Файл: Несенчук А.П. Пламенные печи для нагрева и термообработки металла учеб. пособие.pdf

а) подачей в каждую зону контролируемой атмосферы с раз­ личным содержанием Н20 (или С 02), соответствующим величине Рпред данной зоны;

б) подачей контролируемой атмосферы одного состава с макси­ мальным для данной печи значением р“ ®ед ; снижение углеродного

потенциала в зонах, где pnpeÄ<p™^, производится добавками неочи­

щенного экзогаза или воздуха; г) подачей контролируемой атмосферы одного состава с отно^

сителы-ю невысоким углеродным потенциалом; в этом случае повы­

Несмотря на то, что при реализации последнего способа истин­ ное равновесие не достигается, он получил наибольшее распростра­ нение. Одна из причин этого — более высокая стойкость катализа­ тора в генераторе при приготовлении атмосферы со сравнительно невысоким углеродным потенциалом.

7.4. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ КОНТРОЛИРУЕМЫХ АТМОСФЕР

Контролируемые атмосферы по их действию на стали можно условно разделить на следующие виды:

а) инертные атмосферы для защиты от окисления и обезугле­ роживания;

б) науглероживающе-восстановительные атмосферы для защи­ ты от окисления, обезуглероживания, для активного науглерожи­ вания или обезуглероживания, а также насыщения алюминием, азо­ том, хромом, бором и т. д. (газовое алитирование, азотирование, хромирование, борирование).

По классификации А. А. Шмыкова контролируемые атмосферы подразделяются на следующие типы.

I. Водород — водяной пар — азот.

II. Водород — метан — водяной пар — азот.

III. Водород — водяной пар — окись углерода —азот.

III А. Водород — водяной пар — окись углерода — метан — азот.

IV. Окись углерода — двуокись углерода — азот.

V. Окись углерода — двуокись углерода — водород— водяной пар — азот.

V А. Окись углерода — двуокись углерода — водород — водя­ ной пар — метан — азот.

Состав наиболее распространенных атмосфер приведен в табл. 7.6 (инертные газы за исключением азота, очищаемого в спе­ циальных установках от примесей, в таблице отсутствуют).

В литературе приводится различная классификация контроли­ руемых атмосфер. Однако, на наш взгляд, наиболее удобно класси­ фицировать атмосферы по способу их приготовления. Такой класси­

175

176

сферы приготавливаются искусственным образом из углеводородно­ го сырья, технического азота, аммиака в специальных генераторах.

Из атмосфер, применяемых при цементации и нитроцементации, наибольшее распространение получил эндотермический газ (эндо­ газ). Название этого газа указывает, что процесс его приготовления протекает с поглощением тепла. Процесс приготовления заключает­ ся во взаимодействии углеводородов (чаще всего метана, основной

дешев богатый экзогаз, очищенный от С02 и Н20 методом каталити­ ческой конверсии дымовых газов с метаном. Реакция конверсии осу­ ществляется при температуре около 900° С в присутствии катализа­ тора. Полученная атмосфера содержит меньше водорода, но больше азота, чем эидогаз. Она появилась лишь в последние годы и посте­ пенно находит все большее применение при цементации и нитро­ цементации. Для отжига, нормализации и закалки малоуглеродис­ тых сталей и ряда цветных металлов, отпуска среднеуглеродистых сталей, спекания металлокерамических деталей, пайки медью и т. д. применяются экзотермические атмосферы, обозначенные в табл. 7.6 индексом ПС. Атмосферы типа ПС получаются посредством сжига­ ния углеводородных газов с коэффициентом расхода воздуха а = 0 ,5 0 —0,98 и представляют собой дымовые газы, подвергнутые дальнейшей обработке (осушке, очистке). Реакции горения проте­ кают с выделением тепла, поэтому эти атмосферы называют экзо­ термическими. Дальнейшая обработка дымовых газов при приго­ товлении атмосфер заключается в удалении С02 и НгО. Группа бедных экзотермических атмосфер, полученных при а = 0,9, не взры­ воопасна, что делает их весьма перспективными. Некоторые харак­ теристики защитных атмосфер приведены в табл. 7.7 и 7.8.

Г л а в а 8. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ В КОНТРОЛИРУЕМЫХ АТМОСФЕРАХ

В комплексный процесс химико-термической обработки входит целый ряд отдельных операций: нагрев и выдержка при определен­ ной температуре, диффузионные процессы, охлаждение с заданной скоростью, повторный нагрев и выдержка (например, при отпуске), а также мойка и сушка деталей. В современном крупносерийном производстве указанные операции осуществляются в сложных меха­ низированных и автоматизированных агрегатах — комплексных ав­ томатических линиях, в которых до минимума сводится ручной труд

ивлияние субъективных факторов при выполнении операций регу­ лирования технологического процесса. Основная часть таких агре­ гатов — печь, заполненная атмосферой, взаимодействующей с по­ верхностью обрабатываемых изделий. Конструкция печи должна обеспечить стабильность состава атмосферы (иногда и его автоном­ ность в различных зонах), высокую интенсивность переноса тепла

имассы при максимальной стойкости дорогостоящих огнеупорных

ижаропрочных материалов, а также отвечать санитарным условиям

иусловиям взрывобезопасности.

Вданном разделе излагается описание современных агрегатов для химико-термической обработки и приводятся методы расчета.

8.1. ОПИСАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ

Основная особенность, отличающая печи для химико-термиче­ ской обработки,— изоляция атмосферы печи от наружной среды и в большинстве случаев от продуктов горения топлива. Это достига­ ется муфелированием садки или пламени (продуктов горения); герметизацией футеровки печи; организованной циркуляцией атмо­ сферы и поддержанием положительного давления в рабочем про­ странстве (обычно в пределах 10—20 мм водяного столба на уровне нижнего края окон загрузки); применением гидравлических (водя­ ных) затворов, через которые сбрасывается избыток газа при крат­ ковременных повышениях давления в печи; применением шлюзовых камер перед входом в печь и после выхода из нее (шлюзовые камеры продуваются защитным газом); установкой у открытых проемов