Способ эксплуатации цементационной печи с контролируемой атмосферой Советский патент 1992 года по МПК C21D1/74 

Изобретение относится к химико-термической обработке- материала vi может быть использовано при эксплуатации электропечей с углеродсодержащими атмосферами. .; .-;: -. .;... ..... - ; :ч::-.;

Цель изобретения - повышение надеж-: ности работы элементов печи путем сниже- ния степени науглероживания.

Способ осуществляют следующим образом. - .. ; - . :; .. ..-:- ,- :

При проведении цементации, например в печи СШЦ-4.9/10, печь нагревают до 930- 950°С и подают в печное пространство углё- родсодержащее соединение и окислитель (например, керосин и воздух) так, что обраг

зуется атмосфера, котЬрая:имёет необходимый по технологическбму процессу углеродный потенциал (У.П.)/ В принятой практике цементации он составляет 1,15-1.35% С. При этом измеряют парциальное давление монооксида углерода. При снижении его соединения до 34% в печное пространство дополнительно подают окислитель, например диоксид углерода (С02). В конкретном случае после достижения температуры 940°С в печь СШЦ-4,9/10 подают керосин с расходом 16$,кап/мин. Через 1,6ч с момента подачи керосина в печь подают воздух, постепенно увеличивая его расход в течение 1ч до 1,7 м3/ч. После этого определяют

х|

го w

ел ю

углеродный потенциал атмосферы печи и содержание СО и С02 (У.П. 0,73%С, СО 25,2%. С02 - 0,31%). Состав газа (СО, С02) определяют хроматографом Газохром 3101 и системой АСГА-Ц1, а углеродный потенциал - методом фольги. Чтобы достичь необходимого значения содержания СО и % С, изменяют подачу воздуха 0,94 м3/ч, подав в печь дополнительно СОа в количестве 0,144 м3/ч. Результаты замеров спустя 1,0 ч после подачи CQ2 следующие: У.П. 0,85% С, СО 36,2%, С02 0,51%.

Через4чУ.П. 1,17%С,СО 36,1%,С02 0,32%. Углеродный потенциал соответствует технологическому режиму цементации, а Рсо - благоприятному режиму работы нагревателей. В качестве нагревателей в печи использовались зигзагообразные нагрева- тели 0 5,5 мм из сплава X20H8QH.

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 устано- вили содержание монооксида углерода в 34%...

Эксперименталыно 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 ме- талл, что крайне нежелательно, так как снижается производительность пррцесса.

В связи с этим за верхнюю грайицу было принято содержание монооксида углерода в 70% хотя ресурс нагревателей, а следовательно, и надежность даже повысились (ресурс составил 4750ч). Оптимальный режим способа 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 основного окислителя таким образом, чтобы значение углеродного потенциала оставалось неизменным.

Например, в качестве углеводорода - керосин, в качестве окислителя - воздух С1бНз4+ 8(02 + 3,76N2) + 17Н2 + 30IM2

(D

Рсо «25%

В качестве дополнительного окислителя используется С02

CieH34 + 5(02 + 3,76N2) + 6С02 :22СО + +17H2+18N2(2)

Рсо « 38%.

Уменьшив подачу кислорода в составе воздуха на 3 г - моль, увеличили подачу дополнительного окислителя С02 на 6 г - моль. Конверсия углеводородов указанными окислителями протекает не абсолютно одинаково, но эти незначительные отклонения устраняются регулированием по основному окислителю, что можно осуществить, например при регулировании углеродного

(СО)2 потенциала по соотношению Vr При

(СО}2 стоянном С - потенциал п также долv v J2

жен быть без изменений. Плавно уменьшая подачу одного окислителя и увеличивая подачу дополнительного, не изменяем

значение V Q и соответственно углеродный потенциал. В случае.регулировки вручную предварительно оценивается пропорция, в которой уменьшают подачу одного и увеличивают подачу другого о.кис- лителя. Если, например, в качестве дополнительного окислителя использовать кислород

С1бНз4 + 3(02 + 3,76N2) + 502 ±16СО + +17H2+11N2, .(3).

то при подаче 5 г-моль кислорода уменьшают 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) одного окислителя (CCJ2) подают в 2 раза больше, чем уменьшаем кислород в другом окисли - теле. . :- v; . . -.

Пример использования кислорода показан в реакции (3), пример использования соединения углерода с кислородом приведен в реакции (2).

В качестве окислителя используются соединения углерода с кислородом и водородом, муравьиная кислота (СН202)

С1бНз4 + СН202 32CO + 33H2(4)

Рсо 47%

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 окислителя, например, как в (2).

Можно использовать и смеси перечисленных окислителей, например, С1бНз4 + 40а + 4С02 + 4СНа02 2 24СО + +21Н2 (5)

Рсо 53%

Добавляя подобную смесь, легко увеличить содержание СО в печи, например,

С1бНз4 + 5(02 + 3.76N2) + 02 + 2С02 + 2СН202 -&Ј 20СО + 17Н2+ 19N2(6)

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 монооксида в атмосфере более 34% невозможно.

Например, если в качестве дополнительного вещества, подаваемого в печное пространство, взять метанол СНзОН,у кото- рого как на 1 атом углерода, так и на 1 атом водорода приходится 4 атома водорода, то СНзОН Ј СО + 2Н2(7)

Рсо 0,33 (33%)

И сколько бы не вводили дополнительно вещества, парциальное давление СО более 33% не подымется. .

Поэтому количество атомов водорода, приходящегося на 1 атом углерода или кислорода, более 3,5 Нежелательно.

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 отношением водорода к кислороду или углероду меньшим чем 1 нам неизвестно, то нижнюю границу отношения приняли равной 1.

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

Осуществление способа не требует дефицитных и дорогих приборов и может быть довольно просто осуществлено.

Способ может применяться в любых шахтных и камерных цементационных печах. Осуществление предлагаемого способа не требует дорогих и дефицитных материалов.

Формула изобретения Способ эксплуатации цементационной печи с контролируемой атмосферой, включающий нагрев до рабочей температуры, подачу в печное пространство углеводород- и азотсодержащих соединений и окислителя, например воздух, воду, кислород, с образованием монооксида углерода, водорода и азота и поддержание заданного значения углеродного потенциала изменением расхода этих окислителей, о т л и ч а- ю щ и и с я 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 кислородом 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.

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

Редактор А.Долинич

Техред М.Моргентал

Заказ 1044ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Корректор М.Максимишинец