книги из ГПНТБ / Эстрин, Б. М. Производство и применение контролируемых атмосфер (при термической обработке стали)

На рис. 93 показана динамика десорбции влаги после

с, г .

при семичасовой выдержке про соответственно т. т. р., рав­ ной —20° С

Экспериментально определенная движущая сила диф­ фузии на шамотном легковесе составляет при нестацио­

283

В случае корунда Ар при 450° С составляет 1 - Ю - 4 а г после 7 ч адсорбции и 18—19-Ю- 4 ат после длительной адсорбции. Коэффициент проницаемости в интервале

для бывшей в эксплуатации колпаковой печи после дли­ тельной адсорбции влаги из атмосферы цеха. Кладка колпака выполнена из шамотного легковеса толщиной 230 мм .

На рис. 95 по кривым можно проследить за дегазаци­ ей кладки той же печи, только после кратковременной адсорбции ( ~ 7 ч).

Поскольку время дегазации футеровки до уровня по­ роговой влажности зависит от длительности контакта ее с воздухом, последняя должна быть минимально возмож­

284

Углеродный потенциал газовой смеси типа Сп Нгп+2— Н 2 0 — Н 2 — N 2 при постоянной влажности характеризует­ ся четкой зависимостью от содержания углеводородов,

800

ратура садки . Д о включения нагрева рабочее пространство печи про­ дувалось защитным газом д о полного у д а л е н и я кислорода

что подтверждается данными послойного анализа на образцах прутковой стали ШХ15 с исходным марочным содержанием углерода после их нагрева при 800° С в газовой смеси влажностью, соответствующей т. т. р. —20° С (табл. 23).

Прутковая сталь поступает на отжиг с неодинаковым обезуглероженным слоем. По достижении пороговой влажности садка подвергается дополнительному обез­ углероживанию, зависящему от времени дегазации.

В результате среднеинтегральное значение концент­ рации углерода на поверхности Cs в уравнении Апс = = Rcx(Cg — Cs ) для каждого прутка свое, что приводит к различным значениям Апс за время Дт.

285

личина Се будет строго соответствовать марочному со­ ставу. Тогда независимо от отклонений по углероду, с ко­ торыми металл достигает пороговой влажности, конечное содержание углерода будет одинаковым.

Примечательным для такого режима является также и то, что значение Д/гс не зависит от времени выдержки (см. табл. 20). Следовательно, время выдержки должно лишь превышать расчетное время науглероживания плюс время, необходимое для выравнивания температуры в садке. Время выдержки легко определить эксперимен­ тально для данного типа печи и садки или оценить ана­ литически (см. гл. IV) .

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ПРОЦЕССА, РАЗРАБОТАННОГО ЦЕНТРОЭНЕРГОЧЕРМЕТОМ

Установка для приготовления газовых смесей, вклю­

от 02 , Н 2 0 и С 0 2 .

Количество газа, поступающего на стенд, регулирует­ ся автоматически. Регулятор воздействует через исполни­ тельный механизм на регулирующий клапан, установлен­ ный на вводе в печь. Таким же образом осуществляется регулирование расхода природного газа.

283

На трубопроводах сухого и увлажненного газов пре­ дусмотрены отсечные клапаны с электромагнитным при­ водом. Увлажнение газа осуществляется на группу печей

влажный газ

Сухой газ

Метан

воздух

Рис. 96. Принципиальная схема газовой части колпаковой печи для изо­ термического отжига подката из стали ШХ15, совмещенного с управляе ­ мым науглероживанием поверхностного слоя д о марочной концентрации:

/ — стенд; 2 — увлажнитель (термостат)

в увлажнителе — термостате путем смешения «насыщен­ ного газа» с сухим. Температура в термостате увлажни­ теля регулируется с помощью автоматического уравно­ вешенного моста в комплекте с термометром сопротив­ ления.

287

Соотношение сухой газ — насыщенный газ регулиру­ ется двумя диафрагмами в комплекте с дифманометрамн и регулятором, воздействующим через исполнительный механизм на регулирующий клапан, установленный на трубопроводе насыщенного газа.

Впечи контролируются влажность, а также концент­ рации метана и водорода.

Всоответствии с изложенным управляемый процесс восстановления углерода в поверхностном слое прутко­ вой стали совмещается с отжигом ее на зернистый пер­ лит. В периодически действующей печи, например колпаковой, отжиг протекает следующим образом: собранную садку накрывают еще не успевшим остыть колпаком;

значении Cg, превышающем марочное.

Выдержка может быть на основании данных по кине­ тике оценена расчетом или же определена эксперимен­ тально.

Закончив аустенитизацию при 780—800° С, темпера­ туру снижают. По достижении температуры изотерми­ ческого распада аустенита (690—700° С) прекращают по­ дачу увлажненного газоносителя (заменяют его сухим) и метана.

Время, необходимое для науглероживания подката в безмуфель­ ных колпаковых печах, в основном определяется продолжительно­ стью дегазации кладки до уровня влажности, соответствующего т. т. р. —20° С.

Последнюю можно существенно сократить, если науглерожива­ ние проводить при температурах цементации стали (900—920°С). Благодаря более высокой температуре в этом случае можно снизить также время собственно науглероживания.

Структурный изотермический отжиг в рассматриваемом примере является последней стадией процесса и проводится в газовой среде со строго марочным уровнем по Се.

По существу такой процесс позволяет в колпаковой печи при­ близиться к технологии реставрационного отжига подката, jipi-шя- той в практике США для проходных печей и предусматривающей

288

последовательно проводимые стадии высокотемпературного наугле­

и последующий переход на режим структурного изотермического отжига.

Чтобы подобрать параметры увлажненной смеси и определить момент переключения с сухого на увлаж­ ненный газ, составим дифференциальное уравнение, свя­ зывающее начальную концентрацию влаги л|зп в момент переключения, концентрацию влаги ф у в увлажненном

Проинтегрировав полученное выражение и выполнив об­ ратную замену переменной, получим

Из краевых условий определяем постоянное интегриро­ вание

В действительности же футеровка продолжает выде­ лять влагу по экспоненциальному закону. Нетрудно по­ казать, что мгновенная влажность г|зд, обусловленная де­ сорбцией, связана с исходной влажностью г|з0 (в момент

выхода печи на заданную температуру) п влажностью сухого газа -фс следующей зависимостью:

С момента переключения печи на продувку увлаж­ ненным газом влажность, вызванная десорбцией, про­ должает изменяться по тому же закону, но в связи с но­ вым отсчетом времени (за нуль принимается момент пе­ реключения) уравнение (XI11-5) примет вид

Влажность, обусловленная количеством влаги, вно­ симой в печь увлажненным газом с момента его подачи, выражается уравнением

290

Приравняв я|/ нулю и произведя преобразования, полу­ чим выражение для т, при котором функция (ХШ-11) принимает максимальное значение, равное 0,899 по ус­ ловию

-Ч'с)

С другой стороны (из второго условия), следует, что при

("Фу — ^с) \1 — е = 0. (XIII-13) Решая совместно уравнения (ХШ-12) и (ХШ-13), мож­

принципы управления процессом восстановления углеро­ да годятся и для проходных печей с открытой футе­ ровкой.

292