El proceso de cementación es un proceso especial en la producción de rodamientos de acero cementado.
La duración del ciclo de procesamiento y el consumo de gas de alimentación afectan el costo de producción del rodamiento.
Durante mucho tiempo, las piezas de rodamientos de acero carburado de nuestra empresa se han carburado con gas propano como gas rico, que tiene un alto costo de producción.
El uso de gas natural en la industria de tratamiento térmico en atmósfera controlable para reemplazar el gas propano original o la mezcla de decabutano-propano para la carburación no sólo puede ahorrar el costo del consumo de gas crudo para las empresas, sino también aliviar el problema energético cada vez más grave en la actualidad.
La investigación sobre el uso del gas natural como agente carburante para el tratamiento de carburación en China comenzó en la década de 1980.
Después de más de 30 años de desarrollo, la tecnología de procesos y control de atmósfera relevante está básicamente madura.
Pero en la actualidad, el campo de aplicación común es principalmente el tratamiento de carburación de productos de engranajes.
Aunque algunas empresas han comenzado a utilizar gas natural como agente carburante para productos de rodamientos, esta tecnología no se ha popularizado en la industria.
Nuestra estación de propano fue construida en los años 1980.
Hay dos tanques de almacenamiento de propano de 43 m 3 y un tanque de líquidos residuales de 10 m 3 , una sala de compresores, dos dispositivos de gasificación, dos juegos de dispositivos de alivio de presión, alrededor de 2.000 m (DN125) de red eléctrica de aire enterrado libre y ocho cámaras de alivio de presión de propano.
El consumo total de gas es de 11,5~24,5t/mes.
En los últimos años, la red de ductos presenta fugas frecuentes debido a la corrosión durante la operación, generando potenciales riesgos de seguridad para la empresa.
Al mismo tiempo, con el desarrollo y la demanda de la producción de la empresa y el desarrollo comercial de los terrenos circundantes, es urgente resolver el problema de la sustitución del gas de tratamiento térmico.
Preparación de atmósfera controlable por gas natural en lugar de gas propano.
1. Comparación de ecuaciones de reacción química de dos gases de alimentación.
El principio del proceso de tratamiento térmico de cementación del gas natural es similar al del gas propano.
La principal ecuación de reacción para preparar una atmósfera endotérmica con gas natural es:
CH4 +2,38aire→CO+ 2H2 + 1,88N2 (1)
En la fórmula, NiO 2 es el catalizador, CH 4 es el gas enriquecido y la temperatura de reacción es ≥ 1000 ℃.
De la fórmula anterior se puede ver que la proporción entre gas natural carburado y aire es 1:2,38, mientras que la situación real es generalmente 1:2,5, o incluso más, porque el gas natural contiene no sólo metano, sino también propano y otros compuestos. con mayor contenido de carbono e impurezas nocivas.
La referencia de preparación de la atmósfera RX se muestra en la Tabla 1.
Además, el mecanismo de carburación del gas natural es CH 4 →C de Ads + H 2 C de carbón activado de Ads .
La principal ecuación de reacción para preparar una atmósfera endotérmica con gas propano es:
C3H8 + 7,14ar →3CO+ 4H2 + 5,64N2 (2)
En la fórmula, NiO 2 es el catalizador, C 3 H 8 es el gas enriquecido y la temperatura de reacción es ≥ 1000 ℃.
Para lograr un mayor potencial de carbono en el horno de carburación, el gas de alimentación (alcanos gaseosos como propano o metano) se añade al horno como gas enriquecido.
Cuando se agrega propano a la atmósfera endotérmica controlada para su enriquecimiento, el propano reaccionará inmediatamente a la temperatura de trabajo del horno de tratamiento térmico (800~950 ℃):
C3H8 → 2 (C)+ CH4 + 2H2 (3)
CO 2 H 2 O, CO y H 2 en una atmósfera endotérmica reaccionan con el gas agua:
CO + H 2 O = CO 2 + H 2 (4)
Durante la carburación, se consumen CO y H2 y se generan CO2 y H2O .
CO+H 2 =(C)+H 2 Ó (5)
2CO=(C)+CO 2 (6)
La adición de gas rico (CH 4 ) a su vez consumirá CO 2 y H 2 O, complementará el CO y el H 2 y promoverá la reacción de carburación.
La fórmula de la reacción es:
CH4 + CO2 =2CO+ H2 (7)
CH4 + H2O =CO+ 3H2 (8)
Agregue gas rico ( C3H8 ), el propano finalmente formará metano a alta temperatura y luego participará en la reacción de carburación.
La fórmula de la reacción es:
C3H8 = 2 (C)+ 2H2 + CH4 (9)
C3H8 = (C)+ 2CH4 (10)
2. Comparación de productos de dos gases.
Se puede ver en la Tabla 2 que, en comparación con el gas propano, el gas natural y el gas propano tienen el mismo principio de reacción y la composición de la atmósfera producida no es muy diferente, excepto que la proporción de aire introducido es diferente.
Por tanto, tras el cambio a gas natural, la carga de trabajo de transformación de equipos y ajuste de procesos es menor, lo que contribuye a mejorar la calidad del producto y acortar el ciclo de producción.
Los resultados muestran que cuando se utiliza gas natural como gas de alimentación, la eficiencia térmica mejora significativamente, del 45%~68% al 54%~89%.
Por lo tanto, se decide utilizar gas natural en sustitución del gas propano licuado como atmósfera endotérmica en la producción de tratamientos térmicos.
La Tabla 2 muestra el consumo de fuente de gas requerido para diferentes producciones de gas.
Tabla 1 Datos de referencia de preparación de la atmósfera RX
| Producción de gas/m 3 . hora -1 | 25 | 32 | 37 | 42 | 56 | 61 | 66 |
| Gas natural/m 3 . hora -1 | 5.0 | 6.5 | 7.5 | 8.5 | 11.5 | 12.5 | 13.5 |
| Aire/ m3 . hora -1 | 12 | dieciséis | 18 | 2.1 | 28 | 30 | 33 |
Comentarios:
- Temperatura de producción de gas: 1000~1040 ℃;
- Gas natural: aire=1: 2,4;
- Punto de rocío: – 2~5 ℃.
Tabla 2 Composición del gas endotérmico preparado a partir de diferentes gases de alimentación (fracción en volumen) (%)
| tipo de atmósfera | CO2 | CO | H2 | CH4 | H2O | norte 2 |
| gas natural | 0.3 | 20.7 | 38,7 | 0,4 | 0,6 | 39,8 |
| propano | 0.3 | 23 | 32 | 0,4 | 0,6 | 39,8 |
Tratamiento térmico de piezas con cementación de gas natural.
El gas natural se utiliza para el tratamiento térmico de cementación.
El ciclo de alimentación del horno de carburación continua de gas es de 46 minutos y el material es G20CrNi 2 MoA.
El proceso se muestra en la Tabla 3. Los resultados de la inspección de muestras físicas de piezas carburadas (muestras cortadas de puntas) se muestran en la Tabla 4.
Puede verse en la Tabla 4 que todos los indicadores de gas natural después de la carburación cumplen con los requisitos técnicos.
Tabla 3 Parámetros del proceso de carburación
| Zonas de carburación | Zona de calentamiento | Zona de fuerte permeabilidad 1 | Zona de fuerte permeabilidad 1 | Zona de difusión | Zona de enfriamiento |
| Temperatura/℃ | 920 | 930 | 930 | 925 | 880 |
| Potencial de carbono (%) | – | 1.3 | 1.3 | 1.2 | 0,90 |
Tabla 4 Datos de inspección de muestras físicas
| Numero de serie | Profundidad de capa endurecida/mm | Contenido de carbono superficial (%) | Carburo grueso en superficie/grado | Grado de carburo/red de superficie | Profundidad de la capa de descarburación/mm |
| 1 | 2.4 | 0,85 | 1 | 1 | 0 |
| dos | 2.4 | 0,85 | 1 | 1 | 0 |
| 3 | 2.3 | 0,8 | 1 | 1 | 0 |
| 4 | 2.4 | 0,85 | 1 | 1 | 0 |
| 5 | 2.5 | 0,85 | 1 | 1 | 0 |
| 6 | 2.4 | 0,85 | 1 | 1 | 0 |
| 7 | 2.4 | 0,85 | 1 | 1 | 0 |
| 8 | 2.5 | 0,85 | 1 | 1 | 0 |
| 9 | 2.3 | 0,8 | 1 | 1 | 0 |
| Requerimiento técnico | 2.3~2.9 | 0,80~1,05 | 1~2 | 1~3 | ≤0,06 |
Comparación de conservación de energía y reducción de emisiones entre propano y gas natural
1. Efecto de ahorro de energía
El precio del gas propano es de unos 4.000 yuanes/t (suministrado por ENN Gas), y la tasa de gasificación es de unos 550 Nm 3 /t, equivalente a 7,27/Nm 3 .
Se espera que el precio del gas natural sea de 2,88 yuanes/Nm 3 y el precio convertido a propano según la tasa de reposición sea de 6,05 yuanes/Nm 3 .
El consumo anual de propano de nuestra empresa es de 220 toneladas y el costo es 220 × 550 × 7,27 = 879.670 yuanes.
Si el gas propano se reemplaza por gas natural, el consumo anual de gas natural será 220 × 550 × 2,1 = 254100 Nm 3 cuesta 254.100 × 2,88 = 731.808 yuanes, y el costo anual del gas ahorrado es 879.670-731.808 ≈ 148.000 yuanes.
Y con la presión constante sobre los recursos petroleros, el precio tiene una tendencia alcista continua.
Por lo tanto, desde la perspectiva de la composición del consumo de gas de alimentación, el uso de gas natural como fuente de gas para la preparación de gas de carburación controlable puede reducir en gran medida el costo del consumo de gas de alimentación.
2. Reducción de emisiones y efecto de seguridad
La combustión de gas propano emite 3,1 kg de dióxido de carbono por kilogramo y la combustión de gas natural emite 2,3 kg de dióxido de carbono por kilogramo.
El uso de gas natural para el tratamiento térmico de cementación reduce las emisiones de dióxido de carbono en aproximadamente un 25% en comparación con el gas propano.
Además, en caso de una fuga, el gas natural no se acumulará en el suelo cuando flote hacia el cielo, lo que es poco probable que cause posibles riesgos de seguridad.
El límite de explosión del gas natural es mayor que el del gas propano.
Conclusión
El gas natural se utiliza para reemplazar el gas propano original en la industria de tratamiento térmico en atmósfera controlable para la cementación.
Su trabajo en la transformación de equipos y puesta en marcha de procesos es pequeño, lo que no sólo ahorra el costo del consumo de gas crudo de la empresa, sino que también alivia el problema energético cada vez más grave de la actualidad.
Al mismo tiempo, puede reducir los costos humanos y materiales para la protección de la seguridad, ahorrar terreno planificado y mejorar la construcción de civilización de la empresa en las áreas circundantes.
