Способ получения эндотермической атмосферы Советский патент 1992 года по МПК C23C8/22 

Изобретение относится к производству контролируемых атмосфер при химико-термической обработке изделий, и может быть использовано на заводах машиностроительной и металлургической промышленно- стей., ...

Наиболее близким к изобретению является способ получения эндотермической ат- мосферы,, включающий сжигание природного газа с недостатком воздуха (коэффициент расхода воздуха а 0,25) в присутствии катализатора, например ГИАП-3, и контроль состава атмосферы по одному параметру, например по содержанию в ней водяных паров.

Однако в процессе эксплуатации в случае, например, превышения критической величины объемного напряжения катализатора из-за выноса потоком атмосферы каталитически активных частиц или отложения сажи на катализаторе превращение углеводородов в компоненты атмосферы полностью не происходит. Вместе с тем, содержание углеводородов более 1% в полученной атмосфере нарушает однозначную зависимость между концентрацией регистрируемого компонента (водяных паров) в исходной смеси и ее науглероживающей способностью, вследствие того, что углеводороды, находящиеся в термодинамически неравновесном состоянии относительно

О

N о о

других компонентов атмосферы, в термической печи вступают в химические реакции на каталитических поверхностях обрабатываемых деталей. При этом.например.наличие 1,3% непрореагировавшего метана в эндогазе приводит к браку, выраженному в снижении качества термообработки из-за повышения хрупкости нагретых под светлую закалку изделий (болтов), достигающему 3% в год от объема термообработки.

Цель изобретения - получение атмосферы с заданной науглероживающей способностью . повышение качества термообработки, проводимой в полученной атмосфере за счет снижения брака.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения эндотермической атмосферы с заданной науглероживающей способностью, включающему сжигание природного газа с недостатком воздуха в присутствии катализатора типа ГИАП-3 и контроль состава атмосферы по содержанию в ней водяных паров, контроль содержания водяных паров проводят в момент уменьшения объема смеси газов на 10-25% при сохранении их соотношения, подаваемого на катализатор, а о полноте превращения углеводородов в компоненты эндотермической атмосферы судят по наличию изменений содержания водяных паров.

В предложенном способе отсутствие изменения концентрации водяных паров в момент уменьшения подаваемого на катализатор объема смеси газов свидетельствует о том, что углеводороды в эндогазе прореагировали полностью, а объемное напряжение катализатора как до изменения объема подаваемых на него газов, так и после изменения не превышало значения критической величины. Следовательно, эндотермическая атмосфера имеет требуемую науглероживающую способность.

Наличие изменения концентрации водяных паров свидетельствует о том, что в момент уменьшения объема смеси газов, подаваемых на катализатор, объемное на- пряжение катализатора уменьшилось и стало ниже критической величины. Углеводороды при этом прореагировали полностью, вызвав изменение регистрируе- мого параметра (содержания водяных паров). Следовательно, ранее (до момента изменения) степень превращения углеводородов в компоненты эндотермической атмосферы была неполной. При этом науглероживающая способность атмосферы, не соответствовала заданной величине.

Регистрация водяных паров в предложенном способе может осуществляться с погрешностью ±1,0°С точки росы (точность, обеспечиваемая выпускаемыми приборами). Поэтому за допустимое нижнее граничное значение принята величина, равная изменению на 10% количества пода ва- емого на катализатор объема смеси газов, вызывающего изменения контролируемого параметра, соизмеримые с точностью прибора.

Допустимое верхнее граничное значение изменяемой величины объема принято за 25% вследствие того, что при большем его значении в слое катализатора не обеспечивается постоянная температура при изменении объема проходящего через него газа. При этом уменьшение объема смеси газов более чем на 25% приводит к снижению достоверности определения полноты превращения углеводородов в компоненты атмосферы.

На чертеже показана схема устройства для реализации способа.

Устройство содержит высокотемпературную камеру 1, заполненную катализатором. Вход камеры 1 через газодувку 2 соединен со смесителем 3, снабженным регулятором соотношения углеводородного газа и воздуха. К газовой линии, отводящей энд огаз из камеры 1, подключен анализатор 4, в качестве которого может быть использован, например, гигрометр точки росы. Между газодувкой 2 и камерой 1 включен вентиль 5 линии сброса смеси газов на свечу.

Способ осуществляют следующим образом.

Для получения эндотермической атмосферы воздух и углеводородный газ под давлением подается газодувкой 2 в камеру 1 на нагретый до 1000°С катализатор. Технологически заданная концентрация водяных паров поддерживается регулятором соотношения смесителя 3 в соответствии с показаниями анализатора 4.

Контроль степени превращения углеводородов в компоненты атмосферы осуществляется путем наблюдения (регистрации) за показаниями анализатора 4 газа в момент подачи на свечу через открытый вентиль 5, минуя катализатор, 10-25% объема исходных газов при сохранении их соотношения. При этом вентиль 5 открывают на время, не превышающее время транспортирования потока газа через катализатор. Такой промежуток времени является достаточным для обнаружения изменения количества водяных паров и практически не нарушает работу потребителей эндотермической атмосферы.

Изменение количества водяных паров указывает на то, что до момента уменьшения подачи смеси газов объемное напряжение катализатора превышает допустимую величину, а углеводородный газ превратился в компоненты атмосферы не полностью. Для обеспечения технологически заданной науглероживающей способности атмосферы корректируют объемное напряжение катализатора путем соответствующего снижения объема подаваемой на катализа- тор смеси газов.

Отсутствие изменения количества водяных паров означает, что до уменьшения подаваемого объема смеси газов объемное напряжение катализатора не превышало значение допустимой величины, а углеводородный газ полностью превратился в компоненты атмосферы.

В таблице приведены наблюдаемые отклонения измеряемого (регистрируемого) содержания водяных паров в предложенном способе при среднем и граничных значениях величин уменьшения объема смеси газов/подаваемого на катализатор в сравнении с известным способом, а также брак, термообработки, выраженный в процентах, в пересчете на годовую программу нагреваемых под светлую закалку изделий (болтов) в термической печи типа СНЦ.

П р и мер. Эндотермическую контроли- руемую атмосферу получали путем подачи на нагретый до 1000°С катализатор газовоз- душной смеси, состоящей из воздуха и углеводородного газа-метана. Коэффициент расхода воздуха а 0,256. Концентрация остаточного метана в эндогазе 1,3%, так как превышает его равновесную концентрацию на 0,9%. Это указывает на неполное превращение метана в компоненты эндогаза.

В момент кратковременного (менее 3 мин) уменьшения, например, на 15% объема смеси газов, подаваемых на катализатор,, изменение концентрации водяных паров

составило 0.4% (объем) или 8°С точки росы (остаточный метан при этом в эндогазе составил 0,4%). Указанное значение точки росы регистрируется достаточно наглядно гигрометром точки росы, имеющем погрешность ±1,0°С точки росы.

Таким образом, контролируя только один параметр эндогаза, например, точку росы водяных паров, предложенным способом можно не только поддерживать этот параметр на заданном уровне, но и определять наличие в эндогазе непрореагировавшего метана, т.е. степень превращения углеводородов в компоненты эндотермической атмосферы, что способствует обеспечению стабильного состава ее с заданной науглероживающей способностью. Предложенный способ прост в эксплуатации.

Экономический эффект от использования предложенного способа получают, в ос- новном, за счет уменьшения брака обрабатываемых в эндотермической атмосфере деталей.

Формула изобретения

Способ получения эндотермической атмосферы, включающий сжигание природного газас недостатком воздуха в присутствии катализатора типа ГИАП и контроль состава атмосферы по содержанию в ней водяных паров, отл и ч а ю щийся тем, что, с целью получения атмосферы с заданной науглероживающей способностью, повышения качества термообработки, проводимой в полученной атмосфере за счет снижения брака, контроль содержания водяных паров проводят в момент уменьшения объема смеси газа на 10-25% при сохранении их соотношения, подаваемого на катализатор, а о полноте превращения углеводородов в компоненты эндотермической атмосферы судят по наличию изменений содержания водяных паров.

Изменение содержании во дяных паров в пределах погрешности измерительных средств, Брака нет

Изменение содержания водяных паров В пределах погрешности измерительных средств. Брака нет

е

Изменение содержания водяных паров в пределах погрешности измеритель- . ных средств. Необходимость корректировки режима сжигания не обнаружена. Брак Z-Jt.

Изменение содержания водяных паров превы- вает погрешность измерительных средств. Обнаружена необходимость корректировки режима сжигания. Образование брака предотвращаемого корректировкой режима сжигания

Измерение содержания водяных паров в пределах погрешности измерительных средств. Брака нет

Измерение содержания водяных паров в пределах погрешности измерительных средств. Брак 2-5%.

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, а именно к способам получения контролируемых атмосфер, и может быть использовано на предприятиях машиностроительной и металлургической промышленностей. Цель - получение атмосферы с заданной науглероживающей способностью, повышение качества термообработки, проводимой в данной атмосфере, за счет снижения брака. Способ включает сжигание природного газа с недостатком воздуха в присутствии катализатора типа ГИАП-3 и контроль состава атмосферы по содержанию в ней водяных паров, который проводят в момбнт уменьшения объема смеси газа на 10-25% при сохранении их соотношения, подаваемого на катализатор, причем о полноте превращения углеводородов в компоненты эндотермической атмосферы судят по наличию изменений содержания водяных паров. Способ позволяет улучшить качество термообработки за счет устранения брака. 1 ил., 1 табл.

Ьавдцл

Зндоюэ