SU1719460A1 - Method of producing endothermic atmosphere - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии, в частности к химико-термической обработке , а именно к способам получени  контролируемых атмосфер, и может быть использовано на предпри ти х машиностроительной и металлургической промышленностей . Цель - получение атмосферы с заданной науглероживающей способностью , повышение качества термообработки, проводимой в данной атмосфере, за счет снижени  брака. Способ включает сжигание природного газа с недостатком воздуха в присутствии катализатора типа ГИАП-3 и контроль состава атмосферы по содержанию в ней вод ных паров, который провод т в момбнт уменьшени  объема смеси газа на 10-25% при сохранении их соотношени , подаваемого на катализатор, причем о полноте превращени  углеводородов в компоненты эндотермической атмосферы суд т по наличию изменений содержани  вод ных паров. Способ позвол ет улучшить качество термообработки за счет устранени  брака. 1 ил., 1 табл.The invention relates to metallurgy, in particular to chemical heat treatment, in particular to methods for producing controlled atmospheres, and can be used in enterprises of machine-building and metallurgical industries. The goal is to obtain an atmosphere with a given carburizing ability, to improve the quality of heat treatment carried out in this atmosphere, by reducing rejects. The method involves burning natural gas with a lack of air in the presence of a GIAP-3 type catalyst and monitoring the composition of the atmosphere by its water vapor content, which is carried out at a rate of 10-25% reduction in the volume of the gas mixture while maintaining the ratio of gas to the catalyst moreover, the completeness of the conversion of hydrocarbons to the components of the endothermic atmosphere is judged by the presence of changes in the water vapor content. The method allows to improve the quality of heat treatment by eliminating scrap. 1 ill., 1 tab.

Description

Изобретение относитс  к производству контролируемых атмосфер при химико-термической обработке изделий, и может быть использовано на заводах машиностроительной и металлургической промышленно- стей., ...The invention relates to the production of controlled atmospheres in the chemical and heat treatment of products, and can be used in the factories of the engineering and metallurgical industries.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  способ получени  эндотермической ат- мосферы,, включающий сжигание природного газа с недостатком воздуха (коэффициент расхода воздуха а 0,25) в присутствии катализатора, например ГИАП-3, и контроль состава атмосферы по одному параметру , например по содержанию в ней вод ных паров.The closest to the invention is a method for producing an endothermic atmosphere, including burning natural gas with a lack of air (air flow ratio a 0.25) in the presence of a catalyst, for example GIAP-3, and controlling the composition of the atmosphere by one parameter, for example water vapor in it.

Однако в процессе эксплуатации в случае , например, превышени  критической величины объемного напр жени  катализатора из-за выноса потоком атмосферы каталитически активных частиц или отложени  сажи на катализаторе превращение углеводородов в компоненты атмосферы полностью не происходит. Вместе с тем, содержание углеводородов более 1% в полученной атмосфере нарушает однозначную зависимость между концентрацией регистрируемого компонента (вод ных паров) в исходной смеси и ее науглероживающей способностью, вследствие того, что углеводороды , наход щиес  в термодинамически неравновесном состо нии относительноHowever, during operation, in the case of, for example, the critical value of the bulk pressure of the catalyst is exceeded due to the removal of catalytically active particles by the flow of the atmosphere or the deposition of soot on the catalyst, the conversion of hydrocarbons into components of the atmosphere does not completely occur. At the same time, the hydrocarbon content of more than 1% in the resulting atmosphere violates the unambiguous relationship between the concentration of the detected component (water vapor) in the initial mixture and its carburizing ability, due to the fact that hydrocarbons that are in a thermodynamically non-equilibrium state with respect to

ОABOUT

N о оN o o

других компонентов атмосферы, в термической печи вступают в химические реакции на каталитических поверхност х обрабатываемых деталей. При этом.например.наличие 1,3% непрореагировавшего метана в эндогазе приводит к браку, выраженному в снижении качества термообработки из-за повышени  хрупкости нагретых под светлую закалку изделий (болтов), достигающему 3% в год от объема термообработки. other components of the atmosphere, in a heat-treating furnace, enter into chemical reactions on the catalytic surfaces of the workpieces. At the same time, for example, the presence of 1.3% unreacted methane in endogas leads to a marriage, expressed in a decrease in the quality of heat treatment due to an increase in the fragility of products (bolts) heated to light hardening, reaching 3% per year of the heat treatment volume.

Цель изобретени  - получение атмосферы с заданной науглероживающей способностью . повышение качества термообработки, проводимой в полученной атмосфере за счет снижени  брака.The purpose of the invention is to obtain an atmosphere with a predetermined carburizing ability. improving the quality of heat treatment carried out in the resulting atmosphere by reducing rejects.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу получени  эндотермической атмосферы с заданной науглероживающей способностью, включающему сжигание природного газа с недостатком воздуха в присутствии катализатора типа ГИАП-3 и контроль состава атмосферы по содержанию в ней вод ных паров, контроль содержани  вод ных паров провод т в момент уменьшени  объема смеси газов на 10-25% при сохранении их соотношени , подаваемого на катализатор, а о полноте превращени  углеводородов в компоненты эндотермической атмосферы суд т по наличию изменений содержани  вод ных паров. The goal is achieved by the fact that according to the method of obtaining an endothermic atmosphere with a given carburizing ability, including burning natural gas with a lack of air in the presence of a GIAP-3 type catalyst and monitoring the composition of the atmosphere by its water vapor content, the water vapor content is monitored the moment when the volume of the gas mixture decreases by 10-25% while maintaining their ratio supplied to the catalyst, and the completeness of the conversion of hydrocarbons into components of the endothermic atmosphere is judged by th change of water vapor content.

В предложенном способе отсутствие изменени  концентрации вод ных паров в момент уменьшени  подаваемого на катализатор объема смеси газов свидетельствует о том, что углеводороды в эндогазе прореагировали полностью, а объемное напр жение катализатора как до изменени  объема подаваемых на него газов, так и после изменени  не превышало значени  критической величины. Следовательно, эндотермическа  атмосфера имеет требуемую науглероживающую способность.In the proposed method, the absence of a change in the concentration of water vapor at the time of the decrease in the volume of the gas mixture supplied to the catalyst indicates that the hydrocarbons in the endogase reacted completely, and the volume pressure of the catalyst, both before the change in the volume of gases supplied to it and after the change critical value. Therefore, the endothermic atmosphere has the required carburizing ability.

Наличие изменени  концентрации вод ных паров свидетельствует о том, что в момент уменьшени  объема смеси газов, подаваемых на катализатор, объемное на- пр жение катализатора уменьшилось и стало ниже критической величины. Углеводороды при этом прореагировали полностью, вызвав изменение регистрируе- мого параметра (содержани  вод ных паров ). Следовательно, ранее (до момента изменени ) степень превращени  углеводородов в компоненты эндотермической атмосферы была неполной. При этом науглероживающа  способность атмосферы , не соответствовала заданной величине.The presence of a change in the concentration of water vapor indicates that at the time of the decrease in the volume of the mixture of gases supplied to the catalyst, the bulk pressure of the catalyst decreased and became lower than the critical value. In this case, the hydrocarbons reacted completely, causing a change in the registered parameter (water vapor content). Therefore, earlier (before the change), the degree of conversion of hydrocarbons into components of the endothermic atmosphere was incomplete. At the same time, the carbonizing ability of the atmosphere did not correspond to a given value.

Регистраци  вод ных паров в предложенном способе может осуществл тьс  с погрешностью ±1,0°С точки росы (точность , обеспечиваема  выпускаемыми приборами ). Поэтому за допустимое нижнее граничное значение прин та величина, равна  изменению на 10% количества пода ва- емого на катализатор объема смеси газов, вызывающего изменени  контролируемого параметра, соизмеримые с точностью прибора .The registration of water vapor in the proposed method can be carried out with an accuracy of ± 1.0 ° C of the dew point (accuracy provided by the instruments produced). Therefore, the admissible lower limit value of the adopted value is equal to the change by 10% of the amount of gas mixture volume supplied to the catalyst, which causes changes in the controlled parameter commensurate with the accuracy of the device.

Допустимое верхнее граничное значение измен емой величины объема прин то за 25% вследствие того, что при большем его значении в слое катализатора не обеспечиваетс  посто нна  температура при изменении объема проход щего через него газа. При этом уменьшение объема смеси газов более чем на 25% приводит к снижению достоверности определени  полноты превращени  углеводородов в компоненты атмосферы.The permissible upper limit value of the variable volume is assumed to be 25% due to the fact that, with a larger value, the temperature in the catalyst bed does not provide a constant temperature when the volume of gas passing through it changes. At the same time, a decrease in the volume of the gas mixture by more than 25% leads to a decrease in the reliability of determining the completeness of the conversion of hydrocarbons into components of the atmosphere.

На чертеже показана схема устройства дл  реализации способа.The drawing shows a diagram of the device for implementing the method.

Устройство содержит высокотемпературную камеру 1, заполненную катализатором . Вход камеры 1 через газодувку 2 соединен со смесителем 3, снабженным регул тором соотношени  углеводородного газа и воздуха. К газовой линии, отвод щей энд огаз из камеры 1, подключен анализатор 4, в качестве которого может быть использован, например, гигрометр точки росы. Между газодувкой 2 и камерой 1 включен вентиль 5 линии сброса смеси газов на свечу.The device contains a high-temperature chamber 1 filled with catalyst. The inlet of the chamber 1 through the gas blower 2 is connected to the mixer 3, equipped with a regulator of the ratio of hydrocarbon gas and air. An analyzer 4 is connected to the gas line, which draws the end ogaz out of chamber 1, as which, for example, a dew point hygrometer can be used. Between the gas blower 2 and the camera 1 is turned on valve 5 line discharge gas mixture to the candle.

Способ осуществл ют следующим образом .The method is carried out as follows.

Дл  получени  эндотермической атмосферы воздух и углеводородный газ под давлением подаетс  газодувкой 2 в камеру 1 на нагретый до 1000°С катализатор. Технологически заданна  концентраци  вод ных паров поддерживаетс  регул тором соотношени  смесител  3 в соответствии с показани ми анализатора 4.To obtain an endothermic atmosphere, the air and hydrocarbon gas under pressure are supplied by the gas blower 2 to the chamber 1 to the catalyst heated to 1000 ° C. The technologically determined concentration of water vapor is maintained by the ratio controller of the mixer 3 in accordance with the indications of the analyzer 4.

Контроль степени превращени  углеводородов в компоненты атмосферы осуществл етс  путем наблюдени  (регистрации) за показани ми анализатора 4 газа в момент подачи на свечу через открытый вентиль 5, мину  катализатор, 10-25% объема исходных газов при сохранении их соотношени . При этом вентиль 5 открывают на врем , не превышающее врем  транспортировани  потока газа через катализатор. Такой промежуток времени  вл етс  достаточным дл  обнаружени  изменени  количества вод ных паров и практически не нарушает работу потребителей эндотермической атмосферы.Control of the degree of conversion of hydrocarbons to atmospheric components is carried out by observing (recording) the analyzer 4 gas at the time of supply to the candle through the open valve 5, mine catalyst, 10-25% of the volume of the source gases while maintaining their ratio. In this case, the valve 5 is opened for a time not exceeding the time of transporting the gas stream through the catalyst. Such a period of time is sufficient to detect changes in the amount of water vapor and practically does not disrupt the work of consumers of the endothermic atmosphere.

Изменение количества вод ных паров указывает на то, что до момента уменьшени  подачи смеси газов объемное напр жение катализатора превышает допустимую величину, а углеводородный газ превратилс  в компоненты атмосферы не полностью. Дл  обеспечени  технологически заданной науглероживающей способности атмосферы корректируют объемное напр жение катализатора путем соответствующего снижени  объема подаваемой на катализа- тор смеси газов.The change in the amount of water vapor indicates that until the supply of the gas mixture is reduced, the bulk pressure of the catalyst exceeds the allowable value, and the hydrocarbon gas is not completely transformed into components of the atmosphere. To ensure the technologically predetermined carbonization capacity of the atmosphere, the volume pressure of the catalyst is adjusted by a corresponding decrease in the volume of the gas mixture supplied to the catalyst.

Отсутствие изменени  количества вод ных паров означает, что до уменьшени  подаваемого объема смеси газов объемное напр жение катализатора не превышало значение допустимой величины, а углеводородный газ полностью превратилс  в компоненты атмосферы.The absence of a change in the amount of water vapor means that, before the volume of the gas mixture is reduced, the bulk pressure of the catalyst did not exceed the permissible value, and the hydrocarbon gas was completely converted into components of the atmosphere.

В таблице приведены наблюдаемые отклонени  измер емого (регистрируемого) содержани  вод ных паров в предложенном способе при среднем и граничных значени х величин уменьшени  объема смеси газов/подаваемого на катализатор в сравнении с известным способом, а также брак, термообработки, выраженный в процентах, в пересчете на годовую программу нагреваемых под светлую закалку изделий (болтов) в термической печи типа СНЦ.The table shows the observed deviations of the measured (recorded) water vapor content in the proposed method with the average and boundary values of the decrease in the volume of the gas mixture / supplied to the catalyst in comparison with the known method, as well as the heat treatment defect, expressed as a percentage, in terms of for the annual program of products (bolts) heated under light hardening in a SNC-type thermal furnace.

П р и мер. Эндотермическую контроли- руемую атмосферу получали путем подачи на нагретый до 1000°С катализатор газовоз- душной смеси, состо щей из воздуха и углеводородного газа-метана. Коэффициент расхода воздуха а 0,256. Концентраци  остаточного метана в эндогазе 1,3%, так как превышает его равновесную концентрацию на 0,9%. Это указывает на неполное превращение метана в компоненты эндогаза.Pr and measures. An endothermic controlled atmosphere was obtained by feeding to a catalyst of a gas-air mixture heated to 1000 ° C consisting of air and a hydrocarbon gas-methane. The coefficient of air flow and 0,256. The concentration of residual methane in endogas is 1.3%, since it exceeds its equilibrium concentration by 0.9%. This indicates an incomplete conversion of methane to endogas components.

В момент кратковременного (менее 3 мин) уменьшени , например, на 15% объема смеси газов, подаваемых на катализатор,, изменение концентрации вод ных паровAt the moment of a short-term (less than 3 min) decrease, for example, by 15% of the volume of the mixture of gases supplied to the catalyst, the change in the concentration of water vapor

составило 0.4% (объем) или 8°С точки росы (остаточный метан при этом в эндогазе составил 0,4%). Указанное значение точки росы регистрируетс  достаточно нагл дно гигрометром точки росы, имеющем погрешность ±1,0°С точки росы.amounted to 0.4% (volume) or 8 ° С dew point (residual methane in the endogas was 0.4%). The indicated value of the dew point is recorded sufficiently clearly by a hygrometer with a dew point having an error of ± 1.0 ° C of the dew point.

Таким образом, контролиру  только один параметр эндогаза, например, точку росы вод ных паров, предложенным способом можно не только поддерживать этот параметр на заданном уровне, но и определ ть наличие в эндогазе непрореагировавшего метана, т.е. степень превращени  углеводородов в компоненты эндотермической атмосферы, что способствует обеспечению стабильного состава ее с заданной науглероживающей способностью. Предложенный способ прост в эксплуатации.Thus, only one endogas parameter is controlled, for example, the water dew point by the proposed method can not only maintain this parameter at a given level, but also determine the presence of unreacted methane in the endogase, i.e. the degree of conversion of hydrocarbons into components of the endothermic atmosphere, which contributes to ensuring its stable composition with a given carburizing ability. The proposed method is easy to use.

Экономический эффект от использовани  предложенного способа получают, в ос- новном, за счет уменьшени  брака обрабатываемых в эндотермической атмосфере деталей.The economic effect of using the proposed method is obtained mainly due to a reduction in the scrap of parts processed in an endothermic atmosphere.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Способ получени  эндотермической атмосферы , включающий сжигание природного газас недостатком воздуха в присутствии катализатора типа ГИАП и контроль состава атмосферы по содержанию в ней вод ных паров, отл и ч а ю щийс  тем, что, с целью получени  атмосферы с заданной науглероживающей способностью, повышени  качества термообработки, проводимой в полученной атмосфере за счет снижени  брака, контроль содержани  вод ных паров провод т в момент уменьшени  объема смеси газа на 10-25% при сохранении их соотношени , подаваемого на катализатор, а о полноте превращени  углеводородов в компоненты эндотермической атмосферы суд т по наличию изменений содержани  вод ных паров.A method for producing an endothermic atmosphere, including burning natural gas with insufficient air in the presence of a GIAP type catalyst and controlling the composition of the atmosphere by its water vapor content, is in order to obtain an atmosphere with a given carburizing ability, to improve the quality of heat treatment conducted in the resulting atmosphere by reducing rejects, the control of the water vapor content is carried out at the time of reducing the volume of the gas mixture by 10-25% while maintaining their ratio supplied to the catalyst p, and the completeness of the conversion of hydrocarbons into components of the endothermic atmosphere is judged by the presence of changes in the water vapor content. Изменение содержании во д ных паров в пределах погрешности измерительных средств, Брака нетChanges in the content of water vapor within the error of measuring instruments, no rejection Изменение содержани  вод ных паров В пределах погрешности измерительных средств. Брака нетChanges in the content of water vapor Within the error of measuring instruments. No marriage е e Изменение содержани  вод ных паров в пределах погрешности измеритель- . ных средств. Необходимость корректировки режима сжигани  не обнаружена . Брак Z-Jt.The change in the content of water vapor within the error of the gauge-. funds. The need to adjust the combustion mode was not detected. Marriage Z-jt. Изменение содержани  вод ных паров превы- вает погрешность измерительных средств. Обнаружена необходимость корректировки режима сжигани . Образование брака предотвращаемого корректировкой режима сжигани The change in the content of water vapor exceeds the error of the measuring means. The need to adjust the combustion regime has been detected. Formation of marriage prevented by the adjustment of the combustion regime Измерение содержани  вод ных паров в пределах погрешности измерительных средств. Брака нетMeasurement of water vapor content within the error of measuring means. No marriage Измерение содержани  вод ных паров в пределах погрешности измерительных средств. Брак 2-5%.Measurement of water vapor content within the error of measuring means. Marriage of 2-5%. ЬавдцлAvdtsl ЗндоюэZndoyue