專利名稱：添加有催化劑的石墨流態(tài)粒子爐及其工業(yè)應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石墨流態(tài)粒子爐及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
流態(tài)石墨粒子電爐，是一種用于金屬零件的淬火、回火等的加熱爐，流化介質(zhì)大多 為石墨粒子，流化過程是壓縮氣體從電爐底部吹進(jìn)，經(jīng)穩(wěn)壓室和布風(fēng)板，爐底的布風(fēng)板具有 透氣性，既承受粒子層的壓力又在正常運(yùn)行時(shí)起燃燒器的作用，可燃?xì)怏w均勻地通過布風(fēng) 板進(jìn)入粒子層內(nèi)燃燒。燃燒著的熱氣體向上運(yùn)動(dòng)，在一定的壓力和速度的作用下，吹動(dòng)置于 布風(fēng)板上的粒子，使它們上下翻騰形成流態(tài)化床。被加熱的工件即在流態(tài)化床中加熱到所 要求的溫度。廢氣經(jīng)沉降斗可從抽風(fēng)窄逢經(jīng)旋風(fēng)分離除塵器排出。爐中的石墨粒子是中間載熱體，只起熱能傳遞作用。除少數(shù)可燃性粒子在加熱過 程中被燒掉外，流動(dòng)粒子爐中的粒子不參加化學(xué)反應(yīng)，粒子本身也不是產(chǎn)品，可以在爐中長(zhǎng) 期使用。目前的流態(tài)石墨粒子電爐，僅能夠作為金屬零件的可用于多種金屬零件的正火， 退火、淬火、回火、固溶熱處理等，功能單一，不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種添加有催化劑的石墨流態(tài)粒子爐及其工業(yè)應(yīng)用，以克服 現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。本發(fā)明的添加有催化劑的石墨流態(tài)粒子爐，包括爐體、設(shè)有布風(fēng)通道的布風(fēng)板、石 墨粒子、催化劑、金屬零件入口和金屬零件出口 ；所述的布風(fēng)板設(shè)置在爐體的內(nèi)下部，所述的石墨粒子和所述的催化劑混合后置于 所述布風(fēng)板上，金屬零件入口設(shè)置在所述布風(fēng)板上方的爐體的一側(cè)，金屬零件出口設(shè)置在 所述布風(fēng)板上方的爐體的另一側(cè)；所述的催化劑為BaCO3 ；優(yōu)選的，催化劑加入重量為石墨粒子重量的2 3% ；本發(fā)明的添加有催化劑的石墨流態(tài)粒子爐，可以用于多種金屬零件的正火，退火、 淬火、回火、固溶熱處理等，也可以用于多種金屬的滲碳。所述的金屬可以是各種普通低碳碳鋼，也可以是各種低碳合金鋼，如20鋼、20Cr 或ISCrMnTi等任何需要滲碳的鋼種；當(dāng)需要對(duì)金屬零件進(jìn)行正火，退火、淬火、回火、固溶熱處理等時(shí)，可采用現(xiàn)有的常 規(guī)技術(shù)進(jìn)行處理；當(dāng)需要對(duì)金屬零件進(jìn)行時(shí)，將低碳鋼零件置于爐內(nèi)，將爐內(nèi)的溫度提高到930°C 9400C，并根據(jù)滲碳層深度要求，保溫2 4小時(shí)，爐子流化床內(nèi)的石墨粒子被激活并向爐內(nèi) 已加熱的金屬零件表面擴(kuò)散，當(dāng)金屬零件表面的活性碳濃度達(dá)到一定程度時(shí)，隨著保溫時(shí) 間的延長(zhǎng)零件表面的碳慢慢向零件心部擴(kuò)散，即起到滲碳作用。
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其滲碳機(jī)理如下(1).從布風(fēng)板進(jìn)來的空氣中的氧與石墨粒子發(fā)生反應(yīng)C+02 = CO2(2).在赤熱的石墨粒子表面上CO2與石墨粒子反應(yīng)生成CO C+C02 = 2C0(3).在鋼件表面上CO分解出活性碳原子2C0 = 2C02+C(4).活性碳原子被低碳鋼零件表面吸收并向心部擴(kuò)散以達(dá)滲碳目的。在上述C+C02 = 2C0反應(yīng)式中的CO濃度對(duì)能否滲碳至關(guān)重要，如果CO濃度過低 則爐內(nèi)的C0/C02比例較小、碳勢(shì)不足就無法完成滲碳.試驗(yàn)證明加入2 3%的BaCO3作 為催化劑能使C+C02 = 2C0所需的活性能減少、CO量增加、C0/C02比例提高達(dá)到滲碳要求。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是十分顯著的，由于在所述的石墨流態(tài)粒子爐內(nèi)添加了一定量的催 化劑，當(dāng)石墨流態(tài)粒子爐需要作為滲碳爐使用時(shí)，爐內(nèi)原來僅作為加熱介質(zhì)的石墨流態(tài)粒 子就會(huì)被激活并向爐內(nèi)零件表面擴(kuò)散，當(dāng)爐內(nèi)碳勢(shì)增加到一定程度時(shí)低碳鋼零件表面的碳 原子會(huì)慢慢向零件心部擴(kuò)散即起到滲碳作用，從而使石墨流態(tài)粒子爐增加了一種新的功 能-滲碳功能。如果石墨流態(tài)粒子爐仍要作為加熱爐使用，催化劑的加入并不會(huì)影響加熱效果， 這是因?yàn)橐话懔慵募訜釡囟冗h(yuǎn)遠(yuǎn)低于滲碳溫度，爐內(nèi)所添加的催化劑不會(huì)被激活自然也 就沒有了滲碳功能.其實(shí)添加一定量的催化劑還有一個(gè)好處，當(dāng)石墨流態(tài)粒子爐作為加熱 爐使用時(shí)被加熱的零件表面不易脫碳。本發(fā)明的添加有催化劑的石墨流態(tài)粒子爐，使石墨流態(tài)粒子爐具備了 “一爐二用” 的功能，對(duì)于單個(gè)或小批量?jī)H需淺層滲碳的零件具有一定的實(shí)用價(jià)值，能使那些僅需淺層 滲碳的零件不需要單獨(dú)滲碳(滲碳爐的尺寸一般都比較大且滲碳溫度高、時(shí)間長(zhǎng)是屬于高 能耗)；并且其滲碳速度也比傳統(tǒng)的氣體滲碳速度快得多；同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)滲碳后直接淬火， 避免了滲碳+淬火的二次工藝，這些都大大節(jié)約了能源。


圖1為添加有催化劑的石墨流態(tài)粒子爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式參見圖1，本發(fā)明的添加有催化劑的石墨流態(tài)粒子爐，包括爐體1、設(shè)有布風(fēng)通道 201的布風(fēng)板2、石墨粒子3、催化劑4、金屬零件入口 5和金屬零件出口 6 ；所述的布風(fēng)板2設(shè)置在爐體1的內(nèi)下部，所述的石墨粒子3和所述的催化劑4混 合后置于所述布風(fēng)板2上，金屬零件入口 5設(shè)置在所述布風(fēng)板2上方的爐體1的一側(cè)，金屬 零件出口 6設(shè)置在所述布風(fēng)板2上方的爐體1的另一側(cè)。實(shí)施例1采用圖1所示的添加有催化劑的石墨流態(tài)粒子爐對(duì)20Cr鋼進(jìn)行滲碳。BaCO3的重 量含量為石墨粒子的2% ；將20Cr鋼通過金屬零件入口 5送入爐內(nèi)，然后將煤氣和空氣，通過布風(fēng)板進(jìn)入布風(fēng)板上方的石墨粒子層內(nèi)燃燒，燃燒著的熱氣體向上運(yùn)動(dòng)，吹動(dòng)石墨粒子，使它們上下翻騰 形成流態(tài)化床。被加熱的工件即在流態(tài)化床中加熱到所要求的溫度。在930°C溫度下，保溫 2小時(shí)，然后，將所述20Cr鋼通過金屬零件出口 6，即獲得表面滲碳的20Cr鋼；采用GBT13298-1991《金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》規(guī)定的金相法測(cè)定，20Cr鋼的表面 滲碳深度為0. 43mm，且無過共析層。實(shí)施例2采用實(shí)施例1相同的方法，其中，BaCO3的重量含量為石墨粒子的3%，在940°C溫 度下，保溫3小時(shí)，采用GBT13298-1991《金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》規(guī)定的金相法測(cè)定，20Cr 鋼的表面滲碳深度為0. 60mm，且無過共析層實(shí)施例3采用實(shí)施例1相同的方法其中，其中，BaCO3的重量含量為石墨粒子的3%，對(duì)20 鋼進(jìn)行表面滲碳，在930°C溫度下，保溫4小時(shí)，采用GBT13298-1991《金屬顯微組織檢驗(yàn)方 法》規(guī)定的金相法測(cè)定，20鋼的表面滲碳深度為0. 46mm,且無過共析層。
權(quán)利要求
添加有催化劑的石墨流態(tài)粒子爐，包括爐體(1)、設(shè)有布風(fēng)通道(201)的布風(fēng)板2、石墨粒子(3)、金屬零件入口(5)和金屬零件出口(6)；所述的布風(fēng)板(2)設(shè)置在爐體(1)的內(nèi)下部，金屬零件入口(5)設(shè)置在所述布風(fēng)板(2)上方的爐體(1)的一側(cè)，金屬零件出口(6)設(shè)置在所述布風(fēng)板(2)上方的爐體(1)的另一側(cè)，其特征在于，還包括催化劑(4)，所述的石墨粒子(3)和所述的催化劑4混合后置于所述布風(fēng)板(2)上，所述的催化劑為BaCO3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加有催化劑的石墨流態(tài)粒子爐，其特征在于，催化劑加入 重量為石墨粒子(3)重量的2 3%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的添加有催化劑的石墨流態(tài)粒子爐的應(yīng)用，其特征在于，用 于多種金屬零件的正火，退火、淬火、回火或固溶熱處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的添加有催化劑的石墨流態(tài)粒子爐的應(yīng)用，其特征在于，用 于多種金屬的滲碳。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的應(yīng)用，其特征在于，所述的金屬可以是各種普通低碳碳鋼 或低碳合金鋼。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于，所述的金屬包括20鋼、20Cr或ISCrMnTi 等任何需要滲碳的鋼種.
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的應(yīng)用，其特征在于，將金屬零件置于爐內(nèi)，在930°C 940°C，保溫2 4小時(shí)，即可獲得表面滲碳的金屬零件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種添加有催化劑的石墨流態(tài)粒子爐及其工業(yè)應(yīng)用，所述流態(tài)粒子爐包括爐體(1)、設(shè)有布風(fēng)通道(201)的布風(fēng)板(2)、石墨粒子(3)、金屬零件入口(5)和金屬零件出口(6)；所述的布風(fēng)板(2)設(shè)置在爐體(1)的內(nèi)下部，金屬零件入口(5)設(shè)置在所述布風(fēng)板(2)上方的爐體(1)的一側(cè)，金屬零件出口(6)設(shè)置在所述布風(fēng)板(2)上方的爐體(1)的另一側(cè)，其特征在于，還包括催化劑(4)，所述的石墨粒子(3)和所述的催化劑4混合后置于所述布風(fēng)板(2)上，所述的催化劑為BaCO3。本發(fā)明使石墨流態(tài)粒子爐具備了“一爐二用”的功能，同時(shí)能夠大大節(jié)約能源。
文檔編號(hào)C23C8/64GK101880758SQ200910050530
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2009年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月4日
發(fā)明者陸衛(wèi)倩 申請(qǐng)人:上海電機(jī)學(xué)院