Способ цементации стальных изделий в кипящем слое

СОЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССРВ 724603, кл. С 23 С 9/02, 1976.(54) (57) СПОСОБ ЦЕМЕНТАЦИИ СТАЛЬНЫХИЗДЕЛИЙ В КИПЯЩЕМ СЛОЕ, включающийразогрев слоя до 920-1050 С и периодическое псевдоожижение путем продувки смесью эндогаэа и природногогаза, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения удельнойпроизводительности при сохранениивысокой скорости массообмена и экономичности процесса, кипящий слой,нагретый до 920-1050 С, передпсевдоожижением предварительно осаждают и продувают природным газомв течение 1-5 ч со скоростью,обеспечивающей степень разложенияметана на выходе из слоя 0,9-1,0,псевдоожижение смесью эндогаза иприродного газа осуществляют со скоростью, равной 3-8 критическим скоростям ожижения, продолжительностьюпериодов псевдоожижения 1-5 мин ипаузами 5-90 мин при отношении расходов природного газа и эндогаза 0,04-0,3.1 11Изобретение относится к машиностроению, преимущественно сельскохозяйственному, транспортному, корабле- и авиастроению, и может бытьиспользовано при химико-термическойобработке деталей, требующих повыщенной поверхностной твердости испособных противостоять механическому износу.Целью изобретения является повышение удельной производительностипри сохранении высокой скоростимассообмена и экономичности про"цесса.П р и м е р, При цементации, например, втулок гусениц тракторов напечи с кипящим слоем материаломкипящего слоя взяли формовочный песок фракции 35 мкл. Высота насыпного слоя в печи составила 1300 -1400 мм. Рабочая высота 1100-1200 мм .(часть объема занимала крестовинана дне печи для установки корзиныс деталями).В корзину помещали втулки с максимапьной плотностью (втулки касались друг друга) в 3 ряда по высотепо 56 штук в каждом ряду. Общая поверхность втулок Р = 12 м, чтосоответствует удельной загрузке40 м /м, Технологическая глубинацементации д"= 2 мм (по требованиямтехнологии)Поверхностная концентрация Сп 1,17 С, г 950.Затем определяется расчет режима.Предварительная продувка природным газом неподвижного слоя предназначена для обогащения твердой фазыкипящего слоя свободным углеродом(пироуглеродом), При температурахменьших 1 100 С метан может раэлагатьося только на твердой поверхности,в газовой фазе он инертен. Интенсив ность диссоциации метана на твердойповерхности зависит от температурыи свойств этой поверхности, например,таких как ее каталитическая способность и удельная поверхность (Я),Удельная поверхность зависит от размера частиц и их формы. Диапазон материалов, применяемых в качестве твердой Фазы кипящего слоя, может бытьширок, следовательно, скорость егодиссоциации в неподвижном слое может колебаться в значительных пределах.Из выраженияГпгсцю-К ЯГ;ГОКсн,98131 2видно, что при постоянных К и Б вре мя С контакта метана с твердой поверхностью прямо пропорциональновеличине о , , Здесь гсн игсм+оГ сн 4г - объемные доли метана на вхосм 4де и выходе иэ слоя соответственно.Причем .Гсм = 1, К - константа скорости диссоциации метана на твердой 10поверхности.Обозначим мф = У. Тогда степень"сндиссоциации метана выразится 1 - У.Скорость продувки И = Н/С. Найдемзависимость продолжительности предва- .рительной продувки от величины У.Допустим, требуется ввести в слойИс кг углерода.ис = Рик (1 - т) - ., кг12 273д 22,4 с+273(1)1где Р - сечение печи, м .Вместо И подставим Н/г и выразимиз (1).Окончательно получимМс(г + 273)22 4 ЬУоЧс, 12 273 К 8 1-Угде Н - высота слоя, а Ч = Р. Н,Результаты представлены в таб. -лице.Изображена расчетная зависимостьЬУ( " У), из которой видно, что вдиапазоне 0 ( У ь 0,1 продолжительность продувки резко снижается с ростом У, т. е. при незначительной потере метана можно примерно в 1,5-2 раза сократить время этой операции.Дальнейшее .увеличение У уже не даетощутимого снижения С, Поэтому скорость продувки следует ограничиватьне только скоростью Ы начала псевКдоожижения, но и величиной У, недопуская ее увеличения сверх 7=0,1.Величину У можно проверить практическим путем химического анализа пробгаза, взятых на выходе из печи,по содержанию водорода или метана.Увеличивая У в указанных пределах,несколько теряем в полноте использования метана, но значительно выигрываем во времени. Итак, скоростьпродувки слоя должна обеспечиватьстепень. разложения метана в пределах0,9 ( (1 - У) ( 1 и не превышать ИПериоды псевдоожижения необходимыдля интенсивного перемешивания твердой фазы для выравнивания полейконцентрации пироуглерода и темпера1198131 У О 01 0 05 О 1 О 15 О 2 0 25 О 3 О 35 0 4 0,5 ЬУ -4,6 -3 -2,3 - 1,87 - 1,6 -1,38 -1,2 -1,05 -о,91 -0,69 1-Ъ 0,99 0,95 . 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 0,65 0,6 0,5- 4,65 3,15 2,75 2,2ЬУ 2,03 1,85 1,72 0,62 1,52 1,38 ВНИИПИ Заказ 7692/29 Тираж 899 Подписное Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 туры, поэтому псевдоожижение произ-. водят с оптимальной в этих целях скоростью Ю. Эта скорость зависит от размера частиц. Для частиц размером 100-125 мкм Ы лежит в пределлах (5 - 8)Ы, а для частиц размером 500 мкм - в пределах (3"5)И . Если взять диапазон скоростей псевдоожижения в пределах М = (3 - 8) Ъ то он будет соответствовать твердому материалу с размером частиц 100 - 800 мкм. При меньших размерах частиц слой плохо псевдоожижается (образуются залежные зоны), а при больших " слишком велик расход газов и низка удельная поверхность Я, что приводит к сильному росту г - времени предварительной продувки.Смесь эндогаза и природного газа в периоды псевдоожижения должна соответствовать обобщенному (суммарному) коэффициенту расхода воздуха Ыр в пределах О, 1-0,25Эндогаз, строго отвечающий коэффициенту расхода воздуха с( = = 0,25, практически получить невозможно. Обычно коэффициент с больше величины 0,25 и составляет 0,26-0,3.Если взять с.= 0,3, то чтобы попасть в диапазон с= 0,1 - 0,25 необходимо подмешать к эндогазу как минимум 0,037 доли метана. Если принять пределы измененияЧг- (0,04 - 0,3), то такая смесьЭвсегда будет лежать в пределах значений с = 0,1 - 0,25, даже если состав эндогаза отвечает коэффициенту расхода воздуха Ы = 0,3.Большие значения о, при производстве эндогаза стараются не допускать, поскольку при последующем его охлаждении образуется слишком много воды, которая затрудняет работуоборудования.Если в смеси природного газа сэндогазом состав эндогаза соответствуетс 7 0,25, то взаимодействиетакой смеси с пироуглеродом будет , сопровождаться газификацией пироуглерода, В случае непрерывного псевдоожижения пироуглерод будет вывоциться из слоя в составе газовой фазы. Чтобы устранить такие потериуглерода и повысить интенсивностьобмена углеродом между частицамии стальной поверхностью необходимодать возможность подмешанному метану диссоциировать, тогда коэффициент расхода воздуха, соответствующий составу эндогаза, по мере разложения метана будет уменьшаться, а Опроизведение г г Н увеличиваться2и при полном разложении избыточногометана состав эндогаза будет отвечать с = сЕ 40,25. Но для диссоциации избыточного метана необходимовремя, Кинетика диссоциации метанав осажденном слое не изучена, однако уже известно, что в смеси с эндогазом метан разлагается гораздомедленнее, чем без эндогаза, крометого, при температуре 925 С послеосаждения слоя над печью еще происходит сгорание выходящего из слоягаза в факеле в течение 5-10 мин(горит водород и метан) Следовательно, за нижний предел продолжительности выдержки слоя в осажденномсостоянии можно принять 5 мин. Данный способ цементации повышает 4 О удельную производительность печейв 20-30 раз при сохранении высокой скорости и экономичности процесса.