RU2138748C1

RU2138748C1 - Furnace for combined annealing of raw powder

Info

Publication number: RU2138748C1
Application number: RU98102269A
Authority: RU
Inventors: Л.И. Данилов; А.А. Обухович; Дмитрий Николаевич Федоров; С.Н. Бюльгер; Н.В. Чесноков; Евгений Петрович Покотило; В.А. Гаврилов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Северсталь"
Priority date: 1998-02-10
Filing date: 1998-02-10
Publication date: 1999-09-27

Abstract

FIELD: thermal equipment with controllable atmosphere; furnaces for chemical thermal treatment of metal powders. SUBSTANCE: furnace has working chamber with metal muffle and heater; distributing collector having even number of sections (no less than four) which are located on outer side walls of muffle with outlet branch pipes for smooth introduction of controllable atmosphere across layer of material being treated; waste gas discharge system in form of branch pipe is fitted before heating chamber. Angle of inclination of inlet branch pipe relative to surface of powder ranges from 5 to 10 deg; holes for admitting the gases on opposite sides of muffle are located in staggered order. EFFECT: modification of construction of continuous muffle furnace with controllable atmosphere; increased productivity; improved quality of powder at reduced specific power requirements. 3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к термическому оборудованию с контролируемой атмосферой, в частности к печам для химико-термической обработки металлических порошков. Печь можно использовать на заводах, производящих железный порошок. The invention relates to thermal equipment with a controlled atmosphere, in particular to furnaces for chemical-thermal treatment of metal powders. The furnace can be used in factories producing iron powder.

Химико-термообработку (в дальнейш. отжиг) железного порошка-сырца в контролируемых атмосферах реализуют в печах различной конструкции. Chemical-heat treatment (further annealing) of raw iron powder in controlled atmospheres is realized in furnaces of various designs.

Одним из решений, направленных на создание такой печи, является решение, предложенное в А.С. 749567 М. Кл³ B 22 C 1/02. Конвейерная печь для восстановления и отжига порошков. А.Ф.Жорняк, В.Н.Клименко и др. - опуб. 23.07.80.One of the solutions aimed at creating such a furnace is the solution proposed in A.S. 749567 M. Cl ³ B 22 C 1/02. Conveyor furnace for powder recovery and annealing. A.F. Zhornyak, V.N.Klimenko, etc. - publ. 07/23/80.

Известная печь включает в себя муфель, загрузочное, нагревательное и охлаждающее устройство, систему подачи и отвода технологических газов, узел разгрузки и транспортирующее устройство, снабженное питателем со сменными кассетами и пористой лентой-подложкой, размещенной в кассетах. A known furnace includes a muffle, a loading, heating and cooling device, a system for supplying and removing process gases, an unloading unit and a conveying device equipped with a feeder with removable cartridges and a porous substrate tape located in the cartridges.

При этом свободный конец ленты-подложки расположен на конвейерной ленте, выполненной из металлической сетки. Система подачи и отвода технологических газов снабжена газоотводной камерой с перфорированными сводом, установленной внутри нагревательного устройства и системой регулируемого удаления и дожигания отработанного газа, соединенного с газоотводной камерой. In this case, the free end of the substrate belt is located on a conveyor belt made of metal mesh. The system for supplying and discharging process gases is equipped with a gas outlet chamber with a perforated arch installed inside the heating device and a system for controlled removal and afterburning of exhaust gas connected to the gas outlet chamber.

Данная печь позволяет организовать направленный и регулируемый поток технологического газа сквозь слой материала и пористую ленту-подложку, что создает благоприятные условия для удаления из слоя обрабатываемого порошка тяжелых газообразных продуктов восстановления - обезуглероживания CO², H₂O, освобождая место для более легких газов-восстановителей H² и CO.This furnace allows you to organize a directed and controlled flow of process gas through a layer of material and a porous substrate tape, which creates favorable conditions for the removal of heavy gaseous reduction products from the layer of the processed powder — decarburization of CO ² , H ₂ O, freeing up space for lighter reducing gases H ² and CO.

Однако гидравлическое сопротивление порошкового слоя будет высоким, увеличиваясь по мере продвижения порошка в печи в результате постепенного спекания. Чтобы обеспечить проницаемость ленты-подложки, необходимо создать высокий перепад давления газовой атмосферы над слоем порошка и в газоотводной камере (под слоем порошка). Вышеперечисленное потребует создания высокого разрежения в газоотводной камере за счет эжектора, что приведет к засасыванию отработанных газов пламенных завес и воздуха окружающей атмосферы под транспортирующую конвейерную сетку. А это, в свою очередь, приведет к дополнительному окислению порошка со стороны загрузки и вторичному окислению ее со стороны выгрузки. Подсосы воздуха в газоотводную камеру могут привести к образованию взрывоопасной смеси с отработанными технологическими газами, которые неизбежно содержат водород и оксид углерода. However, the hydraulic resistance of the powder layer will be high, increasing as the powder advances in the furnace as a result of gradual sintering. To ensure the permeability of the substrate tape, it is necessary to create a high pressure drop of the gas atmosphere above the powder layer and in the gas chamber (under the powder layer). The above will require the creation of a high vacuum in the gas chamber due to the ejector, which will lead to the suction of the exhaust gases of the flame curtains and air of the surrounding atmosphere under the conveyor belt. And this, in turn, will lead to additional oxidation of the powder from the loading side and its secondary oxidation from the discharge side. Air leaks into the vent chamber can lead to the formation of an explosive mixture with exhaust process gases, which inevitably contain hydrogen and carbon monoxide.

Таким образом, известная конструкция не решает проблему повышения качества порошка, требует повышенных затрат энергоресурсов, и не обеспечивает достаточную степень взрывобезопасности конструкции. Thus, the known design does not solve the problem of improving the quality of the powder, requires increased energy costs, and does not provide a sufficient degree of explosion safety of the structure.

Наиболее близким к предлагаемому является решение, предложенное в А.С. 866379, М. Кл³ F 27 B 5/16, F 27 B 9/26 "Проходная муфельная печь с контролируемой атмосферой". Л.П.Шестернев, Н.В.Щукин. Опуб. 23.09.81.Closest to the proposed one is the solution proposed in A.S. 866379, M. Cl ³ F 27 B 5/16, F 27 B 9/26 "Continuous atmosphere controlled muffle furnace". L.P. Shesternev, N.V. Shchukin. Otub. 09/23/81.

В известном решении печь с контролируемой атмосферой содержит рабочую камеру с металлическим муфелем и нагревателями, систему ввода технологического газа в муфель, выполненную в виде распределительного коллектора с отверстиями, установленного в верхней части муфеля. Коллектор выполнен в виде коробка, длиной, равной длине муфеля. Короб установлен внутри муфеля и приварен к его верхней части. Отверстия направлены сверху вниз на слой обрабатываемого материала. Кроме этого, диаметр каждого отверстия в коллекторе в направлении от торцов к середине возрастает на 0,1 ... 0,3 по отношению к предыдущему. На концах муфеля установлены входные штуцеры для подачи технологического газа. С обеих сторон муфеля находятся устройства, содержащие защитные газовые затворы и свечи безопасности. In a known solution, the atmosphere controlled furnace comprises a working chamber with a metal muffle and heaters, a system for introducing the process gas into the muffle, made in the form of a distribution manifold with holes installed in the upper part of the muffle. The collector is made in the form of a box with a length equal to the length of the muffle. The box is installed inside the muffle and welded to its upper part. The holes are directed from top to bottom on the layer of the processed material. In addition, the diameter of each hole in the collector in the direction from the ends to the middle increases by 0.1 ... 0.3 relative to the previous one. At the ends of the muffle, inlet fittings for supplying process gas are installed. On both sides of the muffle are devices containing protective gas locks and safety candles.

Такая конструкция позволит повысить качество обработки изделий за счет равномерного подвода контролируемой атмосферы. This design will improve the quality of product processing due to the uniform supply of a controlled atmosphere.

Однако в известной конструкции расположенный в верхней части муфеля распределительный короб экранирует среднюю часть загрузки по длине муфеля, что приводит к неравномерности нагрева. В силу верхнего расположения и низких скоростей газового потока образуется неравномерность состава атмосферы по высоте муфеля. Распределенный газовый поток сверху не обеспечивает настильность газовых струй, что не позволяет организовать устойчивую рециркуляцию и разрушить отработанный пограничный слой атмосферы. В такой печи невозможно создать устойчивые позонные газовые атмосферы разного состава, так как газы идут на дожигание по линии наименьшего сопротивления. Кроме того, коробчатая конструкция распределительного коллектора, приваренного к металлическому муфелю, вследствие разности температур муфеля и самого короба (из-за охлаждения подаваемым газом), приводит к образованию напряжений по длине муфеля, к короблению и разрывам сварного шва. Все это снижает качество обрабатываемого материала и стойкость муфеля, а также требует повышенных энергозатрат: как электроэнергии, так и контролируемой атмосферы. However, in the known construction, the distribution box located in the upper part of the muffle shields the middle part of the load along the length of the muffle, which leads to uneven heating. Due to the upper location and low gas flow rates, an uneven composition of the atmosphere is formed along the height of the muffle. The distributed gas flow from above does not ensure the flatness of the gas jets, which does not allow for stable recirculation and destruction of the spent boundary layer of the atmosphere. In such a furnace, it is impossible to create stable shielded gas atmospheres of different compositions, since the gases go to afterburning along the line of least resistance. In addition, the box-shaped design of the distribution manifold welded to the metal muffle, due to the temperature difference between the muffle and the duct itself (due to cooling by the supplied gas), leads to stresses along the length of the muffle, warpage and rupture of the weld. All this reduces the quality of the processed material and the resistance of the muffle, and also requires increased energy consumption: both electricity and a controlled atmosphere.

Цель изобретения - усовершенствование конструкции проходной муфельной печи с контролируемой атмосферой, повышение производительности печи и качества готового порошка при снижении удельных энергозатрат. The purpose of the invention is to improve the design of the through-passage muffle furnace with a controlled atmosphere, increasing the productivity of the furnace and the quality of the finished powder while reducing specific energy consumption.

Поставленная цель достигается тем, что в печи для комбинированного отжига порошка-сырца, содержащей рабочую камеру с металлическим муфелем и нагревателями, систему ввода технологического газа в муфель, выполненную в виде распределительного коллектора, систему удаления отработанных газов, зону охлаждения и уплотняющие затворы на обоих концах печи, распределительный коллектор выполнен в виде четкого количества секций, не менее четырех, расположенных на внешних боковых стенках муфеля с выходными патрубками для равномерного введения контролируемой атмосферы поперек слоя обрабатываемого материала, а система удаления отработанных газов выполнена в виде патрубка, расположенного перед камерой нагрева. При этом угол наклона вводных патрубков к поверхности порошка составляет 5 ... 10^o, а отверстия для ввода газов на противоположных сторонах муфеля расположены в шахматном порядке относительно друг друга. Сухой газ также дожигается противотоком относительно движения порошка и через первую зону муфеля 6 и выхлопной патрубок 11 удаляется из печи.This goal is achieved by the fact that in the furnace for combined annealing of raw powder containing a working chamber with a metal muffle and heaters, a system for introducing a process gas into a muffle made in the form of a distribution manifold, an exhaust gas removal system, a cooling zone and sealing gates at both ends furnace, distribution manifold is made in the form of a clear number of sections, at least four, located on the outer side walls of the muffle with outlet pipes for uniform introduction of con trolled atmosphere across the layer of the processed material, and the exhaust gas removal system is made in the form of a pipe located in front of the heating chamber. The angle of inclination of the inlet pipes to the surface of the powder is 5 ... 10 ^o , and the holes for introducing gases on opposite sides of the muffle are staggered relative to each other. The dry gas is also burned countercurrently with respect to the movement of the powder and through the first zone of the muffle 6 and the exhaust pipe 11 is removed from the furnace.

Далее порошок поступает в холодильник 16, где в сухой атмосфере, например азоте 17, который движется противотоком со стороны узла разгрузки 18, охлаждается. Уплотняющие затворы 19 на обоих концах печи препятствуют выходу газов из печи и попадание воздуха внутри муфеля и холодильника. Next, the powder enters the refrigerator 16, where it is cooled in a dry atmosphere, such as nitrogen 17, which moves countercurrent from the side of the discharge unit 18. Sealing gates 19 at both ends of the furnace prevent the escape of gases from the furnace and the ingress of air inside the muffle and the refrigerator.

Распределительный коллектор (в печи их четыре) представляет собой перфорированную трубу 20, к которой через равные промежутки приварены вводные патрубки 10. Патрубки через отверстия в боковых стенках муфеля 5 введены внутрь его под углом 5 ... 10^o к поверхности обрабатываемого порошка.The distribution manifold (there are four of them in the furnace) is a perforated pipe 20 to which the inlet pipes 10 are welded at regular intervals 10. The pipes through the holes in the side walls of the muffle 5 are inserted into it at an angle of 5 ... 10 ^o to the surface of the powder being processed.

При больших углах наклона не обеспечивается настильность струй газа; при меньших углах - затруднено удаление пограничного слоя с поверхности порошка. Общий вид печи приведен на фиг. 1. На фиг. 2, 3 и 4 показаны разрезы печи. На фиг. 5 изображен разрез коллектора. At large angles of inclination, the flatness of the gas jets is not ensured; at smaller angles, it is difficult to remove the boundary layer from the surface of the powder. A general view of the furnace is shown in FIG. 1. In FIG. 2, 3 and 4 show sections of the furnace. In FIG. 5 shows a section through a collector.

Из бункера 1 железный порошок 2 загружают на конвейерную ленту 3, представляющую собой полосу из жаростойкой стали толщиной 0,8 = 1,5 мм. На ленте порошок транспортируют в камеру нагрева 4 через газоплотный металлический муфель 5. В первую зону муфеля 6 через два коллектора 7, расположенных с обеих внешних сторон муфеля подают увлажненную атмосферу, например смесь азота и водорода 9, предварительно подогретую в трубах 8. From the hopper 1, iron powder 2 is loaded onto a conveyor belt 3, which is a strip of heat-resistant steel with a thickness of 0.8 = 1.5 mm. On the tape, the powder is transported to the heating chamber 4 through a gas-tight metal muffle 5. In the first zone of the muffle 6, through a two collector 7 located on both external sides of the muffle, a humidified atmosphere is fed, for example, a mixture of nitrogen and hydrogen 9, preheated in pipes 8.

Газ подают поперек слоя порошка с обеих сторон через специальные патрубки 10, увлажненная атмосфера движется противоположно по отношению к движению порошка и удалятся через специальный выхлопной патрубок 11, расположенный перед камерой нагрева 4. Gas is supplied across the powder layer on both sides through special nozzles 10, the moistened atmosphere moves opposite to the movement of the powder and is removed through a special exhaust pipe 11 located in front of the heating chamber 4.

Затем порошок поступает во вторую зону муфеля 12, в которую подают сухую атмосферу, например водород 13, через два аналогичных коллектора 14, расположенных на обеих сторонах переходной зоны 15 между камерой нагрева и холодильником 15. Отверстия ввода газа на противоположных муфелях расположены в шахматном порядке относительно друг друга. Технологический газ из распределительных коллекторов 7 и 14 несколькими струями вдувается внутрь муфеля, образует настильные струи на поверхности порошка, которые разрушают и сдувают пограничный приповерхностный слой и, за счет смещения противоположных струй относительно друг друга, образуют устойчивые зоны рециркуляции свежего газа к поверхности порошка, что ускоряет процесс обработки порошка, позволяет более полно использовать тепловую и химическую энергию технологического газа. Then the powder enters the second zone of the muffle 12, into which a dry atmosphere, for example hydrogen 13, is supplied, through two similar collectors 14 located on both sides of the transition zone 15 between the heating chamber and the refrigerator 15. The gas inlets on the opposite muffles are staggered relative to each other. Process gas from the distribution manifolds 7 and 14 is blown into the muffle with several jets, forms a lay jets on the powder surface, which destroy and deflate the boundary surface layer and, due to the displacement of the opposite jets relative to each other, form stable zones of fresh gas recirculation to the powder surface, which accelerates the process of powder processing, allows more fully use the thermal and chemical energy of the process gas.

Предлагаемая конструкция печи за счет двух пар коллекторов позволяет организовать в разных частях муфеля печи атмосферы необходимого состава, что позволяет повысить качество готового порошка. The proposed design of the furnace due to two pairs of collectors allows you to organize in different parts of the furnace muffle the atmosphere of the required composition, which improves the quality of the finished powder.

Предварительный подогрев вводимых газов, отсутствие экранирования части излучающей поверхности муфеля позволяет снизить тепловые потери, повысить КПД печи. Таким образом, предлагаемая конструкция печи решает проблемы спекания удельных энергозатрат на отжиг порошка при повышении его качества. Preheating of the introduced gases, the absence of shielding of a part of the radiating surface of the muffle can reduce heat loss, increase the efficiency of the furnace. Thus, the proposed design of the furnace solves the problems of sintering specific energy consumption for annealing the powder while increasing its quality.

Claims

1. A furnace for combined annealing of raw powder, containing a working chamber with a metal muffle and heaters, a system for introducing a process gas into a muffle made in the form of a distribution manifold, an exhaust gas removal system, a cooling zone and sealing gates at both ends of the furnace, characterized in that the distribution manifold is made in the form of an even number of sections of at least four, located on the outer side walls of the muffle, with outlet pipes for uniform introduction of a controlled atmosphere Thera across the layer of the material being processed and the system for removing gases formed as a nozzle located upstream of the heating chamber.

2. The furnace according to claim 1, characterized in that the angle of inclination of the inlet pipes to the surface of the powder is 5 - 10 ^o .

3. The furnace according to claim 1, characterized in that the gas inlet openings on opposite sides of the muffle are staggered relative to each other.