Способ эксплуатации цементационной печи с контролируемой атмосферой

 

Изобретение относится к химико-термической обработке материалов, а именно к эксплуатации электропечей с углеродсодержащими атмосферами. Цель изобретения - повышение надежности работы элементов печи путем снижения степени науглероживания . Согласно способу поддерживается в печи цементации содержание СО в пределах 34-70% путем подачи в печь дополнительного окислителя, содержащего кислород и/или соединения углерода с кислородом и водородом, у которых как на 1 атом углерода, так и на 1 атом кислорода приходится 1-3;5 атома водорода . Изменение расхода основного окислителя (например, воздуха, воды, кислорода) поддерживается заданный углеродный потенциал в печи. Способ позволяет повысить ре; суре нагревателей с 2850 (прототип) до 4700ч. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сОциАлистических

РЕСПУБЛИК (,я)5 С 21 D 1/74

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4772340/02 (22) 22.12.89 (46) 30.03;92. Бюл. М 12 (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский технологический институт электротермического оборудования (72) М.Б.Гутман, В.А.Соловьев, ИД.Дорохов, Ю.Н.Тельнюк: и И.В.Воронкин (53) 621.785.5(088,8) (56) Козловский . И.С. Химико-термическая обработка шестерен, М., 1970, с.34-47.

Тельнюк Ю.Н., Журенков П.М., Левин

А.M., Маталыго Г.E. О влиянии вида углеводородного сырья для контролируемых атмосфер на стойкость нагревательных элементов, М.: Электротехническая промышленность, сер. Электротермия, 1983, вып.9, 4-6.

Изобретение относится к химико-термической обработке материала и может быть использовано при эксплуатации электропечей с углеродсодержащими атмосферами.

Цель изобретения — повышение надежности работы элементов печи путем сниже- ния степени науглераживания.

Способ осуществляют следующим обра-. зом.

Ф

При проведении цементации, например в печи СШЦ-4,9/10, печь нагревают до 930950 С и подают в печное пространство угле-. родсодержащее соединение и окислитель (например, керосин и воздух) так, что обра-.,, БЫ„„1723152 А1 (54) СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЦЕМЕНТАЦИОННОЙ ПЕЧИ С КОНТРОЛИРУЕМОЙ

АТМОСФЕРОЙ (5?) Изобретение относится к химико-термической обработке материалов, а именно к эксплуатации электропечей с углеродсодержащими атмосферами. Цель изобретения— повышение надежности работы элементов печи путем снижения степени науглероживания. Согласно способу поддерживается в печи цементации содержание СО в пределах

34-70% путем подачи в печьдополнительного окислителя, содержащего кислород и/или соединения углерода с кислородом и водородом у которых как на 1 атом углерода, так и на 1 атом кислорода приходится 1 — 3,5 атома водорода. Изменение расхода основного окислителя (например, воздуха, воды, кислорода) поддерживается заданный углеродный потенциал в печи. Способ. позволяет повысить ресурс нагревателей с 2850 (прототип) до 4700ч.

Ю зуется атмосфера, которая имеет необходимый по технологическому процессу углеродный потенциал (У.П.). В принятой практике. (Л цементации он составляет 1,15-1.,35% С. )Я

При этом измеряют парциальное давление монооксида углерода. При снижении его соединения до 34% в печное пространство дополнительно подают окислитель, например диоксид углерода (СО2), В конкретном случае после достижения температуры

940ОС. в печь СШЦ-4,9/10 подают керосин с расходом 16фкап/мин. Через 1,6 ч с момента подачи керосина в печь подают воздух, постепенно увеличивая его расход в течение

1 ч до 1,7 м /ч. После этого определяют

1723152 углеродный потенциал атмосферы печи и содержание СО и СОг (Y,Ï. 0,73 С, CO = . 25,2 C0z - 0,31ф). Состав газа (СО, C0z) определяют хроматографом "Газохром

3101" и системой АСГА-Ц1, а углеродный потенциал — методом фольги, Чтобы достичь необходимого значения содержания CO и

С, изменяют подачу воздуха 0.94 м /ч, поз дав в печь дополнительно COz в количестве

0,144 м /ч. Результаты замеров спустя 1,0 ч после подачи СОг следующие: У.П. = 0,85%

С, СО=36,2 g;, СОг-0,51,.

Через 4 ч У.П. = 1,17 С, CO = 36,1%. COz

0,32 g,. Углеродный потенциал соответствует технологическому режиму цементации, а Рсо — благоприятному режиму работы нагревателей. В качестве нагревателей в печи использовались зигзагообразные, нагрева,тели ф5,5 мм из сплава Х20Н8ОН.

Экспериментально установлено, что .при содержании многооксида углерода в рабочей атмосфере печи в 25% (как в прототипе) ресурс нагревателей составил 2850 ч, что свидетельствует о снижении надежности, а при 34 — 4650 ч, надежность нагревателей в этом случае гораздо выше благодаря снижению степени и скорости науглероживания вследствие наличия в данном случае на нагревателях защитной окисной пленки.

Поэтому в качестве нижней границы установили содержание монооксида углерода в

34%, Экспериментально установлено, что при содержании монооксида углерода в

70 ресурс нагревателей составил 4700 ч.

Но при содержании монооксида углерода больше чем 70%, например 75, наблюдалось снижение скорости науглероживания изделий за счет разного уменьшения коэффициента массопереноса углерода в металл, что крайне нежелательно, так как снижается производительность процесса.

В связи с этим за верхнюю границу было принято содержание монооксида углерода в 70 хотя ресурс нагревателей, а следовательно, и надежность даже повысились (ресурс составил 4750 ч). Оптимальный режим спосооа эксплуатации цементационной печи наблюдался при Рсо = 40% и ресурс нагревателей составил 4670 ч.

Ввод дополнительного количества окислителя кислорода и/или соединения углерода с кислородом, и/или соединения углерода с кислородом и водородом, у которых как на 1 атом углерода, так и на 1 атом кислорода приходится 1-3,5 атома водорода, осуществляют с одновременным уменьшением подачи ocHQBHOcO окислителя таким образом, чтобы значение углеродного потенциала оставалось неизменным.

Например, в качестве углеводорода— керосин, в качестве окислителя — воздух

С16Нз4+ 8(0г+ 3,76йг) -16СО+ 17Нг+ 30Nz (1)

5 Рсо =25о

В качестве дополнительного окислителя используется СОг

С16Нз4+ 5(02+ 3,76йг) + 6СОг 22СО+

+17Нг + 18Nz (2)

10 Рсо = 38о .

Уменьшив подачу кислорода в составе воздуха на 3 г — моль, увеличили подачу дополнительного окислителя СОг на 6 г— моль. Конверсия углеводородов указанны15 ми окислителями протекает не абсолютно одинаково, но эти незначительные отклонения устраняются регулированием по основному окислителю, что можно осуществить, например при регулировании углеродного

20 /СОР потенциала посоотношению При пог

СО стоянном С вЂ” потенциал — - также долC0z

25 жен быть без изменений. Плавно уменьшая подачу одного окислителя и увеличивая подачу дополнительного, не изменяем (С012 значение и соответственно углеродC0z

30 ный потенциал, В случае регулировки вручную предварительно оценивается пропорция, в которой уменьшают подачу. одного и увеличивают. подачу другого окислителя. Если, например, в.качестве допол35 нительного окислителя использовать кислород

С16Н34+ 3(Ог + 3,76Nz) + 50z 16C0 +

+17Нг+ 11йг, (3); то при подаче 5 r-моль кислорода уменьша- "

40 .ют подачу кислорода в воздухе на 5 г-моль (уменьшение подачи воздуха составляет 24 г-моль).

При реакции (3) изменения по кислороду пропорциональны, при реакции (2) одно45 го окислителя (СОг) подают в 2 раза больше, чем уменьшаем кислород в другом окисли-. теле, Пример использования кислорода показан в реакции (3), пример использования

50 соединения углерода с кислородом приведен в реакции (2).

В качестве окислителя используются соединения углерода с кислородом и водоро55 дом, муравьиная кислота (СНгОг)

С16Нз4+ СНгОг — 32CO+ ЗЗНг (4)

Pco = 47%

1723152 роду меньшим чем 1 нам неизвестно, то нижнюю границу отношения приняли равHQA 1.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет значительно увеличить надежность нагревательных элементов эа счет уменьшения скорости и степени их науглероживания.

Осуществление способа не требует дефицитных и дорогих приборов и может быть дбвольно просто осуществлено, Способ может применяться в любых шахтных и камерных цементационных печах. Осуществление предлагаемого способа не требует дорогих и дефицитных материалов.

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор M.Ìàêñèìèøèíåö

Редактор А.Долинич

Заказ 1044 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г..Ужгород, ул.Гагарина, 101

У муравьиной кислоты на 1 атом углерода приходится 2 атома водорода, а на 1 атом кислорода — 1 атом водорода, Рсо свободно регулируется изменением количества подаваемого дополнительно 5 окислителя. например, как в (2).

Можно испольэовать и смеси перечисленных окислителей, например, С16Нэ4+ 402+ 4С02+ 4СН20э — . 24СО+.

+21 Нг . (5) 10

Рсо = 53

Добавляя подобную смесь, легко увеличить содержание СО в печи, например, С16Нз4 + 5(02 + 3,76йг) + Оэ + 2СОэ +

2CH202 . 20СО+ 17Н2+ 19йг (6) 15

Рсо 36

Если использовать в качестве окислителя соединения, у которых на один атом кис- . лорода или углерода приходятся более 3,5 атомов водорода, то добиться содержания 20 монооксида в атмосфере более 34 невозможно.

Например, если в качестве дополнительного вещества, подаваемого в печное пространство, взять метанол СНэОН, у кото- 25 рого как на 1 атом углерода, так и на 1 атом . водорода приходится 4 атома водорода, то .. СНэОН СО+ 2Нэ . (7)

Рсо = 0,33 (33 )

И сколько бы не вводили дополнительно 30 вещества, парциальное давление СО более

33 не подымется.

Поэтому количество атомов водорода; приходящегося на 1 атом углерода или кислорода. более 3 5 нежелательно.. 35

Чем меньше атомов водорода приходится на:один атом углерода или кислорода, тем. меньше надо вещества для восстановления значения Рсо до необходимых пределов, но поскольку соединений. с 40 отношением водорода к кислороду или углеФормула изобретения

Способ эксплуатации цементационной печи с контролируемой атмосферой. включающий нагрев до рабочей температуры, подачу в печное пространство углеводороди аэотсодержащих соединений и окислите-. ля, например воздух, воду, кислород, с образованием монооксида углерода, водорода и азота и поддержание заданного значения углеродного потенциала изменением расхода этих окислителей, а т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения надежности работы элементов печи путем снижения степени их науглероживания, измеряют. содержание монооксида углерода в печной атмосфере и поддерживают его содержание в пределах 34-70 путем подачи дополнительного окислителя, содержащего кислород и/или соединения углерод с кис-. лородом и/или соединения углерода с кислородом,.у которых как на 1 атом углерода, так и на 1 атом кислорода приводится 1-3 5 атома водорода.