Сооружение для азотирования металлических материалов и ферросплавов под давленнием

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистических 1Реслублик) Приоритет -4 осударствеииый комитет СССР ао делам изобретений и открытийубликовано 300181, Бюллетень Ю Дата опубликован описания 30.08,82 9(.НРБ Иван Димов Ни Иван Михайлов Маринов и Але ло В Хрисранн лози НРБ) 7 ) Заявит 4) СООРУЖЕНИЕ ДЛЯ АЗОТИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИ МАТЕРИАЛОВ И ФЕРРОСПЛАВОВ ПОД ДАВЛЕНИЕМ отиров ичасторых маленномя в плаи повнм продуввленнымо азотиключи Изобретение относится к азванию металлических материалоферросплавов под давлением, втности, в черной металлургии.Известны устройства для азотирования металлических материалов и ферросплавов, работающих при по;вышенном давлении при стационарнйх условиях. В них материал для азотирования в измельченном виде насы- О пается в тигли или сосуды, которые подогреваются в печах, работающих при повышенном давлении. После окончания азотирования нагревание печей прекращается и после застывания азо тированного материала до определенной температуры давление в печах выравнивается с атмосферным, печи раэгерметизируются и азотированный материал вынимается,20 Известны устройства, в к териал азотируется в распла :состоянии. Это осуществляет вильных печах, работающих пр шенном давлении, причем пут ки через под тигеля с распл материалом осуществляется е рование. нцы ;уГ,- ълков Рашев,ф Илия"4 ЩЫто Георгиев Йюнчев,.Мяр ардамов Брадваро )д;, ; 1" "Ф ф:ъ е предприятие ние и технология на ме Известны устройства для аэотирования материалов при нестационарных условиях Это трубчатые печи с расположенными в них вращающимися трубками, в которые из одного конца поступает материал для азотирования, а через другой конец выходит азотированный материал. Эти устройства не герметизированы и работают в азотной среде с давлением, немного превышающим атмосферное.Недостатками устройств, работающих в стационарных условиях, являются цикличность процесса азотирования, большая потеря энергии на первоначальный нагрев печи, продолжительность процесса охлаждения печи с заваленным в ней материалом до опре,целенной температуры и их низкая производительность. Другим недостатком является трудная выемка азотированно" го материала из сосудов, в которых он был азотирован, из-за его спекания, вызванного его объемным расширением вследствие азотирования. Операции при выемке материала из тиглей или сосудов после азотирования ручные и при них условия гигиены работы нстельно плохиеУстройства для азотирования в нестационарных условиях имеют большую производительность, чем работающие в стационарных условиях, но у них расход азота гораздо больше вследствие того, что они не герметизированы и процент освоенного азота небольшой вследствие низкого давления, при котором работают эти устройства.Общим недостатком устройств, ра, - ботающих в стационарных и нестационарных условиях, является необходимость в предварительном обезуглераживании материала для аэотирования, й также в его измельчении в небольших размерах, так как это оказы- Ьает значительно влияние на процент освоенного азота. Измельчение материалов связано с большими расходами из-за их большой твердости .Недостатками устройств для азотирования материалов в расплавленном состоянии являются небольшой процент освоенного азота, исключительно большая продолжительность процесса азотирования, а также невозможность хорошей управляемости процесса, вследствие чего во многих случаях не достигается повторяемость конечных результатов.Цель изобретения - создание сооружения для азотирования металлических материалов и ферросплавов, работающего при повышенном давлении, и воэможности безотказной, безопасной и качественной работы.Указанная цель достигается с помощью сооружения для азотирования металлических материалов и ферросплавов под давлением, плавильная печь которого передвижная и байонетным соединением в своей нижней части уплотнена к приемной камере распыливающего устройства, в которой расположен тигель с установленным в основе распылителем, причем приемная камера распыливающего устройства герметически присоединена к колпаку распыливающей камеры, которая сое. динена отверстиями в колпаке и всасывающим коллектором с центробежным пылеотделителем.На корпусных стенах с внутренней стороны распыливающей камеры имеются водоохлаждаемые экраны, в которых оформлены кольцевые сопла, а ее нижняя часть представляет собой двойной конический под с тепловой изоляцией и посредством системы питателей присоединена к трубчатой печи, на выходящем конце которой установлен промежуточный бункер, соеди- ненный с конечным бункером, под которым раСположена установка для брикетирования.На плавильной печи установлено . устройство для продувки через под расплава, которое соединено с трубопроводами для азота и кислорода, ав нижней части установлен золотникдля расплава.Приемная камера распыливающего 5 устройства сверху закрывается золотни комВерхняя часть центробежного пылеотделителя соединена системой трубопроводов, вентилятором и компрессором с распылителем, расположеннымв основе тигеля приемной камеры,причем одновременно соединена такжес распыливающей камерой напорным трубопроводом, причем нижняя часть центробежного пылеотделителя соединенас распыливающей камерой посредствомпылепровода.Сооружение имеет трубопроводнуюустановку для азота, выполненную извходящего трубопровода, соединенного запорным вентилем с линейнымтрубопроводом, концы которого присоединены запорными вентилями соответственно к плавильной и трубчатойпечам, причем к линейному трубопроводу присоединены соответствующимитрубопроводами и запорными вентилями приемная и распыливающая камерыраспыливающего устройства и промежуточный бункер, а сменный бункер 30 дополнительным трубопроводом с запорным вентилем соединен с трубопроводом, поставляющим азот в распыливающую камеру и конечный бункер дополнительным трубопроводом и 35 запорным вентилем соединен с трубопроводом, поставляющим азот в про. межуточный бункер, причем на дополнительных трубопроводах установленывыпускные вентили.40 Трубопроводная установка для вакуумирования выполнена иэ вакуумного трубопровода, оба конца которого соединены соответственно с плавильной печью и конечным бункером, 45 а пРиемная камера распыливающегоустройства и трубчатая печь присоединены дополнительными трубопроводамис запорными вентилями к этому самомувакуумному трубопроводу.В сооружении смонтированы затворы для изоляции отдельных устройств,расположенные за распыливающей камерой и за промежуточным и конечным бункерами.Предлагаемое сооружение для азо тирования металлических материалови ферросплавов обеспечивает непрерывную поточнуюработу. При этом положении избегается лишний расход энергии на нагрев материала и устрой ства, в отличие от работающих в стационарных условиях. Материал можетбыТь обезуглерожен в подвижной плавильной печи до необходимого уровня и дальше его можно азотировать.в некоторой степени в жидком состоя 6530 нии. Кроме того, в печи он не только обезуглероживается, но, соответственно, дегируется необходимымидобавками,Сооружение дает возможность распылять материал в условиях азотной 5среды, причем его поверхность многократно нарастает и при процессе кристаллизации отдельных пылинок процессазотирования продолжается. Процесскристаллизации отдельным пылинок в 10распыливающей камере сухой, нет стекания воды по экранным стенам, ираспыленный материал при очень высо;кой температуре поступает на следующий этап азотирования - в печь с 15вращающейся трубкой. Для сохранениятемпературы распыленного материалаконический под распыливающей камеры,а также сменный бункер изолированыот тепла,20Распылением материала достигаютсядва эффекта. Во-первых, процесс азотирования интенсифицируется и, вовторых, достигается большая экономия за счет устранения трудного процесса размельчения материала.Процесс азотирования материалазаканчивается в трубчатой печи.Конструкция вращающейся трубки позволяет максимально заполнять ее материалом, а это обеспечивает продолжительный простой материала в условияхповышенного давления азота при высокой температуре, в результате чегоокончательный процент освоенногоазота будет велик. 35Возможность обезуглеродить материал, а всю установку вакуумироватьобеспечивает хорошие конечные результаты при минимальном расходе азота.Обеспечивание непрерывности процесса азотирования обуславливаетсяподвижностью плавильной печи, наличием золотника, затворов на бункерах, а также пневматической и вакуумной установокПодвижность плавильной 45печи дает возможность использоватьв процессе эксплуатации две печи,что обеспечивает стабильность работыустановки.Наличие установки для брикетирования позволяет очень точно дозировать конечный продукт в подходящем по объему и весу виде. Это облегчает работу при его применении .Предлагаемое сооружение дает возможность максимальной механизации иавтоматизации производственного процесса, сведения к минимуму ручноготруда при отличных условиях гигиены.На чертеже схематически изображено предлагаемое сооружение, общий фовид.Сооружение для азотирования металлических материалов и Ферросплавов состоит из подвижной плавильнойпечи 26, имеющей люк 29 для вакуу мирования, в верхней части которого установлены устройства 28 для отбора проб, ввода добавок, измерения температуры и пр. В нижней части плавильной печи 26 установлено устройство для продува через под 30 расплава, соединенное с трубопроводом 31 с вентилем-редуктором 57 для азота и трубопроводом 32 с вентилем-редуктором 56 для кислорода. В нижней части печи 26 также имеется затвор 25 для расплава.Печь 26 байонетным соединением 24 уплотняется к приемной камере 19, в которой размещен тигель 18 распыливающего устройства, который заканчивается распылителем 16. В своей верхней части приемная камера 19 имеет смонтированный золотник 23 и она герметически прикреплена к колпаку 41 распыливающей камеры 51, на внутренней стороне которой имеются водоохлаждаеьые экраны 48 с оформленными в них кольцевыми соплами 50. Распыливающая камера 51 имеет двойной конический под 49 с тепловой изоляцией 11, а колпак 41 с отверстиями 43, соединенными всасывающим коллектором 20 с центробежным пылеотделителем 21, у которого возвращающий пыле- провод 17 и пневматический трубопровод 35 соединены с всасывающей частью высоконапорного вентилятора 38. Напорный трубопровод 40 вентилятора 38 соединен с пространством между корпусом 47 распыливающей камеры 51 и водоохлаждаемыми экранами 48 с вмонтированным вентилем-редуктором 58. Напорный трубопровод 40, с дру-. гой стороны, подключен всасывающим трубопроводом 37 компрессора 39, нагнетательным трубопроводом 36 и вентилем-редуктором 68 к распылителю 16. В своей нижней части распыли ающая камера 51 соединена с затво=ром 74, который, со своей стороны, соединен со сменным бункером 12, имеющим со своей внутренней стороны, тепловую изоляцию 67Бункер 12 соединен с трубчатой печью 9, выходной конец которой соединен с промежуточным бункером 5, который затвором 73 соединен с конечным бункером 4, имеющим датчик 46 уровня и затвор.2. Под затвором 2 расположена установка для брикетирования.Сооружение имеет питающий трубо,провод 14 для азота, соединенный запорным вентилем 60 с линейным трубопроводом 10, который в одном конце запорным вентилем 69 подключен к трубчатой печи 9, а в другом конце запорным вентилем 7 соединен с плавильной печью 26. У приемной камеры 19 выпускной вентиль 54 и трУбопровод 22 с вентилем 59 соединены с линейным трубопроводом 10. Распыливающая камера 51 вентилем 61 и трубопроводом 15 соединена с линейным трубопрово 901353дом 10, а у сменного бункера 12 имеется трубопровод 13 с выпускным вентилем 53, и между трубопроводами 15 и 13 связь осуществляется вентилем 62. Промежуточный бункер 5 запорным вентилем 71 и трубопроводом 8 соединен с линейным трубопроводом 10 и конечным бункером 4, причем у последнего имеется трубопровод 6 с выпускным вентилем 72, и между трубопроводами 6 и 8 связь осуществляется вентилем 63.Устройство имеет вакуумную установку 42 с вакуумным трубопроводом 44, который трубопроводами 1, 45, 34 и 33 и вентилями 70, 64, 65 и 66 соединен, соответственно, с конечным бункером 4, с трубчатой печью 9, приемной камерой 19 распыливающей камеры 51 и с передвижной плавильной печью 26.Устройство работает следующим образом.В передвижную плавильнуюпечь 26 вставляется тигель с шихтой материала, который будут аэотировать. Материал расплавляется, причем золотник 23 закрыт, Через люк 29 и вентиль 66 печь 26 вакуумируется, причем через трубопровод 32 и вентиль-редуктор 56 подают кислород к устройству для продувки через под 30, причем материал обезуглераживается. Потом подача кислорода прекращается и вентиль 66 закрывается, а через трубопровод 31 и вентиль-редуктор 57 подается азот и материал аэотируется в жидком состоянии . При этом положении давление в печи 26 увеличивается до рабочего давления. Пока продолжается азотирование материала в жидком состоянии вакуумируются все остальные пространства сооружения. После окончания вакуумирования в устройство подавтся азот и повышается давление, причем открывается золотник 23, При обработке материала в плавильной печи используются устройства для отбора проб, ввода добавок, замера температуры и др. После этих операций приводятся в действие высоконапорный вентилятор 38 и компрессор 39. Пускается нагрев трубчатой печи 9 и впускается вода, чтобы она циркулировала в водоохлаждаемых экранах 48. После этого открывается золотник 25 для расплава, и расплав поступает в тигель 18 приемной камеры 19, чем начинается распыливание материала. Затвор 74 открыт и распыленный материал поступает в сменный бункер 12, а затер - в трубчатую печь 9. Азотированный материал охлаждается и после его перехода через промежуточный бункер 5 и затвор 73 поступает в конечный бункер 4.Если конечный бункер 4 наполняется,. датчик 46 уровня сигнализирует и 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 затвор 73 закрывается . Закрывается также вентиль 63 и открывается выпускной вентиль 72, причем давление в конечном бункере 4 выравнивается с атмосферным. Тогда затвор 2 открывается и азотированный материал поступает в установку 3 для брикетирования. Потом закрывается затвор 2 и выпускной вентиль 72, открывается вентиль 70 и конечный бункер 4 вакуумируется, после чего к конечному бункеру 4 подается азот по.трубопроводу 6. Затвор 73 открывается и азотированный материал иэ промежуточного бункера 5 поступает в конечный бункер 4. После его заполнения выше описанные операции повторяются,Когда расплав из плавильной печи 26 поступит в тигель 18, золотник 23 закрывается, закрывается также вентиль 7, причем выпускной вентиль 52 открывается, и давление в передвижной плавильной печи выравнивается с атмосферным. Плавильную печь 26 можно открыть и заново заправить шихтой для обработки. Плавильная печь 26 соединяется байонетным соединением 24 с приемной камерой 19 и, при необходимости, ее можно отцепить от соответствующих соединений и на ее место вставить другую запасную плавильную печь. Таким же образом после закрывания затвора 74 можно разгерметизировать распыливающую камеру и осуществить необходимые ремонты и восстановительные работы по тигелю 18 и распылителю 16. Потом эта часть установки вакуумируется, чтобы создать повышенное давление специальной средой и снова подключить в работу, Тем временем сменный бункер 12, который принял необходимое количество распыленного материала, дает возможность продолжать работу остальной части устройства.Пневматическая часть к распыливающей камере работает следующим образом.Высоконапорный вентилятор 38 нагнетает азот, который с большой скоростью вытекает через кольцевые сойла 50 водоохлаждаемых экранов 48 и встречает на своем пути горячие распыленные частицы, охлаждая их, и они кристаллизуются, не достигнув стен водоохлаждаемых экранов 48. Поступающий азот в распыливающую камеру 51 .через отверстия 43 и всасывающий коллектор 20 и через центробежный пылеотдвлитель 21 всасывается высоко- напорным вентилятором 38. Осажденные пылинки в пылеотделителе 21 по возвращающему трубопроводу 17 снова поступают в распыливающую камеру 51. Часть нагнетаемого вентилятором азота всасывается компрессором 39, который сжимает его и нагнетает по трубопроводу 36 до распылителя 16.% Таким образом используемый азот для распыления и кристаллизации материала работает в замкнутом контуре.В процессе азотирования во всех ступенях сооружения необходимо часть азота возобновлять, пополняя ее свежим азотом. Это осуществляется выпуском минимального количества азота через вентили-редукторы 27,55 и 58, за счет которого из питающего трубопровода 14 и по соответствующим трубопроводам соответствующие пространства питаются азотом и рабочее давление поддерживается одинаковым везде. Формула изобретения 1. Сооружение для азотирования металлических материалов и ферро сплавов под давлением состоящее из плавильной печи, распйливающего устройства, трубчатой печи, установки для брикетирования и бункеров, расположенных между ними для приема материала, о т л,и ч а ю щ е е с я тем, что плавильная печь 26 передвижная с байонетным соединением 24 в своей нижней части уплотнена к приемной камере 19 распыливающего устройства, в которой размещен тигель 18 с установленным в основе распылителем, причем приемная камера 19 распыливающего устройства герме.тически присоединена к колпаку 41 распыливающей камеры 51, соединенной отверстиями 43 в колпаке 41 и всасывающим коллектором 20 с центробежным пылеотделителем 21, причем нижняя часть распыливающей камеры 51 соединена со сменным бункером 12, который посредством системы питателей присоединен к трубчатой печи 9, на выходном конце которой установлен промежуточный бункер 5, соединенный с конечным бункером 4, под которым расположена установка 3 для брикетиро вания, причем плавильная печь 26, рас пыливающее устройство, трубчатая печь 9 и бункеры 12, 5 и 4 соединены с трубопроводными установками для азота под давлением и для вакуумирования.2, Сооружение по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что на плавильной печи 26 установлено устройство для продувки через под 30 расплава, соединенное с трубопроводами для азота 31 и кислорода 32, а также золотник 25 для расплава в ее нижней части3. Сооружение по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что приемная камера 19 распыливающего устройства закрыта сверху золотником 23.4, Сооружение по п,1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что распыливающая камера 51 распыливающегоустройства имеет с внутренней стороны корпусных стен 47 водоохлаждаемые экраны 48, в которых оформленыкольцевые сопла 50, а в своей нижней5 части представляет собой двойной конический под 49 с тепловой изоляцией11.5. Сооружение по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что верхняя10 часть центробежного пылеотделителя21 соединена посредством системы тру 1 бопроводов 35,36,37, вентилятора 38и компрессора 39 с распылителем 16,расположенном в основе тигеля 18приемной камеры 19, и она, в то жевремя, соединена также с распыливаю,щей камерой 51 посредством напорноготрубопровода 40, причем нижняя частьпылеотделителя 21 также соединена сраспыливающей камерой 51.6.Сооружение по пп.1-5, о т л ич а ю щ е е с я тем, что трубопроводная установка для азота исполненаиз входящего трубопровода 14, соединенного запорным вентилем 60 с линейным трубопроводом 10, концы которогоприсоединены запорными вентилями 7,69 соответственно к плавильной 26 итрубчатой 9 печам, причем к линейному трубопроводу 10 присоединенысоответственно трубопроводами 22,15,8 и запорными вентилями 59, 61,71 приемная 19 и распыливающая 51камеры распыливающего устройства ипромежуточный бункер 5, а сменный35 бункер 12 посредством дополнительноготрубопровода 13 с запорным вентилем62 соединен с трубопроводом 15, поставляющим азот в распыливающую камеру 51 и конечный бункер 4 посред 40 ством дополнительного трубопровода 6и запорного вентиля 63 соединен струбопроводом 8 промежуточного бункера, причем на дополнительных трубопроводах 13, 6 установлены выпускныевентили 53, 72,7. Сооружение по пп.1-5, о т л ич а ю щ е е с я тем, что трубопроводная установка для вакуума выполненаиз вакуумного трубопровода 44, обаконца которого соединены соответственно с плавильной печью 26 и конечнымбункером.4, а приемная камера 19 распыливающего устройства и трубчатаяпечь 9 присоединены к вакуумному трубопроводу 44 соответственно посредством дополнительных трубопроводов 34,45 с запорными вентилями 6564.8. Сооружение по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что за распыливающей камерой 51, за промежуточным6 О 5 и конечным 4 бункерами установленысоответственно затворы 74,73, 2.Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной Ведомством по изобретательству Народной65 республики Болгарии.