a halide compound of any metal; and when introducing fluidizing gas into the specified heated furnace for fluidizing the processing component, the order of the steps is changed / PCT Application 0 87/02073, publ. 04/09/87 /.

Сущность изобретения. SUMMARY OF THE INVENTION

Способ химико-термической обработки характеризуется следующими примерами: помещение в печь твердого измельченного вещества, нагрев печи, введение флюидизируюшего газа, размещение обрабатываемых деталей в печи с флюидизированным слоем, отличающийся тем, что в качестве материала флюидизированного слоя используют катализатор - мелкосферический оксид алюминия, пропитанный оксидами никеля и магния. В катализаторе используют порошкообразный оксид алюминия с диаметром частиц 0,4 - 1,0 мм. The chemical-thermal treatment method is characterized by the following examples: placing solid crushed material in the furnace, heating the furnace, introducing fluidizing gas, placing the workpieces in a fluidized-bed furnace, characterized in that the catalyst is used as a material of the fluidized layer — fine-spheres alumina impregnated with oxides nickel and magnesium. Powdered alumina with a particle diameter of 0.4 - 1.0 mm is used in the catalyst.

Технический результат - ускорение протекания химико-термических реакций за счет ускорения реакций сгорания и разложения углеводородных газов и аммиака в прирешеточной зоне; ускорение скорости нагрева обрабатываемых изделий; уменьшение высоты прирешеточной зоны и увеличение протяженности рабочей зоны, при сохранении общей высоты кипящего /флюидизированного/ слоя; уменьшение затрат электроэнергии и потребления газа на единицу продукции; повышение экологической безопасности. EFFECT: accelerated chemical-thermal reactions due to accelerated combustion and decomposition of hydrocarbon gases and ammonia in the prelattice zone; acceleration of the heating rate of processed products; a decrease in the height of the prelattice zone and an increase in the length of the working zone, while maintaining the overall height of the fluidized / fluidized / layer; reduction of electricity and gas consumption per unit of output; improving environmental safety.

Проблемы получения высококачественных деталей, инструмента и заготовок неразрывно связаны с технологией объемной и поверхностной химико-термической обработки в изотермических защитных средах при температурах в интервале 150-1250 ^oC. Предлагаемая технология и оборудование кипящего слоя позволяют получать высококачественную продукцию с минимальными трудовыми, материальными и эксплуатационными затратами.The problems of obtaining high-quality parts, tools and blanks are inextricably linked with the technology of volumetric and surface chemical-thermal treatment in isothermal protective environments at temperatures in the range of 150-1250 ^o C. The proposed technology and equipment of the fluidized bed allow to obtain high-quality products with minimal labor, material and operational costs.

Технология химико-термической обработки в кипящем /флюидизированном/ слое специального катализатора удовлетворяет требованиям таких систем и производств, которые скоординированы с колебаниями спроса как на количество обработанных изделий, так и на их качество. The technology of chemical-thermal treatment in a fluidized / fluidized / bed of a special catalyst satisfies the requirements of such systems and plants, which are coordinated with fluctuations in demand for both the quantity of processed products and their quality.

Технология кипящего /флюидизированного/ слоя в термообработке хорошо адаптируется с методами создания оборудования, в основе которого лежат так называемые ТАСТ - факторы: TiME/время/ - AVZILABILITY/доступность/ - COST/стоимость/ - TOGHNESS/воспроизводимость/. The technology of the fluidized / fluidized / layer in heat treatment is well adapted to the methods of creating equipment based on the so-called TAST factors: TiME / time / - AVZILABILITY / availability / - COST / cost / - TOGHNESS / reproducibility /.

Фактор времени - /скорость нагрева/ в кипящем слое близка к скорости нагрева в жидкой соляной ванне. Так, по данным разработчика при диаметре тигля 300 мм и глубине кипящего слоя около 1000 мм при мощности в 40 кВт садка размером около 80 мм в диаметре и 800 мм длиной, весом около 130 - 140 кг, прогревается за 45 - 60 мин. The time factor - / heating rate / in a fluidized bed is close to the heating rate in a liquid salt bath. Thus, according to the developer, with a crucible diameter of 300 mm and a fluidized bed depth of about 1000 mm with a power of 40 kW, a cage measuring about 80 mm in diameter and 800 mm long, weighing about 130 - 140 kg, warms up in 45 - 60 minutes.

Аналогично снижается время прогрева под отпуск до 300 градусов такой же садки, что составляет 20 - 25 мин. Similarly, the warm-up time for vacation is reduced to 300 degrees of the same charge, which is 20 - 25 minutes.

Скорость процессов химико-термической обработки (нитроцементация, карбонитрирование, цементация и т.п.) также идет со значительным превышением по сравнению с табулированным. The rate of chemical-thermal treatment processes (nitrocarburizing, carbonitriding, cementation, etc.) also goes with a significant excess compared to the tabulated one.

По результатам практики разработчика цементация при 920 - 940^oC дает эффективную глубину слоя 0,6 мм через 1 час и 1,0 - 1,2 мм через 3 часа. Карбонитрирование дает эффективную глубину слоя 0,4 мм через 1 час при 880 - 900^oC и 0,25 мм через 45 мин при 870^oC.According to the developer’s practice, cementation at 920 - 940 ^o C gives an effective layer depth of 0.6 mm after 1 hour and 1.0 - 1.2 mm after 3 hours. Carbonitriding gives an effective layer depth of 0.4 mm after 1 hour at 880 - 900 ^o C and 0.25 mm after 45 minutes at 870 ^o C.

Фактор доступности - (запуск, остановка) - использование катализатора в качестве материала для кипения приводит к уменьшению нагреваемой массы среды по сравнению с соляной ванной, устраняет полностью наличие скрытого тепла при плавлении солей около рабочей температуры, впоследствие чего значительно сокращается время нагрева и при этом нет необходимости поддерживать температуру в ночное время: нагрев из холодного состояния до 870^oC достигается за 1 час после запуска.Availability factor - (start, stop) - the use of a catalyst as a material for boiling leads to a decrease in the heated mass of the medium compared to a salt bath, completely eliminates the presence of latent heat when melting salts at operating temperature, as a result of which the heating time is significantly reduced and there is no the need to maintain the temperature at night: heating from a cold state to 870 ^o C is achieved 1 hour after starting.

Способность менять атмосферу в считанные минуты дает возможность пользователю иметь большую степень свободы, необходимую при ситуациях "обработка сразу при поступлении", что позволяет технологам легко менять садки и различные типы обработки деталей в считанные минуты, позволяя немедленно обработать "срочные" садки: так, например, в течение 7-часовой смены были проведены обычные технологии по нормализации, нейтральной закалке, карбонитрирование и цементация над различными садками деталей суммарным весом 500 кг. The ability to change the atmosphere in a matter of minutes allows the user to have a greater degree of freedom required in situations of “processing immediately upon receipt”, which allows technologists to easily change cages and various types of processing parts in a matter of minutes, allowing you to immediately process “urgent” cages: for example , during the 7-hour shift, the usual technologies were carried out for normalization, neutral hardening, carbonitriding and cementation over various cages of parts with a total weight of 500 kg.

Способность кипящего слоя работать при низких температурах особенно полезна в процессах азотирования и низкотемпературной нитроцементации, в которых стандартные печи, предназначенные только для этих видов обработки, не могут коммерчески себя оправдать. The ability of the fluidized bed to work at low temperatures is especially useful in nitriding and low-temperature nitrocarburizing processes, in which standard furnaces designed only for these types of processing cannot be commercially viable.

Фактор стоимости - капитальные затраты, отнесенные к единице объема садки в печах кипящего слоя и в традиционных печах с гораздо большим объемом садки по данным разработчика, взятым из отечественного и зарубежного опыта, вдвое ниже, за счет более высокой производительности печей кипящего слоя. The cost factor is the capital costs attributed to the unit volume of the charge in fluidized bed furnaces and in traditional furnaces with a much larger charge volume according to the developer, taken from domestic and foreign experience, half as much due to the higher productivity of the fluidized bed furnaces.

Фактор воспроизводимости - (надежность, устройство, техобслуживание) - обусловлен природой производства, скоординированной с колебаниями спроса, т. е. с работой "по требованию", диктующей меньшие садки и большее число обработок. The reproducibility factor - (reliability, design, maintenance) - is due to the nature of production, coordinated with fluctuations in demand, that is, with work on demand, dictating fewer cages and more processing.

Технология кипящего слоя гарантирует своей природой, что каждая деталь подвергается воздействию такой же атмосферы, нагревательному эффекту и времени пребывания, это позволяет получать равномерную твердость по всему сечению при объемной закалке и такое же качество по глубине слоя при поверхностной обработке. Обработка полых частей дает одинаковую однородность и края, и центра. При обработке пористых материалов поры "залечиваются" равномерно и с высокой степенью "схватываемости" за счет высокой протяженности межзеренных границ порошковых изделий. The fluidized bed technology guarantees by its nature that every part is exposed to the same atmosphere, heating effect and residence time, this allows to obtain uniform hardness over the entire cross section during volume hardening and the same quality in the depth of the layer during surface treatment. The machining of the hollow parts gives the same uniformity of the edges and the center. When processing porous materials, the pores are “healed” evenly and with a high degree of “setting” due to the high length of the grain boundaries of the powder products.

Примером конкретного применения указанного способа и оборудования служит установка кипящего слоя "Корунд-300". (ТУ 3442.001.07538049-95. Сертификат РОСС RU. ME 71.B00083. Лицензия N 83 от 13.08.1997). An example of a specific application of this method and equipment is the installation of a Corundum-300 fluidized bed. (TU 3442.001.07538049-95. Certificate ROSS RU. ME 71.B00083. License N 83 dated 08.13.1997).

В реторту в качестве материала кипящего слоя засыпается алюмоникельмагниевый катализатор марки НАМ ТУ 6-68-119-91. Через газораспределительную решетку внизу реторты подается газовоздушная смесь (флюидизирующий газ) для ожижения слоя и создания атмосферы. Экспериментально была определена общая высота кипения, высота прирешеточной зоны и высота рабочего пространства. Под рабочим пространством подразумевается зона стабильно получаемого необходимого результата термообработки. В ходе эксперимента было определено, что общая высота зоны кипения катализатора в 1,5 - 1,7 раза больше высоты обрабатываемой детали. В аналогичном японском оборудовании высота зоны кипения в 2 - 3 раза больше высоты деталей. In the retort, aluminum-magnesium catalyst of the NAM TU 6-68-119-91 brand is poured as a fluidized bed material. An air-gas mixture (fluidizing gas) is fed through the gas distribution grill at the bottom of the retort to fluidize the bed and create an atmosphere. The total boiling height, the height of the lattice zone, and the height of the working space were experimentally determined. By working space is meant a zone of stably obtained necessary heat treatment result. During the experiment, it was determined that the total height of the boiling zone of the catalyst is 1.5 - 1.7 times greater than the height of the workpiece. In similar Japanese equipment, the height of the boiling zone is 2 to 3 times the height of the parts.

Уменьшение высоты прирешеточной зоны позволяет увеличить высоту рабочего пространства при сохранении общей высоты кипящего слоя, увеличив тем самым производительность оборудования. Это ведет к уменьшению себестоимости термообработки за счет снижения расходов электроэнергии и потребления газов на единицу продукции. Reducing the height of the prelattice zone allows you to increase the height of the working space while maintaining the overall height of the fluidized bed, thereby increasing the productivity of the equipment. This leads to a reduction in the cost of heat treatment by reducing the cost of electricity and gas consumption per unit of output.

Claims

1. The method of chemical-thermal treatment, which includes placing solid crushed material in the furnace, heating the furnace, introducing fluidizing gas, placing the workpieces in the furnace with a fluidized bed, characterized in that the catalyst is used as a material of the fluidized layer — fine-grained alumina impregnated with nickel oxides and magnesium.

2. The method according to claim 1, characterized in that the use of powdered alumina with a particle diameter of 0.4 to 1.0 mm