Сооружение для азотирования металлических материалов и ферросплавов под давленнием

Сооружение для азотирования металлических материалов и ферросплавов под давленнием

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических 1

Республик ! (it) 901353 (89) 27648 НРБ (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 26.02. 79 (21) 7770469/22-02 (5!) М. Клз (23) Приоритет — (32) 27.02. 78 (3! ) 38859 (33) НРБ

С 23 С 11/14

Государственный комитет

СССР ао делам изобретений и открытий (53) УДК 669. 187. 2 (088 8) Опубликовано 3001Я1, Бюллетень № 4

Дата опубликования описания 30. 08. 82

Иностранцы

Иван димов Николов, цоло Вълков Рашев, ",,Илия " 4ОМтЖЖ

Иван Михайлов Пейчев, Христо Георгиев Йен чев„. Мар

Маринов и Александър Кардамов Брадваро ),) (НРБ) ; 1" . ч

°: »

Иностранное предприятие Atria

"Институт по металознание и технология на ме (НРБ) (72) Авторы изобретения (7! ) Заявитель (54) СООРУЖЕНИЕ ДЛЯ АЗОТИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ

МАТЕРИАЛОВ И ФЕРРОСПЛАВОВ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Изобретение относится к азотированию металлических материалов и ферросплавов под давлением, в частности, в черной металлургии.

Известны устройства для аэотирования металлических материалов и ферросплавов, работающих при по;вышенном давлении при стационарнйх условиях. В них материал для азотирования в измельченном виде насыпается в тигли или сосуды, которые подогреваются в печах, работающих при повышенном давлении. После окончания азотирования нагревание печей прекращается и после застывания азотированного материала до определенной температуры давление в печах выравнивается с атмосферным, печи раэгерметизируются и азотированный материал вынимается.

Известны устройства, в которых материал азотируется в расплавленном

:состоянии. Это осуществляется в плавильных печах, работающих при повышенном давлении, причем путем продувки через под тигеля с расплавленным материалом осуществляется его азотирование.

Известны устройства для аэотирования материалов при нестационарных условиях.. Это трубчатые печи с расположенными в них вращающимися трубками, в которые из одного конца поступает материал для азотирования, а через другой конец выходит азотированный материал. Эти устройства не герметизированы и работают в азотной среде с давлением, немного превышающим атмосферное.

Недостатками устройств, работающих в стационарных условиях, являются цикличность процесса азотирования, большая потеря энергии на первоначальный нагрев печи, продолжительность процесса охлаждения печи с заваленным в ней материалом до опре,целенной температуры и их низкая про изводительность. Другим недостатком является трудная выемка азотированного материала из сосудов, в которых он был азотирован, из-sa его спекания, вызванного его объемным расширением вследствие азотирования. Операции при выемке материала из тиглей или сосудов после азотирования ручные и при них условия гигиены работы нс ключительно плохие °

901353

Устройства для азотирования в нестационарных условиях имеют большую производительность, чем работающие в стационарных условиях, но у них расход азота гораздо больше вследствие того, что они не герметизированы и процент освоенного азота небольшой вследствие низкого давления, при котором работают эти устройства.

Общим недостатком устройств, работающих в стационарных и нестационарных условиях, является необходимость в предварительном обезуглераживании материала для аэотирования, а также в его измельчении в небольших размерах, так как это оказы вает значительно влияние на процент освоенного азота. Измельчение материалов связано с большими расходами из-за их большой твердости.

Недостатками устройств для азотирования материалов в расплавленном состоянии являются небольшой процент освоенного азота, исключительно большая продолжительность процесса азотирования, а также невозможность хорошей управляемости процесса, вследствие чего во многих случаях не достигается повторяемость конечных результатов.

Цель изобретения - создание сооружения для азотирования металлических материалов и ферросплавов, работающего при повышенном давлении, и воэможности безотказной, безопасной и качественной работы.

Указанная цель достигается с помощью сооружения для азотирования металлических материалов и ферросплавов под давлением, плавильная печь которого передвижная и байонетным соединением в своей нижней части уплотнена к приемной камере распыливающего устройства, в которой расположен тигель с установленным в основе распылителем, причем приемная камера распыливающего устройства герметически присоединена к колпаку распыливающей камеры, которая сое. динена отверстиями в колпаке и всасывающим коллектором с центробежным пылеотделителем.

На корпусных стенах с внутренней стороны распыливающей камеры имеются водоохлаждаемые экраны, в которых оформлены кольцевые сопла, а ее нижняя часть представляет собой двойной конический под с тепловой изоляцией и посредством система питателей присоединена к трубчатой печи, на выходящем конце которой установлен промежуточный бункер, соеди- ненный с конечным бункером, под которым раСположена установка для брикетирования.

На плавильной печи установлено . устройство для продувки через под расплава, которое соединено с трубо. проводами для азота и кислорода, а в нижней части установлен золотник для расплава.

Приемная камера распыливающего

5 устройства сверху закрывается золотни ком °

Верхняя часть центробежного пылеотделителя соединена системой трубопроводов, вентилятором и компрессором с распылителем, расположенным в основе тигеля приемной камеры, причем одновременно соединена также с распыливающей камерой напорным трубопроводом, причем нижняя часть центробежного пылеотделителя соединена с распыливающей камерой посредством пылепровода.

Сооружение имеет трубопроводную установку для азота, выполненную из входящего трубопровода, соединенного запорным вентилем с линейным трубопроводом, концы которого присоединены запорными вентилями соответственно к плавильной и трубчатой печам, причем к линейному трубопроводу присоединены .соответствующими .трубопроводами и запорными вентилями приемная и распыливающая камеры распыливающего устройства и промежуточный бункер, а сменный бункер

30 дополнительным трубопроводом с запорным вентилем соединен с трубопроводом, поставляющим азот в распыливающую камеру и конечный бункер дополнительным трубопроводом и

35 запорным вентилем соединен с трубопроводом, поставляющим азот в про. межуточный бункер, причем на дополнительных трубопроводах установлены выпускные вентили.

Трубопроводная установка для вакуумирования выполнена иэ вакуумного трубопровода, оба конца которого соединены соответственно с плавильной печью и конечным бункером, 45 а пРиемная камера Распыливающего устройства и трубчатая печь присоединены дополнительными трубопроводами с запорными вентилями к этому самому вакуумному трубопроводу.

В сооружении смонтированы затворы для изоляции отдельных устройств, расположенные за распыливающей камерой и за промежуточным и конечным бункерами.

Предлагаемое сооружение для азотирования металлических материалов и ферросплавов обеспечивает непрерывную поточную-.работу. При этом положении избегается лишний расход энергии на нагрев материала и устрой60 ства, s отличие от работающих в стационарных условиях. Материал может быть обезуглерожен в подвижной плавильной печи до необходимого уровня и дальше его можно азотировать. в некоторой степени в жидком состоя65

901353

30 нии. Кроме того, в печи он не только обезуглероживается, но, соответственно, легируется необходимыми добавками.

Сооружение дает возможность распылять материал в условиях азотной 5 среды, причем его поверхность многократно нарастает и при процессе кристаллизации отдельных пылинок процесс азотирования продолжается. Процесс кристаллизации отдельным пылинок в 10 распыливающей камере сухой, нет стекания воды по экранным стенам, и распыленный материал при очень высо.— кой температуре поступает на следующий этап азотирования — в печь с 15 вращающейся трубкой. Для сохранения температуры распыленного материала конический под распыливающей камеры, а также сменный бункер изолированы от тепла.

Распылением материала достигаются два эффекта. Во-первых, процесс азотирования интенсифицируется и, вовторых, достигается большая эконо- . мия за счет устранения трудного процесса размельчения материала.

Процесс азотирования материала заканчивается в трубчатой печи.Конструкция вращающейся трубки позволяет максимально заполнять ее материалом, а это обеспечивает продолжительный простой материала в условиях повышенного давления азота при высокой температуре, в результате чего окончательный процент освоенного азота будет велик. 35

Возможность обезуглеродить материал, а всю установку вакуумировать обеспечивает хорошие конечные результаты при минимальном расходе азота.

Обеспечивание непрерывности про- 40 цесса азотирования обуславливается подвижностью плавильной печи, наличием золотника, затворов на бункерах, а также пневматической и вакуумной установок ° Подвижность плавильной 45 печи дает возможность использовать в процессе эксплуатации две печи, что обеспечивает стабильность работы установки.

Наличие установки для брикетирования позволяет очень точно дозировать конечный продукт в подходящем по объему и весу виде. Это облегчает работу при его применении .

Предлагаемое сооружение дает возможность максимальной механизации и автоматизации производственного процесса, сведения к минимуму ручного труда при отличных условиях гигиены.

На чертеже схематически изображено предлагаемое сооружение, общий ® вид.

Сооружение для азотирования металлических материалов и ферросплавов состоит из подвижной плавильной печи 26, имеющей люк 29 для вакуу- 65 мирования, в верхней части которого установлены устройства 28 для отбора проб, ввода добавок, измерения температуры и пр. В нижней части плавильной печи 26 установлено устройство для продува через под 30 расплава, соединенное с трубопроводом

31 с вентилем-редуктором 57 для азота и трубопроводом 32 с вентилем-редуктором 56 для кислорода. В нижней части печи 26 также имеется затвор 25 для расплава. Печь 26 байонетным соединением 24 уплотняется к приемной камере 19, в которой размещен тигель

18 распыливающего устройства, который заканчивается распылителем 16. B своей верхней части приемная камера

19 имеет смонтированный золотник 23 и она герметически прикреплена к колпаку 41 распыливающей камеры 51, на внутренней стороне которой имеются водоохлаждаеьые экраны 48 с оформленными в них кольцевыми соплами 50.

Распыливающая камера 51 имеет двойной конический под 49 с тепловой изоляцией 11, а колпак 41 с отверстиями

43, соединенными всасывающим коллектором 20 с центробежным пылеотделителем 21, у которого возвращающий пылепровод 17 и пневматический трубопровод 35 соединены с всасывающей частью высоконапорного вентилятора

38. Напорный трубопровод 40 вентилятора 38 соединен с пространством между корпусом 47 распыливающей камеры

51 и водоохлаждаемыми экранами 48 с вмонтированным вентилем-редуктором

58. Напорный трубопровод 40, с дру-. гой стороны, подключен всасывающим трубопроводом 37 компрессора 39, нагнетательным трубопроводом 36 и вентилем-редуктором 68 к распылителю 16. В своей нижней части распылит ающая камера 51 соединена с затво=-! ром 7 4, ко торый, со своей стор о ны, соединен со сменным бункером 12, име ющим со своей внутренней стороны, тепловую изоляцию 67 ° Бункер 12 соединен с трубчатой печью 9, выходной конец которой соединен с промежуточным бункером 5, который затвором 73 соединен с конечным бункером

4, имеющим датчик 46 уровня и затвор

2. Под затвором 2 расположена установка для брикетирования.

Сооружение имеет питающий трубо;провод 14 для азота, соединенный запорным вентилем 60 с линейным трубопроводом 10, который в одном конце запорным вентилем 69 подключен к трубчатой печи 9, а в другом конце запорным вентилем 7 соединен с плавильной печью 26. У приемной камеры

19 выпускной вентиль 54 и трубопровод

22 с вентилем 59 соединены с линейным трубопроводом 10. Распыливающая камера 51 вентилем 61 и трубопроводом

15 соединена с линейным трубопрово901353 дом 10, а у сменного бункера 12 имеется трубопровод 13 с выпускным вентилем 53, и между трубопроводами

15 и 13 связь осуществляется вентилем 62. Промежуточный бункер 5 запорным вентилем 71 и трубопроводом 8 соединен с линейным трубопроводом 10 и конечным бункером 4, причем у последнего имеется трубопровод 6 с выпускным вентилем 72, и между трубопроводами 6 и 8 связь осуществляется вентилем 63.

Устройство имеет вакуумную установку 42 с вакуумным трубопроводом

44, который трубопроводами 1, 45, 34 и 33 и вентилями 70, 64, 65 и 66 соединен, соответственно, с конечным бункером 4, с трубчатой печью 9, приемной камерой 19 распыливающей камеры 51 и с передвижной плавильной печью 26.

Устройство работает следующим образом.

В передвижную плавильную печь 26 вставляется тигель с шихтой материала, который будут аэотировать. Материал расплавляется, причем золотник 23 закрыт. Через люк 29 и вентиль

66 печь 26 вакуумируется, причем через трубопровод 32 и вентиль-редуктор 56 подают кислород к устройству для продувки через под 30, причем материал обезуглераживается. Потом подача кислорода прекращается и вентиль 66 закрывается, а через трубопровод 31 и вентиль-редуктор 57 подается азот и материал аэотируется в жидком состоянии. При этом положении давление в печи 26 увеличивается до рабочего давления. Пока продолжается азотирование материала в жидком состоянии вакуумируются все остальные пространства сооружения. После окончания вакуумирования в устройство подавтся азот и повышается давление, причем открывается золотник 23. При обработке материала в плавильной печи используются устройства для отбора проб, ввода добавок, замера температуры и др. После этих операций приводятся в действие высоконапорный вентилятор 38 и компрессор 39. Пускается нагрев трубчатой печи 9 и впускается вода, чтобы она циркулировала в водоохлаждаемых экранах

48. После этого открывается золотник

25 для расплава, и расплав поступает в тигель 18 приемной камеры 19, чем начинается распыливание материала. Затвор 74 открыт и распыленный материал поступает в сменный бункер

12, а затер — в трубчатую печь 9.

Азотированный материал охлаждается и после его перехода через промежуточный бункер 5 и затвор 73 поступает в конечный бункер 4.

Если конечный бункер 4 наполняется.. датчик 46 уровня сигнализирует и

65 з атвор 7 3 з акрывается . Закрывается также вентиль 63 и открывается выпускной вентиль 72, причем давление в конечном бункере 4 выравнивается с атмосферным. Тогда затвор 2 открывается и азотированный материал поступает в установку 3 для брикетирования. Потом закрывается затвор 2 и выпускной вентиль 72, открывается вентиль 70 и конечный бункер 4 вакуумируется, после чего к конечному бункеру 4 подается азот по.трубопроводу 6. Затвор 73 открывается и азотированный материал иэ промежуточного бункера 5 поступает в конечный бункер 4. После его заполнения выше описанные операции повторяются.

Когда расплав из плавильной печи

26 поступит в тигель 18, золотник 23 закрывается, закрывается также вентиль 7, причем выпускной вентиль 52 открывается, и давление в передвижной плавильной печи выравнивается с атмосферным. Плавильную печь 26 можно открыть и заново заправить шихтой для обработки. Плавильная печь

26 соединяется байонетным соединением 24 с приемной камерой 19 и, при необходимости, ее можно отцепить от соответствующих соединений и на ее место вставить другую запасную плавильную печь. Таким же образом после закрывания затвора 74 можно разгерметизировать распыливающую камеру и осуществить необходимые ремонты и восстановительные работы по тигелю 18 и распылителю 16. Потом эта часть установки вакуумируется, чтобы создать повышенное давление специальной средой и снова подключить в работу. Тем временем сменный бункер 12, который принял необходимое количество распыленного материала, дает возможность продолжать работу остальной части устройства.

Пневматическая часть к распыливающей камере работает следующим образом.

Высоконапорный вентилятор 38 нагнетает азот, который с большой скоростью вытекает через кольцевые сойла

50 водоохлаждаемых экранов 48 и встречает на своем пути горячие распыленные частицы, охлаждая их, и они кристаллизуются, не достигнув стен водоохлаждаемых экранов 48. Поступающий азот в распыливающую камеру 51 через отверстия 43 и всасывающий коллектор 20 и через центробежный пылеотдвлитель 21 всасывается высоконапорным вентилятором 38. Осажденные пылинки в пылеотделителе 21 по возвращающему трубопроводу 17 снова поступают в распыливающую камеру

51. Часть нагнетаемого вентилятором азота всасывается компрессором 39, который сжимает его и нагнетает по трубопроводу 36 до распылителя 16.

901353

Ъ

Таким образом используемый азот для распыления и кристаллизации материала работает в замкнутом контуре.

В процессе азотирования во всех ступенях сооружения необходимо часть азота возобновлять, пополняя ее свежим азотом. Это осуществляется выпуском минимального количества азота через вентили-редукторы 27,55 и 58, за счет которого из питающего трубопровода 14 и по соответствующим трубопроводам соответствующие пространства питаются азотом и рабочее давление поддерживается одинаковым везде.

Формула изобретения

1. Сооружение для азотирования металлических материалов и ферро сплавов под давлением состоящее из плавильной печи, распйливающего устройства, трубчатой печи, установки для брикетирования и бункеров, расположенных между ними для приема материала, о т л.и ч а ю щ е е с я тем, что плавильная печь 26 передвижная с байонетным соединением 24 в своей нижней части уплотнена к приемной камере 19 распыливающего устройства, в которой размещен тигель 18 с установленным в основе распылителем, причем приемная камера

19 распыливающего устройства герме.тически присоединена к колпаку 41 распыливающей камеры 51, соединенной отверстиями 43 в колпаке 41 и всасывающим коллектором 20 с центробежным пылеотделителем 21, причем нижняя часть распыливающей. камеры 51 соединена со сменным бункером 12, который посредством системы питателей присоединен к трубчатой печи 9, на выходном конце которой установлен промежуточный бункер 5, соединенный с конечным бункером 4, под которым расположена установка 3 для брикетиро вания, причем плавильная печь 26, рас пыливающее устройство, трубчатая печь 9 и бункеры 12, 5 и 4 соединены с трубопроводными установками для азота под давлением и для вакуумирования.

2. Сооружение по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что на плавильной печи 26 установлено устройство для продувки через под 30 р -".плава, соединенное с трубопроводами для азота 31 и кислорода 32, а также золотник 25 для расплава в ее нижней части °

3. Сооружение по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что приемная камера 19 распыливающего устройства закрыта сверху золотником 23.

4. Сооружение по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что распыливающая камера 51 распыливающего устройства имеет с внутренней стороны корпусных стен 47 водоохлаждаемые экраны 48, в которых оформлены кольцевые сопла 50, .а в своей нижней

5 части представляет собой двойной конический под 49 с тепловой изоляцией

11.

5. Сооружение по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что верхняя

ip часть центробежного пылеотделителя

21 соединена посредством системы тру1бопроводов 35,36,37, вентилятора 38 ! и компрессора 39 с распылителем 16, расположенном в основе тигеля 18 приемной камеры 19, и она, в то же время, соединена также с распыливаю.щей камерой 51 посредством напорного трубопровода 40, причем нижняя часть пылеотделителя 21 также соединена с распыливающей камерой 51.

6.Сооружение по пп.1-5, о т л ич а ю щ е е с я тем, что трубопроводная установка для азота исполнена из входящего трубопровода 14, соединенного запорным вентилем 60 с линейным трубопроводом 10, концы которого присоединены запорными вентилями 7, 69 соответственно к плавильной 26 и трубчатой 9 печам, причем к линейному трубопроводу 10 присоединены соответственно трубопроводами 22, 15,8 и запорными вентилями 59, 61, 71 приемная 19 и распыливающая 51 камеры распыливающего устройства и промежуточный бункер 5, а сменный

35 бункер 12 посредством дополнительного трубопровода 13 с запорным вентилем

62 соединен с трубопроводом 15, поставляющим азот в распыливающую камеру 51 и конечный бункер 4 посред4Q ством дополнительного трубопровода 6 и запорного вентиля 63 соединен с трубопроводом 8 промежуточного бункера, причем на дополнительных трубопроводах 13, б установлены выпускные вентили 53, 72.

7. Сооружение по пп.1-5, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что трубопроводная установка для вакуума выполнена из вакуумного трубопровода 44, оба конца которого соединены соответственно с плавильной печью 26 и конечным бункером 4, а приемная камера 19 распыливающего устройства и трубчатая печь 9 присоединены к вакуумному трубопроводу 44 соответственно посредством дополнительных трубопроводов 34, 45 с запорными вентилями 65 64.

8. Сооружение по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что за распыливающей камерой 51, за промежуточным

5 и конечным 4 бункерами установлены соответственно затворы 74,73, 2.

Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной Ведомством по изобретательству Народной

65 республики Болгарии.