Установка для печей с контролируемой атмосферой Советский патент 1938 года по МПК C22F1/02 

Предлагаемая установка для печей с контролируемой атмосферой, включающая испаритель и диссоциатор аммиака, предназначена для небольших термических мастерских и лабораторий.

При помощи этой установки могут быть с больщой легкостью, точностью и удобством осуществлены операции термической обработки в газовой атмосфере, как-то: газовая цементация стали, нитрирование, т. е. одновременная или последовательная цементация углеродом и азотом, светлый отжиг стали любого состава при низких и высоких температурах, светлый нагрев под закалку высокоуглеродистой стали, пайка медью в восстановительной атмосфере, отжиг трансформаторной и динамной стали в водороде и светлый отжиг цветных сплавов.

Кроме того, получаемый в данной установке газ пригоден для водородокислородной сварки, для металлизации распылением (щоопирования), для лабораторных горелок.

Источниками газа в данной установке являются жидкий аммиак и жидкая углекислота в баллонах.

Предлагаемая устаиовка для возможности использования ее для целей

газовой цементации снабжена метанатором-трубчатой электропечью, в которой из подаваемых в нее углекислоты и диссоциированного аммиака в присутствии катализатора образуется синтетический метан.

На чертеже изображен продольный разрез установки для печей с контролируемой атмосферой.

Из баллона /б жидкий аммиак через Kfian 32 поступает в испаритель 33, где аммиак испаряется и обращается в газ. Из испарителя, через манодетандер 8 и кран 34, аммиак поступает в диссоциатор 6. Здесь, под влиянием нагрева до 700 электроспиралью J4 с вводами 3 и 5, ъ присутствии катализатора 77, аммиак разлагается полностью на водород (75% общего объема) и азот (25% общего объема). Температура диссоциации измеряется термопарой, помещаемой 3 трубку J8, и регулируется автоматическим регулятором температуры (не изображенным на чертеже). Полученный газ проходит обратно через испаритель 33 по змеевику /2, где, благодаря охлаждению, конденсируется влага, стекающая в сосуд /Р со спускным краном 20.

Для светлого отжига железа полученный газ может быть направлен по трубке 35 через волюмометр (из1меритель количества газа) в отжигательную печь.

Чтобы получить цементирующий газ, нужно аммиачный газ потрубке5б направить в метанатор - трубчатую электропечь 22 с внешним обогревом на 450-500° (регулируется автоматически). В электропечь 22 из баллона /5 одновременно поступает углекислота и под влиянием никелевого катализатора воздействует на водород аммиачного газа по реакции:

СО2 + 4Н,,-1-2Н.,О . -О)

с образованием метана.

Количество углекислоты и аммиачного газа регулируется по показаниям волюмометра 2.

Полученная в метанаторе смесь газов (-Нз-|- 2 (в нужной пропорции) направляется по трубке 2/ сначала в конденсатор 25, а затем в сушительную колонку 30, заполненную едкой щелочью. Осущенный газ через кран 28 поступает в магистраль или цементационную печь. Прибор работает под давлением около 100 мм водяного столба.

Газ состава CH,-|-H2-r N является цементующим, так как в цементационной печи метан (СН) разлагается на водород и углерод по реакции СН. С -|- 2Н2 с выделением активного углерода, проникающего в металл. Точная дозировка газа метаном чрезвычайно важна для управления ходом процесса цементации. Из реакции (1) видно, что метана в газе образуется столько, сколько поступает углекислоты, нужной для реакции.

Объем поступающей углекислоты регулируют по волюмометру 2. Кроме того, ход реакции поверяют по объему конденсированной воды в конденсаторе 25.

Периодически воду спускают через воронку.

Нитрирование, как известно, основано на разложении газообразного аммиака при нагревании, в присутствии стали, по реакции 2NH -|-j-SH, с образованием активного азота, проникающего в сталь. В данной установке газообразный аммиак для

нитрирования берется прямо из испарителя 33 через кран и направляется в печь для нитрирования.

Для одновременного цианирования при температуре печи 750-800° к цементующему газу, полученному вышеописанным путем, подмешивается через кран 7 некоторое количество неразложенного аммиака.

Для последовательного цианирования, после цементации, температура печи для цементации снижается до 600-700° и через кран 7 в печь подается неразложенный аммиак из испарителя 33.

Для светлого отжига при низких температурах (до 720°) газ можно не метанировать, а непосредственно после диссоциации направлять в печь.

Для светлого отжига высокоуглеродистой стали при высоких температурах газ нужно метанировать до содержания метана, согласно диаграмме равновесия метана и водорода со сталью. Метанирование производится тем же путем, что и для цементующего газа.

Кран 37 служит для промывки печи от воздуха углекислотой перед впу.ском газа, содержащего водород.

При светлом нагреве под закалку применяется состав газа, как при светлом отжиге. Печь - специальная для закалки из контролируемой атмосферы не входит в данный агрегат.

Пайка медью производится в соответствуюпхей печи при подведении диссоциированного аммиачного газа (без метанирования).

Так как для процесса отжига трансформаторной и динамной стали важно полное отсутствие в водороде неразложившегося аммиака, то для полной гарантии этого диссоциированный аммиак (не метанированный) проводится сквозь слегка подкисленную воду, где следы аммиака поглощаются.

Для светлого отжига цветных сплавов требуется очень влажный водород без следов аммиака. Для получения его поступают по предыдущему.

Кроме того, диссоциированный аммиак, состоящий из 75% Hj и 25% Ng может служить, взамен чистого водорода, для водородно- кислородной

сварки, давая температуру только на 200° ниже чистого водорода, а также для плавления металла в металлизаторе (пистолете) при шоопировании. Для разбрызгивания струи может быть взят газ СОа через кран 37 при давлении около 6 агм. Наконец, установка может быть использована в свободное от операций время для производства водорода, служащего для лабораторных горелок.

Главнейшими преимуществами описанной установки являются компактность, использование сжиженных газов, развивающих большое количество газа при нормальных температуре и давлении, легкость регулировки состава газа, низкие температуры процессов крэкинга и синтеза, универсальность установки, чистота получаемого газа от посторонних примесей, безопасность хранения исходных газов и относительная деи1евизна установки.

Предмет изобретения.

Установка для печей с контролируемой атмосферой, включающая испаритель и диссоциатор аммиака, отличающаяся тем, что, для возможности использования ее для целей газовой цементации, она снабжена трубчатой электропечью22, служащей для образования в ней синтетического метана из подаваемых в нее углекислоты и диссоциированного аммиака в присутствии катализатора.