RU2810216C1

RU2810216C1 - Method for producing catalyst in form of ball of refractory clay with core of sodium nitrite for gas carburization of steel products

Info

Publication number: RU2810216C1
Application number: RU2023121864A
Authority: RU
Inventors: Сергей Петрович Девяткин; Константин Валерьевич Ефимов
Original assignee: Акционерное Общество "Машиностроительная Компания "Витязь"
Filing date: 2023-08-21
Publication date: 2023-12-25

Abstract

FIELD: catalysts.

SUBSTANCE: method for producing a catalyst in the form of a ball of refractory clay with a core of sodium nitrite for gas carburization of steel products. The dough-like refractory clay mass is formed into a ball with a core of sodium nitrite. The said ball with a core of sodium nitrite is formed by performing the following operations. Hemispheres are formed from a dough-like refractory clay mass with an internal hemispherical cavity to accommodate sodium nitrite. The resulting hemispheres of refractory clay are dried. Powdered sodium nitrite is heated to its melting temperature and maintained at the melting temperature until homogeneous liquid sodium nitrite is obtained. Liquid sodium nitrite is poured into the internal hemispherical cavities of the refractory clay hemispheres until they are completely filled. The refractory clay hemispheres filled with sodium nitrite are cooled and then the resulting clay hemispheres are connected. The mentioned sodium nitrite core is obtained monolithic.

EFFECT: increase in the period of catalyst activity is provided to create layers more than 0.8 mm thick in the process of gas carburization of steel products in the thermal furnace temperature range from 500 to 930°C.

1 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке стальных изделий, а именно к технологии изготовления катализатора для процесса газовой цементации стальных изделий и может использовано в машиностроении для упрочнения поверхностных слоев стальных изделий.The invention relates to metallurgy, in particular to the chemical-thermal treatment of steel products, namely to the technology of manufacturing a catalyst for the process of gas carburization of steel products and can be used in mechanical engineering to strengthen the surface layers of steel products.

Известен способ изготовления катализатора для процесса газовой цементации стальных изделий состоящий в том, что из тестообразной глиняной огнеупорной массы формируют шар, в ядре которого размещают нитрит натрия (патент RU 2796089 С1, опубликовано 16.05.2023). Нитрит натрия в известном техническом решении используют в порошкообразном виде.There is a known method for manufacturing a catalyst for the process of gas carburization of steel products, which consists of forming a ball from a dough-like clay refractory mass, in the core of which sodium nitrite is placed (patent RU 2796089 C1, published 05/16/2023). Sodium nitrite in the known technical solution is used in powder form.

Недостатком известного способа изготовления катализатора является малое время активности катализатора (не более 2 часов) в диапазоне температур термической печи от 500 до 930 градусов Цельсия, что связано с тем, что нитрит натрия используется в порошкообразном виде и его разложение с выделением атомарного азота в указанном диапазоне температур происходит во всем объеме порошка нитрита натрия за короткий период времени, что снижает эффективность его использования, в частности, для создания глубины слоя цементации 1,5 мм требуется примерно 4 часа выдержки стальных изделий в термической печи при температуре 860-930 градусов Цельсия.The disadvantage of the known method of manufacturing the catalyst is the short activity time of the catalyst (no more than 2 hours) in the temperature range of a thermal furnace from 500 to 930 degrees Celsius, which is due to the fact that sodium nitrite is used in powder form and its decomposition with the release of atomic nitrogen in the specified range temperatures occur throughout the entire volume of sodium nitrite powder in a short period of time, which reduces the efficiency of its use, in particular, to create a depth of a cementation layer of 1.5 mm, approximately 4 hours of exposure of steel products in a thermal furnace at a temperature of 860-930 degrees Celsius is required.

Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение периода активности катализатора для создания слоев более 0,8 мм в процессе газовой цементации стальных изделий в диапазоне температур термической печи от 500 до 930 градусов Цельсия.The technical result of the present invention is to increase the period of activity of the catalyst to create layers of more than 0.8 mm in the process of gas carburization of steel products in the temperature range of a thermal furnace from 500 to 930 degrees Celsius.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления катализатора в виде шара из огнеупорной глины с ядром из нитрита натрия для газовой цементации стальных изделий, состоящий в том, что из тестообразной огнеупорной глиняной массы формируют шар с ядром из нитрита натрия, согласно изобретению, упомянутый шар с ядром из нитрита натрия формируют путем формования из тестообразной огнеупорной глиняной массы полусфер с внутренней полусферической полостью для размещения нитрита натрия, просушивают получившиеся полусферы из огнеупорной глины, нагревают порошкообразный нитрит натрия до температуры его плавления и выдерживают при температуре плавления до получения однородного жидкого нитрита натрия, заливают жидкий нитрит натрия во внутренние полусферические полости полусфер из огнеупорной глины до полного их заполнения, охлаждают заполненные нитритом натрия полусферы из огнеупорной глины и затем осуществляют соединение получившихся глиняных полусфер, получая при этом упомянутое ядро из нитрита натрия монолитным.The technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing a catalyst in the form of a ball of refractory clay with a core of sodium nitrite for gas carburization of steel products, consisting in forming a ball with a core of sodium nitrite from a doughy refractory clay mass, according to the invention, said ball with a core of sodium nitrite is formed by molding hemispheres from a dough-like refractory clay mass with an internal hemispherical cavity to accommodate sodium nitrite, the resulting refractory clay hemispheres are dried, the powdered sodium nitrite is heated to its melting temperature and maintained at the melting temperature until homogeneous liquid sodium nitrite is obtained, liquid sodium nitrite is poured into the internal hemispherical cavities of the refractory clay hemispheres until they are completely filled, the refractory clay hemispheres filled with sodium nitrite are cooled and then the resulting clay hemispheres are connected, thereby obtaining the mentioned sodium nitrite core monolithic.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена многоместная форма для изготовления (формования) полусфер из огнеупорной глины.The invention is illustrated by a drawing, which shows a multi-place mold for the manufacture (molding) of hemispheres from refractory clay.

Предложенный способ изготовления катализатора в виде шара из огнеупорной глины с ядром из нитрита натрия для газовой цементации стальных изделий осуществляют следующим образом.The proposed method for manufacturing a catalyst in the form of a ball of refractory clay with a core of sodium nitrite for gas carburization of steel products is carried out as follows.

Из тестообразной глиняной огнеупорной массы посредством многоместной формы 1 формуют полусферы 2, внутри которых с помощью полусферического пуансона 3 формуют внутренние полусферические полости 4. Получившиеся полусферы 2 из огнеупорной глины просушивают. Порошкообразный нитрит натрия в необходимом количестве нагревают до температуры его плавления 271 градус Цельсия в тигле и выдерживают при этой температуре до полного его расплавления, то есть до получения однородного жидкого нитрита натрия. Из тигля расплавленный нитрит натрия заливают во внутренние полусферические полости 4 полусфер 2 из огнеупорной глины до полного заполнения полусферических полостей 4. После этого осуществляют охлаждение заполненных нитритом натрия полусфер 2 из огнеупорной глины до температуры окружающей среды. Получившиеся полусферы 2 из огнеупорной глины с застывшим нитритом натрия внутри полусферической полости 4 соединяют, например, посредством тонкого слоя полужидкой массы из огнеупорной глины, который наносится на торцы хотя бы одной из полусфер 2 из огнеупорной глины, получая при этом монолитное ядро из нитрита натрия. Затем осуществляют окончательную сушку получившихся шаров и последующее их использование в процессах газовой цементации стальных изделий. В процессе газовой цементации в диапазоне температур термической печи от 500 до 930 градусов Цельсия плавление и разложение ядра из нитрита натрия будет осуществляться с его наружной поверхности слоями и постепенно в течение длительного периода времени, достаточного для создания глубины слоя цементации от 0,8 до 1,5 мм.From the dough-like clay refractory mass, hemispheres 2 are formed using a multi-place mold 1, inside of which, using a hemispherical punch 3, internal hemispherical cavities 4 are formed. The resulting hemispheres 2 from refractory clay are dried. Powdered sodium nitrite in the required amount is heated to its melting point of 271 degrees Celsius in a crucible and maintained at this temperature until it is completely melted, that is, until homogeneous liquid sodium nitrite is obtained. From the crucible, molten sodium nitrite is poured into the internal hemispherical cavities 4 of the refractory clay hemispheres 2 until the hemispherical cavities 4 are completely filled. After this, the refractory clay hemispheres 2 filled with sodium nitrite are cooled to ambient temperature. The resulting hemispheres 2 of refractory clay with frozen sodium nitrite inside the hemispherical cavity 4 are connected, for example, by means of a thin layer of semi-liquid mass of refractory clay, which is applied to the ends of at least one of the hemispheres 2 of refractory clay, thereby obtaining a monolithic core of sodium nitrite. Then the final drying of the resulting balls is carried out and their subsequent use in the processes of gas carburization of steel products. In the gas carburization process, in the thermal furnace temperature range from 500 to 930 degrees Celsius, the melting and decomposition of the sodium nitrite core will be carried out from its outer surface in layers and gradually over a long period of time, sufficient to create a carburization layer depth of 0.8 to 1. 5 mm.

Пример. Просеянную огнеупорную глину заливают водой и размешивают до получения однородной тестообразной массы. Количество сухой огнеупорной глины выбирается из расчета 43-45 грамм на один шар (две глиняные полусферы) диаметром 40-50 мм. Тестообразной глиняной массой заполняют многоместную форму 1, убирая при этом излишки глиняной массы с помощью шпателя. Полусферическим пуансоном 3 в полусферах 2 из огнеупорной глины формуют внутренние полусферические полости 4. Получившиеся полусферы 2 из огнеупорной глины просушивают в течение 5-6 суток, затем обезвоживают в электрической печи при температуре 100°С в течение 4-5 часов, без выемки их из многоместной формы. Порошкообразный нитрит натрия в необходимом количестве из расчета 8-10 грамм на один шар (две глиняные полусферы) нагревают до температуры его плавления 271 градус Цельсия в лабораторном тигле и выдерживают при этой температуре до полного его расплавления, то есть до получения однородного жидкого нитрита натрия. Расплавленный жидкий нитрит натрия заливают в полусферические полости 4 полусфер 2 из огнеупорной глины до полного их заполнения. Затем в течение 5-6 часов осуществляют охлаждение заполненных нитритом натрия полусфер 2 из огнеупорной глины до температуры окружающей среды. Вынимают из многоместной формы 1 заполненные нитритом натрия полусферы 2 из огнеупорной глины и попарно соединяют их, нанося тонкий слой полужидкой массы из огнеупорной глины на торцы хотя бы одной из полусфер 2 из огнеупорной глины, получая при этом шар с монолитным ядром из нитрита натрия. Затем осуществляют окончательную сушку шаров на воздухе в течение 5-6 суток. Срок хранения получившихся шаров составляет не менее 2 месяцев.Example. The sifted refractory clay is poured with water and stirred until a homogeneous dough-like mass is obtained. The amount of dry refractory clay is selected at the rate of 43-45 grams per ball (two clay hemispheres) with a diameter of 40-50 mm. The dough-like clay mass is filled into multi-place mold 1, while removing excess clay mass with a spatula. Using a hemispherical punch 3, internal hemispherical cavities 4 are formed into hemispheres 2 of refractory clay. The resulting hemispheres 2 of refractory clay are dried for 5-6 days, then dehydrated in an electric oven at a temperature of 100°C for 4-5 hours, without removing them from multi-seat form. Powdered sodium nitrite in the required quantity at the rate of 8-10 grams per ball (two clay hemispheres) is heated to its melting temperature of 271 degrees Celsius in a laboratory crucible and maintained at this temperature until it is completely melted, that is, until homogeneous liquid sodium nitrite is obtained. Molten liquid sodium nitrite is poured into hemispherical cavities 4 hemispheres 2 made of refractory clay until they are completely filled. Then, within 5-6 hours, the refractory clay hemispheres 2 filled with sodium nitrite are cooled to ambient temperature. The refractory clay hemispheres 2 filled with sodium nitrite are removed from the multi-place mold 1 and connected in pairs, applying a thin layer of semi-liquid mass of refractory clay to the ends of at least one of the refractory clay hemispheres 2, thereby obtaining a ball with a monolithic core of sodium nitrite. Then the final drying of the balls in air is carried out for 5-6 days. The shelf life of the resulting balls is at least 2 months.

Таким образом, шары с монолитным ядром из нитрита натрия обеспечивают значительное увеличение периода активности катализатора для создания слоев более 0,8 мм в процессе газовой цементации стальных изделий в диапазоне температур термической печи от 500 до 930 градусов Цельсия.Thus, balls with a monolithic core of sodium nitrite provide a significant increase in the period of catalyst activity to create layers of more than 0.8 mm in the process of gas carburization of steel products in the thermal furnace temperature range from 500 to 930 degrees Celsius.

Claims

A method for manufacturing a catalyst in the form of a ball of refractory clay with a core of sodium nitrite for gas carburization of steel products, including forming a ball with a core of sodium nitrite from a doughy refractory clay mass, characterized in that said ball with a core of sodium nitrite is formed by molding from a doughy refractory clay mass of hemispheres with an internal hemispherical cavity to accommodate sodium nitrite, dry the resulting refractory clay hemispheres, heat powdered sodium nitrite to its melting temperature and maintain at the melting temperature until homogeneous liquid sodium nitrite is obtained, pour liquid sodium nitrite into the internal hemispherical cavities of the hemispheres refractory clay until they are completely filled, the refractory clay hemispheres filled with sodium nitrite are cooled and then the resulting clay hemispheres are connected, thereby obtaining the mentioned sodium nitrite core monolithic.