SU1198131A1 - Method of carburization of steel articles in fluidised-bed - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ЦЕМЕНТАЦИИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ В КИПЯЩЕМ СЛОЕ, включающий разогрев сло  до 920-1050С и периодическое ПСевдоожижение путем продувки смесью эндогаза и природного газа, отличающийс  тем, I .,.-, У. что, с целью повышени  удельной производительности при сохранении высокой скорости массообмена и зкономичности процесса, кип щий слой, нагретый до 920-1050°С, перед псевдоожижением предварительно осаждают и продувают природным газом в течение 1-5 ч со скоростью, обеспечивающей степень разложени  метана на выходе из сло  0,9-1,0, псевдоожижение смесью эндогаза и природного газа осуществл ют со скоростью , равной 3-8 критическим скорост м ожижени , продолжительностью периодов псевдоожижени  1-5 мин и паузами 5-90 мин при отношении рас (Л ходов природного газа и зндогаза 0,04-0,3.A METHOD FOR CEMENTATION OF STEEL PRODUCTS IN THE BOOTHING LAYER, including heating the layer to 920-1050С and periodic liquification by purging with a mixture of endogas and natural gas, in order to increase the specific productivity while maintaining a high mass exchange rate and the economics of the process, the fluidized bed heated to 920-1050 ° C, is pre-precipitated before fluidization and purged with natural gas for 1-5 hours at a rate that ensures the degree of decomposition of methane at the outlet of the layer 0.9-1.0, fluidization a mixture of endogas and natural gas is carried out at a rate of 3–8 critical liquefaction rates, duration of fluidization periods of 1–5 min and pauses of 5–90 min at races (L of natural gas and gas output of 0.04–0.3.

Description

оabout

00 0000 00

1 one

Изобретение относитс  к машиностроению , преимущественно сельскохоз йственному , транспортному, корабле- и авиастроению, и может быть использовано при химико-термической обработке деталей, требующих повышенной поверхностной твердости и способных противосто ть механическому износу.The invention relates to mechanical engineering, mainly agricultural, transport, shipbuilding, and aeronautics, and can be used in the chemical-heat treatment of parts that require increased surface hardness and are able to withstand mechanical wear.

Целью изобретени   вл етс  повышение удельной производительности при сохранении высокой скорости массообмена и экономичности процесса .The aim of the invention is to increase the specific productivity while maintaining a high mass transfer rate and a process economy.

Пример. При цементации, на пример, втулок гусениц тракторов на печи с кип щим слоем материалом кип щего сло  вз ли формовочный песок фракции 315 мкл. Высота насыпного сло  в печи составила 1300 1400 мм. Рабоча  высота 1100-1200 м ( часть объема занимала крестовина на дне печи дл  .установки корзины с детал ми).Example. For cementation, for example, of tractor tracks on the fluidized bed furnace of the fluidized bed material, molding sand of a fraction of 315 μl was taken. The height of the bulk layer in the furnace was 1300 1400 mm. The working height is 1100-1200 m (a part of the volume was occupied by a crosspiece at the bottom of the furnace for the installation of a basket with details).

В корзину помещали втулки с максимальной плотностью (втулки касались друг друга) в 3 р да по высоте по 56 штук в каждом р ду. Обща  поверхность втулок F 12 м, что соответствует удельной загрузке 40 . Технологическа  глубина цементации сА 2 мм (по требовани м технологии)..Поверхностна  концентраци  Сп 1,1%С, t 950.Sleeves with maximum density were placed in the basket (the sleeves touched each other) in 3 rows in height of 56 pieces in each row. The total surface of the sleeves is F 12 m, which corresponds to a specific load of 40. Technological depth of cementation cA 2 mm (according to technology requirements). Surface concentration Sp 1.1% C, t 950.

Затем определ етс  расчет режимаThe mode calculation is then determined.

Предварительна  продувка природным газон неподвижного сло  предназначена дл  обогащени  твердой фазы кип щего сло  свободньм углеродом (пироуглеродом). При .температурах меньших 1100 С метан может разлагатьс  только на твердой поверхности, в газовой фазе он инертен. Интенсивность диссоциации метана на твердой поверхности зависит от температуры и свойств этой поверхности, например таких как ее каталитическа  способность и удельна  поверхность (S). Удельна  поверхность зависит от размера частиц и их формы. Диапазон мат риалов, примен емых в качестве твердой фазы кип щего сло , может быть широк, следовательно, скорость его диссоциации в неподвижном слое может колебатьс  в значительных пределах .Pre-purging with natural lawn of a fixed bed is intended to enrich the solid phase of the fluidized bed with free carbon (pyrocarbon). At temperatures of less than 1100 ° C, methane can only decompose on a solid surface, it is inert in the gas phase. The intensity of methane dissociation on a solid surface depends on the temperature and properties of this surface, such as its catalytic ability and specific surface (S). The specific surface depends on the size of the particles and their shape. The range of materials used as a solid fluidized bed can be wide, therefore, the rate of its dissociation in a fixed bed can vary widely.

Из выражени From the expression

ГСН4 GSN4

-K-St, Г° -K-St, °

СИSI

19813121981312

видно, что при посто нных к и S врем  fj контакта метана с твердой поверхностью пр мо пропорциональноit is seen that at constant k and S the time fj of methane contact with a solid surface is directly proportional to

величине Рп -| j«c,i L гthe value of Pn - | j "c, i L g

Здесь г.Here is the city

иand

а г СН4a g CH4

- объемные доли метана на вхо СИ- the volume fraction of methane at the input SI

де и выходе из сло  соответственно.de and exit from the layer, respectively.

Причем Гсн 1, К - константа скорости диссоциации метана на твердой поверхности.Moreover, GSN 1, K is the rate constant for the dissociation of methane on a solid surface.

Обозначим Y. Тогда степеньDenote Y. Then the degree

с  диссоциации метана выразитс  1 - Y.from methane dissociation, 1 - Y will be expressed.

Скорость продувки W Н/Тц. Найдем зависимость продолжительности предварительной продувки от величины Y.Purge speed W Н / Тц. Find the dependence of the duration of pre-purge on the value of Y.

Допустим, требуетс  ввести в слой Мс кг углерода.Suppose it is required to introduce kg into a layer of ms.

1 97 Mc F.W(1 -Y)1 97 Mc F.W (1 -Y)

(1)(one)

где F - сечение печи, м.where F is the furnace section, m

Вместо W подставим Н/г, и выразим из (1). Окончательно получимInstead of W, we substitute N / g, and express from (1). Finally we get

Mc(t + 273)22,4 enY Mc (t + 273) 22.4 enY

0 0

УСД 12-273-К SUSD 12-273-K S

1-Y1-Y

где Н - высота сло , а Vwhere H is the height of the layer, and V

F-H. F-H.

ел,ate

Результаты представлены в таблице .The results are presented in the table.

Изображена расчетна  зависимость EhYd - Y) , из которой видно, что в диапазоне О Y 0,1 продолжительность продувки резко снижаетс  с ростом Y, т. ё. при незначительной потере метана можно примерно в 1,5-2 раза сократить врем  этой операции. Дальнейшее .увеличение Y уже не дает ощутимого снижени  Со . Поэтому скорость продувки следует ограничивать не только скоростью W. начала псевдоожижени , но и величиной Y, не допуска  ее увеличени  сверх ,1.The calculated dependence EhYd - Y) is shown, from which it can be seen that in the range O О 0.1 the duration of the purge decreases sharply with increasing Y, i.e. with a slight loss of methane, the time of this operation can be reduced by approximately 1.5–2 times. A further increase in Y does not give a noticeable decrease in Co. Therefore, the rate of purging should be limited not only by the speed W. of the onset of fluidization, but also by the value of Y, not allowing its increase above 1.

Величину Y можно проверить практическим путем химического анализа проб газа, вз тых на выходе из печи, по содержанию водорода или метана. Увеличива  Y в указанных пределах, несколько тер ем в полноте использовани  метана, но значительно выигрываем во времени. Итак, скорость продувки сло  должна обеспечивать степень, разложени  метана в пределах 0,9(1-Y) 1ине превышать Wj.The value of Y can be checked by practical chemical analysis of gas samples taken at the exit of the furnace, by the content of hydrogen or methane. Increasing Y within the specified limits, a few losses in the completeness of the use of methane, but significantly gain in time. Thus, the rate of purging the layer should provide a degree of decomposition of methane in the range of 0.9 (1-Y) and not exceed Wj.

Периоды псевдоожижени  необходимы дл  интенсивного перемешивани  твердой фазы дл  выравнивани  полей концентрации пироуглерода и темпера3Fluidization periods are necessary for intensive mixing of the solid phase to equalize the pyrolytic carbon and temperate concentration fields.

туры, поэтому псевдоожижение производ т с оптимальной в этих цел х скоростью Wp, Эта скорость зависит от размера частиц. Дл  частиц размером 100-125 мкм W лежит в пределах (5 - 8)W , а дл - частиц размером 500 мкм - в пределах (3-5)W . Если вз ть диапазон скоростей псевдоожижени  в пределах W (3 - 8) J , то он будет соответствовать твердому материалу с размером частиц 100 800 мкм. При меньших размерах частиц слой плохо псевдоожижаетс  (образуютс  залежные зоны), а при больших - слишком велик расход газов и низка удельна  поверхность S, что приводит к сильному росту Гд - времени предварительной продувки.therefore, fluidization is carried out at a rate of Wp optimal for these purposes. This velocity depends on the size of the particles. For particles with a size of 100-125 μm, W lies within (5–8) W, and for particles with a size of 500 μm, it lies within (3-5) W. If we take the range of fluidization rates within W (3 - 8) J, it will correspond to a solid material with a particle size of 100,800 microns. At smaller particle sizes, the layer is poorly fluidized (fallow zones are formed), and at large particles, the gas flow rate is too high and the specific surface S is low, which leads to a strong increase in Gd - pre-purge time.

Смесь эндогаза и природного газа в п риоды псевдоожижени  должна соответствовать обобщенному (суммарному) коэфф цненту расхода воздуха в пределах 0,1-0,25. Эндогаз, строго отвечающий коэффициенту расхода воздуха о( - 0,25, практически получить невозможно . Обычно коэффициент oi больше величины 0,25 и составл ет 0,26-0,3.The mixture of endogas and natural gas in the periods of fluidization should correspond to the generalized (total) coefficient of air flow in the range of 0.1-0.25. Endogas, which strictly corresponds to an air flow rate of about (- 0.25, is practically impossible to obtain. Typically, the coefficient oi is greater than 0.25 and is 0.26-0.3.

Если вз ть 0 0,3, то чтобы попасть в диапазон о 0,25 необходимо подмешать к эндогазу как минимум 0,037 доли метана. Если прин ть пределы изменени  Л If you take 0 0.3, then to get into the range of about 0.25 you need to mix at least 0.037 methane fractions to the endogas. If you accept the limits of change

V f- 7Г (0,04 - 0,3), то така  смесьV f - 7G (0.04 - 0.3), then such a mixture

ЭUh

всегда будет лежать в пределах значений 0,1 - 0,25, даже если состав эндогаза отвечает коэффициенту расхода воздуха о 0,3.will always lie in the range of values of 0.1 - 0.25, even if the composition of the endogas corresponds to an air flow rate of about 0.3.

Большие значени  с6 при производстве эндогаза стараютс  не допускать , поскольку при последующем его охлаждении образуетс  слишком много 0,01 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 In the production of endogas, large values of c6 are attempted to be avoided, since on subsequent cooling it produces too much of 0.01 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

enY -4,6 -3 -2,3 -1,87 -1,( 1-Y 0,99 0,95 0,9 0,85 0,8 enY -4.6 -3 -2.3 -1.87 -1, (1-Y 0.99 0.95 0.9 0.85 0.8

981314981314

воды, котора  затрудн ет работу оборудовани .water that impedes equipment operation.

Если в смеси природного газа с эндогазом состав эндогаза соответ5 ствуето 0,25, то взаимодействиеIf in a mixture of natural gas and endogas the endogas composition corresponds to 0.25, then the interaction

такой смеси с пироуглеродом будет ,сопровождатьс  газификацией пироуглерода . В случае непрерывного псевдоожижени  пироуглерод будет выво 0 дитьс  из сло  в составе газовой фазы . Чтобы устранить такие потери углерода и повысить интенсивность обмена углеродом между частицами и стальной поверхностью необходимоsuch a mixture with pyrocarbon will be accompanied by gasification of pyrocarbon. In the case of continuous fluidization, the pyrocarbon will be removed from the layer in the gas phase composition. To eliminate such carbon losses and increase the intensity of carbon exchange between particles and the steel surface, it is necessary

J5 дать возможность подмешанному метану диссоциировать, тогда коэффициент расхода воздуха, соответствующий составу эндогаза, по мере разложени  метана будет уменьшатьс , аJ5 to allow mixed methane to dissociate, then the air flow rate, corresponding to the composition of the endogas, will decrease as methane decomposes, and

произведение Г рд Гц увеличиватьс  и при полном разложении избыточного метана состав эндогаза будет отвечать d- ,25. Но дл  диссоциации избыточного метана необходимо врем . Кинетика диссоциации метана в осажденном слое не изучена, однако уже известно, что в смеси с эн-. догазом метан разлагаетс  гораздо медленнее, чем без эндогаза, кроме того, при температуре 925 С после осаждени  сло  над печью еще происходит сгорание выход щего из сло  газа в факеле в течение 5-10 мин (горит водород и метан). Следовательно , за нижний предел продолжительности вьщержки сло  в осажденном состо нии можно прин ть 5 мин.the product H rd Hz increases and, with the complete decomposition of excess methane, the composition of the endogase will correspond to d-, 25. But time is needed to dissociate excess methane. The kinetics of methane dissociation in the deposited layer has not been studied, but it is already known that it is in a mixture with en-. By methane, methane decomposes much slower than without endogas, moreover, at 925 ° C after deposition of the layer above the furnace, gas still flushes out of the layer in a flare for 5-10 minutes (hydrogen and methane burn). Consequently, for the lower limit of the duration of the layer overhang in the deposited state, one can take 5 min.

Данный способ цементации повышает удельную производительность печей в 20-30 раз при сохранении высокой скорости и экономичности процесса.This method of cementation increases the specific productivity of furnaces by 20-30 times while maintaining the high speed and efficiency of the process.

-1,38 -1,2 -1,05 -и,91 -0,69 0,3 0,35 0,Д 0,5 0,75 0,7 0,65 0,6 0,5-1.38 -1.2 -1.05 s, 91 -0.69 0.3 0.35 0, D 0.5 0.75 0.7 0.6 0.6 0.6 0.5

Claims (1)

СПОСОБ ЦЕМЕНТАЦИИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ В КИПЯЩЕМ СЛОЕ, включающий разогрев слоя до 920-Ю50°С и периодическое псевдоожижение путем продувки смесью эндогаза и природного газа, отличающийся тем, что, с целью повышения удельной производительности при сохранении высокой скорости массообмена и экономичности процесса, кипящий слой, нагретый до 920-1050°С, перед псевдоожижением предварительно осаждают и продувают природным газом в течение 1-5 ч со скоростью, обеспечивающей степень разложения метана на выходе из слоя 0,9-1,0, псевдоожижение смесью эндогаза и природного газа осуществляют со скоростью, равной 3-8 критическим скоростям ожижения, продолжительностью периодов псевдоожижения 1-5 мин и паузами 5-90 мин при отношении расходов природного газа и эндогаза 0,04-0,3.METHOD OF CEMENTING STEEL PRODUCTS IN A BOILING LAYER, including heating the bed to 920 -10 ° C and periodic fluidization by blowing with a mixture of endogas and natural gas, characterized in that, in order to increase specific productivity while maintaining a high mass transfer rate and process efficiency, the fluidized bed heated to 920-1050 ° C, before the fluidization is pre-precipitated and purged with natural gas for 1-5 hours at a speed that ensures the degree of decomposition of methane at the outlet of the bed 0.9-1.0, fluidization with a mixture of endogas and natural gas is carried out at a speed equal to 3-8 critical rates of liquefaction, duration of fluidization periods of 1-5 minutes and pauses of 5-90 minutes with a ratio of natural gas and endogas consumption of 0.04-0.3. SU .,,1198131SU. ,, 1198131 1 111 11