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

3 1 3

и на поду. Конвейерную ленту изготавливают из об­ легченных з в е н ь е в , что позволяет существенно улуч­ шить тепловые показатели печи. Газовая часть печи выполнена с учетом технологии управляемого окис­ ления.

Увлажнение диссоциированного аммиака происходит вначале в барботере п заканчивается в термостате (где холодильным агентом является фреон) до заданной упругости водяных паров. Конечная влажность, обуслов­ ливающая кислородный потенциал газовой среды, полу­ чается смешением газа после термостата с сухим диссо­ циированным аммиаком. Пропорцпонпрованне ведется автоматически с помощью регулятора соотношения. Увлажненный газ подается со стороны загрузки труб, сухой — со стороны выдачи труб. Оба газа в муфеле дви­ жутся навстречу друг другу. Направленное движение обеспечивается отводящей трубой, находящейся на сты­ ке камер нагрева и охлаждения. Необходимый напор создается газовыми завесами, установленными с торцов каждого муфеля. Благодаря завесе достигнута возмож­ ность продувки труб до их поступления в камеру нагре­ ва, для чего предусмотрена форкамера.

Наличие завесы обеспечивает организованный отвод богатого водородом газа с последующим его беспламен­ ным дожиганием на решетке. Завесы, питающиеся азот­ ным защитным газом (5% Н2 , 95% N 2 ) , позволяют со­ кратить до минимума выход водородного газа с торцов муфеля и надежно предохраняют от попадания атмос­ ферного воздуха в печь.

Проходная печь для труб. На трубных заводах на­ ходится в эксплуатации проходная пятнсекционная печь типа ОКБ-2051, запроектированная ВНИИЭТО для тер­ мической обработки труб из стали Х18Н10Т в защитной атмосфере. Согласно проекту, муфели соседних секций соединены снаружи, уплотнены засыпкой и теплоизоли­ рованы.

Печь непригодна для использования сред с высоким содержанием водорода из-за ненадежности принятого способа уплотнения муфелей. Кроме того, в местах сты-. ка муфелей наблюдается существенное «подстуживание» труб. Алундовые трубки, несущие нагревательную спи­ раль из сплава ЭИ626, часто выходят из строя, затруд­ няя эксплуатацию. Торцы муфелей не защищены от по­ падания воздуха при малейшем сквозняке в цехе. Газо-

314

вая часть печи в проектном исполнении не обеспечивает эвакуации воздуха из внутренней полости труб. Произ­ водительность печи занижена вследствие недостаточной мощности первой по ходу нагрева зоны.

Согласно проекту реконструкции, осуществленной Цеитроэпергочерм'етом совместно со Старотрубным за­ водом, нагревательная часть печи заключена в один ко­ жух (вместо пяти разрозненных секций); муфель свар­ ной из трубы 102X8 стали марки Х23Н18. Нагревательные элементы сделаны из проволоки диаметром 10 мм в ви­ де зигзага и подвешены на крючках из сплава ЭИ652. Мощность первой зоны значительно увеличена. Распре­ деление мощности по длине печи осуществлено в соот­ ветствии с потребляемым теплом. Предусмотрено пять самостоятельно регулируемых тепловых зон мощности (по ходу движения труб): 240; 180; 75; 75; 142,5 кВт. Га­ зовая часть печи выполнена подобно описанному выше варианту, т. е. с учетом возможности применения техно­ логии управляемого окисления.

горизонтальных протяжных печах, состоящих из камер нагрева и охлаждения. Печь ОКБ-57Б, например, имеет 12 муфелей 25X2, печь ОКБ-601 12 муфелей 38X2,5. Протяженность камер нагрева и охлаждения: первой 9660 и 3700 мм, второй 11000 и 4300 мм. Защитный газ, согласно проекту, поступает Со стороны подачи и выхода проволоки. Для снижения расхода защитного газа через торцы предусмотрены сальниковые набивки. Эксплуата­ ция этих печей показала, что сальниковые набивки за­ трудняют заправку проволоки и быстро прорезаются ею.

диссоциированного аммиака, соответствующей т. т. р. —60° С. Окисление вызвано недостаточной длиной холо­ дильной камеры, вследствие чего проволока выходит из печи нагретой до недопустимо высокой температуры. Расход диссоциированного аммиака, выбранный с уче­ том условий компенсации потерь при свободном истече­ нии, составляет значительную величину, особенно для муфелей 38X2,5. Со стороны выхода проволоки холод­ ный газ, содержащий 75%Н2 , покидает печь, не сгорая

315

(горение вызвало бы дополнительное окисление проволо­ ки), что требует соблюдения особых мер по технике без­ опасности.

Центроэнергочерметом была разрешена задача свет­ лого нагрева проволоки крупных сечений в защитном га­ зе с малым содержанием водорода при сохранении про­ ектной производительности печи [55]. Защитный газ (7% Н2 , 93% N2 ) с небольшим содержанием кислорода

Рнс. 104. Эскиз контактной камеры проходной печн для отжига проволоки крупного сечения из хромоннкелевых сталей аустенитного класса:

Газ приготавливают из технического азота и аммиака

сиспользованием катализаторов ЦЭЧМ-I и ЦЭЧМ-П

[28]по технологической схеме, описанной в гл. I .

Процесс отжига в среде с низким содержанием водо­ рода основан на экспериментальных данных по кинетике окисления нержавеющих сталей при их охлаждении в средах с относительно малым кислородным потен­ циалом.

Исследования показали, что светлый отжиг образцов проволоки диаметром до 5 мм в среде азотного газа, со­

непосредственно в воде.

Тонкая пассивирующая пленка, образующаяся на проволоке при описанном методе охлаждения, не успе-

316

рис. 104,6 (общая длина холодильной части печи оста­

ного газа организована на стыке камер нагрева и охлаж­ дения. Благодаря этому достигнуто правильное распре­ деление газа в муфеле, а в период охлаждения проволоки

работанная в азотном газе, по механическим и корро­

пользовании вертикальных безмуфельных печей для светлого отжига нержавеющих сталей сообщается в ря­ де работ [24, 73].

Предварительно обезжиренная полоса входит через сальниковое уплотнение в вертикальный канал, подни­ мается вверх, огибает направляющий ролик и поступает в камеру нагрева. Пройдя через камеру охлаждения, полоса выходит из печи через сальниковое уплотнение. Охлаждение полосы — струйное, осуществляемое цирку­ ляционным центробежным вентилятором. Нагретый за­ щитный газ охлаждается в выносном холодильнике. Струйное охлаждение позволяет значительно снизить протяженность камеры охлаждения. Скоростной нагрев, осуществляемый с помощью молибденовых нагревателей круглого сечения, обусловливает относительно небольшую длину камеры нагрева. В результате печь большой про­ изводительности имеет относительно малые габариты. Крупным достоинством таких печей является отсутствие муфеля; однако этим обусловлены высокие требования, предъявляемые к футеровке.

Речь идет в данном случае о специфическом показа­ теле, характеризующем фон влажности, создаваемый ке­ рамическим материалом вследствие его взаимодействия с газом, содержащим 75—100% Н2 .

317

На рис. 105 показана динамика влаговыделення для корундового легковеса, содержащего 95% А12 03 .

Стабилизация влажности при температуре 1000° С наступает на уровне влажности, соответствующем т. т. р., равной —42° С.

Повышение температуры (на 50—100 град) приводит к снижению влажности и приближению его к влажности исходного газа.

>

Полученная влажность меньше, чем значение kv ре­ акции (II1-22) для температуры, до которой нагревается металл. Поэтому керамический материал с такой харак­ теристикой может непосредственно соприкасаться с га­ зовой средой при термической обработке нержавеющих сталей.

Г л а в а XV I

ПОЛУЧЕНИЕ ЖЕЛЕЗНОГО ПОРОШКА ИЗ ОКАЛИНЫ

Наиболее дешевым способом получения железного порошка для порошковой металлургии является процесс непосредственного восстановления железа из окалины. Рассмотрим случай, когда процесс протекает в проход­ ной печи. Муфель изготовлен из карборундовых плит и обогревается доменным газом. Воздух для сжигания обо-

318

гащен кислородом, благодаря чему достигается высокая температура процесса (1250° С).

Шихта, состоящая из окалины и сажи, загружается в жароупорные, поддоны, которые передвигаются гидрав­ лическим толкателем. Печь состоит из зон нагрева, вы­ держки и охлаждения. У последней предусмотрены ро­ ликовый под и шлюзы.

Газовая среда, заполняющая муфель, приготовляе­ мая из доменного газа (поступавшего от доменных пе­ чей, работавших на обогащенном кислородом дутье), ха­ рактеризовалась следующим составом: 0,2—0,4% СОг; 38—40% СО; 3,5—4,5% Н2 ; 0,0—0,2% СН4 ; 2,47% Н 2 0 .

Часть экспериментальных нагревов проводили на га­ зе, обогащенном водородом. В этом случае состав газо­ вой среды на входе в муфель был следующим: 0,2—0,4%

л и ны схем а ти чееки та ков.

Рыхлая масса мелконзмельченной окалины и сажи, поступив в печь, сразу заполняется защитным газом. По мере разогрева массы начинается восстановление желе­ за из окалины окисью углерода, содержащейся в защит­ ном газе:

FeOH-CO^Fe+C02 . (а)

Образовавшаяся углекислота восстанавливается до окиси углерода за счет соединения с углеродом сажи по реакции

Часть С 0 2 выделяется из шихты в газовую фазу, где вступает во взаимодействие с остальными компонентами защитного газа по реакции

По мере восстановления окалины и повышения тем­ пературы масса подвергается уплотнению. Обмен между газовой фазой внутри спекшегося «пирога» и газовой фа­ зой снаружи все более затрудняется.

Можно считать, что практически весь процесс восста­ новления окалины в глубине протекает в газовой фазе внутри шихты (пирога), а газовая среда, вводимая в му-

•г"

319

фель, лишь создает условия в печи, предохраняющие же­ лезо от окисления.

Экспериментально установлено, что в среднем газо­ вая фаза (на иеобогащеином водородом исходном газе)

ко что полученным значением позволяет утверждать, что в печи протекает реакция водяного газа, а не реакция Гана. Другими словами, в муфеле печи практически от-

320

защитной среды обеспечивает получение железного по­

т. с. даже меньше равновесного, позволяет получить железный порошок марки Б, содержащий 96% железа.

Если в шихте содержание сажи повысить до 13%, то па неочищенном доменном газе в отдельных случаях уда­ ется получить порошок, содержащий 98,43% железа.

В связи с изложенным в процессе восстановления же­ леза из окалины можно использовать обычные газовые

среды, в которых отношения СО/С0 2 >- 3, а с о " 1 1 г 0

CO., -И.,

> 2,5.

Однако в целях уменьшения окисления поддонов же­ лательно доменный газ подвергнуть незначительной очистке от С 0 2 (до 5—6%), что лучше всего сделать воаой под небольшим давлением.

Г л а в а XVII

СВЕТЛЫЙ ОТЖИГ МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ В ШАХТНЫХ ПЕЧАХ

Шахтные печи с давних пор широко применяют для отжига тонкой проволоки или ленты в мотках. Для уменьшения окисления рабочий объем в печи муфелируют. Муфель (котел) закрывается крышкой с водоохлаждаемым резиновым уплотнением. К крышке приварены тяги, к которым подвешена садка. Каждая электрическая печь снабжена несколькими муфелями. Когда один му­ фель находится в печи, другие охлаждаются в колодцах вне ее.

322