Муфельные печи для газовой цементации

ПЕЧИ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

для отжига на ковкий чугун

Автоматизированная печь для отжига отливок на ковкий чу­гун разработана Гипроавтопромом (рис. 56).

Печь-агрегат для отжига состоит из двух последовательно установленных и соединенных общим каркасом печей. Общая длина печи-агрегата 33 м. Короба с отливками в этой печи переме­щаются с помощью гидравлического толкателя и цепного тран­спортера. От камеры загрузки до зоны промежуточного охлажде­ния короба перемещаются с помощью толкателя, а затем до камеры выдачи —• цепным транспортером.

В качестве контролируемой атмосферы может быть использо­ван моногаз, состоящий главным образом из азота и небольшого количества окиси углерода. Расход контролируемой атмосферы составляет 10—15 м³1ч. Мощность нагревателей печи 1037 кет. Печь потребляет для охлаждения 2500 м³/ч вентиляторного воз­духа (давлением 200 мм вод. ст.) и 2 м^ь1ч воды. Загрузка коробов в печь производится снизу с помощью подъемной платформы, запи­рающей камеру загрузки в конце подъема песочным затвором. Аналогично, но в обратном порядке, происходит разгрузка печи. Короба с отливками продвигаются на поддонах в два ряда. Всего в рабочих зонах установлено 76 коробов. Производительность печи при плотности укладки 1 т/м³ (220 кг в одном коробе) 880 кг/ч, при 1,5 т/м³ — 1320 кг/ч.

Преимущества этого агрегата по сравнению со старыми тун­нельными печами заключаются в следующем: установка печей требует меньшей производственной площади, отсутствует необ­ходимость упаковки отливок, отсутствуют дополнительные опе­рации правки и очистки отливок после отжига, можно более точно соблюдать технологический процесс отжига.

Сложную конструкцию имеют печи непрерывного действия для газовой цементации. В муфель (рис. 57, а) вводятся газы, которые науглероживают детали. Длина муфеля 8 м, материал — сталь марки Х18Н25С2. Муфель (рис. 57, б) состоит из отдельных литых секций с фланцами, которые скрепляют болтами и про­варивают газонепроницаемым швом. Собранный муфель устанав­ливают на ролики, причем один его конец закрепляют у разгру­зочной части, а другой оставляют свободным, что позволяет муфелю удлиняться при нагреве на 150—200 мм. Печь отапли­вается газом. Вдоль печи с двух сторон устанавливают 28 горелок с расходом газа 74 м^ъ/ч. Печь может работать и на мазуте, но в этом случае стойкость муфеля значительно снижается, так как очаг горения мазута создает высокую температуру. У загрузоч-

ного и разгрузочного концов печи (на расстоянии 1,5 ж от торцов печи) имеются герметические заслонки-затворы. Перед затвором с загрузочной стороны находится камера загрузки, а с разгрузоч­ной — камера подстуживания. Температура определяется с по­мощью термопар, помещенных в отверстиях / печи. В этих печах в качестве науглероживающего газа применяли пиролизный газ, получаемый из керосина (ПГН) в смеси с крекинг-газом (КТН). Эти газы получали в специальной пиролизной установке, затем стали применять в муфельных печах другие газы, содержащие углеводороды. Богатый углеводородный газ, например природный саратовский газ, для газовой цементации подвергали крекирова­нию с воздухом в соотношении: 2,5 объема воздуха и 1 объем газа при температуре 980° С, затем крекированный газ смешивали с «сырым» («сырого» газа брали 10% от крекированного) и только тогда подавали в печь. Введение в печь одного «сырого» природного газа без его предварительного крекирования вызывало образо­вание сажи на деталях. Однако иногда (в шахтных печах) для науглероживания применяется «сырой» природный газ.

НИИТАвтопром и ЗИЛ разработали и внедрили процесс газо­вой цементации в муфельных печах с использованием эндогаза. Эндогаз содержит около 20% СО, 40% Н₂ и 40% N₂ и незначи­тельное количество СН₄₎ СО₂ и Н₂0. Эта атмосфера является слабым карбюризатором, так как в ее состав входит слабонаугле-роживающий газ СО и небольшое количество СН₄, действие кото­рого понижается обезуглероживающими компонентами газа. Такая атмосфера может быть использована как защитная против окисления и обезуглероживания. Для получения газа карбюризатора к эндогазу добавляют 10—15% природного газа. Точку росы атмосферы цементационной печи поддерживают при­мерно —7° С, что соответствует содержанию углерода в стали 0,75—0,85%.

Для получения качественного цементационного слоя в перед­нюю и среднюю части печи подается эндогаз с добавлением при­родного газа, а в остальную часть печи (на 1/3 длины) перед раз­грузкой подается только эндогаз. Таким образом, в начале про­цесса науглероживание идет очень активно и содержание угле­рода в поверхностном слое может быть больше необходимого, но в следующей зоне печи перед выгрузкой происходит понижение содержания углерода до нормы за счет диффузии его внутрь детали и в атмосферу печи. Газ вводится в муфель в пяти местах по длине печи (рис. 57, а, отверстия 2) в первую секцию снизу, а в остальные — сверху. Отходящие газы из муфеля направляют в гидравлический затвор (рис. 57, в) для того, чтобы в муфель не мог попасть наружный воздух. Из гидравлического затвора отходящий газ выводится через трубу в атмосферу и у выхода из трубы поджигается. Детали загружают на поддоны, которые передвигают в муфеле с помощью толкателя по направляющим приливам муфеля. Для лучшего использования объема муфеля

детали укладывают в приспособлениях в два-три ряда по высоте. Размер поддона 340x310 мм. В печи находятся одновременно 24 поддона. Поддоны и приспособления для печей газовой цемен­тации изготовляют из жароупорных сплавоЁ типа Х18Н25С2 или Х25Н20С2.

Приспособления делают литыми или сварными. Приспособ­ления для газовой цементации в толкательной печи показаны

Рис. 58. Приспособления для газовой цементации в толкательных печах:

а — для зубчатых колес; б — для деталей типа блока шестерен; в — для рессорных пальцев; е — для поршневых пальцев; д — поддон

на рис. 58. В приспособлении (рис. 58, а) на поддон загружается 20 зубчатых колес общим весом около 50 кг. Приспособление, показанное на рис. 58, б, представляет собой плиту, на которой установлено 15 штырей. Блоки зубчатых колес надевают на штыри и цементуют их в вертикальном положении.

Для цементации рессорных пальцев на поддон устанавливают вертикально четыре приспособления (рис. 58, б). В каждом при­способлении помещается 49 рессорных пальцев, а всего на поддоне 196 пальцев общим весом 60—80 кг. При выгрузке поддон по­падает в камеру подстуживания, где его выдерживают в течение 8—10 мин. В течение этого времени происходит остывание де­талей до установленной по технологии закалочной температуры, затем поддон выдвигается на столик закалочного бака и опускается в бак вместе с деталями. Толкание поддонов для получения на-

углероженного слоя глубиной 0,7—1,0 мм производится через 20—25 мин. Производительность печи 200—250 кг1ч.

На некоторых заводах при отсутствии природного газа, а также для ускорения цементации применяют метод подачи в му­фель жидкого пиробензола, керосина и др. аналогично шахтным печам. Отличием рассматриваемого метода является то, что жид­кость подается в муфель не самотеком, а распыливается спе­циальной форсункой, в которую она нагнетается топливным на­сосом.

Состав отходящих газов из печи газовой цементации приведен в табл. 4.

Таблица 4 Химический состав отходящих газов

При этом способе на деталях периодически появляется налет сажи, который может быть рыхлым или плотным в зависимости от количества подаваемого в печь керосина и степени его распы­ленности.

Рыхлый налет легко очищается перед закалкой деталей, а плотная пленка отделяется трудно, кроме того, она может явиться причиной деформаций деталей при закалке. Для уменьшения об­разования сажи, а также для активизации процесса в печь по­дается аммиак.

Научно-исследовательским институтом технологии автомо­бильной промышленности был предложен новый карбюризатор синтин. Этот карбюризатор используется также в жидком виде. Карбюризатор получают синтетическим путем из окиси углерода и водорода. Для синтина, как карбюризатора, разработаны спе­циальные технические условия (ТУ 574-55). По свойствам синтин приближается к керосину. Однако синтин, как карбюризатор, имеет перед керосином, бензолом, пиробензолом и др. преимуще­ства: лучшую цементующую способность, так как из него полу­чается больший выход газа, почти полное отсутствие образования сажи и коксовой пленки. Другой карбюризатор триэтаноламин, имеющий в своем составе азот, способствует при цементации одновременному насыщению поверхностного слоя азотом.

У описанных печей для газовой цементации муфель изготов­ляют из дорогостоящего литья с относительно тонкими стенками (11—18 мм). При смене муфеля в печи необходимо иметь допол­нительную площадь для сварки секций и сборки муфеля, мосто­вой кран и т. д.

Соединения отдельных секций муфеля не дают надежной защиты от утечки газа, что вызывает изменение газовой атмосферы в печи и, как следствие, может быть брак деталей. При расширении муфеля во время нагрева флянцы часто не удерживаются болтами, сварной шов разрушается и муфель дает течь. Сваренный муфель вследствие различной температуры по длине печи может давать трещины. Для повышения стойкости муфелей были использованы различные способы. Хорошие результаты показали муфели, соб­ранные таким образом, что отдельные секции муфеля сваривают, а затем укрупненные секции скрепляют путем стыка двух механи­чески обработанных торцов без сварки; в местах стыка кольцо охватывает муфель. В печах муфель с одной стороны закреп­ляется, а с другой прижимается сильной пружиной. Такие му­фели работают удовлетворительно и имеют стойкость до одного года. Указанные недостатки муфельных печей для газовой цемен­тации привели к необходимости конструирования безмуфельных печей.

Дата добавления: 2015-06-27