RU2561552C2 - Carboniser for carbonisation of low carbon steel items - Google Patents
Carboniser for carbonisation of low carbon steel items Download PDFInfo
- Publication number
- RU2561552C2 RU2561552C2 RU2013154981/02A RU2013154981A RU2561552C2 RU 2561552 C2 RU2561552 C2 RU 2561552C2 RU 2013154981/02 A RU2013154981/02 A RU 2013154981/02A RU 2013154981 A RU2013154981 A RU 2013154981A RU 2561552 C2 RU2561552 C2 RU 2561552C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- carbon
- carboniser
- carbonisation
- steel items
- Prior art date
Links
Landscapes
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области цементации стальных изделий и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и механизмов путем их термообработки в среде твердого карбюризатора.The invention relates to the field of cementation of steel products and can be used for surface hardening of machine parts and mechanisms by heat treatment in a solid carburetor environment.
Известны составы смесей и паст для цементации на основе древесного угля, кокса, сажи с добавкой активаторов - карбамида (мочевины), карбонатов и ацетатов натрия, калия и бария [1]. Составы достаточно универсальны, но не технологичны из-за невозможности обеспечения стабильного насыщения низкоуглеродистых сталей углеродом.Known compositions of mixtures and pastes for cementation based on charcoal, coke, soot with the addition of activators - urea (urea), carbonates and acetates of sodium, potassium and barium [1]. The compositions are quite versatile, but not technologically advanced due to the impossibility of providing stable saturation of low-carbon steels with carbon.
Известен состав в виде пасты, содержащий сажу и до 55% карбамида, применяемый в интервалах температур 550-600°C [2]. Состав недостаточно эффективен при высокотемпературной цементации и применим к ограниченному количеству сталей.Known composition in the form of a paste containing soot and up to 55% urea, used in temperature ranges 550-600 ° C [2]. The composition is not effective enough for high-temperature cementation and is applicable to a limited number of steels.
Известен состав твердого карбюризатора, состоящий из древесного угля (10-15%), полукокса (75-80%) и активатора - ацетата бария (5-10%), для цементации стальных изделий [3]. Недостатком является необходимость использования в рецептуре твердого карбюризатора в качестве основного компонента - полукокса, который, являясь эффективным энергетическим топливом, под воздействием температуры легко воспламеняется, выделяя при этом в зону реакции нестабильные летучие углеводородные соединения. Это может отрицательно повлиять на пожаровзрывобезопасность процесса.The known composition of a solid carburetor, consisting of charcoal (10-15%), semicoke (75-80%) and an activator - barium acetate (5-10%), for cementation of steel products [3]. The disadvantage is the need to use solid carburetor in the formulation as the main component - semi-coke, which, being an effective energy fuel, easily ignites under the influence of temperature, while releasing unstable volatile hydrocarbon compounds into the reaction zone. This may adversely affect the fire and explosion safety of the process.
Прототипом является состав следующей рецептуры [4]:The prototype is the composition of the following formulation [4]:
1) углеродсодержащее вещество - осадок очистных сооружений промышленных стоков от производства бумаги (90-92%);1) carbon-containing substance - sludge from wastewater treatment plants from paper production (90-92%);
2) один из карбонатов металлов I или II группы Периодической системы химических элементов (8-10%).2) one of the carbonates of metals of I or II group of the Periodic system of chemical elements (8-10%).
Недостатком прототипа является то, что образование насыщающего углеродсодержащего вещества происходит из осадков промышленных стоков непосредственно во время процесса цементации. При этом в составе осадков имеется большое количество разнообразных по своей химической природе веществ (канифольный клей, каолин, крахмал, мочевино- и меламино-формальдегидные смолы и др.), которые, обеспечивая повышенную влагоустойчивость и капиллярность карбюризатора, не влияют на образование углеродсодержащего вещества и по сути своей являются балластными в процессе насыщения углеродом стальных изделий. Это влечет за собой повышение энергоемкости процесса, влияет на глубину, качество, продолжительность и эффективность цементации.The disadvantage of the prototype is that the formation of a saturating carbon-containing substance occurs from precipitation of industrial effluents directly during the cementation process. Moreover, the composition of the sediments contains a large number of substances of various chemical nature (rosin glue, kaolin, starch, urea and melamine-formaldehyde resins, etc.), which, providing increased moisture resistance and capillarity of the carburizer, do not affect the formation of a carbon-containing substance and are essentially ballast during carbon saturation of steel products. This entails an increase in the energy intensity of the process, affects the depth, quality, duration and effectiveness of cementation.
Техническим результатом предлагаемого изобретения являются: обеспечение требуемого диффузионного насыщения углеродом, достижение равномерности глубины слоя по площади изделия и снижение энергетических затрат.The technical result of the invention is: providing the required diffusion saturation with carbon, achieving uniformity of the depth of the layer over the area of the product and reducing energy costs.
Технический результат достигается тем, что в известном составе карбюризатора для цементации стальных изделий, содержащем один из карбонатов металлов I или II группы Периодической системы химических элементов, вместо углеродсодержащего вещества, полученного из осадка очистных сооружений промышленных стоков от производства бумаги, используют высокодисперсную сажу - побочный продукт неполного сгорания природного газа при эксплуатации газоиспользующего теплогенерирующего оборудования на газораспределительных и компрессорных станциях магистральных газопроводов. Состав природного газа приведен в таблице 1.The technical result is achieved by the fact that in the known composition of the carburizer for cementing steel products containing one of the carbonates of metals of group I or II of the Periodic system of chemical elements, instead of the carbon-containing substance obtained from sludge from industrial wastewater treatment plants from paper production, highly dispersed soot is used as a by-product incomplete combustion of natural gas during the operation of gas-using heat-generating equipment at gas distribution and compressor stations gas mains. The composition of natural gas is shown in table 1.
Несмотря на свою относительно низкую эффективность по КПД и наличие целого ряда других технологических недостатков, подогреватели прямого нагрева газа и с промежуточным нагревом теплоносителя (типа ПГА-200 и ПТПГ-30) широко используются в газовой промышленности для предотвращения гидратообразования перед дросселированием на газораспределительных станциях и в узлах подготовки топливного, пусковогоDespite its relatively low efficiency in terms of efficiency and the presence of a number of other technological drawbacks, direct gas heaters and with intermediate heat carrier heating (such as PGA-200 and PTPG-30) are widely used in the gas industry to prevent hydrate formation before throttling at gas distribution stations and fuel preparation, launch units
и импульсного газа компрессорных станций. Исходя из опыта эксплуатации данного оборудования, образование высокодисперсной сажи обусловлено конструктивными особенностями подощелевых газовых горелок, которые не обеспечивают необходимого регулирования подачи воздуха в зону горения и смешения газовоздушной смеси в горелке, что и приводит к химическому недожогу. При этом из-за неполного тепловыделения возрастают: дополнительные затраты топливного газа, плата за сверхнормативные выбросы угарного газа в атмосферу, нагрузка на экологию из-за необходимости захоронения высокодисперсной сажи как побочного канцерогенного продукта или поиска альтернативных путей его утилизации.and pulse gas compressor stations. Based on the operating experience of this equipment, the formation of fine soot is due to the design features of the sub-alkaline gas burners, which do not provide the necessary regulation of the air supply to the combustion zone and mixing of the gas-air mixture in the burner, which leads to chemical underburning. At the same time, due to incomplete heat dissipation, additional costs of fuel gas, fees for excess emissions of carbon monoxide into the atmosphere, environmental burden due to the need to bury highly dispersed soot as a by-product of a carcinogen or to search for alternative ways of its disposal increase.
Относительно безвредным для экологии является предлагаемый способ использования высокодисперсной сажи в рецептуре карбюризатора для цементации изделий из низкоуглеродистой стали. Эти изделия эксплуатируются в том же действующем производстве, где и получена сама высокодисперсная сажа, и требуют повышения твердости и износоустойчивости в силу различных условий или требований обеспечения надежности работы технологического оборудования.Relatively harmless to the environment is the proposed method of using highly dispersed soot in the formulation of the carburetor for cementing products from low carbon steel. These products are operated in the same operating production, where the finely dispersed soot itself was obtained, and require increased hardness and wear resistance due to various conditions or requirements for ensuring the reliability of the operation of technological equipment.
Пример 1. Высокодисперсную сажу получают при плановом останове подогревателя газа ПГА-200, установленного в блок-боксе собственных нужд на промплощадке газокомпрессорной станции, путем вскрытия кожуха, последующего механического шарошения дымохода, сбора и очистки от продуктов коррозии. Высокодисперсная сажа состоит в масс. % из: железа - 0,4; водорода - 1,2 и углерода - 98,4. Физико-химические свойства высокодисперсной сажи приведены в таблице 2.Example 1. Fine soot is obtained during the scheduled shutdown of the PGA-200 gas heater installed in the auxiliary unit at the industrial site of the gas compressor station by opening the casing, subsequent mechanical choking of the chimney, and collection and cleaning of corrosion products. Fine soot consists in mass. % of: iron - 0.4; hydrogen - 1.2 and carbon - 98.4. Physico-chemical properties of fine soot are shown in table 2.
Пример 2. Высокодисперсную сажу получают при плановом останове подогревателя газа ПТПГ-30, установленного на газораспределительной станции, путем вскрытия кожуха, последующего механического шарошения дымохода, сбора и очистки от продуктов коррозии. Высокодисперсная сажа состоит в масс. % из: железа - 0,5; водорода - 1,0 и углерода - 98,5. Физико-химические свойства высокодисперсной сажи приведены в таблице 2.Example 2. Fine soot is obtained during the scheduled shutdown of the PTPG-30 gas heater installed at the gas distribution station by opening the casing, subsequent mechanical choking of the chimney, and collecting and cleaning corrosion products. Fine soot consists in mass. % of: iron - 0.5; hydrogen - 1.0 and carbon - 98.5. Physico-chemical properties of fine soot are shown in table 2.
Карбюризатор для цементации готовят путем добавления в высокодисперсную сажу (80% масс.) чугунной стружки со средним размером гранул 0,5 мм (10% масс.), карбоната бария ВаСО3 (10% масс.) и равномерного перемешивания.A carburizer for cementation is prepared by adding cast iron shavings with an average granule size of 0.5 mm (10% wt.), Barium carbonate BaCO 3 (10% wt.) To uniformly dispersed soot (80% wt.) And uniform mixing.
Подшипниковые опорные плиты воздуховодов газоперекачивающих агрегатов (далее детали), изготовленные из стали марки Ст20, помещают в металлический контейнер, на дно которого засыпан слой карбюризатора толщиной 30 мм. После укладки детали засыпают сверху слоем карбюризатора толщиной 30 мм. Карбюризатор плотно утрамбовывают. Сверху укладывают лист асбеста, засыпают его кварцевым песком. Контейнер закрывают крышкой и обеспечивают его герметизацию путем обмазывания огнеупорной глиной. Далее контейнер с уложенными деталями устанавливают в нагретую до температуры цементации 900°C электрическую камерную печь сопротивления СНО-4.8.4/10И1 и выдерживают в ней в зависимости от требуемой толщины слоя цементации.Bearing base plates of the ducts of gas pumping units (hereinafter referred to as details) made of steel of the grade St20 are placed in a metal container, to the bottom of which a layer of a carburetor 30 mm thick is covered. After laying, the parts are covered with a 30 mm thick carburetor layer on top. The carburetor is tightly tamped. A sheet of asbestos is laid on top, covered with quartz sand. The container is closed with a lid and is sealed by coating with refractory clay. Next, the container with the parts laid is installed in a CHO-4.8.4 / 10I1 electric chamber furnace of resistance CHO-4.8.4 / 10I1 heated to a cementation temperature of 900 ° C and kept therein depending on the required thickness of the cementation layer.
После окончания стадий цементации, охлаждения до 100°C и разгрузки, детали подвергают двойной закалке и отпуску. Первая закалка, необходимая для исправления структуры сердцевины детали, испытывающей в процессе цементации перегрев, производится при температуре 820°C. Вторая закалка при температуре 770°C придает высокую твердость поверхностному слою детали. Низкий отпуск для снятия температурных напряжений - при температуре 150°C.After the stages of cementation, cooling to 100 ° C and unloading, the parts are subjected to double hardening and tempering. The first hardening, necessary to fix the structure of the core of the part, which overheats during the cementation process, is carried out at a temperature of 820 ° C. The second hardening at a temperature of 770 ° C gives high hardness to the surface layer of the part. Low tempering tempering at 150 ° C.
Контроль качества осуществляют по эффективной толщине слоя цементации, которая определяется по его твердости и структуре. Замер твердости производится методом экспресс-анализа с помощью ультразвукового твердомера MIC10. Границей зоны цементации является структура, состоящая из перлита и феррита в равных пропорциях, и соответствующая концентрации углерода - 0,4% общей массы. Оценка толщины слоя цементации принимается по твердости термически обработанных образцов в присутствии твердого карбюризатора, за конец зоны слоя цементации принимается зона с твердостью 40-45 НRСЭ. Результаты испытаний представлены в таблице 3.Quality control is carried out by the effective thickness of the cementation layer, which is determined by its hardness and structure. Hardness is measured by rapid analysis using an ultrasonic hardness tester MIC10. The border of the cementation zone is a structure consisting of perlite and ferrite in equal proportions, and the corresponding carbon concentration is 0.4% of the total mass. Estimation of the thickness of the cementation layer is taken by the hardness of the heat-treated samples in the presence of a solid carburizer, the zone with a hardness of 40-45 НРС Э is taken as the end of the zone of the cementation layer. The test results are presented in table 3.
Достигнутые значения глубины слоя цементации и показателя твердости по шкале Бринелля (НВ) показывают, что предлагаемый способ обеспечивает равномерную глубину цементации по площади образца, позволяют повысить экономичность и экологичность процесса за счет использования побочного продукта производства - высокодисперсной сажи.The achieved values of the depth of the cementation layer and the hardness index on the Brinell scale (HB) show that the proposed method provides a uniform depth of cementation over the area of the sample, can improve the efficiency and environmental friendliness of the process by using a by-product of production - highly dispersed soot.
Изобретение может найти широкое применение в различных областях газовой промышленности, машиностроения и металлургии.The invention can find wide application in various fields of the gas industry, engineering and metallurgy.
Источники информации:Information sources:
1. Справочник. Химико-термическая обработка металлов и сплавов, под ред. Л.С. Ляховича. - М.: Металлургия, 1981. - 288 с. 1. Reference. Chemical-thermal treatment of metals and alloys, ed. L.S. Lyakhovich. - M.: Metallurgy, 1981. - 288 p.
2. Пат. №2254396, Российская Федерация, МПК С23С 8/76. Способ нитроцементации металлов в пастах / заявитель и патентообладатель Курская государственная сельскохозяйственная академия им. проф. И.И. Иванова - 2003128356/02; заявл. 19.09.2003; опубл. 20.06.2005.2. Pat. No. 2254396, Russian Federation, IPC С23С 8/76. Method for nitrocarburizing metals in pastes / applicant and patentee Kursk State Agricultural Academy named after prof. I.I. Ivanova - 2003128356/02; declared 09/19/2003; publ. 06/20/2005.
3. Авторское свидетельство №111009, СССР, МПК С23С 8/66. Твердый карбюризатор / Л.А. Лукша - 581698; заявл. 06.08.1956; опубл. 01.01.1957.3. Copyright certificate No. 111009, USSR, IPC С23С 8/66. Solid carburetor / L.A. Luksha - 581698; declared 08/06/1956; publ. 01/01/1957.
4 Пат. №1836486, Российская Федерация, МПК С23С 8/66. Карбюризатор для цементации стальных изделий / заявители и патентообладатели И.М. Спиридонова, С.Б. Пиляева, В.Ф. Сюткин, Ю.А. Малык - 5039776; заявл. 24.04.1992; опубл. 23.08.1993.4 Pat. No. 1836486, Russian Federation, IPC С23С 8/66. Carburizer for cementing steel products / applicants and patent holders I.M. Spiridonova, S.B. Pilyaeva, V.F. Syutkin, Yu.A. Malyk - 5039776; declared 04/24/1992; publ. 08/23/1993.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013154981/02A RU2561552C2 (en) | 2013-12-11 | 2013-12-11 | Carboniser for carbonisation of low carbon steel items |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013154981/02A RU2561552C2 (en) | 2013-12-11 | 2013-12-11 | Carboniser for carbonisation of low carbon steel items |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013154981A RU2013154981A (en) | 2015-06-20 |
RU2561552C2 true RU2561552C2 (en) | 2015-08-27 |
Family
ID=53433510
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013154981/02A RU2561552C2 (en) | 2013-12-11 | 2013-12-11 | Carboniser for carbonisation of low carbon steel items |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2561552C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2690630C2 (en) * | 2017-06-22 | 2019-06-04 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Уфа" | Carburizer composition for carburizing parts from low-carbon steel |
RU2728333C1 (en) * | 2020-02-11 | 2020-07-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Курский государственный университет" | Method for cementing parts from structural and tool steels |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB548275A (en) * | 1940-10-31 | 1942-10-05 | Sydney Charles Caddy | Improvements in and relating to the case hardening of iron and steel |
SU64975A1 (en) * | 1943-08-25 | 1945-06-30 | А.А. Говоров | The way carbonitriding tools of high-speed steel and its substitutes |
RU2201855C2 (en) * | 2001-04-09 | 2003-04-10 | Открытое акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат" | Part hardening method |
RU2254396C1 (en) * | 2003-09-19 | 2005-06-20 | Курская государственная сельскохозяйственная академия им. проф. И.И. Иванова | Method of carbonitriding metals in pastes |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU67074A1 (en) * | 1941-03-04 | 1945-11-30 | С.Н. Симонов | Centrifugal machine for casting dentures |
-
2013
- 2013-12-11 RU RU2013154981/02A patent/RU2561552C2/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB548275A (en) * | 1940-10-31 | 1942-10-05 | Sydney Charles Caddy | Improvements in and relating to the case hardening of iron and steel |
SU64975A1 (en) * | 1943-08-25 | 1945-06-30 | А.А. Говоров | The way carbonitriding tools of high-speed steel and its substitutes |
RU2201855C2 (en) * | 2001-04-09 | 2003-04-10 | Открытое акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат" | Part hardening method |
RU2254396C1 (en) * | 2003-09-19 | 2005-06-20 | Курская государственная сельскохозяйственная академия им. проф. И.И. Иванова | Method of carbonitriding metals in pastes |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2690630C2 (en) * | 2017-06-22 | 2019-06-04 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Уфа" | Carburizer composition for carburizing parts from low-carbon steel |
RU2728333C1 (en) * | 2020-02-11 | 2020-07-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Курский государственный университет" | Method for cementing parts from structural and tool steels |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013154981A (en) | 2015-06-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Otero et al. | Co-combustion of different sewage sludge and coal: a non-isothermal thermogravimetric kinetic analysis | |
KR20060081654A (en) | Composition for preventing scaling, excluding of soot, clinker and sludge, and controlling flame in combustion apparatus | |
RU2008129690A (en) | NITROGEN-CONTAINING SORBENT FOR COAL BURNING | |
RU2561552C2 (en) | Carboniser for carbonisation of low carbon steel items | |
EP2110631A1 (en) | Rotary kiln with infrared heating means | |
US6666154B2 (en) | Methods for controlling ignitability of organic waste with mineral by-products | |
RU2553107C2 (en) | Strengthening method of items from low-carbon steel | |
Abdrakhimov | Combustion kinetics of organic components in firing porous aggregates based on ash and shale clay | |
Radomiak et al. | Numerical prediction of the chemical composition of gas products at biomass combustion and co-combustion in a domestic boiler | |
Balgaranova et al. | Utilization of wastes from the coke-chemical production and sewage sludge as additives in the brick-clay | |
Juszczak | Comparison of CO and NOx concentrations from a 20 kW boiler for periodic and constant wood pellet supply | |
JP5742495B2 (en) | Sintering experiment equipment | |
RU2728333C1 (en) | Method for cementing parts from structural and tool steels | |
JP2007270338A (en) | Nitriding furnace and nitriding treatment method | |
TW524848B (en) | Fuel additive for bituminous heavy oil-water emulsion fuel and method of combustion | |
RU2690630C2 (en) | Carburizer composition for carburizing parts from low-carbon steel | |
Czechowska-Kosacka | Sewage sludge as a source of renewable energy | |
Jung et al. | Compositional factors affecting NOx emissions from Ohio coals | |
RU2757021C1 (en) | Method for hardening parts made of tool and structural steels in carburized environment | |
JP2012149168A (en) | Method of treating waste ion exchange resin containing chromium | |
RU2605241C2 (en) | Method for fire cleaning of process equipment | |
JP4258600B2 (en) | Method for reducing hexavalent chromium in cement clinker | |
Likun et al. | Co-firing behaviors and kinetics of different coals and biomass | |
JP2010254577A (en) | Cement clinker, method of manufacturing the same, hydraulic material using the same, and clinker cooler | |
Wang et al. | Corrosion of carbon steel with NaCl coating in an atmosphere produced by burning emulsified diesel oil |