Ecotehnologii de Tratament Termic

8/3/2019 Ecotehnologii de Tratament Termic

1/84

Curs 1 Ecoteh TT

I. Msuri de prevenire a polurii mediului i securitii personalului laoperaiile de producere i utilizare a mediilor gazoase (atmosferelor controlate) latratamentele termice i termochimice (prevenirea situaiilor n care pot apreapericole de poluare, explozie, intoxicare)

1.1. Generaliti

In practica tratamentelor termice, mediile de nclzire gazoase au o pon dere

nsemnat. Folosirea fr pericol a mediilor gazoase este legat de res pectarea

aplicrii anumitor msuri, pentru a cror nelegere este necesar s se explice

pericolele posibile la utilizarea gazelor.

La gazele combustibile pericolul principal const n posibilitatea explo ziei

care exist pentru o anumit proporie de gaz combustibil i aer, ct i o

anumit temperatur sau o surs de aprindere.Arderea gazelor depinde de limita de inflamabilitate a amestecului com bustibil

gaz-aer. Dac un amestec de gaz-aer inflamabil este ncalzit n ntre gime sau

parial la temperatura de aprindere, atunci arderea poate fi diferit n funcie de

condiiile de curgere sau de spaiu.

De exemplu, amestecul poate s fie ars sub control la gura arztorului,

presupunnd c viteza de ieire este mai mare dect viteza de aprindere (n caz

contrar, sunt provocate retururile de flacr). Dac acelai amestec umple un spaiu

mai mare i se afla n repaus sau ntr-o micare redus, aprinderea provoac o

ardere brusc, necontrolat, care este legat de creterea apreciabil a presiunii.

Presiunea exploziei poate s ating valori de pn la 7 at. Toate msurile desiguran care se iau mpotriva pericolului de explozie sunt de a se nltura

condiiile care pot provoca o explozie. Aceasta nseamn inl turarea formrii

amestecului, eliminarea surselor de aprindere i arderea con trolat la arztoare.

Gazele combustibile sau gazele obinute n urma arderii conin elemente toxice

care reprezint n anumite cazuri un adevrat pericol.

Valorile maxime admisibile ale unor componente gazoase toxice sunt: CO

(0,02... 0,03%), NH 3 (0,02%), H 2S (0,01%), CH 4 (0,02%).

Cel mai periculos este monoxidul de carbon, deoarece nu are miros si este foartetoxic. De aceea, este necesar echiparea posturilor de lucru cu ventilatoarecorespunztoare, iar punctele de evacuare trebuie s fie dotate cu flacr de veghe

care s produc arderea excesului de gaze combustibile.

Din punctul de vedere al tehnicii securitii muncii, nclzirea cu curent electric

prezint numeroase avantaje n comparaie cu ncalzirea cu combustibil. Dintre

acestea se remarc: lipsa unor degajri dunatoare (fum, vapori), etanarea bun a

cuptoarelor (pierderi de cldur mici), controlul, reglarea i automatizarea

1


2/84

procesului de nclzire, exploatarea sigur a cuptoa relor i mbuntirea condiiilor

de munc.

Msurile privind securitatea personalului si protecia mediului vizeaz n

ansamblu evitarea a dou situaii n care pot aprea pericole de explozie sau deintoxicare: formarea n spaiul de lucru al cuptorului sau instalaiei de tratament termic a unuiamestec explozibil de aer i atmosfer controlat (tabelul 1) ; ,,scpri" de atmosfer controlat n spaiul atelierului n care concentraiile gazelorexplozibile sau toxice pot atinge valori la care pot aprea pericolul de explozie sau i deintoxicare.

In mod corespunztor acestor situaii periculoase, protecia mediului vizeazdou grupe de msuri privind:

nlocuirea aerului sau a unei anumite atmosfere controlate din spaiul de lucru alcuptorului sau atmosferei controlate cu o alta corespunztoare unei noi etape atratamentului termic sau evitrii pericolului de explozie ; etanarea spaiilor de lucru ale cuptoarelor i instalaiilor de tratament termic nvederea izolrii acestora de aerul atmosferic sau de restul spaiului cuptorului iinstalaiei n care se afl aer sau produsele de combustie pentru ncalzire.

Tabelul 1Temperaturile de aprindere i limitele de aprindere ale gazelor combustibileGazul

Formulachim

ic

Temperaturade

autoaprinde

ren

erul

Vitezamaxi

made

icm/s

Proportia (%)gazului Inamestec

Raportul aer :

gaz

Coeficientul

de con-sum

Raportulaer:

gaz

Vitezamaximade

Limita

depropa-

Limitade

made

ea

Limitade

su

in

su

in

su

in

Metan C 680- 3 1 1 5 8 5 1 0 0 1 9

Propa C 510-580

82

4,

9,

2,

20

9,

40

0,

0,

1,

23

Butan C 475- 8 3 8 1 2 1 5 0 0 1 3

Oxid

de

C

O

600-

658

4

1

5

3

7

4

1

2

0

,

0

,

7

,

0

,

0

,

3

,

2

,Hidroen

H 530-590

26

42

74

4,

1,

0,

24

0,

0,

10

2,

Amon N 650- -

Benze C 720- 3 3 6 1 3 1 7 7 0 1 3

2


3/84


4/84

Dup cum rezult din aceast figur, pe msur ce crete proporia de CO si H2 dinatmosfera controlat, scade cantitatea [m3/m3 volum al cuptorului] la care oxigenul dinspaiul cuptorului este consumat, ncepnd umplerea acestui spaiu cu atmosfera

controlat. Datorit faptului c prin aplicarea acestui procedeu nu este necesarproducerea i folosirea unei atmosfere controlate fr CO si H2 pentru splare, aceastmetod prezint un important avantaj economic. Aplicarea ei nu este posibil ncuptoarele n al cror spaiu de lucru sunt i zone reci, cu temperatura mai joas de750C.Inlocuirea prin splare (schema din fig. 2) are la baz diluarea continu acomponentelor unui amestec gazos existent in spaiul cuptorului prin amestecareacontinu cu altul format din componente care nu reacioneaza exoterm (cu ardere) cucomponentele celui dinti.

Inlocuirea prin evacuare si agitare.Evacuarea trebuie fcut pn la un vid de 95%, corespunznd unei presiuni la pomparede 36 torr, pentru a se asigura o concentraie a O2 de maximum 1 %. Pentru recoaceri laalb (neoxidante) vidul realizat naintea introducerii atmosferei controlate trebuie s fiemai avansat dect 10-2 torr. Altfel, este necesar s se fac o splare sau s se repetevidarea.

1.3. Caracterizarea tipurilor de cuptoare si utilaje de tratament termic in

privinta securitii personalului i proteciei mediului la utilizarea atmosferelorcontrolate

Pe lng condiiile de a asigura parametrii termici, chimici si temporali aioperaiei procesului tehnologic, cuptoarele si instalaiile de tratament termic natmosfere controlate mai trebuie s ndeplineasc, prin caracteristicile lor constructivei funcionale, nc o condiie care este esenial n alegerea lor i anume cea impus desecuritatea personalului i protecia mediului.

Sunt prezentate principiile care stau la baza stabilirii instruciunilor tehnologicede lucru la cuptoarele de tratament termic n atmosfere controlate. Pornind de la premiza c problemele privind protecia mediului se abordeaz de la nceput nansamblul problemelor privind calculul i proiectarea procesului tehnologic i utilajuluispecific, aceste principii sunt prezentate pe grupe de cuptoare, distincte att din punctulde vedere constructiv funcional si al destinaiei ct i din acela al securitiipersonalului i protectiei muncii.

4


5/84

Grupa 1 cuprinde cuptoarele care constau dintr-un singur spaiu de lucru, care ntimpul funcionrii se gaseste la o temperatur mai nalt de 750C. In aceasta grupintr cuptoarele continui tip tunel, cu vatra format din role, plase, benzi, plci etc.destinate executrii n atmosfera controlat numai a operaiei de nclzire, cu sau frmodificare a compoziiei chimice n straturile superficiale ale produselor, rcirea

fcndu-se n aer sau n bazine cu ap, ulei sau topituri.Inlocuirea aerului se face prin metoda arderii. Operatia de nlocuire trebuie

nceput cnd temperatura cuptorului a atins 750C, cnd este posibil aprinderea iarderea continu a gazelor de protecie.

Aplicarea metodei de nlocuire a aerului prin splare cu un gaz inert,neexplozibil si netoxic, este indicat atunci cnd este necesar formarea ntr-un timprelativ scurt a atmosferei de tratament termic n cuptoare fr mufl, cu zidrie nou, ncare caz formarea componentelor H2O si CO2 prin arderea oxigenului din aer de ctreCO sau H2 din amestecul gazos folosit pentru ardere ar putea fi dunatoare zidriei sau

tuburilor radiante.In timpul funcionrii nu sunt necesare msuri speciale pentru prevenireaexploziei deoarece temperatura fiind mai mare de 750C, chiar n cazul ntreruperiiaccidentale a alimentrii cu atmosfera controlat, s-ar produce arderea ntregii cantitide componente CO si H2, atmosfera devenind oxidant pentru ncrctura metalic darnu explozibil.

La terminarea operaiilor de nclzire sub atmosfera controlat coninnd CO siH2 n concentraii mai mari dect limita pericolului de explozie, ntreruperea alimentriicu aceast atmosfer controlat nu creeaz pericolul de explozie, deci nu sunt necesaremsuri speciale. In cazul cnd formarea unei atmosfere oxidante coninnd CO 2 si H2O

este duntoare zidriei sau tuburilor de radiaie este indicat nlocuirea atmosfereineoxidante si nedecarburante, care conine CO si H2, prin splare cu atmosfer inert pebaz de N2, dup care se poate face alimentarea cu alte atmosfere, corespunztoare unuialt tratament termic sau rcirea n condiii n care zidria i tuburile radiante i altecomponente metalice din spaiul de lucru n-au fost influenate negativ.

Atmosfera controlat din cuptor care scap n spaiul exterior prin uile dencrcare sau descrcare arde n contact cu aerul atmosferic fr explozie,componentele formate n spaiul atelierului nefiind nici explozibile i nici toxice. Laextremitile cuptorului este indicat s se instaleze flcri de control sau perdele deflcri.

Grupa 2 cuprinde cuptoarele continui n care, sub atmosfer controlat, se executoperaii de nclzire n dou trepte de temperatur, dintre care una peste 750C si altasub 750C. Introducerea ncrcturii se face direct n zona cu temperatura peste 750Ciar din cea de a doua zon rcirea se face direct n aer.

Metoda pentru nlocuirea aerului n vederea introducerii atmosferei controlate sestabilete n funcie de raportul dintre volumele celor dou zone i de tipul atmosferei

5


6/84


7/84


8/84

timpul functionarii, n functie de succesiunea operatiilor, trebuie sa se aiba n vederesuccesiunea obligatorie de mai sus pentru a evita patrunderea atmosferei controlatenearse n spaii reci i aer sau produse de combustie n spaiul de nclzire.

Grupa 4 cuprinde cuptoare tip camer cu vatr orizontal fix sau mobil, peorizontal sau pe vertical (cu elevator) sau cu bolt (capac). La cuptoarele de acest tippot fi aplicate n principiu oricare dintre cele trei metode de nlocuire a atmosferei.

Trebuie inut seama de faptul c metoda prin evacuare si agitare implic oetanare perfect, greu sau imposibil de asigurat.

8


9/84

Curs 2 Ecoteh TT

I. Msuri de prevenire a polurii mediului i securitii personalului laoperaiile de producere i utilizare a mediilor gazoase (atmosferelor controlate) latratamentele termice i termochimice (prevenirea situaiilor n care pot aprea

pericole de poluare, explozie, intoxicare)2. Msuri pentru securitatea personalului i protecia mediului la

nitrurarea ionic

Nitrurarea ionic este un procedeu de saturare superficial a produselor din oelsau font cu azotul furnizat de plasma produs prin descrcarea luminiscent anormaln gaze rarefiate care conin azot (azot molecular, amoniac, hidrogen i gaze rarefiate,cu diferite presiuni pariale ale azotului).

Nitrurarea ionic i respectiv instalatiile de nitrurare ionic prezint o serie de particulariti constructive i funcional - tehnologice care impun respectarea unei

game variate de norme msuri mpotriva polurii i de tehnica securitii muncii. Nivelul de automatizare, consumurile mai reduse de gas, inertia termic redus,numrul relativ mic de componente supuse uzurii etc. fac ca, la o exploatare siintretinere corect, procedeul s fie practic nepoluant iar igiena si condiiile de lucru safie mult ameliorate comparativ cu procedeele clasice de nitrurare.

Prevenirea polurii la nitrurarea ionic este n legtur cu domeniile electric-electronic i al manipularii i utilizrii gazelor sau lichidelor folosite pentru realizareamediului de lucru, respectiv a solvenilor pentru curirea (degresarea) prealabilnitrurrii pieselor. Amplasarea instalaiilor de nitrurare ionic se face n ncperiindustriale, hale etc., lipsite de vibraii la sol i in condiii normale de mediu ambiantadic fr ageni chimici corozivi, vapori sau gaze explozive, praf i pulberi bune

conductoare de electricitate.Amoniacul (NH3) este un gaz incolor, cu miros puternic, neccios i sufocant,masa molecular 170,03, punct de topire -78C, punct de fierbere - 33,35C,temperatura critic 132C (temperatura minim deasupra creia NH3 nu mai poate filichefiat prin comprimare), densitatea in stare de gaz 0,771 g/l, densitatea n starelichid 0,681 g/cm3. Amoniacul lichefiat se obine prin condensarea amoniacului gazos.Amoniacul lichid are o cldur de vaporizare mare, respectiv 327 cal/g, care estepreluat din mediul inconjurator.

In soluii apoase el se prezint ca un lichid incolor, avnd proprietile gazului:causticitate, miros ineptor i sufocant.

Amoniacul lichefiat se livreaz n recipieni de oel, cisterne izolate termic sautuburi.

Amoniacul este otrvitor. O cantitate de 0.5% amoniac n aer (25 mg/cm 3 ) estesuficient pentru ca, dup o edere de 5-10 minute, persoana s se gseasc in pericolde moarte. Amoniacul are o concentraie maxim admisibil de 0,1 mg/m3 (concentraiemedie n 24 ore). De aceea, prin Legea nr.137/1995 privind protecia mediuluinconjurtor este interzis evacuarea in atmosfer a substanelor duntoare sub formde gaze i vapori peste limitele stabilite prin reglementrile in vigoare, in aceste situaiifiind necesare msuri de neutralizare a acestor substane (n cazul amoniacului o masccu sulfat de cupru i cu crbune activ poate asigura o protecie eficace).

9


10/84

Gazul acioneaz iritant asupra ochilor i mucoaselor i ca un toxic general.Globulele sngelui i endoteliul (foia epitelial) care cptuete suprafaa interioar avaselor sanguine sunt profund afectate, materialele grase din organism degenereazputernic, mai ales cele ale ficatului i rinichiului.

Amoniacul in amestec cu aerul formeaz amestecuri explozive, limitele de

explozie fiind de 15-26 % (interval relativ ngust). Aceasta inseamn c un amestec deaer care conine intre 15-26 % NH3 este exploziv la temperatura de 280C.Amoniacul n stare gazoas in cantiti mici nu este vtmtor. Prezena lui se

face repede simit datorit mirosului caracteristic, astfel c orice scurgere de amoniacpoate fi detectat. Determinarea scurgerilor se poate face cu ajutorul bioxidului de sulfsau a unor hrtii sensibile. Limita maxim de amoniac admis in spaiul de lucru este de0,02%. Se va afla la indemna operatorului o masc de gaz pentru a putea fi folosit incazul scurgerilor puternice.

Amoniacul este foarte solubil in ap i de aceea, n cazul scurgerilor in cantitimari, se recomand i folosirea unor instalaii de pulverizare a apei. Intruct NH3 estemai uor ca aerul, la nivelul podelei concentraia este minim.

La disocierea amoniacului rezult cantiti mari de hidrogen, care pune i el probleme de protecie a muncii i mediului, mai ales c limita de explozie estefoarte mare (4-75 %).

Amoniacul pur (uscat) nu corodeaz oelul i fonta i de aceea nu apar problemede coroziune intern la rezervoare i conducte. Amoniacul umed in contact cu aeruleste coroziv i de aceea scurgerile, orict de mici, trebuie prevenite. Toate rezervoarele,conductele i supapele trebuie examinate periodic pentru a observa eventualelecoroziuni exterioare. Se recomand aplicarea de straturi anticorozive la pieseleinstalaiei de amoniac i la sistemul de distribuie.

Tricloretilena este un solvent organic care nu este inflamabil i care are ocapacitate mare de solvatare a grsimilor i uleiurilor de pe suprafaa pieselor ce

urmeaz a fi nitrurate.Principalele caracteristici fizico- chimice ale tricloretilenei sunt urmtoarele:- punct de congelare: - 78C ;- punct de fierbere la p = 760 mm.col.Hg: + 87 C;- peste 120C tricloretilena se descompune cu formare de acid clorhidric, fosgen (gazulse ob ine n prezen a crbunelui activ din monoxid de carbon i clor CO + Cl2 COCl2) etc.;- in prezena aerului i luminii puternice (flacra) tricloretilena se descompune cuformare de fosgen (substan toxic sufocant-vezicant) i acid clorhidric. Concentraiamaxim admisibil de fosgen n atelier este de 0,5 mg/m3 aer, iar cea de tricloretilende 50 mg/m3 aer;

- cldura latent de vaporizare: 57 kcal/kg;- nu este miscibil cu apa (solubilitatea apei n solvent doar de 0,32 % in greutate).Avnd in vedere cele de mai sus, rezult c tricloretilena (ca i o serie de ali

solveni organici) prezint unele particulariti de manipulare, depozitare i utilizare nprocesul tehnologic, a cror cunoatere i respectare este obligatorie pentru intregpersonalul. Solvenii organici, respectiv tricloretilena, sunt solveni volatili duntorisntii chiar n concentraii mici dac sunt inhalai frecvent i pentru o perioad detimp mai ndelungat.

10
http://ro.wikipedia.org/wiki/Monoxid_de_carbonhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Clorhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Clorhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Monoxid_de_carbon


11/84

La concentraii mari se produce efectul de ameeal iar dup o durat mai mare,chiar leinul i amorirea.

Se interzice cu desvrire ca tricloretilena, lichid sau vapori, s vin n contactcu piese incandescente sau cu focuri deschise (chiar i o tigar poate determinaformarea de fosgen).

Pentru evitarea acumulrii de noxe in atelier, instalaia de degresare trebuieechipat cu un sistem de ventilaie eficient care sa aspire vaporii pe toate direciile darin special la nivelul solului (vaporii de tricloretilena sunt de 4-5 ori mai grei dectaerul).

Se interzice contactul tricloretilenei cu aluminiul, magneziul sau aliajele lorprecum i inclzirea necontrolat care poate determina descompunerea cu provocareade incendii sau explozii. Descompunerea tricloretilenei este accelerat de prezena nsoluie a urmelor unui acid (de aceea, n tricloretilen se introduc o serie destabilizatori cu rolul de a fixa acizii i a frna procesul de oxidare).

In cazul in care n ncperea de lucru s-au produs vapori de tricloretilen incantitate mrit, personalul va purta obligatoriu mti filtrante i izolante.

In zona de lucru cu tricloretilen este interzis a se lucra cu foc deschis, arcelectric (sudare), piese incandescente sau a se fuma.Inclzirea bilor de tricloretilena se va face numai dup punerea in funciune a

sistemului de rcire a vaporilor. Piesele se vor scoate din baie numai dup uscareacomplet de tricloretilen.

Se interzice golirea din instalaie a soluiei de tricloretilen nainte de rcireacomplet a acesteia, neutralizarea tricloretilenei cu substane care pot determinaformarea unor produi inflamabili sau detonani (de exemplu, dicloretilena), efectuareade lucrri de ctre un singur operator i lucrul fr echipament de proteciecorespunztor.

Tricloretilena se pstreaz la ntuneric, n recipieni din oel zincat, care nu se

vor expune razelor solare sau surselor de cldur. Dac totui soluia de tricloretilen imrete volumul (fierbe), se adaug puin ap.

II. Medii lichide de nclzire i rcire. Msuri de prevenire a polurii mediului laoperaiile de utilizare a mediilor lichide de nclzire i rcire (bi de topituri desruri, metale topite).

1. Msuri de protecia mediului i a securitaii personalului la operaia denclzire n medii lichide la tratamentele termice i termochimice

Ca medii lichide de incalzire se folosesc metale i sruri topite. Aceste mediisunt mai avantajoase dect cele gazoase deoarece vitezele de ncalzire sunt de 2-4 orimai mari. Mediile metalice sunt folosite numai pentru nclzire local pentru clire irevenire, avnd n vedere capacitatea lor de incalzire. Cnd este necesar s seinclzeasc numai o parte din volumul piesei (in cazurile de clire local, revenire etc.),nclzirea trebuie s se realizeze ntr-un timp ct mai scurt, pentru a mpiedicanclzirea restului piesei la temperaturi superioare celor admisibile. In acest scop, sefolosesc medii care ncalzesc rapid, in primul rand, metalele topite.

11


12/84

Utilizarea mediilor lichide (bi de topituri de sruri i metale) pentru nclzirenecesit cunoaterea i evitarea pericolelor ce pot aprea n utilizarea lor.

Srurile utilizate pentru formarea bilor (NaCl, NaCN, Na2CO3, NaNO2,NaNO4, K2O3 etc.) se pstreaz n ambalaje speciale, ermetic nchise, n magazii uscate,evitndu-se totodata impurificarea lor cu substane strine.

La formarea i remprosptarea bilor se vor utiliza numai sruri uscate;creuzetul bii se va umple cu sruri topite pn la nivelul reprezentnd 3/4 din nlime, pentru a preveni revrsarea i mprocarea topiturii n timpul desfurrii reaciilorchimice.

Srurile topite (folosite mai ales la inclzirea in vederea calirii, clirii locale

si revenirii) reprezint medii la care viteza de inclzire este de c irca dou ori mai

mic dect a metalelor topite.

La inclzirea pieselor in cuptoare electrice sau cu flacr obinuite, pe lngvitezele reduse de inclzire, au loc fenomene mai mult sau mai putin intense de

decarburare i oxidare. De asemenea, in unele cazuri nu se reueste s se evite

oxidarea metalului in timpul transportului de la cuptor spre baia de aliere.

Inclzirea in bi de sruri topite nu prezint aceste dezavantaje. La fel ca lainclzirea in atmosfere neutre, inclzirea in bi de sruri nu produce oxidare i

decarburare. Piesele nu se oxideaz in timpul transportu lui de la baia de sruri labaia de clire deoarece sunt acoperite cu o pe licul subire, protectoare, de sruri.

Pentru tratament termic se folosesc cloruri, carbonai (azotai) ai metalelor

alcaline si alcalino-pmntoase ca bariul, sodiul, potasiul i calciul.In funcie de intervalul temperaturilor de lucru, srurile se mpart n trei

grupe principale:

a) Sruri pentru temperaturi nalte (1000-1300C). Pentru acest inte rval de

temperaturi, folosite de obicei pentru clirea oelurilor rapide, precum i pentruanumite oeluri de matrite, oteluri i aliaje inoxidabile i refr actare, se foloseste

clorura de bariu, uneori cu un adaos de 5-7% acid boric.

Clorura de bariu (BaCl2

)are temperatura de topire 960C, putnd fi utilizat la temperaturile prezentate.

Clorura de bariu topit dizolv oxigen, care poate provoca decarburarea pieselor

de oel care se nclzesc Pentru a preveni decarburarea pieselor, baia sedezoxideaz periodic cu siliciu, la adugarea cruia are loc reacia:

2 BaO + Si 2 Ba + SiO2

SiO2 se separ gravitaional pe fundul bii. Clorura de bariu, ca i celelalte sru rifolosite pentru tratament termic, se dizolv n ap; de aceea peliculele de sruri

rmase pe suprafeele pieselor se indeprteaz uor prin splare cu ap.

b) Sruri pentru temperaturi medii (750-900C). Acest interval de temp eraturicorespunde temperaturilor de inclzire pentru clirea oelu rilor carbon, slab i

mediu aliate. Pentru temperaturi de lucru de 750-8 00C, temperatura de topire a

srurilor trebuie s fie de 650-700C. Aceast condiie nu este satisfacut declorurile pure (temperatura de topire a NaCl este 801C, a KCl este 790C, iar a CaCl 2este 780C).

Trebuie s se tind ca temperatura de lucru s fie pe ct posibil cu 150-200C mai inalt dect temperatura de topire a amestecului de sruri, deoarece o

12


13/84

supranclzire prea mic a srurilor peste temperatura de inclzire nu este

suficient ca fluiditatea amestecului s asigure o vitez rapid de nclzire a

pieselor.

Bile cu compoziia dat pot fi alcatuite din sruri pure (tehnice), ins este

foarte important folosirea unor minerale naturale, cum ar fi carnalit sau

silvinit; ultimul mineral este mai ieftin fiind alctuit din aproxirnativ o parte KCli trei parti NaCl.

Tabel 1. Cele mai utilizate amestecuri de cloruri binare

Compozitia amesteculuide sruri

Temperatura de topirecomplet, C

Intervalul temperaturilorde utilizare, C

78% BaCl2 + 22% NaCl 640 750-90067% BaCl2 + 33% NaCl 670 750-90050% KCl + 50% NaCl 670 750-900

50% NaCl + 50% K2CO3 600 700-82020% KCl + 60% NaCl +

20% Na2CO3

700 770-900

Viteza de inclzire la peste 800C a tuturor srurilor este practic aceeai.Clorurile sunt medii uor decarburante, dar in procesul de exploatare, prin

dizolvarea oxigenului din aer in baia lichid, se formeaz oxizi ai metalelor

alcaline i alcalino-pmntoase; baia devine decarburant. Pentru a evita aciuneadecarburant a bii, se adaug periodic compui carburani cu aciune intens, deobicei ferocianur de potasiu (K4Fe(CN)6).

c) Sruri pentru temperaturi joase (150-600C). Pentru tratamente termice la

temperaturi mai coborate se folosesc bi de saruri de azotai (NaNO 3, KNO 3) i

azotii (NaNO 2, KNO 2) precum i amestecurile lor.Temperaturile de topire ale amestecurilor de sruri din sistemul

NaNO 3-NaNO 2-KNO 2-KNO 3 sunt prezentate in figura 1. Din aceast diagramrezult c amestecurile mai uor fuzibile (temperatura de topire la circa 150C)

sunt KNO 3-NaNO 2 sau NaNO 3-KNO 2, n raport aproximativ de 1:1 (centrul

ptratului). Amestecul de azotai cu temperatura de topire cea mai cobort este

alctuit din KNO 3-NaNO 3 (temperatur de topire de circa 220C), la un raport de1:1.

13


14/84

Fig. 1. Diagramele de echilibru ale sistemului NaNO 3-NaNO 2-KNO 2-KNO 3(seciuni izoterme ale suprafeelor lichidus)

Tabelul 2. Compoziiile, temperaturile de topire i utilizare ale srurilor folosite

uzual in practica industrial

Compoziia srurilor Temperatura de topire,C

Intervalul temperaturilorde utilizare, C

NaNO3 310 400-55050% NaNO3 + 50%KNO3

220 250-500

50% NaNO2 + 50%KNO2

150 180-550

50% CaCl2 +30% BaCl2+20% NaCl

430 500-650

Srurile de azotatinu pot fi folosite la temperaturi mai mari de 550Cntruct se descompun, reacioneaz cu fierul cu degajare mare de cldur, ceea ce

poate duce chiar la explozie. Avnd in vedere c srurile de sodiu sunt mai ieftine

dect cele de potasiu, iar azotaii sunt mai ieftini decat azotiii, trebuie s sefoloseasc NaNO 3 pentru intervalul 400-550C, a mestecul NaNO 3-KNO2 pentru

intervalul 250-400C i amestecul NaNO 3-KNO 2 pentru intervalul 170-250C;pentru intervalul 500-550C trebuie s se foloseasc un amestec ternar de cloruri.

Inclzirea n aceste sruri la temperaturile indicate nu este insoit de

fenomene de oxidare i decarburare, de aceea nu sunt necesare msuri deprevenire a acestora.

2. Utilizarea bilor de azotai la operaia de nclzireIn cazul n care se utilizeaz azotai (nitrai) , trebuie s se in seama de

faptul c nu este permis s se nclzeasc azotaii la o temperatur mai mare de

550C, deoarece peste aceast temperatur ei se descompun (550...600C) i exist

pericolul s reacioneze cu materialul bii (oel sau font) i s provoace o

explozie.

Nitratul de amoniu (sau salpetru de amoniu) este o sare care ia natere dinamoniac i acid azotic. Nitratul de amoniu face parte din ngrmintele naturaleazotate i este parte component a unor explozivi.

La nclzire (T < 300 C) nitratul de amoniu se descompune n ap i oxid de

azot:La nclzire mai intens (T > 300C) se descompune n ap, azot i oxigen:

Ambii atomi de azot au atins pragul de oxidare (0). O astfel de reacie cnd unelement este oxidat de acelai element, explic puterea exploziei prin transformarearapid a nitratului de amoniu din starea de agregare solid direct n cea gazoas ( azot,

14
http://ro.wikipedia.org/wiki/Amoniachttp://ro.wikipedia.org/wiki/Acid_azotichttp://ro.wikipedia.org/wiki/Oxid_de_azothttp://ro.wikipedia.org/wiki/Oxid_de_azothttp://ro.wikipedia.org/wiki/Azothttp://ro.wikipedia.org/wiki/Azothttp://ro.wikipedia.org/wiki/Amoniachttp://ro.wikipedia.org/wiki/Acid_azotichttp://ro.wikipedia.org/wiki/Oxid_de_azothttp://ro.wikipedia.org/wiki/Oxid_de_azothttp://ro.wikipedia.org/wiki/Azothttp://ro.wikipedia.org/wiki/Azot


15/84

oxigen, i vapori de ap). Recuperarea acidului azotic se realizeaz prin reacia cuacidul sulfuric concentrat i distilare:

Nitratul de amoniu ntreine arderea, iar la supranclzire poate exploda (dinaceast cauz este folosit ca ngrmnt numai sub form de amestec cu altesubstane).

Nitratul de potasiu (salpetrul de Chile) este o sare a acidului azotic.Nitratul de potasiu se prezint sub form cristale incolore, care se dizolv cu absorbiede temperatur (reacie endoterm) n ap. Prin nclzire la peste 400C se descompunen nitrit depotasiu i oxigen:

Nitratul de potasiu este mult mai higroscopic ca ceilali nitrai.

Bile de salpetru se folosesc la tratarea termic a aliajelor de aluminiu imagneziu.Alte utilizri: se folosete n procesul de saramurare al produselor alimentare, la

obinerea prafului de puc sau alt produse pirotehnice; este folosit la producereagrenadelor fumigene, la obinerea ngrmintelor chimice. Amestecul de 60% NaNO3+ 40% KNO3 se topete la 222C, este un bun conductor de cldur, fiind folosit lacelulele solare.

Exist numeroase metode de obinere a azotatului de potasiu din alte sruricombinate cu acidul azotic:

Un alt nitrat frecvent folosit n practica tratamentelor termice este nitratuldesodiu NaNO 3.

De exemplu, piesele din oeluri de rulmenti se supun clirii n trepte cu

menineri la 150160C n topituri de sruri cu compoziia: 55% KNO 3, 45%

NaNO3, cu un adaos de 2-3% ap.Alegerea tipurilor de sruri ce urmeaz sa constituie baia de topituri poate fi

fcut dup indicaiile din tabelul 3.

Ptrunderea apei n baia cu azotai provoac explozie; de aceea, trebuie s

se ia toate msurile de precauie, pentru ca umiditatea s nu ptrund n baie (prin

capac, prin scule).

Azotaii proaspei pot fi adugai n baie numai n stare uscat, de asemenea

piesele ce se introduc n baie trebuie s fie uscate. Pentru pstrarea azotailor se

folosesc ambalaje metalice, din cauza pericolului de incendiu. In caz de incendiu,

15
http://ro.wikipedia.org/wiki/Oxigenhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Ap%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Acid_sulfurichttp://ro.wikipedia.org/wiki/Acid_azotichttp://ro.wikipedia.org/wiki/Potasiuhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Oxigenhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Aluminiuhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Magneziuhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Praf_de_pu%C5%9Fc%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Celul%C4%83_solar%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Oxigenhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Ap%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Acid_sulfurichttp://ro.wikipedia.org/wiki/Acid_azotichttp://ro.wikipedia.org/wiki/Potasiuhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Oxigenhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Aluminiuhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Magneziuhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Praf_de_pu%C5%9Fc%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Celul%C4%83_solar%C4%83


16/84

nu este permis stingerea azotailor cu spum sau nisip umed, deoarece provoac

explozie. De aceea, trebuie s se foloseasc numai nisip uscat.

Tabelul 3. Temperaturi de topire i utilizare ale diferitelor tipuri de bi de sruri

Tipul bii Ttopire , [C] Tutilizare, [C]

NaNO2 284 350-600

NaNO3 317 350-600

Amestecuri

de azotai

i azotii

SR 140 140 160 - 500

SR 220 220 300 - 550

Cloruri

simple

NaCl 808 850 - 1100

KCl 725 750 - 1050

Amestecuri

de cloruri

SC 430 430 480 - 750

SC 630 630 700 - 950

SC 960 960 1050 - 1300

Sare neutr

(Carboneutral)

920 1000 - 1300

Plumb 327 1050 - 1300

16


17/84

Curs 3 Ecotehn de TT

II. Medii lichide de nclzire i rcire. Msuri de prevenire a poluriimediului la operaiile de utilizare a mediilor lichide de nclzire i

rcire (bi de topituri de sruri, metale topite).

3. Utilizarea cianurilor la operaia de nclzire

3.1. Generaliti

Cianurile sunt substane chimice care conin cel putin un grup cian (CN), careconst ntr-un atom de carbon n legtur tripl cu unul de azot. Anionul CN- estedeasemenea cunoscut ca ion cianur. Cianurile metalelor alcaline sunt cunoscute ca

fiind otrvuri, n acest scop folosindu-se n principal cianura depotasiu (KCN).Cianura de potasiu are formula chimic KCN, fiind o sare a acidului cianhidric

HCN.

Cianura de potasiu se prezint sub form de cristale incolore cu miros demigdale amare. Cu acizi slabi ca acidul carbonic se elibereaz acidul cianhidric. Dacse afl pentru un timp mai ndelungat n contact cu aerul, formeaz cu bioxidul decarboncarbonat de potasiu.

Obinerea se face din acid cianhidric ihidroxid de potasiu:

Trebuie evitat formarea prafului cu orice pre la manipularea substanei.Personalul trebuie s poarte mti i mnui de protecie, deoarece cianura de potasiu sepoate absorbi i prin piele.

Depozitarea se face n recipiente etichetate, nchise ermetic i n condiii uscatei la temperaturi sczute.

Metoda de depistare a ionilor de cianur (CN) se face cu sulfatul de fiercare se

coloreaz n albastru, prin formarea de albastru de Berlin (Fe7N18C18).Cianura de sodiu este un compus anorganic cu formula NaCN. Aceast sare cu

toxicitate ridicat este utilizat n principal n exploatarea aurului, dar are i alteaplicaii.

Utilizarea topiturilor pe baz de cianuri impune luarea unor msuri de

precauie deosebit, datorit aciunii foarte toxice a acestor sruri.

17
http://ro.wikipedia.org/wiki/Atomhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Carbonhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Leg%C4%83tur%C4%83_chimic%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Leg%C4%83tur%C4%83_chimic%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Azothttp://ro.wikipedia.org/wiki/Ionhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Ionhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Metal_alcalinhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Potasiuhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Acid_cianhidrichttp://ro.wikipedia.org/wiki/Acid_carbonichttp://ro.wikipedia.org/wiki/Bioxid_de_carbonhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Bioxid_de_carbonhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Bioxid_de_carbonhttp://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Carbonat_de_potasiu&action=edit&redlink=1http://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Hidroxid_de_potasiu&action=edit&redlink=1http://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Hidroxid_de_potasiu&action=edit&redlink=1http://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Hidroxid_de_potasiu&action=edit&redlink=1http://ro.wikipedia.org/wiki/Sulfat_de_fierhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Albastru_de_Berlinhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Atomhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Carbonhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Leg%C4%83tur%C4%83_chimic%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Azothttp://ro.wikipedia.org/wiki/Ionhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Metal_alcalinhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Potasiuhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Acid_cianhidrichttp://ro.wikipedia.org/wiki/Acid_carbonichttp://ro.wikipedia.org/wiki/Bioxid_de_carbonhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Bioxid_de_carbonhttp://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Carbonat_de_potasiu&action=edit&redlink=1http://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Hidroxid_de_potasiu&action=edit&redlink=1http://ro.wikipedia.org/wiki/Sulfat_de_fierhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Albastru_de_Berlin


18/84

Trebuie asigurat o ventilaie puternic a locului de munc, piesele

introduse s fie uscate, personalul de deservire trebuie s poarte obligatoriu mnui

si ochelari, ncrcarea srurilor n baie s se fac n cantiti mici, pentru a se evita

revrsarea bii lichide peste creuzet.

Utilizarea cianurilor n tratamente termochimice se face cu preponderen

prin cianizare n mediu lichid.

3.2. Cianizarea in mediu lichid

Tratamentul se execut n bi de sruri, care au n compoziie i cianuri (deexemplu, un amestec des utilizat conine 30% NaCN, 40% Na2CO3 i 30% NaCl, carese topete n jur de 630 C i se utilizeaz n jur de 850 C).

n cazul pieselor executate din oeluri de cementare sau chiar de mbuntire, seaplic cianizarea nalt, n jur de 850 ... 950 C, timpul depinznd de grosimea stratului

cianizat i temperatura aleas.n prezena oxigenului dizolvat n baie au loc o serie de reacii, care, n final,pun n eviden atomii de carbon i azot n stare activ i care difuzeaz apoi n stratulmarginal al piesei4NaCN+3O22Na2CO3+4N + 2C.

Pentru temperaturi ntre 900...950C se folosete un amestec din nou pricloruri (88,8% BaCl2 i 11,2% NaCl) i o parte cianur NaCN.

Deoarece prin utilizarea bilor activitatea lor scade continuu, este necesar s fieremprosptate la intervale de circa 2 ore prin adugarea de 1,5% cianur, iar n rest,pentru meninerea nivelului bii, se adaug amestecul de cloruri.

Dup cianizare ia temperaturi nalte, ntotdeauna piesele se supun clirii, n-tocmai ca i la cementare. Clirea lor se face n ulei sau n ap, n funcie de oel i deforma piesei.

Piesele clite antreneaz i mici cantiti de sare, care ader la suprafaa lor, eleavnd aciune coroziv. Din acest motiv se cere curirea lor, lucru ce se execut nbazine cu ap fierbinte, unde, prin meninerea de cteva ore, sarea se dizolv. Splareafinal se face n ap curgtoare. Dup clire se aplic o revenire joas la 160 . . . 180C, timp de circa 2 ore, pentru reducerea tensiunilor interne i prevenirea apariieifisurilor la rectificare.

In comparaie cu cementarea, cianizarea nalt prezint avantajul c aceeaigrosime a stratului se realizeaz ntr-un timp mai scurt i la temperaturi mai joase i cstratul are caracteristici mecanice mai bune datorit prezenei nitrurilor.

Cianizarea lichid la temperaturi joase se aplic oelurilor de construcie carboni aliate, tot n topituri de sruri, care conin cianuri. Pentru o adncime de strat de 0,1 ...0,2 mm temperatura de nclzire este subcritic, 710 10C, iar durata de nclzire de0,5 ... 2 ore, duritatea obinut atingnd 800 1 000 HV.

18


19/84

Rezultate bune se obin i n cazul cianizrii oelurilor rapide, cnd temperaturabii este 550 ... 560 C.

3.3. Msuri de protecie a mediului i a securitii personalului n cazul

manipulrii cianurilor

In fiecare zi trebuie s se spele dispozitivele i sculele ntr-un bazin cu ap

cald neutralizat apoi cu sulfat feros, pentru a fi curite de srurile lipite de ele.

Depozitarea cianurilor se face n lzi de tabl de otel zincat n interior i

depozitate n magazii speciale, utilate cu sistem de ventilaie.

Dintre msurile ce trebuie respectate de ctre personalul de deservire se

menioneaz urmtoarele: se interzice a se mnca i fuma n sectorul respectiv, se

impune splarea ngrijit a minilor nainte de a mnca i fuma; n cazul n care

lucrtorii au zgrieturi pe mini, rni deschise etc. nainte de nceperea lucrului

trebuie s se adreseze cabinetului medical pentru control i pansament.Dac cei ce lucreaz n sectorul respectiv simt dureri de cap, vjituri n

urechi, sufocare etc. trebuie s se adreseze imediat medicului.Cianurile de sodiu i potasiu se pstreaz i se manipuleaz n condiii

stabilite de legislaia n vigoare, operaiile respective fiind efectuate numai de ctre

persoanele instruite i autorizate n mod special. Depozitarea cianurilor se face n

ncperi separate, sigilate, prevzute cu ventilaie n care nu se mai pstreaza alte

materiale. La exploatarea bilor cu cianuri se vor lua msuri pentru a se mpiedica

inhalarea gazelor degajate de aceste bi, de ctre operator, fapt pentru care se va

lucra numai cu bi ventilate.

Dispozitivele i sculele folosite pentru manipularea cianurilor vor fi splatei neutralizate dup fiecare ntrebuinare i nu se vor folosi n alte scopuri. Ele vor

fi pstrate n ncaperi bine nchise.

In ceea ce privete neutralizarea reziduurilor toxice cu coninut de cianurirezultate din procesele de tratamente termochimice in bi de sruri. , aceasta se poateface prin transformarea cianurilor n cianati prin calcinare oxidativ si descompunereatermic a acestora n carbonati i azot molecular.

Procesul se desfoar in cuptoare cu aer atmosferic, la temperaturi cuprinseintre 700-1000C. Se pot utiliza chiar cuptoarele de tratamente termice ale sectiilorgeneratoare de astfel de reziduuri. Randamentul de neutralizare al cianurilor dinreziduuri este de peste 95%. In condiiile alegerii optime a grosimii stratului de reziduusupus calcinarii, randamentul poate fi considerabil imbunatatit chiar la temperaturi maimici de 1000C.

Avantajele metodei sunt:

neutralizarea cianurilor pn la compui netoxici;

posibilitatea recirculrii in procent de 60% a prii inactive a bii;

investiii reduse;

19


20/84

control simplu al procesului.

4. Utilizarea bilor metalice la operaia de nclzire

Metalul folosit ca mediu de inclzire trebuie s satisfac anumite condiii:

s aib temperatura de topire mai cobort dect temperatura de tratament termici, in stare lichid, s nu dizolve din materialul metalic al pieselor; de asemenea,

s fie cat mai putin toxic in stare lichid.

Pb, Bi, Mg pot fi utilizate ca medii de inclzire in diverse intervale de

temperatur, prezentnd in raport cu fierul o lips total de miscibilitate n faz

lichid i solid.

Dintre metalele uzual intlnite n practica industrial numai Pb, Bi i Mg

formeaz cu Fe un astfel de echilibru, adic prezint temperaturi de topire

suficient de coborte fr a dizolva Fe. Aceste metale pot fi folosite ca medii

de inclzire in cazul tratamentelor termice la temperaturi superioare punctelor

de topire, adica peste 327, 269 i respectiv 657C. Totui, dintre aceste trei

metale, numai plumbul este folosit practic in acest scop; bismutul este prea

scump, iar magneziul p rezinta pericol de explozie.

Plumbul poate servi pentru reveniri locale i pentru clire superficial

local. De obicei, temperatura bii de plumb trebuie s fie cu 50-100C mai

nalt decat temperatura la care se inclzeste efectiv metalul care se trateaz

termic.

Preul de cost ridicat, faptul c plumbul este deficitar i eman vapori

toxici, consumul mare din cauza pierderilor de plumb care ader la pies la

scoaterea din baie fac, ns, ca acest mediu de incalzire s fie din ce in ce maiputin utilizat in practica industrial.

In calitate de mediu metalic de nclzire s-a propus i folosit aluminiul i

aliajele sale; spre deosebire ins de plumb, bismut i magneziu, aluminiul topit

dizolv fierul, fiind necesare unele msuri pentru evitarea acestui fenomen. In

afar de aceasta, se recomand coborrea temperaturii de topire a acestui metal

folosit ca mediu de incalzire.

Prima condiie se satisface prin saturarea topiturii lichide cu achii de fier

(pna la 10% Fe), fapt pentru care dizolvarea pieselor in acest mediu scade de

4-6 ori.

A doua condiie poate fi satisfcut prin inlocuirea aluminiului pur cusilumin (aliaj Al + 12% Si) cu compoziie apropiat de cea eutectic (577C).

Practic, la inclzirea pentru unele tratamente termice (temperatura

topiturii 600-750C) nu sunt necesare msuri de protejare a pieselor contra

dizolvrii; in cazul unor temperaturi mai mari (de exemplu pentru clire 850-

900C), piesele trebuie protejate prin vopsire cu lapte de var sau vopsele refractare.

20


21/84

Durata de inclzire a pieselor in bi metalice la temperaturi de peste 200C

este practic independent de natura metalului folosit ca mediu de incalzire.

La folosirea practic a diferitelor metale drept medii de incalzire lichide,

trebuie sa se aib n vedere ca siluminul este de circa 2,5 ori mai ieftin decat

plumbul si pentru o baie cu acelai volum se foloseste o cantitate de circa 4,5 ori

mai mic de silumin (avand in vedere diferena mare dintre greutile specifice).

Utilizarea bilor cu plumb este justificat tehnologic cnd alte procedee

nu dau rezultate corespunztoare.

In cazul utilizrii acestor bi, trebuie ntocmite instruciuni de lucru

pentru a se evita mbolnvirile de saturnism.

Praful de plumb, care se depune n ncperile de lucru, va fi colectat i

ndeprtat, fr a se mprtia. Se va evita contactul lui cu prile descoperite

ale corpului.

Bile de plumb topit vor fi prevazute n mod obligatoriu cu instalaie de

ventilaie local.In cazul utilizrii plumbului topit, trebuie s se asigure o ventilaie

corespunztoare a bii pentru ndeprtarea vaporilor i a prafului de plumb care

sunt toxici, iar personalul de deservire a bii s poarte echipamentul de protecie

corespunztor muncii.

III. Msuri de protecia mediului i a securitaii personalului laoperaia de rcire la tratamentele termice i termochimice

Operaia de rcire se face n bazine de rcire sau n instalaii de rcire,folosindu- se ca medii de rcire uleiul sau apa.

In cazul rcirii n ulei exist pericolul de aprindere a uleiului. In momentul

introducerii pieselor n bazin, uleiul se nclzete puternic, vaporii ating

temperatura de autoaprindere i pot s se aprind. Pentru a se evita acest lucru sepractic rcirea uleiului cu ap, prin intermediul unor serpentine care se introduc nbazin, sau se prevd capace care se nchid la aprinderea uleiului.

IV. Msuri de protecia mediului i a securitaii personalului pe

parcursul operaiei de curire a pieselor tratate termic

1. Curirea prin decapare

Pentru operaia de curire prin decapare se utilizeaz acid sulfuric i acid

clorhidric. Acizii sulfuric i clorhidric se evapor la temperatura obinuit i foarte intens

la temperaturi mai mari.

21


22/84

Reacia de hidratare a acidului sulfuric este puternic exoterm. Dac se adaugap acidului, acesta poate ncepe s fiarb, stropind persoanele din jur. ntotdeauna seadaug acid n ap iNUinvers.

De notat c aceast problem se datoreaz parial i densitilor relative ale celordou lichide. Apa este mai puin dens dect acidul sulfuric i are tendina s pluteasc

deasupra acidului. Pentru c reacia de hidratare este favorabil termodinamic, acidulsulfuric este un excelent agent dehidrator i este folosit la prepararea fructelor uscate.

Vasele cu acid sulfuric i acid clorhidric trebuie umplute pna la maximum 90% i

aezate la o distan mare de sursele de cldur.

Acidul sulfuric concentrat reacioneaz cu apa degajnd o mare cantitate de

cldur. La contactul cu pielea poate da arsuri grave. Inhalarea de cea sau fum de

acid poate da leziuni pe termen lung.

Reglementrile franceze i americane limiteaz la 1 mg/m 3 concentraia medie

admisibil la locul de munc.

Pierderile de acid sulfuric pot fi diluate cu o cantitate mare de ap;Acidul sulfuric nu trebuie s vin n contact cu sulfurile, deoarece rezult hidrogen

sulfurat, gaz de toxicitate ridicat.

Neutralizarea acidului sulfuric se face cu sod caustic, soluie de hidroxid de

sodiu, soluie de amoniac, var etc.

Bile pentru decapare trebuie echipate cu sisteme de ventilaie.

2. Curirea prin sablare

In cazul operaiei de curire mecanic (sablare) cu jet de nisip trebuie respectate

urmtoarele msuri de tehnic a securitii muncii:

- aparatele pentru curirea mecanic cu nisip se amplaseaz ntr-o ncpere izolat;

- echiparea cu un sistem puternic de ventilaie;

- echiparea personalului de deservire cu echipament de protecie spe cific ;

- etanarea ct mai corect a aparatelor pentru curire mecanic cu nisip.

V. Msuri de protecie a mediului i a securitii personalului i deprevenire i stingere a incendiilor la operaiile de tratamente termicei termochimice

1. Msuri de protecie a mediului i a securitii personalului i de prevenire istingere a incendiilor la deservirea utilajelor pentru nclzire

Deservirea cuptoarelor cu vatr mobil se va face numai atunci cnd vatra se

gsete afar din cuptor. Pentru manevrarea i transportul pieselor pe vatra

cuptoarelor se vor prevedea dispozitivele mecanizate de ncarcare i de des crcare.

22


23/84

Cuptoarele vor fi prevzute cu dispozitive mecanizate pentru manevrarea

uilor. La cuptoarele electrice cu camer se vor prevedea ntreruptoare care vor

opri alimentarea cu curent a cuptorului n momentul deschiderii uii.

Protecia contra radiaiilor calorice se va realiza prin dispozitive speciale, ca:

perdele de ap, ui rcite cu ap, duuri de aer, paravane etc.

Cuptoarele trebuie s fie bine etanate i izolate astfel nct pereii la exterior

s nu depeasc temperatura de 55C.

Aprinderea cuptoarelor se va face numai de ctre muncitori instruii special,

respectndu-se instruciunile elaborate la proiectarea cuptorului i afiate la loc

vizibil lnga cuptor. In special se va avea n vedere :

nainte de aprindere, se va ventila camera de ardere pentru evacuarea

eventualelor acumulri de gaze ;

dac cuptorul este rece se va efectua o prenclzire lent ;

aprinderea arztorului se face cu o tora cu mner lung, muncitorul stnd

lateral fa de ua cuptorului; pentru aprindere se deschide mai inti robinetul de aer i apoi cel de

combustibil ;

n cazul n care aprinderea nu se produce imediat, se deschide admisia

combustibilului i se aerisete din nou cuptorul, dup care operaia de aprin dere se

repet;

la oprirea cuptorului, se inchide mai inti admisia combustibilului i apoi a

aerului.

Gazele arse de la cuptoarele cu suprafaa vetrei mai mare de 0,5 m2 vor fievacuate in exteriorul halelor prin hote instalate deasupra lor sau prin canale cu couri

de fum.Srurile utilizate pentru formarea bilor de nclzire (NaCl, NaCN, Na 2CO3,

NaNO2NaNO4, K2C03 etc.) se pstreaz n ambalaje speciale, ermetic nchise, n

magazii uscate, evitndu-se totodata impurificarea lor cu substane strine. La

formarea i remprosptarea bilor se vor utiliza numai sruri uscate; creuzetul

bii se va umple cu sruri topite pn la nivelul reprezentnd 3/4 din nlime,

pentru a preveni revrsarea i mprocarea topiturii n timpul desfurrii reaciilor

chimice.

Piesele ce se trateaza in bai de saruri, precum si sculele si dispozitivele ce se

folosesc trebuie in mod obligatoriu preincalzite, inainte de cufundare.Dispozitivele si sculele folosite pentru manipularea cianurilor vor fi neutralizatedupa fiecare utilizare i nu se vor folosi in alte scopuri. Ele vor fi pastrate in incaperibine inchise. Dupa terminarea lucrului se spala urmele de cianura de pe margineacreuzetului i de pe pardoseala cu o solutie alcalina si o soluie 5% sulfat feros. Inaintede a manca sau fuma, muncitorii ii vor spala mainile cu o solutie de 5% sulfat feros siapoi cu sapun. Muncitorii care au plagi sau rani deschise nu au voie sa lucreze la bailede saruri cu cianuri.

23


24/84

Pardoselile depozitelor de cianuri si ale incaperilor cu bai de cianuri seconstruiesc din placi ceramice netede, bine lipite intre ele, fara crapaturi sau vor fiacoperite cu linoleum. Robinetele de apa pentru baut trebuie sa fie asezate la minimum5m de baile de cianuri.

Continutul bailor de saruri epuizate, care conjin cianuri sau alte substanje

toxice, va fi in mod obligatoriu neutralizat complet inainte de evacuare in rejelele decanalizare.

Utilizarea bilor cu plumb este justificat tehnologic cnd alte procedee nu

dau rezultate corespunztoare.

In cazul utilizrii acestor bi, trebuie ntocmite instruciuni de lucru pentru

a se evita mbolnvirile de saturnism. Praful de plumb, care se depune n

ncperile de lucru, va fi colectat i ndeprtat, fr a se mprtia. Se va evita

contactul lui cu prile descoperite ale corpului.

Bile de plumb topit vor fi prevazute n mod obligatoriu cu instalaie de

ventilaie local.Instalaiile de clire prin inducie cu cureni de nalt frecven (C.I.F)

trebuie s funcioneze n ncperi separate sau n spaii din atelier prevzute cu

ngrdiri speciale, care nu permit accesul persoanelor n zonele periculoase.

Usile de acces ale incaperilor sau ingradirilor vor fi inchise prin dispozitive de blocare atat la punerea sub tensiune cat si in timpul funcionarii instalaiilor C.I.F.Toate elementele constructive metalice si carcasele de protectie ale instalatiilor C.I.F.se vor lega in mod obligatoriu la pamant prin bare sau conductoare.

Apa de racire a elementelor care se gasesc sub tensiune (inductoarele deincalzire, transformatoarele de coborare corespunzatoare, lampile generatorului etc.), va

fi adusa la acele elemente prin furtunuri din materiale izolante. Aceste furtunuri vor fiprevazute la capete cu inele cu racorduri metalice legate la pamant, pentru a asiguraprotectia electrica in cazul ruperii furtunului si a scurgerii apei. Racirea cu apa se vaasigura in mod continuu din momentul conectarii instalatiei si pana la racirea completaa pieselor (dupa intreruperea functionarii instalatiei), printr-un sistem automat conectatla instalatie. Tabloul de alimentare se prevede cu intrerupatoare cu parghie,intrerupatoare automate sau separatoare, pentru conectarea si deconectarea de la retea.

La lucrul cu inductoarele de incalzire deschise conectate printr-un transformatorde coborare, se vor respecta urmatoarele masuri:

- operatorul va fi echipat cu toate mijloacele de protectie individuala prevazuteprin normativ;

- butoanele de comanda pentru incalzire si pentru deconectare se amplaseaza inapropierea inductorului de incalzire intr-o pozitie comoda pentru operator;

- cablurile de inductie se vor acoperi cu materiale electrice si termoizolante(azbest), atunci cand se introduc si se scot din inductor;

- se vor prevedea tablii indicatoare de securitate cu inscriptia "nu atingeti,inductorul sub tensiune";

24


25/84

- se va lega la pamant o borna a secundarului transformatorului de inaltafrecventa.

Lucrul la instalaiile C.I.F. va fi permis numai persoanelor special instruite.Inaintea nceperii lucrului se va verifica legarea la pmnt a spirei secundare atransformatorului de adaptare la nalt frecven.

2. Msuri de protecie a mediului i a securitii personalului i de prevenire istingere a incendiilor la exploatarea instalaiilor cu atmosfer controlat

Pe lng condiiile de a asigura parametrii procesului tehnologic, cuptoarele i

instalaiile de tratament termic n atmosfer controlat mai trebuie s ndeplineasc,

prin caracteristicile lor constructive i functionale o condiie esenial i anume, cea

impus de securitatea i protecia muncii.

Exploatarea cuptoarelor i instalaiilor cu atmosfer controlat trebuie s se

fac inndu-se seama de urmtoarele reguli:

- introducerea atmosferei controlate (coninnd mai mult de 5% CO + H 2) n

cuptoare se va efectua numai dac temperatura din spaiul de lucru a depit

760C;

- evacuarea atmosferei controlate sau schimbarea atmosferei controlate cu aer,

la oprirea cuptorului, seva efectua prin ardere sau prin splarea spaiului de lucru

al cuptorului cu gaz inert;

- se vor lua msuri de evacuare a atmosferei din cuptor, dac tempera tura

scade sub 760C, prin deschiderea uilor, asigurnd astfel arderea atmo sferei;

- ntreruperea nclzirii i alimentrii cu atmosfer controlat a cup toarelor

trebuie semnalizat optic i acustic;- pentru eliminarea pericolului de explozie, ce poate aprea n cazul rcirii

cuptorului, n timpul scoaterii sau introducerii arjei, este necesar funcionarea

perdelei de flcri.

La efectuarea lucrrilor de reparaie se vor lua msuri de splare i aerisire a

cuptorului prin insuflarea de aer curat pentru a crea condiii sigure de lucru prin

diluarea componentelor toxice (CO, H 2S, S02, NH3) i prin arderea neexploziv a

componentelor combustibile (CH 4, CO, H 2).

3. Msuri de protecie a mediului i a securitii personalului i de prevenirei stingere a incendiilor la deservirea utilajelor pentru rcire

Clirea pieselor se face n bazine, amplasate n apropierea cuptoarelor

discontinui i n instalaii speciale (bazine de rcire integrate in linii complexe

mecanizate, prese de clire etc.).

25


26/84


27/84

Manipularea rezidurilor de saruri si cianuri trebuie facuta cu multa atentie.Bulgarii mari - deseuri de cianuri - folositi la tratamente termice, se sparg si apoi sedizolva, in cosuri agitate in apa, in vederea neutralizarii lor, cu sulfat feros 20%, sauprin alte metode.

VII. Protecia mediului i securitatea personalului in sectoarele detratamente termice

Cladirile sectoarelor de tratamente termice, in care au loc degajari de caldura cedepasesc 37000 J/m3h, se construiesc cu latura lunga perpendicular pe direciavnturilor dominante din sezonul cald, in vederea realizarii unei ventilaii naturalesuficiente.

Laboratoarele aferente sectoarelor de tratament termic, de asemenea,cuptoarele cu bai de saruri in compoziia carora intra cianuri, se instaleaza in incaperiseparate de restul atelierului.

Amplasarea instalaiilor i utilajelor se face in funcie dc fluxul tehnologic celmai raional, evitandu-se, pe cat posibil, incrucirile la transportul produselor.Utilajele i instalatiile trebuie sa fie amplasate astfel incat sa nu blocheze uile i

cile de acces, iar transportul produselor intre operaii sa nu traverseze caile de accesdin sector.

Cuptoarele pentru tratamentul termic preliminar, amplasate in cadrul atelierelorde forja sau de turnatorie, se dispun in apropierea peretilor halei, distanele minimeobligatorii fiind:- intre gabaritele cuptoarelor ....... 0,8 m- intre cuptor i peretele atelierului ........ 1,0 m.

Distanta de 0,8 m dintre gabaritul functional maxim al utilajelor i pereii istalpii cladirii se refera la situatiile cand in invervalul respectiv se circula sau sedeserveste, intretine sau repara instalatiile sau utilajele.

Distanele dintre utilaje i instalatii sunt stabilite prin masuri de protecie amuncii, pe categorii de utilaje, in funcie de caracteristicile proceselor de munca, fara afi mai mici de 0,4m, daca spaiul respectiv servete pentru deservirea i intretinereautilajelor.

Laimea cailor de acces i de trecere se stabilete in funcie de gabaritulvehiculelor de transport utilizate i de dimensiunile produselor ce se transport.

Amplasarea utilajelor i instalaiilor se face astfel incat sa se evite executareamicarilor inutile din partea operatorilor care le deservesc, asigurandu-se, totodata,libertatea lor in miscare la locul de munca. In cazul cand se lucreaza simultan la maimulte utilaje sau instalatii, trebuie sa se asigure operatorului posibilitatea de urmarirecomoda i fara pericole a funcionarii acestora in condiiile impuse de procesultehnologic.

Spaiile prevazute pentru materiale i piese, in vecinatatea utilajelor siinstalaiilor nu trebuie sa afecteze posibilitatea de deplasare a operatorului. Formarea

27


28/84

incrcaturilor de produse se face pe mese special amenajate (pentru piese mici), sau inlocuri speciale (pentru piese mari), deservite de utilaje de transportat si ridicat.

Spatiile pentru piesele tratate termic si netratate trebuie sa fie suficient de maripentru a nu afecta operatiile de incarcare i descarcare a cuptoarelor.

Locurile prevazute pentru depozitarea produselor calde, lasate sa se raceasc in

aer liber, trebuie astfel amplasate incat caldura radiata sa nu fie orientata asupraoperatorilor. Aceste locuri trebuie marcate cu linii de culoare deschisa,prevazandu-se totodata tablite indicatoare care sa atraga atentia asupra pericolului dearsuri.

Pardoseala atelierelor se executa din placi de fonta sau din materialetermorezistente (in spajiul de deservire a cuptoarelor) si cu blocuri de granit sau placide ciment.

Atelierele de tratamente termice se prevad cu sisteme de incalzire si ventilaiecare trebuie s asigure in locurile de munca temperatura de 15C (in sezon rece) si

maximul 5C peste temperatura mediului inconjurator, dar nu mai mare de 28C (insezonul cald). In cazul cand in locurile de munca din incaperile de lucru temperaturaaerului este mai mare de 25C se va asigura o viteza de miscare a aerului de cel puin0,3 m/s, indiferent de intensitatea efortului fizic, iar intensitatea radiaiei calorice nutrebuie sa depaseasca 1 cal/cm2min la nivelul operatorilor.

Temperatura suprafetelor exterioare incalzite ale utilajelor, instalaiilor etc., dinlocurile de munca, nu trebuie sa depaseasca 55C. In cazul n care datorita cerinelor procesului tehnologic sau al altor conditii speciale, condiiile de microclimat(temperatura, umiditatea si viteza aerului, temperatura suprafetelor utilajelor, radiaiacaloric) nu se incadreaza in prevederile normelor, trebuie sa se ia masuri speciale de

protectie:- izolarea spaiului de lucru (crearea de spatii climatizate);- organizarea intreruperii periodice in timpul muncii sau reducerea timpului de

munca, in funcie de conditiile concrete de munca;- amenajarea de spaii speciale pentru repaus, cu condiii climatice

corespunztoare, care sa asigure restabilirea rapida a echilibrului termic;- asigurarea mijloacelor de protectie individuala;- imbunatairea microclimatului la locul de munca, de la caz la caz, prin dusuri

de aer, perdele de aer, pulverizarea apei la suprafeele radiante, ecrane protectoare,radiatoare;

- asigurarea in toate schimburile, la locul de munca cu temperaturi ridicate, aconsumului de ap carbogazoas salin cu o concentraie de 2 g/l NaCl.

28


29/84

Curs 4 Ecoteh TT

Tehnologii ecologice de tratament termic

I. Tratamente termice i termochimice la presiuni subatmosferice (n vid)

1. Procese fizico-chimice la incalzirea si meninerea produselor metalice in vidrelativ

Principalele procese care pot sa aiba loc la incalzirea si mentinerea produselormetalice in vid relativ sunt: degazarea, vaporizarea (sublimarea), oxidarea, reducerea,disocierea, adsorbtia si difuzia.

1.1. Degazarea este procesul prin care gazele (si vaporii) adsorbite si dizolvatein straturile superficiale ale incarcaturii (piese + dispozitive) si ale componentelorcuptorului (elemente de incalzire, ecrane deflectoare, izolatie termica s.a.) sunteliminate in cursul evacuarii si incalzirii spatiului de lucru al cuptorului, respectiv sunttransportate din interiorul si de la suprafata produselor metalice in sistemul de vidare alcuptorului si - de aici - in atmosfera.

Gradul de degazare creste cu scaderea presiunii si cu cresterea temperaturii.Prin degazare se elimina - in primul rind - hidrogenul in stare atomica, deoarece

- ca urmare a scaderii presiunii de la suprafata pieselor - atomii de hidrogen difuzeazamai usor dinspre straturile interioare catre suprafata, unde se molecularizeaza si seelimina sub forma de molecule omogene. Dupa un mecanism asemanator se pot eliminasi atomii de azot si de oxigen dizolvai, dar e posibila si o degazare ,,reactiva", in sensulca elementul dizolvat (de exemplu carbonul din oteluri) difuzeaza atomic spresuprafata, unde se adsoarbe si poate sa reactioneze cu alti atomi adsorbiti (de exemplu,de oxigen) si sa dea nastere unor molecule gazoase eterogene (CO, CO2), care sintaspirate de sistemul de vidare.

Procesul de degazare joaca un rol deosebit la aliajele turnate, care au -ntotdeauna - o anumita microporozitate, in care se concentreaza o cantitate mare degaze de la turnare. Ca exemplificare, in tabelul de mai jos se prezinta gradul dedegazare al unor probe din otel turnat in piese, precum si compozitia gazelor evacuate:TemperaturaC

Gradul dedegazare, 1torr/kg oel

Compozitia gazelor evacuate, %H2 N2 02 CO CO

2

1 100 ,6 375 43, 28, 1,5 26, 0,61300 13 950 11, 7,3 0,0 79, 1,2

1450 18900 18, 19, 2,0 59, 0,1Se constata ca o parte din carbonul otelului se elimina sub forma de oxid de carbon, acarui proportie in amestecul de gaze creste continuu cu temperatura, pe cind proportiilede hidrogen si azot scad cu cresterea temperaturii.1.2. Vaporizarea (sau, mai exact, sublimarea) este procesul prin care un component alunui aliaj, aflat in stare solida (ca atare, combinat sau in solutie) trece in stare de vapori(sau, altfel spus, trece din aliaj in atmosfera gazoasa a cuptorului si - de aici - esteevacuat in mediul ambiant). Procesul de vaporizare este influentat de presiune si detemperatura; pentru fiecare element exista o anumita tensiune de vapori la o

29


30/84

temperatura data (pT), respectiv o presiune la care - intr-un spatiu inchis - exista unechilibru intre cantitatea de metal ce se vaporizeaza (sublimeaza) si aceea care secondenseaza. Tensiunea de vapori a majoritatii elementelor, la presiuni sub 1 torr, sepoate determina cu o relaie de forma:

lg pr = A - (B/T) [torr],

unde: T este temperatura, in K; A si B constante, date in tabelul 1.5.Tabelul 1.5. Date privind vaporizarea unor elemente la incalzirea in vidElementul

Ttop,C

Tfierb,C

(pv)0,torr,

A BZn 418 906 0,12 8,74 662Mg 650 1104 2,5.10- 9,66 834Pb 327 1750 - 7,74 967Sn 232 2680 - 7,87 148Mn 1244 2050 l,2.10- 9,04 135Al 659 2 447 - 8,66 laCu 1083 2578 - 0,86 16Cr 1803 2665 5,5.10- 9,98 20Fe 1 539 2860 3.10-2 9,25 19Ni 1452 2840 5.10-2 9,65 207Si 1415 2787 10-3 9,60 21:Ti 1662 3000 - 11,30 266V - - 10-2 8,72 232Mo 2577 4827 8.10-3 7,74 286Nb - - - 10,53 385C - (3 - 12.52 39

W 3300 2400 - 9,90 411- La presiunea normala de 760 torr;2- Presiunea de vapori la 0C.

Unele impuritati (Zn, Sn, Pb), dar si unele elemente de aliere (Mn, Cu, Cr, Al) dinoteluri au tendine mari de vaporizare la temperaturi ridicate in vid inalt sau ultrainalt;pentru componentele cuptoarelor de tratamente termice in vid (elemente de incalzire,ecrane deflectoare, elemente de etansare) trebuie sa fie utilizate aliaje pe baza deelemente cu viteza mica de vaporizare (Mo, Zr, W, Ta, carbon sub forma de grafit).1.3. Disocierea oxizilor, decarburarea oelurilor si alte procese. Din punct de vederetermodinamic, la suprafata unui metal incalzit intr-un spaiu inchis, la o temperatura

data exista o anumita tensiune de disociere a oxidului metalului respectiv. Orice variatiea temperaturii sau a presiunii partiale a oxigenului din atmosfera cu care metalul este incontact, poate sa conduca la oxidarea metalului sau la reducerea oxidului, in functie desensul variaiei respective; de asemenea, pentru o presiune partiala a oxigenului si otemperatura data, unele metale se oxideaza, iar altele, nu. Cantitatea de oxigen existentaintr-o atmosfera rarefiata este - din punct de vedere cinetic - insuficienta pentru aproduce o oxidare macro sau microscopic vizibila in timpul scurt caracteristic ciclurilorde tratamente termice in vid. Mai mult dect atit, in cazul aliajelor fier-carbon, oxidarea

30


31/84

fierului si a elementelor de aliere este mult redusa datorita prezentei carbonului, care seoxideaza inaintea acestor elemente;

Alte procese care pot sa aiba loc la tratamentele termice in vid sunt cele dedescompunere a unor compusi chimici (carburi, nitruri), sau de formare a acestora incursul unor tratamente termochimice.

Efectul global al proceselor fizico-chimice care au loc la incalzirea produselormetalice in vid este acela al modificarii compozitiei chimice din straturile superficialeale acestora (in cazul in care produsele sunt subtiri, modificarile respective se produc intoata masa lor). Modificarile de compozitie pot sa fie - uneori - utile (dehidrogenizareasi degazarea in general maresc ductilitatea si rezistenta la oboseala), dar pot sa aiba siefecte negative asupra comportarii produselor metalice supuse tratamentului termic si acomponentelor metalice din spatiul de lucru al cuptorului.

2. Parametri tehnologici specifici sistemului de vidareCaracteristica specifica tratamentelor termice in vid este presiunea scazuta, cu

mult sub aceea atmosferica, la care se gasesc produsele metalice in cursul incalzirii,

mentinerii si racirii. Aceasta caracteristica determina si utilizarea unor parametritehnologici corespunzatori, legati de crearea, masurarea si mentinerea presiuniiprescrise in spatiul de lucru al cuptorului.

Presiunea scazuta (vidul relativ) este realizata si mentinuta cu ajutorul unuisistem de vidare, format din incinta care trebuie vidata si din sistemul de evacuare,format - la rndul sau - din pompa de vid, cuptoare, filtre, conducte de transport,armaturi si elemente de etansare.Vidul slab i mediu (pna la 10-2 torr) se poate realiza cu ajutorul pompelor de vidmecanice, care refuleaza direct in atmosfera.Vidul nalt si ultranaltse realizeaza cu ajutorul unor pompe de vid speciale, capabile salucreze numai in conditiile in care att presiunea maxima la robinetul de admisie

(presiunea iniiala) ct si presiunea minima de refulare la robinetul de evacuare sunt cumult inferioare presiunii atmosferice, in tot cursul perioadei de evacuare. Avnd invedere acest lucru, pompele respective trebuie sa fie legate in serie cu pompe mecaniceastfel inct particulele de gaze sau de vapori evacuate din incinta trec mai inti, prinpompa de vid inalt, apoi prin pompa mecanica si - din aceasta - sunt evacuate inatmosfera.Presiunea minima care poate fi mentinuta de pompa in robinetul de admisie inchis, inconditiile evacuarii si degazarii avansate a sistemului de vidare, reprezinta vidul limital pompei. Pe de alta parte, orice pompa de vid are o presiune maxima de refulare, acarei depasire nu este permisa, deoarece se inrautatesc conditiile de lucru ale pompei(scad vidul limita si viteza de evacuare).

Viteza de evacuare (debitul de aspiratie) reprezinta volumul de gaze care esteeliminat de pompa (de sistemul de vidare) in unitatea de timp, la o presiune de aspiratiedata; se masoara in l/s.

Productivitatea pompei (sau a sistemului de vidare) reprezinta cantitatea degaze evacuate in unitatea de timp, la o presiune de aspiratie data si se masoara in g/ssau in 1/torr.s. Viteza de evacuare (ve), productivitatea (p) i presiunea de aspiratie (pasp)sunt legate prin relatia:

Ve = p/ pasp.

31


32/84

O alta caracteristica importanta a sistemului de vidare este etanseitatea, definitadrept capacitatea sistemului de vidare de a impiedica patrunderea gazelor din exterior inincinta cuptorului; gradul de etansare al cuptorului se masoara prin marimea infiltratiei,H, determinata cu relaia:

H = V.p / t [torr . l/s]

in care: V este volumul interior total al incintei in care se determina infiltratia, in litri;p -variatia de presiune in cursul masurarii infiltratiei, in torr; t - durata determinariiinfiltraiei, in s.

3. Consideraii tehnologice privind cuptoarele de tratament termic in vidPrimele tipuri de cuptoare de tratament termic in vid au fost reprezentate de o

incinta etansa (retorta) vidabila, plasata intr-un cuptor electric obisnuit cu rezistori si cuperei din zidarie refractara, care erau mentinui calzi si prin care se pierdea o marecantitate de caldura.

Ulterior, cuptoarele cu pereti calzi au fost imbunatatite din punctul de vedere alrandamentului termic prin aplicarea dublei vidari, in sensul ca in afara incintei propriu-

zise se videaza la vid slab (1...40 torr) si spaiul dintre incinta si peretii calzi aicuptorului, spatiu in care sunt amplasati rezistorii. In afara randamentului termic - totusiscazut - cuptoarele cu pereti calzi mai au si alte neajunsuri tehnologice, precum: vidlimitat la cca 10-4 torr, temperatura de incalzire limitata la cca 1100C (la dimensiunimici) si chiar 900-950C (la dimensiuni mari), complicatii de masurare legate de dublavidare si - mai ales - inertia termica mare, ceea ce le face utilizabile numai la tratamentetermice cu racire lenta; de aceea, cuptoarele cu pereti calzi se folosesc in prezent numaipentru tratamentele termice de temperaturi scazute sau medii, cu cicluri lungi si curaciri lente (recoacere de recristalizare simpla, recoacere de detensionare, imbtrnire).

Gama de tratamente termice in vid a fost mult largita, din momentul in care auinceput sa fie utilizate pe scara industrial cuptoarele cu vid cu pereti reci. La acest tip

de cuptoare rezistorii sunt amplasai in incinta vidabila (spatiul de lucru), in care seplaseaza si incarcatura metalica, spaiul de lucru al cuptorului fiind inconjurat de oizolatie termica, aflata la rindul ei in interiorul unei carcase exterioare cu pereti dubli,racite cu apa si care reprezinta peretele rece al cuptorului.

Cuptoarele cu pereti reci pot sa fie utilizate la temperaturi pna la 2800C, la unvid foarte avansat si au un randament termic ridicat si o inertie termica foarte scazuta,astfel inct pot sa fie incalzite si racite mult mai repede dect cuptoarele cu pereti calzi.In plus, la aceste cuptoare se pot adapta dispozitive corespunzatoare pentru a se realizaracirea accelerata in gaz inert sau racirea rapida in ulei.

In prezent, cuptoarele de tratamente termice in vid se fabrica in numeroasevariante constructive, adaptate la o varietate mare de tratamente termice sitermochimice. Dupa criteriul functional, exist cuptoare discontinue si cuptoare cufunctionare continua. Dupa forma, constructia si amplasarea spaiului de lucru,cuptoarele discontinue cu o singura camera pot fi: orizontale, verticale, obisnuite (cuincarcare pe sus, cu ajutorul unor dispozitive de suspendare) sau verticale cu elevator(cu incarcare pe jos a vetrei, care se ridica sau se coboara cu ajutorul unui elevator).

O perfectionare constructiv adusa cuptoarelor cu functionare discontinu aconstat in atasarea unui bazin cu ulei, utilizat la calirea produselor din oteluri carbon sislab aliate.

32


33/84

4. Domenii de utilizare a tratamentelor termice in vidScopul principal al tratamentelor termice in vid este acela de a proteja suprafata

produselor impotriva actiunii fizico-chimice a mediilor de incalzire uzuale si chiar acelor conventional considerate protectoare si de a obtine - in acest fel - produse cusuprafete curate (necontaminate), care - in cele mai multe cazuri - nu mai sufera

prelucrari ulterioare.De aceea, tratamentele termice in vid se aplica, in primul rind, produselor dinmateriale metalice deosebit de reactive, mai ales la temperaturi ridicate. In al doilearind, tratamentele termice in vid pot sa reprezinte o solutie avantajoasa din mai multepuncte de vedere, in comparatie cu tratamentele termice ale materialelor metaliceobisnuite, in atmosfera protectoare sau in bai de saruri (tabelul 1.6).

Cuptoarele cu vid pot fi utilizate pe un interval foare larg de temperaturi, dar -mai ales - la temperaturi ridicate (peste 700C), la efectuarea tuturor tipurilor detratamente termice (recoaceri, caliri, reveniri), la aproape toata gama de materialemetalice utilizate in prezent in industrie.

Tabelul 1.6. Comparatie ntre tratamentele termice in vid si cele in atmosfereprotectoare si in bai de saruriAVANTAJE DEZAVANTAJE

TRATAMENTE TERMICE IN VID

Eliminarea volatilelor si a gazelor adsor biteImbunatatirea calitatii suprafeteiIncalzire rapida si uniformIncalzire la temperaturi foarte inalteConducere usoara si flexibilitateMecanizare si automatizare practic totaleReproductibilitate totalaInlaturarea pericolului de explozie

Mediu ambiant nepoluantEliminare operatii de spalare i curire

Construcie complicata si investitie ri dicata Necesitatea unor mijloace suplimentare deracireaccelerat sau rapida

Necesitatea manevrarii de catre personalcalificat si perfect instruitIntreinere dificila si costisitoare

ATMOSFERE PROTECTOARE

Investitie mai redusa dect la vid

Posibilitatea de a folosi atmosfere

reducatoare

pentru eliminarea oxizilor

Puritate mai redusa decit a vidului i greude meninutConstructie complicata a instalaiilor sicost ridicat al atmosferei.Pericol de explozie

Necesitatea curatirii ulterioare a pro duselortratate

BAI DE SARURI

Cea mai redusa investiie

Simplitate si uurina in conducere

Incalzire foarte rapid si uniforma

Calitatea suprafetei inferioara celei de la vidConsumuri si costuri ridicate ale sarurilor

Dificultati de eliminare a sarurilor de pesuprafataproduselor i in conse cina probleme decoroziune

Pericol de improcare si probleme depoluare

cu substante efluente

In cele ce urmeaza se prezinta unele tratamente termice pentru care incalzirea in vid i-a dovedit superioritatea sub diferite aspecte fata de tratamentele termice conventionale.

33


34/84

4.1. Degazarea in vidAcest procedeu de mbunatatire a calitatii suprafetei produselor metalice este

specific incalzirii in vid, deoarece solubilitatea gazelor in materialele metalice solideeste proportionala cu radacina patrata a presiunii partiale a gazului dat in mediul gazosambiant. Reducnd presiunile partiale ale gazelor respective, vidul le coboara

solubilitatea de echilibru, obligndu-le sa paraseasca straturile superficiale si sa treacain atmosfera cuptorului. Trebuie avut in vedere, nsa, ca degazarea este o operatie delunga durata, daca viteza de difuzie a speciei atomice gazoase este scazuta; pentru agrabi procesul este necesar sa se lucreze la temperaturi ct mai ridicate posibil.

Degazarea de hidrogen, oxigen si azot este important in cazul metalelorrefractare cu retea cub cu volum centrat, carora le imbunatateste in special rezistenta laoboseala si ductilitatea, ca urmare a reducerii continuturilor de elemente interstitiale.

Dehidrogenarea este extrem de important in cazul titanului si a aliajelor sale,dup prelucrarea prin sudare si dupa decapare. Intruct e necesar ca hidrogenul sa fieredus la continuturi sub 50 ppm, trebuie ca regimul de degazare sa fie stabilit cuajutorul datelor teoretice termodinamice si cinetice, care concorda destul de bine cu

rezultatele concrete ce se obtin in cuptoarele industriale (de exemplu, pentru uncontinut de echilibru de 35 ppm H2 calculul termodinamic arata ca este necesara opresiune de 5.10-4 torr, la temperatura de 705C; experimental o incarcatura de 480 kgdin bare cilindrice cu diametrul de 19 mm, mentinuta timp de 4 ore in conditiile aratate,a avut un continut de 32 - 38 ppm H2).

Degazarea este deosebit de utila la tratamentele termice ale pieselor turnate prinprocedee de turnare de precizie, deoarece la ncalzirea in vid, in afara de eliminareagazelor dizolvate se disociaza si unele hidruri, nitruri si chiar oxizi, aflate in proportiirelativ ridicate in astfel de produse; in acest fel se imbunatateste substantialsudabilitatea, suprafetele in contact fiind complet libere de volatile.

O alta aplicatie a degazarii se intilneste la ansamblurile cu structuri fagure, care

absorb o cantitate mare de aer sau alte gaze, care trebuie sa fie eliminate inainteabrazarii.4.2. Recoacerea in vidO aplicatie tipica pentru tratamentul termic in vid o reprezinta recoacerea de

recristalizare si de detensionare a produselor din metale refractare (molibden, wolfram,tantal) utilizate in industria aeronautica si aerospatiala, precum si in industriaelectronica. De exemplu, in fabricarea filamentelor de lampi electrice din wolfram seaplica recoacerea de recristalizare la temperaturi peste 1400C sub vid de 10 -3 ... 10-4

torr; prin acest tratament - foarte dificil de realizat in cuptoarele conventionale - sereduc considerabil rebuturile si se prelungeste mult durata de lucru a filamentelor.

Rezultate spectaculoase s-au obtinut in cazul titanului si a aliajelor sale, prininlocuirea recoacerii de detensionare in argon - foarte scumpa - cu recoacerea in vidavansat (sub 2.10-4 torr), care micsoreaza mult mai mult continuturile de H2, N2 si O2din piese. Trebuie avut in vedere, insa, ca in cuptorul in care se trateaza produse dintitan nu trebuie sa fie tratate si alte tipuri de materiale, deoarece acestea contamineazacomponentele cuptorului si, ulterior, si suprafata produselor din titan.

Otelurile inoxidabile din clasele feritica si martensitica se supun mai multortipuri de recoaceri in vid. Astfel, piese turnate din oteluri martensitice cu 12 sau 17% Crsi din otelurile durificabile prin imbatrinire se supun recoacerii de omogenizare la 1100- 1150C, sau recoacerii de nmuiere la 830 - 900C, sub vid de 10 -2... 10-3 torr (nu se

34


35/84

utilizeaza un vid mai inaintat din cauza tendintei de vaporizare a cromului), cu duratade cteva ore si cu racire sub vid.

Recoacerea de temperatura inalta in vid a inlocuit in mare masura recoacereaconventional in atmosfere reducatoare (in hidrogen), intrucit se obtin caracteristicimagnetice superioare. Miezurile magnetice din otel cu 2,5% Si sunt asezate in

dispozitive speciale, intre placi ceramice, cu scopul de a se evita deformarea si lipirea(care este foarte accentuata in vid).Dupa incarcarea in cuptor, acesta este evacuat cu pompa mecanica pina la 2.10-1

torr, cu o durata de 0,5-2h dependent de starea (gradul de gazare) pieselor,dispozitivelor si de viteza de degazare, dupa care se pune in functiune si pompa dedifuzie pentru vidarea suplimentara la8.10-2 torr. Urmeaza incalzirea lenta la temperatura de recoacere de 1120C, presiuneascznd la 2.10-4...3.10-4 torr. Durata de mentinere este de 2- 4 ore in functie degrosimea si masa pieselor si dispozitivelor, ca si de valorile impuse pentrucaracteristicile magnetice. Racirea se face lent pna la 565C si apoi, accelerat, prininundarea cu azot recirculat; durata totala a tratamentului termic este de 17 ore.

Intr-o alta tehnologie, benzi laminate din aliaj Fe-Si sunt asezate in dispozitivepe a caror suprafata s-a depus in prealabil oxid de aluminiu (pentru a evita lipirea) si serecoc la 1240 C cu durata de 40 min, dupa care se executa racirea in trepte: initial, subvid si, in final, in azot recirculat.

Recoacerea de globulizare in vid se aplica la unele semifabricate din otelurirapide. Astfel, benzi pentru lame de fierastrau din otel de tipul Rp5 se incalzesc in vid(cca 10-3 torr) la 760C, se mentin 2 h, se racesc sub vid cu v = 35/h pna la 590C si,apoi, in azot recirculat, semifabricatele fiind mai ductile dect cele recoapteconventional. Un tratament asemanator se aplica si semifabricatelor din oteluri moi,care se supun, ulterior, deformarii plastice la rece.

La otelurile carbon si slab aliate recoacerea in vid este justificata economic

numai in cazurile in care produsele trebuie sa aiba suprafete extrem de curate (srmepentru armarea sticlei, produse care ulterior se supun acoperirilor galvanice etc.).4.3. Calirea i revenirea in vidTratamentul termic de calire cu incalzire in vid a devenit posibil din momentul

in care s-a putut realiza si racirea sub vid. Una din primele aplicatii a fost la sculele dinoteluri medii sau inalt aliate autocalibile, ale caror viteze critice de calire nu depasesccteva grade pe secunda, viteze realizable cu ajutorul gazelor inerte recirculate cu

ventilatoare. Pe aceasta cale se calesc sculele dedeformare la rece din clasele cu 5%Cr si 12%Cr,componentele de matrite de deformare si de turnaresub presiune din oteluri cu 5% Cr si sculeleaschietoare din oteluri rapide.

Parametrii tehnologici termici (temperaturi de preincalzire si de incalzire finala) sunt cei specificicalirii in cuptoare conventionale, iar parametrulspecific incalzirii in vid (presiunea) este mentinut laun nivel corespunzator evitarii vaporizarii unorelemente de aliere (in special Mn si Cr); astfel, pentruotelurile cu 5% Cr sau 12% Cr vidul este mentinut inlimitele 10-1 10-2 torr, iar pentru otelurile rapide cca

35


36/84

10-2 torr pentru preincalzire la 800 - 900C si 0,10,3 torr pentru incalzirea finala la12201260C. Parametrii temporali depind in mare masura de puterea si izolatiatermica a cuptorului, de tipul si dispunerea elementelor de incalzire, si de masa sisuprafata de schimb de caldura a incarcaturii; de exemplu, pentru scule subtiri din otelrapid, formnd o incarcatura de 225 kg succesiunea tehnologica este urmatoarea: a)

degresare in percloretilena; b) asezarea in dispozitive si cosuri la distante convenabilepentru a evita lipirea; c) incarcarea in cuptor; d) evacuarea cuptorului la vid inalt de0,01- 0,02 torr; e) preincalzirea la 870C, cu o durata totala de 40 minute; f) incalzireafinala la 1 220C cu cresterea progresiva a presiunii la 0,2- 0,3 torr, cu o mentinere de7- 10 min; g) racirea cu azot purificat, recirculat pina la 540C, in circa 4-5 min; h)racirea finala pina la 65C in circa 30 min. In principiu, incalzirea in cuptoarele cu vidse poate realiza cu viteze de 2- 10/min, in functie de factorii enumerati mai inainte, iarduratele de egalizare termica si de transformare (austenitizare) se stabilesc inconformitate cu regulile cunoscute de la incalzirea in cuptoare conventionale.

Pentru produse mai groase din otelurile de scule menionate, ca si pentru sculeledin oteluri slab aliate, cu calibilitate redusa, este necesara racirea in ulei, ceea ce

presupune utilizarea unui cuptor cu trei camere si cu bazin de ulei special.Fig. 1.8. Variatia parametrilor tehnologici termici, temporali si barici in cursul

tratamentelor termice de calire i revenire a unor palete turnate din otel ferito-martensitic

Calirea cu incalzire in vid si racire in gaz inert sau in ulei se practica, pe scaralarga, si la produsele din oteluri inoxidabile, anticorozive si refractare, inalt aliate, dintoate clasele structu-rale calibile la martensita (ferito-martensitice, martensitice,martensito-austenitice).

Incalzirea si racirea in vid se practica frecvent si in cazul tratamentului termic

de calire de punere in soluie (hipercalire) de la temperaturi de 1050- 1150C aleproduselor din oteluri inoxidabile, anticorozive si refractare austenitice; in acest cazracirea se face in gaz inert.

Calirea in vid se foloseste pe scara industrial in cazul otelurilor i aliajelorrefractare ce pot fi mbtrnite prin precipitare, utilizate in aeronautica, in construciileaerospaiale si in alte domenii. La aceste tipuri de materiale metalice, care necesitatemperaturi ridicate de calire de punere in solutie si de imbatrinire, ambele tratamentese executa succesiv in acelasi cuptor, variind in mod corespunzator parametrii termici,temporali si barici. Dupa pregatirea prealabila prin sablare si decapare piesele seincarca in camera de incalzire a cuptorului, care este apoi evacuat la vid inalt (sub 10 -4

torr) cu pompe mecanice si de difuzie. Urmeaza incalzirea lenta pna la primatemperatura de calire (1150C) la care se face o mentinere relativ indelungata (4 h).

Racirea ulterioara se execut in gaz recirculat pna la cca 300C, cu o viteza decca l/s. In continuare, vidul se restabileste si piesele se reincalzesc pentru a doua calirede la cca 1050C cu aceeasi durata de mentinere de 4 h si cu racire in gaz recirculat. Infunctie de destinatia si caracteristicile cerute, piesele se supun unei singure imbatrinirila 760 cu durate de 16- 24 ore sau unei duble imbatrniri (930/24 h + 760/24 h), curaciri tot sub gaz inert (de regula argon de puritate 99%).

36


37/84

Atunci cnd tratamentul se aplica unor piese imbinate prin brazare, ambeleoperatii (brazare + tratament) se efectueaza in acelasi cuptor, succesiv. In a

Ecotehnologii de Tratament Termic

Documents

Transcript of Ecotehnologii de Tratament Termic