Центральный металлический портал РФлучшие сервисы для Вашего бизнеса

 ГЛАВНАЯ   МЕТАЛЛОТОРГОВЛЯ   ОБЪЯВЛЕНИЯ   ПРАЙСЫ   КОМПАНИИ   СТАТЬИ   РАБОТА   ФОРУМ   ГОСТы   МАРОЧНИК   КАЛЬКУЛЯТОР   БИРЖЕВЫЕ ЦЕНЫ   ВЫСТАВКИ  

Полезные статьи -> Обработка металлов -> Термообработка -> Термообработка в кипящем слое -> Условия безокислительного необезуглероживающего нагрева в кипящем слое

Условия безокислительного необезуглероживающего нагрева в кипящем слое

Металл не должен окисляться термодинамически равновесными продуктами сгорания при ав ≤ аМе. Многочисленные эксперименты по нагреву образцов и изделий из самых различных сталей в кипящем слое с катализатором подтверждают этот теоретический вывод.

В продуктах сгорания природного газа в кипящем слое с катализатором железо практически не окисляется при ав < 0,5 во всех случаях, интересных для практики нагрева. Правда, нагретые в кипящем слое образцы и изделия обычно имели не светлую блестящую, а матовую сизую или вороненую поверхность. Вероятнее всего это является результатом окисления при их переносе из печи в охлаждающую ванну, который в наших лабораторных и промышленных установках осуществлялся на воздухе, а в ряде опытов и следствием окисления при их охлаждении в кипящем слое, продуваемом воздухом. При ав>0,5-0,55 интенсивность окисления сталей увеличивается с ростом ав, времени выдержки и температуры. Подтверждением сказанного являются приведенные на рис. 57 данные, полученные В. А. Винокуровым и Т. А. Пумпянской при изучении термообработки шатунов в промышленной печи с кипящим слоем Условия экспериментов описаны. Исследования проводили, в основном, взвешивая образцы диаметром 15 и длиной 30 мм до их окисления и после стравливания с них окалины, а также металлографическим методом на образцах, вырезанных из шатунов после их нагрева. Оба метода дали совпадающие результаты.

Из рис. 57 видно, что при ав < 0,45 толщина слоя окалины, рассчитанная по угару образцов из сталей 18Х2Н4ВА и 40X1HВА, не превышает соответственно 2 и 6 мкм, причем она почти не зависит ни от времени выдержки, ни от значения ав. По-видимому, образцы и шатуны окисляются не в процессе нагрева при этих

 

значениях ав, а в процессе переноса их через зону вторичного дутья и охлаждения в кипящем слое, продуваемом воздухом.

При ав > 0,5 интенсивность окисления резко увеличивается, причем время нагрева оказывает здесь более сильное влияние. С повышением температуры до 1000° С угар стали при этих значениях ав также возрастает, в то время как при ав < 0,5 температура в диапазоне 900-1000° С на угар практически не влияет. Интересно, что при ав > 0,6 угар одинаков для обеих сталей.

 

Окисление стали 35 при отсутствии катализатора подробно исследовано автором совместно с П. В. Садиловым, А. С. Заваровым и Б. В. Бергом в лабораторной печи. Природный газ Бухарского месторождения сжигали непосредственно в слое белого электрокорунда высотой 300 мм диаметром частиц 320 мкм. Исследование проводили на цилиндрических образцах диаметром 25 мм и длиной 30 мм. Угар металла определяли весовым методом, стравливая окалину по методике НИИметиза (Магнитогорск). При этом учитывали, что, по данным авторов методики вместе с окалиной стравливается -0,0025 г/см2 чистого металла.

Было показано, что при 1150-1300° С и ав > 0,5 состав продуктов сгорания близок к термодинамически равновесному и мало зависит от температуры. При ав < 0,5 продукты сгорания содержат повышенные по сравнению с равновесными концентрации Н20, С02 и СН4, причем их состав весьма зависит от температурного уровня процесса. Несмотря на то, что при ав < 0,45-0,5 отношения С0/С02 и Н220 удовлетворяют условиям безокислительного нагрева, ввиду неравновесности атмосферы и наличия в ней следов кислорода при 0,23 < ав < 0,5 также происходит некоторая потеря металла, тем меньшая, чем ниже ав (рис. 58). Частично она может быть вызвана и обезуглероживанием, вследствие которого убыль массы оценивается в условиях эксперимента по порядку величины в 10-3 г/см2.

Из рис. 58 видно, что при ав < 0,5 относительно высокое содержание газов-восстановителей Н2, СО, СН4 резко снижает, а при ав = 0,23 практически исключает окалинообразование, причем с увеличением ав от 0,23 до 0,5 угар возрастает не очень сильно, так как концентрации газов-восстановителей получаются при этих значениях ав выше равновесных с FeO, хотя газовый анализ и указывает на одновременное присутствие следов кислорода (практически на пределе точности прибора).

 

Окалинообразование резко возрастает при изменении ав от 0,5 до 0,7, когда происходит значительное увеличение содержания газов-окислителей. При ав = 0,7-0,8 окислительный потенциал среды настолько велик, что его дальнейший рост существенно не влияет на скорость окисления. Поэтому при увеличении ав сверх 0,7-0,8 темп прироста угара замедляется. Аналогичная картина окалинообразования в зависимости от ав была получена при 1300°С.

При 1100°С и менее зависимость окалинообразования от ав сложнее. С возрастанием ав от 0,3 до 0,5 угар также несколько растет, причем величина угара здесь значительно выше, чем при 1200° С и тех же значениях ав. При дальнейшем увеличении ав от 0,5 до 0,7 угар уменьшается ввиду приближения состава продуктов сгорания к термодинамически равновесному и уменьшения в связи с этим содержания свободного кислорода. Повышение аа до 0,8-1,0 снова приводит к увеличению окалинообразования, так как при этих значениях ав даже в равновесных продуктах содержание газов-окислителей становится большим.

При разных значениях ав угар по-разному зависит от температуры. С повышением температуры скорости реакций окисления и диффузии ионов железа увеличиваются, что при постоянном составе газовой смеси должно повышать угар. Однако одновременно растет и скорость реакций между газообразными компонентами, что приближает состав газа к равновесному, уменьшая концентрацию окисляющих компонентов и свободного кислорода. Поэтому при ав < аМе угар практически монотонно уменьшается с повышением температуры, поскольку при приближении к равновесному составу среда становится безокислительной. При ав > 0,5-0,6 обнаруживается минимум в зависимости угара от температуры при 1150-1200° С. Из рис. 59 видно, что при высоких температурах безокислительный нагрев при ав < аМе получить в кипящем слое без катализатора легче, чем при низких. При сжигании газов в слое катализатора высотой всего 100 мм окисление при ав < 0,5 практически отсутствует, а при ав > аМе монотонно увеличивается с повышением температуры.

Изменение числа псевдоожижения в этих опытах от 1,5 до 3,5 не оказало заметного влияния на величину угара стали, по

скольку при этом, как отмечено выше, состав продуктов сгорания практически не менялся, скорость газов относительно металла практически не влияет на угар.

Исследовано окисление сталей 45, 18ХГТ и ШХ15 при сжигании дашавского природного газа в кипящем слое частиц кессонной массы (фракции 0,63-1,25 мм) при 1250° С в диапазоне скоростей фильтрации 1,38-3,2 м/с.

Повышение температуры, увеличение времени выдержки и более существенные отклонения состава газа от равновесного, естественно, привело к увеличению угара при ав > 0,4-0,45.

Интересно сравнить закономерности окисления в кипящем слое и в обычной газовой атмосфере. Результаты подробных исследований при 1160-1190° С на образцах из сталей 10, 50ХФА, 60С2, У7, У12, ШХ15 в диапазоне ав = 0,4-1,0 при сжигании городского газа приведены.

М. С. Богоявленским и др. был подтвержден известный из литературы факт уменьшения угара стали с увеличением содержания в ней углерода, причем оказалось, что зависимость, построенная на основании опытных данных с углеродистыми сталями, применима и для исследованных малолегированных сталей.

По этим данным угар стали 10 должен быть примерно в 1,35 раза больше, чем стали 35. Увеличение времени выдержки с 10 до 30 мин увеличит угар в 3 или 1,7 раза соответственно, при линейном и при тех же значениях ав, что для сталей с соответствующим содержанием углерода. Дело в том, что увеличение температуры до 1250° С обеспечивает приближение состава газа к равновесному и без катализатора. С увеличением ав сверх этих значений интенсивность обезуглероживания возрастает, достигает максимума при ав = 0,5 (для стали ШХ15) или 0,75 (для стали 45) а затем снова уменьшается, причем у образцов из стали ШХ15 при ав > 0,8 интенсивность обезуглероживания опять увеличивается, в то время как у стали 45 уменьшение интенсивности обезуглероживания наблюдается вплоть до ав = 1.

Аналогичная зависимость общей глубины обезуглероженного слоя от ав получена при нагреве образцов в потоке продуктов сгорания (распределение углерода по толщине в этой работе не изучали). Правда, в отличие от привел денных на рис. 61 данных, максимальное обезуглероживание для всех сталей (У7, 50ХФА, У12, ШХ15 и 60С2) наблюдалось при значении ав = 0,42. Затем интенсивность обезуглероживания уменьшалась до ав 0,62 (опять-таки одинакового для всех сталей) и снова возрастала при увеличении ав до единицы.

Уменьшение интенсивности обезуглероживания при ав > > 0,42-0,5 объясняется, на наш взгляд, образованием окалины, препятствующей диффузии обезуглероживающих газов к поверхности металла. При ав > аМе толщина слоя окалины резко увеличивается, что приводит к уменьшению интенсивности обезуглероживания, несмотря на повышение концентрации обезуглероживающих компонентов.

Механизм и кинетика обезуглероживания стали под слоем окалины еще не совсем ясны. Интересные данные получены в кипящем слое. Авторами, в частности, обнаружено, что в окислительной среде (при ав > 0,45-0,55 на природном газе) с повышением температуры от 1100 до 1300° С концентрация углерода в поверхностном слое (на 0,125 мм от поверхности) увеличивается, т. е. обезуглероживание уменьшается. Авторы объясняют это усиливающимся с температурой науглероживающим действием избыточного (над равновесным) содержания метана в продуктах сгорания. Правда, этот факт допускает и другое объяснение: при ограниченной скорости окисления углерода на поверхности раздела стали и вюстита повышение температуры резко интенсифицирует диффузию его из объема стали к поверхности. В пользу этого объяснения говорит и тот факт, что поверхностная концентрация, практически не зависит от ав при ав = 0,45-0,9.

В любом случае применение окислительных сред для нагрева металла в кипящем слое при этих температурах недопустимо из-за налипания частиц. На первый взгляд, аномально высоким кажется коэффициент расхода воздуха (ав = 0,4), при котором продукты сгорания нейтральны по отношению к стали Р18 при 1280° С. Однако показано, что при ав = 0,3, например, углеродный потенциал атмосферы в печах безокислительного нагрева без кипящего слоя увеличивается от 0,4 до 1,3% с повышением температуры от 1000 до 1200° С.

Возможно, это объясняется усиливающимся влиянием избыточного (над равновесным) содержания метана. К сожалению, более подробные сведения об углеродном потенциале высокотемпературных продуктов сгорания в кипящем слое в литературе отсутствуют.

Приведенные данные подтверждают сделанный ранее вывод, что необезуглероживающий безокислительный нагрев в отапливаемом газом кипящем слое при длительных выдержках может быть получен лишь в весьма узком диапазоне коэффициентов расхода воздуха, тем более узком, чем выше температура и больше время выдержки детали. При относительно невысоких температурах (до 900-1000° С) необезуглероживающая безокислительная среда при сжигании природного газа практически может быть получена лишь с применением катализаторов, причем среду, нейтральную по отношению к высокоуглеродистым или цементированным сталям, можно получить лишь при значениях ав, близких к ас.

Была исследована возможность необезуглероживающего нагрева под закалку образцов из сталей 20Х2Н4А, 3ОХС, 45ХНМФА, 55С2 и У8 в заводских условиях на установке, изображенной на рис. 10, при сжигании газа в насадке из катализатора ГИАП-3, затопленной кипящим слоем корунда 0,32 мм (образцы из У8 нагревали в слое псевдоожиженных активированных шамотных частиц фракции 0,63-1,0 мм). Углеродный потенциал печной среды составлял 0,6-0,7%. Содержание углерода в поверхностном слое определяли послойным химическим анализом и контролировали по микроструктуре. Образцы размерами l = 120, d = 36 мм нагревали под закалку до заданной температуры и после выдержки при этой температуре охлаждали в кипящем слое, масле или воде.

После закалки из образцов вырезали секторы для микроисследования. Далее образцы отжигали в стружке, после чего выполняли послойный анализ их на содержание углерода. Для этого с одного образца снимали по 5 стружек на глубину 0,1 мм (на радиус).

В виду того что детали из стали 20Х2Н4А по технологическому процессу подвергают перед закалкой цементации, все образцы из этой стали предварительно цементировали по режиму, принятому на заводе для деталей из этой стали. Результаты послойного анализа образцов даны.

Для сравнения в табл. 15 приведены результаты послойного анализа образца 07, науглероженного на глубину 1,6 мм в промышленной бензольной печи без дальнейшей термообработки. Образцы 09-13 после цементации на ту же глубину, что и образец 07, закаливали с нагревом в кипящем слое от 810 ± 10° С с выдержкой при температуре нагрева от 5 до 40 мин. Анализ опытных данных показывает, что обезуглероживание с поверхности при нагреве в кипящем слое практически отсутствует.

Образцы из пружинной стали 55С2 нагревали в кипящем слое до 870 ± 10° С с выдержкой т = 15 мин и закаливали затем как в воде, так и в кипящем слое корунда 0,25 мм. Получено более равномерное, чем при закалке в воде (а в других опытах и в масле), распределение твердости по длине образца, обработанного полностью в кипящем слое.

Из данных, приведенных ниже, видно, что обезуглероживание с поверхности и в этом случае отсутствует. Аналогичные показатели получены для стали 45ХНМФА.

Результаты послойного анализа образцов из стали 55С2 после нагрева в кипящем слое:

На образцах из стали У8 исследовали также возможность необезуглероживающего нагрева в печи с кипящим слоем, выполненной по схеме, в которой катализатор наносится непосредственно на псевдоожижаемые пористые частицы шамота фракции 0,63- 1 мм. Было найдено, что газовая среда, нейтральная по отношению к углероду этой стали при 800° С, получается при ав = 0,176.

На этом режиме осуществлена термическая обработка партии промышленных цементированных деталей шести наименований, всего 39 шт. (в основном фасонные шестерни). Детали после нагрева до 800 ± 10° С и выдержки в течение 15 мин закаливали в кипящем слое и масле. Последующую обработку деталей (отпуск при 150° С, выдержку 3,5 ч) осуществляли по серийной технологии. Одну деталь каждого наименования подвергали для сравнения полному циклу термообработки по серийной технологии. У всех деталей после термообработки контролировали твердость. Результаты сравнительного микроисследования деталей, обработанных в кипящем слое и по серийной технологии, показали, что в кипящем слое обезуглероживание отсутствует полностью, а толщина окисной пленки на них составляет 2-5 мкм (заметно лишь воронение поверхности), в то время как серийная технология дает окисление на глубину 200 мкм и обезуглероживание на 200-300 мкм. Применение кипящего слоя для термообработки стали позволяет существенно уменьшить припуски на шлифование, ликвидировать такие операции, как обмывка (после масла) и пескоструйная обработка. Результаты проведенных экспериментов показали также, что детали, обработанные в кипящем слое, характеризуются меньшим короблением, чем обработанные по серийной технологии (если последние закаливают в свободном виде). Сопоставление результатов усталостных и статических испытаний шестерен, обработанных в кипящем слое и по серийному циклу, показывает, что в обоих случаях указанные характеристики находятся примерно на одном уровне.

Из окончательно обработанной партии деталей был собран серийный агрегат, переданный в эксплуатацию. Агрегат работал более двух лет без дефектов.

При нагреве тонких деталей или заготовок в кипящем слое вследствие большой скорости и малого времени нагрева можно не строго выдерживать равновесные значения ав, особенно при температурах < 1000° С, не опасаясь заметного обезуглероживания. В тех случаях, когда допустим небольшой (десятки микрон) слой окалины (например, при выдаче изделия из печи на воздух в процессе дальнейшего транспортирования или обработки) нагрев тонких изделий до 800-1000° С можно вести в окислительной среде, полученной при ав = 1,05-1,1. К сожалению, более высокому нагреву препятствует налипание частиц, с которым приходится сталкиваться в кипящем слое с окислительной средой.

Автор: Администрация   Общая оценка статьи:    Опубликовано: 2012.05.21   

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ:



запомнить  Регистрация

Металлоторговля:
Объявления
Прайсы (по торг. позициям)
Прайсы (в файлах)

Марки металлов
Калькулятор веса металла

Новости

НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ

12:13 Проволока Егоза

12:13 Сетка проволочная тканая с квадратными ячейками ГОСТ 3826-82

12:13 Лента х/к упаковочная ГОСТ 3560-73

12:08 Холодная штамповка

11:04 Труба 426х11 13ХФА 40 тн

10:10 Швеллер металлический, равнополочный,

10:08 Арматура А3, стальная, А500С

16:54 Изготовление запчастей для оборудования.

16:54 Изготовление изделий рти на заказ по чертежам зака

23:22 Куплю квадратную заготовку сечением 130х130 и 150х150 мм.

НОВОСТИ

16 Октября 2017 17:05
Работа шаропрокатного стана

17 Октября 2017 10:19
Производственные результаты ”ЕВРАЗа” за 3-й квартал 2017 года

17 Октября 2017 09:29
”Прииск Соловьевский” за 9 месяцев добыл более 2,6 тонн золота

17 Октября 2017 08:59
Новый кабель производства АО ”Сибкабель” прошел опытную эксплуатацию на угольном разрезе

17 Октября 2017 07:59
”Ижорские заводы” отгрузили реактор гидроочистки для ООО ”КИНЕФ”

16 Октября 2017 17:21
Китайский импорт угля в сентябре вырос на 7,2%

НОВЫЕ СТАТЬИ

Какие бывают опоры для трубопроводов

Типовые системы капельного орошения в сельском хозяйстве

Лампы накаливания - выбор, проверенный годами

Виды и применение в строительстве сортового проката

Ювелирные изделия - пробы и лигатуры

Промышленные ворота - виды, особенности, назначение

Оснастка для фрезерных станков

Почта России отслеживание почтовых отправлений по идентификатору

Открытая планировка квартир и ее особенности

Причины популярности каркасных домов

Вилочные погрузчики для складов и предприятий

Элетрооборудование и промышленные приводы для асинхронных электрических машин

Рециклинг асфальта - обзор от производителя

Особенности строительства каркасных домов

Конвейеры для промышленных производств

Лист нержавеющий AISI 409 - особенности марки и применение

Характеристики и общие особенности марки стали 40Х13

Свойства и особенности применения проката из нержавейки марки 20Х13

 ГЛАВНАЯ   МЕТАЛЛОТОРГОВЛЯ   ОБЪЯВЛЕНИЯ   ПРАЙСЫ   КОМПАНИИ   СТАТЬИ   РАБОТА   ФОРУМ   ГОСТы   МАРОЧНИК   КАЛЬКУЛЯТОР   БИРЖЕВЫЕ ЦЕНЫ   ВЫСТАВКИ  

Компания "Русский металл" предлагает изготовление металлоконструкций.

Рейтинг@Mail.ru

О портале : Информация и правила : Реклама : Тарифы для компаний : Наши контакты : Связаться : Личный кабинет : Регистрация

2009-2017 © Любое копирование материалов без активной ссылки на metallicheckiy-portal.ru запрещено!
Использование материалов в печатных изданиях только с разрешения администрации портала.