Установки для получения атмосфер для цементации и нитроцементации

Атмосферы для цементации. При цементации ис­пользуют атмосферы, приготовленные смешением газа-носителя с углеводородным газом. В качестве газа-носителя преимуще­ственно используется эндогаз, а в качестве добавок к нему — природный газ, пропан или бутан.

Газ-носитель разбавляет углеводороды, уменьшая скорость их термической диссоциации в печи. Чем выше содержание в газе-носителе водорода, тем меньше степень диссоциации метана, тем меньше выделяется сажи в печи и тем стабильнее идет процесс цементации.

Эндотермическая атмосфера характеризуется высоким содер­жанием водорода и способна стабилизировать метан в печной атмосфере при незначительном выделении сажи.

Для получения стабильных результатов цементации состав печной атмосферы должен быть постоянным. Контроль и регули­рование состава атмосферы печи выполняются специальной уста­новкой, включающей прибор для измерения точки росы атмосферы или прибор для измерения содержания в атмосфере углекислого газа.

На рис. 4 показана схема автоматического регулирования углеродного потенциала атмосферы в камерной печи. По трубе 4 в рабочее пространство печи 5 подается смесь эндогаза и природ­ного газа. Расход эндогаза контролируется по расходомеру 7, а природного газа — по расходомеру 8. Расход эндогаза уста­навливают вручную краном 6 в соответствии с характеристикой

печи. Расход природного газа регулируется автома­тически клапаном 9, по­лучающим команду от га­зоанализатора /, который определяет содержание СО₂ или точку росы в ат­мосфере печи. Отбор атмос­феры из печи на анализ осуществляется по трубо­проводу 3. Из газоанали­затора атмосфера выходит через свечу 2, воспламеняется и сгорает. В пульте управления 10 кроме газоанализатора обычно размещают и приборы для регулирования температуры в печи.

При необходимости углеродный потенциал атмосферы в печи может регулироваться по заданной программе. Например, при пуске печи, т. е. когда состав атмосферы в печи нарушен откры­тием заслонок, в печь подается только один эндогаз. Регулировать углеродный потенциал в печи добавкой природного газа в этот момент бесполезно. Добавка метана приведет лишь к обильному выпадению сажи в рабочем пространстве печи.

После восстановления атмосферы начинается регулирование ее углеродного потенциала. Газоанализатор, исследовав пробу атмосферы печи, дает команду на клапан, который приоткры­вается, и в печь через расходомер 8 начинает поступать природный газ. Появление в печи метана приводит к уменьшению концен­трации СО₂ и Н₂О. Если концентрация СО₂ и Н₂О достигла за­данной величины, то газоанализатор прикроет клапан, а следо­вательно, и уменьшит расход природного газа. Если же концен­трация СО_а и Н₂О еще высока, то газоанализатор дает команду клапану на дополнительное открытие.

Система регулирования позволяет вести процесс цементации по ускоренному режиму. Вначале в печи создается атмосфера с углеродным потенциалом, равным 1,3 % С, обеспечивающая быстрое насыщение поверхности углеродом. Затем величину угле-, родного потенциала атмосферы устанавливают равной заданной, например 0,9 % С. Углерод с поверхности передается диффузией к сердцевине детали, причем концентрация углерода на поверх­ности постоянно уменьшается, пока не достигнет заданной ве­личины.

В цементационных проходных печах атмосферу приготовляют и регулируют в каждой зоне. В зоне, где происходит нагрев дета­лей до температуры цементации, желательно иметь атмосферу

Рис.4.Схема автоматического регулирования углеродного потенциала в печи

эндогаза. В цементационной зоне все детали прогреты до 930 °С. В эту зону наряду с эндогазом подается максимально допустимое количество метана. Газ-карбюризатор в зависимости от конструк­ции печи может подаваться через несколько вводов, расположен­ных на стенах и своде печи. В цементационной зоне содержатся минимальное количество СО₂ и Н₂О по сравнению с другими зо­нами печи.

За цементационной зоной может находиться диффузионная зона. В нее подается эндогаз и природный газ в количестве, достаточном для получения необходимого углеродного потенциала печной атмосферы. В диффузионную зону подается всегда меньшее количество природного газа, чем в цементационную зону.

Общий расход атмосферы при цементации зависит от кон­струкции печи, объема внутреннего пространства, производитель­ности и поверхности деталей.

Атмосферы для нитроцементации. Эти атмосферы приготов­ляют, как правило, смешением эндогаза, природного газа и ам­миака. Эндогаз выполняет роль газа-носителя. Природный газ необходим как источник углерода, а аммиак как источник азота.

Общий расход нитроцементационной атмосферы и количество

в ней природного газа и аммиака зависят от типа печи, интенсив­ности циркуляции атмосферы в пе­чи, суммарной поверхности деталей и т.д.

Контроль состава атмосферы в печи при нитроцементации прово­дится аналогично регулированию атмосферы в цементационной печи. Необходимо лишь учитывать, что ам­миак, присутствующий в нитроцемен-тирующей атмосфере, разрушающедействует на литиевый датчик в приборах для измерения точки росы атмосферы, поэтому углеродный потенциал атмосферы в нитроцементационных печах автоматически регулируется преи­мущественно по содержанию в печи СО₂.

В последние годы для регулирования углеродного потенциала атмосферы находит применение система измерения парциального давления кислорода в печной атмосфере при помощи кислород­ного зонда из двуокиси циркония. Преимуществом этой системы является очень короткое время срабатывания (несколько секунд) и, следовательно, более быстрое и точное регулирование угле­родного потенциала. На рис. 5 показана схема установки регулирования угле­родного потенциала атмосферы печи с помощью кислородного зонда. Кислородный зонд 1 соединен с регулирующим прибором 4 проводами 2, 3, по которым передается величина парциального давления кислорода в атмосфере печи и фактическая температура в печи. Воздух из цеха во внутреннее пространство кислородного зонда подается через фильтр 5 насосом 7. Расход воздуха регули­руется краном 8 и контролируется по расходомеру 6.

При температуре 930 °С значение углеродного потенциала 0,7 % С соответствует значению электродвижущей силы на элек­тродах кислородного зонда около 1,13 В, а 1,3% С — около 1,155 В.

Если значение углеродного потенциала атмосферы печи ста­новится меньше заданного, то регулирующий прибор 4 дает ко­манду на исполнительный механизм клапана 9 и он начинает открываться, что приводит к увеличению подачи метана в печь. Расход метана контролируется по расходомеру 10.

Рис. 5. Схема установки регулирования атмосферы печи

Дата добавления: 2014-01-04