Цианирование режущего инструмента в газовой среде (низкотемпературная нитроцементация)

01.06.2018
а) Оборудование для газового цианирования. Газовое цианирование инструмента производят в печи, через которую пропускают смесь газов, состоящую из технического аммиака и углеродсодержащего газа.

Технический аммиак можно изготовлять на месте в специальных установках или доставлять в баллонах, в которых он находится под высоким давлением в сжиженном виде. Баллон обычно содержит 25 000—26 000 л аммиака.

Углеродсодержащий газ можно применять пиролизный, получаемый из нефтепродуктов, в частности путем пиролиза керосина в специальной установке, коксовый, светильный, естественный или генераторный, получаемый газификацией топлива. Н.А. Яхонин применял генераторный газ, получаемый из каменного угля. Поскольку генераторный каменноугольный газ по своему составу близок к генераторному газу, получаемому из других видов топлива, можно допустить, что для этой цели пригоден также торфяной, дровяной и тому подобные генераторные газы.

Примерный состав различных углеродсодержащих газов приведен в табл. 51. При пользовании этой таблицей необходимо учитывать, что состав генераторного и светильного газов указан в качестве приблизительного, так как эти газы — в отличие от нефтяного и пиролизного — имеют значительные колебания по составу, что усложняет применение их для цианирования и требует систематической проверки состава газа в ходе процесса цианирования.

На фиг. 104 дана схема установки для газового цианирования инструмента, примененная Петровым и Мямлиным и работающая на смеси аммиака и нефтяного газа. Для этой установки авторы использовали электрическую печь с монтированным в нее муфелем диаметром 250 мм и длиной 450 мм. Установки для пиролиза нефтепродуктов и для очистки газа на схеме не указаны.

Полная установка имеет следующее оборудование:

а) Электрическую печь с горизонтально расположенным муфелем, изготовляемым из жароупорной стали и помещаемым в кожух из огнеупорного и изоляционного кирпича. Муфель герметически закрывается крышкой, закрепляемой болтами. Для смешения аммиака и цементующего газа в муфель монтируют смеситель, к которому подводят трубку для ввода аммиака и трубку для ввода углеродсодержащего газа. С противоположной: стороны муфель имеет трубку для вывода отработанного газа.

Для газового цианирования можно использовать электрические печи типа КН-15, ПН-11, ПА-32 и др. путем установки в них подобного муфеля.

б) Газоочистительную аппаратуру, состоящую из трех скрубберов. Первый скруббер (мокрый) — для очистки углеродсодержащего газа от влаги, смолы, пыли. Скруббер представляет собой колонку высотой 1500—2000 мм. Внизу колонки на специальную решетку загружают кокс слоем 300—500 мм; кокс увлажняют водой. Углеродсодержащий газ пропускается через слой кокса, очищается и охлаждается.

Второй скруббер (сухой) для дополнительной очистки углеродсодержащего газа заполняют древесной стружкой и хлористым кальцием или силикагелем.

Третий скруббер устанавливают для очистки аммиака. Некоторые заводы применяют аммиак без осушки и очистки, что, однако, не является рациональным, так как поступление в печь влажного аммиака может вызвать обезуглероживание поверхности инструмента.

в) Измерительную аппаратуру, состоящую из реометров (газовых счетчиков): одного для измерения количества подаваемого в печь углеродсодержащего газа, другого для измерения количества аммиака, крана для регулирования подачи углеродсодержащего газа и редуктора для регулирования подачи аммиака, находящегося в баллоне под высоким давлением.

4) Баллоны с аммиаком.

5) Пиролизную установку, состоящую из герметически закрытой реторты (или тигля) с отдельными трубками для: 1) введения капель керосина через специальный лубрикатор, 2) вывода образующегося газа и 3) ввода термопары. Реторту (или тигель) нагревают электрическим током или пламенем. В случае обогрева электричеством можно использовать ванны типа BC или ВЦ завода «Электрик» с автоматической регулировкой температур.

При работе на генераторном газе применяют такую же аппаратуру, но с тем отличием, что вместо пиролизной установки монтируют газогенератор. Если завод имеет вентральную газогенераторную станцию или использует светильный, коксовый и тому подобный газ, то его подают из общезаводской сети. При необходимости предусматривают установку для повышения давления газа, поступающего из газогенератора или из сети, для того чтобы газ мог преодолеть сопротивление газоочистительной и измерительной аппаратуры и поступить в печь.

Для подготовки инструмента к цианированию, кроме того, необходимы баки для обезжиривания, очистки и промывки инструмента и сушильный шкаф.

б) Технологический процесс низкотемпературного газового цианирования. В настоящее время способ газового цианирования не получил еще широкого применения и разработка его еще полностью не закончена. Поэтому надо учитывать, что сообщаемый ниже технологический процесс цианирования, применяемый отдельными заводами, требует дальнейшего уточнения.

Режим газового цианирования определяется: составом газовой смеси, температурой цианирования и продолжительностью выдержки инструмента при температуре цианирования.

Содержание аммиака в газовой смеси устанавливается в зависимости от состава применяемого углеродсодержащего газа. Чем выше в последнем содержание метана, тем больше надо давать аммиака, и наоборот, с увеличением содержания CO в газе количество аммиака надо уменьшать. Д.А. Прокошкин рекомендует подавать в печь следующее количество аммиака (в процентах от общего объема газов):

Н.А Яхонин, применявший генераторный газ из каменного угля, получал хорошие результаты при цианировании инструмента в смеси, содержавшей 10—15% аммиака и 85—90% генераторного газа.

Д.В. Литвак, применявший пиролизный (керосиновый) газ, рекомендует подавать в печь 25—35% аммиака и 65—75% пиролизного газа. Пиролиз керосина Д.В. Литвак производил при давлении газа в пиролизной установке 200—250 мм вод. ст. и при температуре 830—860°.

Дальнейшее увеличение содержания аммиака в составе газовой смеси приводит к образованию толстой белой корочки и повышению хрупкости и твердости поверхностного слоя.

Общий расход газа, подаваемого с печь, определяется объемом муфеля, в котором проводят газовое цианирование инструмента, и давлением, устанавливаемым в печи. Примерный расход газа на 0,1 м3 объема муфеля составляет:

а) 10—14 л/мин при работе на смеси пиролизного газа и аммиака;

б) 12—18 л/мин при работе на смеси генераторного газа (более бедного углеводородами) и аммиака.

Давление газа в печи устанавливается в пределах 40—70 мм вод. ст.

Температура нагрева должна составлять 550—560° для инструмента из стали марок РФ1, и ЭИ262 и 540—550° — для инструмента из стали ЭИ184.

Продолжительность выдержки инструмента при цианировании в газовой смеси, состоящей из аммиака и пиролизного газа, указана в табл. 52.

В случае цианирования в смеси, состоящей из аммиака и генераторного газа, продолжительность выдержки после прогрева инструмента увеличивают на 25—30% по сравнению с указанной в табл. 52.

Поскольку выдержка инструмента при температуре цианирования является длительной, можно совместить цианирование с отпуском стали и передавать инструмент для цианирования после двукратного, а не обычного трехкратного отпуска.

Перед цианированием инструмент очищают от следов соли, грязи, окалины и масла, для чего его протирают в опилках или ветошью и промывают (кипятят) в горячей воде. Если инструмент сохраняет после этого слой масла, его обезжиривают погружением в 5—10%-ный раствор каустической соды (едкого натрия) в течение 5—10 мин. При наличии на поверхности инструмента, кроме того, окалины его подвергают травлению в 5%-ном растворе соляной кислоты в течение 5—10 мин. После этого инструмент просушивают в сушильном шкафу при 120—150° в течение 10—15 мин.

После просушки в муфель, доведенный до температуры цианирования, закладывают инструменты таким образом, чтобы режущие грани инструмента могли свободно омываться потоком газа. Затем муфель закрывают, и на период нагрева инструмента для защиты его от окисления через муфель пропускают углеродсодержащий газ. По окончании нагрева начинают пропускать аммиак, придерживаясь установленного состава газовой смеси.

Газ, выходящий из муфеля через выводную трубку, поджигают для уничтожения образующихся цианистых соединений, и он горит в течение всего хода процесса.

После окончания выдержки подачу газа в муфель прекращают; для этого сначала выключают аммиак, а затем углеродсодержащий газ, после чего открывают муфель и вынимают инструмент, для получения более чистой поверхности лучше охлаждать инструмент в муфеле до 300°, а затем открыть муфель и выгрузить инструмент.