Печь для газовой цементации изделий Советский патент 1991 года по МПК F27B9/02 C23C8/20 

Изобретение относится к печам для цементации, применяемым в металлургии, ма- шиностроении, автомобиле- и авиастроении и других отраслях народного хозяйства.

Цель изобретения - повышение качества цементации путем повышения равномерности распределения углерода.

На фиг.1 показана печь, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.2.

Печь для газовой цементации состоит из корпуса 1, футеровки 2, нагревателей 3, установленного на корпусе вентилятора, выполненного в виде природного вала 4 с прикрепленной к нему нижней части кольцевой камеры 5, заполненной никельсодер- жащим катализатором 6 и расположенными в ней изогнутыми в сторону, противоположную вращению вала 4, пластинами 7, крыльчатки 8, прикрепленной к нижней поверхности кольцевой камеры 5. Вал 4 выполнен полым с расширением в нижней части, заполненной катализатором, и с патрубком 9 подвода газовой смеси в верхней части. Боковые стенки кольцевой камеры 5 и нижняя расширяющаяся часть вала 4 выполнены перфорированными, причем суммарная площадь отверстий 10 перфорации расширяющейся части вала соотносится с поперечным сечением вала 4 как 1:(0,5-0,8), а высота кольцевой камеры 5 соотносится с диаметром отверстий 11 перфорации как 1:(0,5-0,7). Нижняя расширяющаяся часть вала имеет высоту 0,2-0,6 толщины футеровки. Верхняя часть приводного вала через шкив 12 связана с электроприводом, а также имеет уплотнение 13 патрубка подвода газовой смеси.

Печь работает следующим образом

В зону рабочего пространства печи поступают заготовки. Нагрев до температуры цементации осуществляют нагреватели 3. Газовая смесь, состоящая из углеводорода, например метана, и диоксида углерода в соотношении 1:1 поступает через патрубок 9 во внутреннюю полость вала 4 вентилятора. Попадая в слой нагретого за счет тепла внутреннего пространства печи катализатора, она проходит через отверстия 10 в заполненную катализатором кольцевую камеру 5 над крыльчаткой 8, В присутствии никельсодержащего катализатора 6 происходит конверсия углеводородного газа диоксидом углерода, в результате чего образуется контролируемая атмосфера, состоящая (при углеводороде-метане) из 50% оксида углерода и 50% водорода Указанная контролируемая атмосфера поступает в ра

бочее пространство печи через отверстия в перфорированной полосе 11.

Предложенная конструкция печи с размещением катализатора внутри вала и в

кольцевой камере 5 над крыльчаткой позволяет повысить надежность вентилятора, что достигается за счет высокой эндотермично- сти процесса конверсии углеводородов диоксидом углерода, а также подачи

непосредственно во внутреннюю полость вала исходной газовой смеси. Эндотермич- ность процесса конверсии пропан-бутан диоксидом углерода в четыре раза больше, чем при конверсии его воздухом. За счет эндотермичности процесса с нагретого нижнего торца вала 4 вентилятора и с крыльчатки 8 отбирается тепло, что позволяет проводить в печи процесс высокотемпературной газовой цементации до 1150°С Работоспособность вала вентилятора возрастает в 2 5 3,0 раза, а крыльчатки в 1,5-2,0 раза.

Кроме того, предложенная конструкция печи позволяет за счет образования контролируемой атмосферы практически в рабочем пространстве печи и поступления ее туда с температурой, близкой к температура цементации, повысить качество цементируемых изделий 14, в том числе и за счет ис пользования активных частиц и радикалов в

не подвергающейся охлаждению контролируемой атмосфере. При этом в 1,5-2 оаза повышается работоспособность металлических внутрипечных узлов за счет увеличения количества оксида углерода.

Результаты экспериментов, проведенных на стенде при температуре печи 1050° С, представлены в таблице. В таблице равномерность распределения углерода по глубине слоя цементации характеризуется

отношением а

а С С- 100%

с где С - содержание углерода в поверхностном слое;

Ci - содержание углерода на глубине, равной 1/3 толщины слоя цементации от поверхности металла.

При применении предложенной печи

повышается качество цементации, в частности приблизительно вдвое возрастает скорость науглероживания изделий, а соответственно и производительность печи. на 7-10% улучшается распределение углерода по высоте науглероженного слоя, а также увеличивается в 1,5 -2 раза срок службы вентилятора и соответственно срок межремонтной эксплуатации печей.

Формула изобретения Печь для газовой цементации изделий, содержащая корпус с футеровкой, нагревателями, вертикально установленный на корпусе вентилятор в виде приводного вала и крыльчатки, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества цементации путем повышения равномерности распределения углерода, вентилятор выполнен в виде прикрепленной к нижней части вала кольцевой камеры, заполненной никельсо- держащим катализатором, с радиально расположенными в ней от наружной боковой стенки изогнутыми в противоположную сторону вращения вала пластинами, закрепленными с зазором, равным 0,1-0,3 диаметра вала между концом пластины и

внутренней боковой стенкой кольцевой камеры, вал выполнен полым с патрубком подвода газовой смеси и с расширением в нижней его части на высоту 0,2-0,6 толщины футеровки, крыльчатка прикреплена к нижней поверхности кольцевой камеры, при этом расширяющаяся часть вала и боковые стенки камеры выполнены перфорированными, причем суммарная площадь отверстий перфорации расширяющейся части вала соотносится с поперечным сечением вала как 1:(0,6-0,8), а высота кольцевой камеры соотносится с диаметром отверстий перфорации как 1:(0,5-0,7), расширяющаяся часть вала заполнена никельсодержащим катализатором, а диаметр крыльчатки равен диаметру камеры.

Изобретение применяется к печи для газовой цементации изделий. Цель - повышение качества цементации путем повышения равномерности распределения углерода. Печь содержит корпус 1 с футеровкой 2, нагревателями 3, установленный на корпусе вентилятор, выполненный в виде приводного вала с прикрепленной к нему кольцевой камерой 5, заполненной катализатором подводящего патрубка 9. Газовая смесь, состоящая из углеводорода метана, диоксида углерода, поступает через патрубок 9 во внутреннюю полость вала 4, через нагретый катализатор 6 во внутреннюю полость печи. В присутствии катализатора происходит конверсия углеводородного газа диоксидом углерода в результате образуется атмосфера, состоящая из 50% оксида углерода и 50% водорода, что позволяет повысить качество цементации, скорость науглероживания, увеличить срок службы вентилятора. 3 ил., 1 табл.

:0,6

0,6 0,6 0,6 0,6 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,6 0,6 1:0,5

:0,б :0,6 :0,6 :0,6 :0,6 :0,6 :0,6 :0,4 :0.6

1:0,8

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,05

О, 10

0,20

0,30

0,40

0,2

0,2

0,2

0,2

О,

0,4

0,2

0,05

0,20

о/.з

0,44 0,44 0,19 0,21 0,44 0,44 0,43 0,19 0,20 0,43 0,44

0,44 а, 21 О, 19 0,44 О, АЛ 0,44 0,21 0,18 0,44 0,1/

17

5

6

7

21

20

6

6

5

19

20

7

6

5

21

20

6

6

5

19

23

6

14

Неудовлетворительное

То же

Неудовлетворительное

Ц

Фиг. /А

Фиг.З