Spôsob a zariadenie na aktiváciu atmosféry v peci

Číslo patentu: E 17599

Dátum: 09.05.2008

Autori: Ellsworth Knorr Robert, Zurecki Zbigniew, Green John Lewis

Je ešte 22 strany.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

SPÓSOB A ZARIADENIE NA AKTIVÁCIU ATMOSFÉRY V PECI0001 KRÍŽOVÝ ODKAZ NA SÚVISIACU(E) PRlHLÁŠKU(Y)0002 Táto prihláška si nárokuje výhodu zUS predbežnej patentovej prihlášky č. 60/928,385 podanej 9. mája 2007.0004 Predložený vynález sa týka tepelných spracovaní kovových alebo cermetových materiálov apracovných dielcov pri zvýšenej teplote v peciach alebo reaktoroch za použitia reaktívnych atmosfér. Atmosféry a spracovania v rozsahu tohto vynálezu zahmujú karburizáciu, nitridáciu, karbonitridáciu, nitrokarburizáciu, boronizáciu, lesklé žíhanie alebo redukciu oxidov, redukciu atmosfćr na mosadzenie, spájkovanie a spekanie,atmosfćr s uhlíkovým potenciálom na neutrálne tepelne spracovanie zliatin s fázovou premenou, solutionizáciu, zrenie, sféroidizáciu, kalenie, uvoľňovanie pnutia,normalizovaníe, inertné žíhanie a podobne. Zložky týchto atmosfćr môžu zahrnovať dusík(N 2), vodík (H 2), uhľovodíkove plyny (HC), ako sú napríklad metán (CH 4), acetylćn(C 2 H 2), etylén (C 2 H 4), propán (C 3 H 8) a mnoho ďalších uhľovodíkov s vyššou molekulovou hmotnosťou, amoniak (NH 3), odparovane alkoholy, ako sú napriklad metanol (CH 3 OH) alebo etanol (C 2 H 50 l-I), oxid uhoľnatý (CO), oxid uhličitý (C 02),vodnú paru (H 20) a vzácne plyny, ako sú napríklad argón (Ar) a hćlium (He). Ďalšie zložky atmosféry môžu zahmovať vedľajšie reakčné produkty a plyny vyvíjajúce sa z náplne pece alebo stien a/alebo vyhrievacich zložiek, ako aj plyny vnikajúce do pece zvonku, napr. vzduch. Atmosférické plyny sa dajú do pece zavádzať vo forme zmesí,predzmiešane proti prúdu pece V systéme kontroly prietoku plynov, alebo sa môžu zmiešať vo vnútri pece. Ďalšie možnosti dodávania atmosférických plynov môžu zahrnovať prúdy produkovane endotermickými a exotermickými generátorrni, napr. endotermická zmes s 20 CO, 40 H 2 a 40 N 2 (ak nie je uvedené inak, všetky percentá uvedene v tejto prihláške je potrebne chápať ako objemové), vytvorená premenou CH 4 so vzduchom,disociovaným NH 3 alebo vstrekovanými a odparovanými tekutinami, napr. CH 3 OH. 0005 Pri riadení procesov s použitím atmosfěr na tepelné spracovania pomocou zvýšenej teploty sa vyskytujú tri bežné problémy (l) pomale kineticke reakcie alebo stabilita vstrekovaného plynu, (2) stav povrchu materiálu pracovného dielca vloženého do pece, a(3) vnikanie vzduchu z prostredia. Napríklad CH 4 vstrekovaný do pece na karburizáciumôže pomaly reagovať s nežiaducim kyslíkom (O 2) alebo C 02 a odstraňovať ho a/alebo môže posunúť tennodynamický potenciál atmosféry pece a/alebo môže disociovať a reagovať len minimálne, ak je teplota v peci veľmi vysoká avšak pri vysokej teplote vzniká nebezpečenstvo poškodenia vloženého kovového materiálu alebo pracovného dielca. K podobným situáciám vo väčšej či menšej miere dochádza pri H 2, NH 3 a ďalších uhľovodíkoch. Okrem toho sa môže materiál alebo pracovný povrch vložený do pece pokryť hrubým povlakom oxidu, hrdze alebo olejových rezíduí na báze vody a reaktivita pôvodnej atmosféry sa môže stať nedostatočnou na to, aby sa tento povlak odstránil v požadovanej dobe spracovania a teplotnom rozsahu. Anapokon vnikanie vzduchu a ďalších zdrojov kontaminácie obsahujúcich O 2 do pece môže vyžadovať pridávanie redukčných aniekedy aj karburizačných plynov do atmosféry, a to aj v prípade, keď je najžiaducejšia atmosféra inertným prostredím pre dielce na špecifické procesy tepelnej transformácie, to znamená takým, ktoré neobsahuje redukčné a/alebo karburizačné plyny. Tieto in-situ getračné techniky sú obmedzené mnohými procesnými podmienkami. Napríklad množstvo H 2 pridané do N 2 atmosféry na opätovné liatie spájok na dosky plošných spojov musí byť nižšie ako 5 z dôvodu bezpečnosti, t. j. eliminácie rizika výbuchu v otvorenej alebo polootvorenej lejacej peci, a teplota sa musí udržiavať na nízkej hodnote, obvykle pod 250 °C, aby sa zabránilo poškodeniu dosky a zložiek. Pri týchto nízkych teplotách akoncentráciách sú getrácia avplyv H 2 na odstraňovanie oxidov minimálne vzhľadom na pomalú kinetiku redukcie. Podobné obmedzenia existujú aj pri karburizácii oceľových dielcov so zemným plynom, V neprítomnosti endotermických atmosfér obsahujúcich CO. Napríklad CH 4 disociuje tepelne a reaguje s oceľovou plochou pri vysokých rýchlostiach potrebných na priemyselné využitie len pri teplote nad 1000 °C,ale mnohé zo spracovávaných oceli sa pri takýchto vysokých teplotách vyznačujú nežiaducou tvorbou zmitosti.0006 Na riešenie opísaných problémov sa použilo množstvo spôsobov. Na tepelné spracovanie sa používajú vákuové pece na zabránenie vnikaniu vzduchu z prostredia a na odparenie kondenzátov nečistôt zvložených materiálov alebo dielcov. Všetky systémy vákuových pecí sú bohužiaľ drahé, ato z hľadiska nákladov aj prevádzky. Okrem toho použitie vákuovej pece nerieši problém stability plynu. V prípade karburizácie sa teda musia používať drahšie a menej stabilné uhľovodíky (HC), napr. C 2 H 2, a použitie najlacnejšieho CH 4 je veľmi obmedzené. Aby sa vyriešili problémy stability plynu a povrchových povlakov pokrývajúcich vložené pracovné dielce, vyvinuli sa vákuové pecesiónovou plazmou, ale náklady na tieto systémy, problémy so spracovaním dielcov.3 zložitých tvarov a ťažkosti s regulovaním teploty obmedzujú použitie systémov s iónovou plazmou. Ďalšou komplikáciou týchto a podobných metód elektrického výboja, napr. výboja iskry, priameho oblúka alebo plazmového preneseného oblúka, je podmienka, že pracovný dielec (ktorý sa má spracovať) musí byť jednou z elektród uzatvárajúcich obvod elektrického výboja. Pec alebo reakčná nádoba sa stáva komplikovanejšia a v pripade zložitých alebo elektronických pracovných dielcov môže dôjsť k poškodeniu pracovného dielca prúdom. Skúmall sa aj tepelné plazmové systémy s preneseným oblúkom schopné pracovat pri atmosférickom tlaku, keďže vstrekovače aktivačných plynov nemusia uzatvárať elektrický obvod cez pracovné dielce. Avšak vysoké hodnoty teplôt aprúdu,potrebne V týchto systémoch, skracujú životnost elektród na 100 hodín alebo menej a spôsobujú znečistenie pece. Najnovšia generácia systémov mikrovlnných pecí eliminuje potrebu vákua alebo nízkotlakových komôr a častých výmen elektród pri súčasnej aktivácii povrchu vložených materiálov alebo pracovných dielcov. Avšak systémy mikrovlnných pecí sú v priemyselnom meradle príliš zložité, drahe a nie sú také flexibilné pre rôzne kovové materiály a tvary pracovných dielcov ako tradičné, tepelne vyhrievané pece.0007 Dríssen a kol. (US patent č. 5,717,186) navrhujú ďalšie opatrenia na kontrolovanie toku jednosmemého prúdu cez pracovný dielec v iónovej vákuovej peci na tepelné spracovanie. Law a kol. (US patent č. 5,059,757) vynašli spôsob obmedzenia usadzovania sadzí v rovnakom type pece. Orita (US patent č. 5,605,580) použil viacstupňový postup tepelného spracovania na minimalizáciu efektu nejednotnej karburizácie okrajov, ktorý je oveľa závažnejší vo vákuovej plazmových systémoch než pri bežnej plynovej karburizácii. Georges (US patent č. 5,989,363) preukázal potrebu tienenia žiarenia pri vákuovej plazmovej nitridácií po výboji. Giacobbe (Európsky patent č. 0324294 Al) opísal spracovanie povrchu pracovného dielca prostredníctvom vytvrdenia s použitím vodou chladeného tepelného plazmového horáka. He a Paganessi (PCT zverejnenie č. WO 2005/009932 Al) tiež použili vysokovýkonný (50-500 kW) plazmový reaktor na výrobu plynov potrebných na spracovávanie, ktoré sa následne vstrekli do vákuovej pece. Czemichowski (US patent č. 6,007,742) opisuje sériu experimentálnych metód GlidArc plazmy pri normálnom atmosférickom tlaku na premenu zemného plynu a ďalších uhľovodíkov. Existujú stovky výskumných prác týkajúcich sa používania viac či menej komplikovaných, obvykle nízkotlakových laboratómych plazmových systémov na spracovanie kovov pôsobením tepla, ako aj modifikácie zloženia prúdu plynu. Avšak veľká časť odbomíkov V odvetví tepelného spracovania kovov a prevádzkovateľov tepelnýchprocesov stále hľadá lepší systém reaktívnej atmosféry, ktorý by mohol zvýšiť kinetikureakcií V plynnej fáze a na pracovných povrchoch, aktorý by súčasne mohol doplniť existujúce pece a reaktory s normálnym alebo zníženým tlakom a nevyžadoval by vysoké investície alebo náklady na prevádzku a údržbu.0009 Nasledujúci podrobný opis výhodných uskutočnení vynálezu bude možné lepšie pochopiť za použitia pripojených obrázkov. Na účely ilustrácie vynálezu tieto obrázky znázorňujú uskutočnenia, ktoré sú práve výhodné. Rozumie sa však, že vynález nie je obmedzený len na presné usporiadania a prostriedky znázomené na obrázkoch0010 Obrázok 1 je schematickým rezom pece na tepelné spracovanie vrátane vstrekovača aktivovaného plynu v súlade s predloženým vynálezom0011 Obrázok ZA je čelným pohľadom na alternatívny príklad vstrekovača aktivovaného plynu s otvoreným výstupnom0012 Obrázok 2 B je rez vedený pozdĺž línie 2 B-2 B z Obrázka 2 A0013 Obrázok 2 C je čelným pohľadom na ďalší altematívny príklad vstrekovača aktivovaného plynu, ktorý je podobný vstrekovaču aktivovaného plynu znázornenćmu na Obrázku 2 A, ale zahmuje niekoľko prívodných potrubí0014 Obrázok 3 A je rezom ďalšieho altemativneho príkladu vstrekovača aktivovaného plynu, ktorý je podobný vstrekovaču aktivovaného plynu znázornenému na Obrázku 2 A,ale zahmuje obmedzenej ší výstup0015 Obrázok 3 B je rezom ďalšieho alternatívneho príkladu vstrekovača aktivovaného plynu, ktorý je podobný vstrekovaču aktivovaného plynu znázornenému na Obrázku 3 A,ale zahmuje expanzné potrubie na výstupnom konci0016 Obrázok 3 C je rezom ďalšieho altematívneho príkladu vstrekovača aktivovaného plynu, ktorý zahmuje prívodné inline potrubie a šikmé zárezy na kryte vstrekovača0017 Obrázok 4 je stlpcovým grafom znázorňujúcim účinky aktivácie NH 3 a CH 4 atmosféry pri rôznych teplotách a za použitia rôznych spôsobov aktivácie, vrátane tepelnej aktivácie, DC-plazmy a AC-iskry0018 Obrázok 5 je grafom znázorňujúcim prevádzkové koncentrácie NH 3 a H 2 v aktivovaných atmosfćrach pece pri použití tepelnej aktivácie, DC-plazmy a AC-iskry 0019 Obrázok 6 je stlpcovým grafom znázorňujúcim účinky aktivácie atmosféry C 2 H 4 kontaminovanej O 2 za použitia rôznych spôsobov aktivácie, vrátane tepelnej aktivácie,DC-plazmy a AC-iskry0020 Obrázok 7 je grafom znázorňujúcim mikro-tvrdosti aktivovaných karburízačnýchtestov AlSl-SAE 1010 oceľových dielcov za použitia DC-plazmy (buď s Ar alebo N 2 ako

MPK / Značky

MPK: H05H 1/48, H05B 7/18

Značky: aktiváciu, spôsob, zariadenie, atmosféry

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/31-e17599-sposob-a-zariadenie-na-aktivaciu-atmosfery-v-peci.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob a zariadenie na aktiváciu atmosféry v peci</a>

Podobne patenty