БЕЗРЕТОРТНЫЙ ЭНДОГЕНЕРАТОР КОНСТРУКЦИИ ПОГОРЕЛКО Российский патент 2004 года по МПК C21D1/74 

Безретортный эндогенератор для приготовления контролируемых атмосфер конструкции Погорелко относится к области порошковой металлургии, машиностроения для применения в процессах термической и химико-термической обработки металлов и сплавов, при спекании металлокерамики, пайке металлических изделий и др. процессов технологии.

Известен эндогенератор [1]; [2]; [3], выбранный в качестве прототипа, который включает в себя блок конверсии, трубчатый горизонтальный и вертикальный [1]; [4] холодильники, фильтры для очистки воздуха, газодувку, ротаметры, приборы контроля давления газа до и после реторты, краны газовые, вентили, шкафы управления и др. устройства. Кожух печи генератора выполнен из листовой и профильной стали и зафутерован огнеупорными и теплоизоляционными материалами. Нагреватели для обогрева реторты закреплены на внутренней поверхности футеровки.

Реторта цилиндрической формы выполнена из жароупорной стали, внутри которой вставлена жароупорная труба, образующая кольцевой зазор. Пространство кольцевого зазора по высоте обогрева реторты заполнено катализатором. Газовоздушная смесь от газодувки поступает в реторту, проходя через катализатор при температуре 1050°С, преобразуется в контролируемую атмосферу-эндогаз, состоящий из 20 об.% СО; 40 об.% Н₂ и остальное N₂ плюс компоненты СО₂ и СН₄ менее 0,5 об.%.

Недостатки известных конструкций эндогенераторов следующие:

Применение реторты из жароупорной стали с внешним ее обогревом увеличивает габариты шахтной печи из-за необходимости создания кольцевого зазора между ретортой и внутренним диаметром футеровки, на поверхности которой закрепляются нагревательные элементы. Необходимость создания кольцевого зазора увеличивает расход футеровочных материалов, повышает тепловые потери с поверхности шахтной печи и тем самым ухудшает эксплуатационные, технико-экономические и другие показатели эндогенератора.

Жароупорный материал реторты, из-за воздействия при конверсии на него атомарного водорода, углерода и других компонентов газовой смеси при температуре 700-1050°С, ускоренно разрушается и выходит из строя.

Безретортный эндогенератор для приготовления контролируемых атмосфер, эндогенератор конструкции Погорелко, содержащий шахтную печь, герметичный кожух, который теплоизолирован огнеупорным и теплоизоляционным материалами, холодильник, газоприготовительную систему для подготовки газовоздушной смеси и подачи ее на конверсию, шкаф управления температурой на катализаторе и шкаф управления составом контролируемой атмосферы, отличающийся тем, что роль наружной ограничительной поверхности для катализатора вместо металлической реторты выполняет цилиндрическая или прямоугольная стенка рабочего пространства футеровки шахтной печи, а внутреннюю поверхность образует труба-вставка, по центру которой закреплен нагреватель. Сокращение габаритов и массы генератора улучшает технико-экономические, эксплуатационные и другие показатели конструкции.

Особенно благоприятно на эксплуатационных показателях скажется отсутствие реторты из жароупорной стали.

В эндогенераторе для производительностей до 150 нм³/ч защитной атмосферы образует кольцевой зазор под катализатор внутренний диаметр футеровки шахтной печи и труба-вставка, в которую входит вертикально установленный нагреватель (фиг.1), а для производительностей до 1000 нм³/ч и выше шахтная печь с прямоугольной формой рабочего пространства, которое заполняется катализатором, нагреватели с трубами-вставками в слое катализатора закреплены горизонтально (фиг.2 и 3). Сопоставимый анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый безретортный эндогенератор для приготовления контролируемой атмосферы соответствует критерию “Новизна”.

Анализ известных технических решений в исследуемой области, т.е. в порошковой металлургии, машиностроении, для применения в процессах термической и химико-термической обработки металлов и сплавов, при спекании металлокерамики, пайке металлических изделий и других технологических процессов позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом изобретении безретортного эндогенератора для приготовления контролируемой атмосферы-эндогаза конструкции Погорелко, заявляемые технические решения изобретения соответствуют критерию “существенные отличия”.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1, 2 и 3 показан общий вид блока конверсии эндогенераторов цилиндрической и прямоугольной формы, на фиг.4 - типовая технологическая схема эндогенератора для приготовления контролируемой атмосферы-эндогаза.

На фиг.1 стрелками показаны:

- Д - подвод газовоздушной смеси на процесс в реторту;

- Г - выход контролируемой атмосферы;

- В - вход газа в газовую горелку;

А - вход воздуха в газовую горелку;

- Б - выход дымовых газов;

- Е - движение газовоздушной смеси и эндогазов в слое катализатора.

Изобретение безретортного эндогенератора для малых производителыюстей по контролируемой атмосфере (фиг.1) содержит кожух 1 цилиндрической формы, по оси которого закреплен нагревательный элемент 2 с газовым или электрическим теплоносителем. Кожух шахтной печи футерован огнеупорными 3 и теплоизоляционными материалами 4. Нижняя часть кожуха имеет отверстие, которое перекрыто пробкой 5 с выполненными в ней отверстиями 6. Крепление пробки выполнено на крышке 7, по центру которой закреплен патрубок. Над пробкой закреплена решетка 8 для удержания катализатора 9 и трубы-вставки 10. Свободное пространство над катализатором перекрыто керамической крышкой 11. По выходе эндогаза из катализатора он направляется в отверстие патрубка 12 и далее в холодильник для охлаждения его до 20 -30°С.

При применении газавого теплоносителя радиационная труба имеет газовую горелку 13, на корпусе которой закреплены патрубки: 14 - для подвода газа, 15 - для подвода воздуха и 16 - для отвода дымовых газов.

Для контроля и управления температурой на катализаторе на кожухе закреплен термодатчик 17. Эндогенератор на производительности до 1000 нм³/ч и выше (фиг.2 и 3) содержит кожух 1 прямоугольной формы, который футерован огнеупорными 2 и теплоизоляционными 3 материалами. В нижней и верхней частях кожуха имеются отверстия, которые перекрыты крышкой 4 снизу и сверху холодильником 5. На нижней крышке закреплен патрубок 6 и пробка 7 с отверстиями 8. На пробке закреплена решетка 9 для удержания катализатора 10. В рабочей камере закреплены трубы-вставки 11, которые являются разделительными элементами для катализатора и нагревателей 12. При применении газового теплоносителя эндогенератор снабжен газовыми горелками 13, на корпусе которых закреплены патрубки: 14 - для подвода воздуха, 15 - для подвода газа и 16 - для отвода дымовых газов. Для контроля и регулирования температуры на катализаторе на кожухе закреплен термодатчик 17.

Для ускоренного охлаждения (закалки) эндогаза холодильник снабжен эффективными оребренными трубчатыми элементами 18. На фиг.2 и 3 стрелками показаны:

- А - подвод газовоздушной смеси;

- Б - подвод воздуха к горелке;

- В - подвод газа к горелке;

- Г - выход дымовых газов из горелки;

- Д - выход контролируемой атмосферы из эвдогенератора на охлаждение;

- Е - движение газовоздушной смеси и эндогаза в слое катализатора.

Технологическая схема эндогенератора (фиг.4) включает в себя: краны и вентили 1, 3, 4, 6, 7, 15, 17, 20, 24, 25, 31, 35, 36, 38, 39, запальник 2 и 41, манометр 5, датчик-реле давления 8 и 9, нуль-регулятор 10, регулятор давления 11, клапан электромагнитный 12, трубка импульсная 13, ротаметры 16, 18 и 21, газодувка 26, фильтры 19, 23 и 40, система регулирования добавки воздуха 22 и 33, горелка газовая 27, печь шахтная 28, холодильник 29, воронка 30, клапан ПСК 37, свеча 42. Стрелками показано: А - подвод воздуха к горелке, В - подвод газа и Б - отвод дымовых газов.

Эндогенератор для приготовления контролируемой атмосферы работает следующим образом:

Газовоздушная смесь, приготовленная в блоке газосмесительной аппаратуры (фиг.4), поступает в патрубок (фиг.1), где проходит по отверстиям 6 пробки, через решетку 8 и далее в пространство, заполненное катализатором 9. При нагретом катализаторе до 700 - 1050°С, в зависимости от состава газовоздушной смеси или самого газа, например, аммиака, происходит конверсия с образованием соответствующей контролируемой атмосферы. По выходе ее из катализатора она поступает в теплоизолированный патрубок 12 и далее в холодильник 29 (фиг.4). По выходе из холодильника контролируемая атмосфера поступает потребителям, в которых проводятся процессы термической или химико-термической обработки детали машиностроения.

Источники информации

1. И.И.Маергойз, А.П.Петрук. Контролируемые атмосферы в электрических печах. М., Энергия, 1971 г., с.22, рис. 3 (прототип).

2. Каталог информэлектро, №18.01.03-75, 1975 г. Установки для приготовления контролируемых атмосфер, с.12, рис. 11.

3. Справочник под редакцией А.П.Альтгаузена. Электротермическое оборудование, М., Энергия, 1980 г., с.187, рис.5.150.

4. С.З. Васильев и др. Установки эндогаза, М., Энергия, 1977 г., с.45, рис.33 и с.46, рис.34.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в порошковой металлургии, а также в машиностроении для применения в процессах термической и химико-термической обработки деталей, при спекании металлокерамики. Безретортный эндогенератор содержит шахтную печь, рабочее пространство которой заполнено катализатором, герметичный кожух цилиндрической или прямоугольной формы, футерованный огнеупорными и теплоизоляционными материалами, трубу-вставку с нагревательными элементами для подвода тепла на катализатор, холодильник, газоприготовительную систему для подготовки газовоздушной смеси и подачи ее на конверсию, шкаф управления температурой на катализаторе и шкаф управления составом контролируемой атмосферы. Изобретение позволяет создать эндогенератор без металлической реторты и улучшить технико-экономические показатели за счет уменьшения габаритов конструкции и сокращения расходов на огнеупорные материалы. 4 ил.

Безретортный эндогенератор для приготовления контролируемых атмосфер, содержащий шахтную печь, рабочее пространство которой заполнено катализатором, герметичный кожух цилиндрической или прямоугольной формы, футерованный огнеупорными и теплоизоляционными материалами, трубу-вставку с нагревательными элементами для подвода тепла катализатору, холодильник, газоприготовительную систему для подготовки газовоздушной смеси и подачи ее на конверсию, шкаф управления температурой катализатора и шкаф управления составом контролируемой атмосферы.