A gázkazán lángról a munkaterhelésre történő hőátadási módja határozza meg a termék minőségét, az energiahatékonyságot és a kemence által elvégezhető folyamatok körét. A három alapvető megközelítésnek – a közvetlen tüzelésűnek, a tokos közvetett tüzelésűnek és a sugárzó csövesnek – mind megvan a maga helye, és a rossz választás az alkalmazáshoz minőségi problémákhoz, túlzott energiaköltségekhez, vagy mindkettőhöz vezethet.
A MONTE INTELLIGENCE mindhárom konfigurációban szállít gáztüzelésű kemencéket. Ez a cikk összehasonlítja a terveket a hőkezelési műveletek szempontjából fontos kritériumok szerint.
A közvetlen tüzelésű kemencék földgázt (vagy más tüzelőanyagot) égetnek közvetlenül a kemencekamrában, és az égéstermékek – a láng és a forró füstgáz – közvetlenül érintkeznek a munkaterheléssel. Az égők a kamrába égnek, a forró gázok a munkaterhelés körül keringenek (természetes konvekciós vagy recirkulációs ventilátorok hajtják), és a füstgázok egy füstgázon keresztül távoznak. Ez a legegyszerűbb és legenergiahatékonyabb konfiguráció, mivel nincs akadály a hőforrás és a munkaterhelés között – az összes égésenergia rendelkezésre áll a munka melegítésére, kivéve a füstgázban leadott érzékelhető hőt.
A közvetlen tüzelésű hevítés korlátja, hogy a munkamennyiség ki van téve az égéstér hatásának. Az égéstermékek szén-dioxidot (CO2) és vízgőzt (H2O) tartalmaznak – mindkettő oxidálódik, és acéllá alakul hőkezelési hőmérsékleten. A közvetlen tüzelésű kemencében hevített acél felületén oxidréteg (reve) képződik. Számos alkalmazásnál – kovácsolás előmelegítése, normalizálás, feszültségmentesítés, megmunkálás előtti lágyítás – ez elfogadható, mivel a reve a későbbi feldolgozás során eltávolításra kerül, vagy nem káros a termékre.
A közvetlen tüzelésű hevítés akkor nem elfogadható, ha a felületminőség kritikus fontosságú. A karbonizálás, a karbonitridesítés, a fényes edzés és minden olyan folyamat, amely meghatározott szénpotenciált igényel, nem tolerálja az égéstermékek ellenőrizetlen atmoszféráját. Ezeknél az alkalmazásoknál az égéstermékeket el kell választani a munkaterheléstől, ami közvetett tüzelésű konfigurációkhoz vezet.
A közvetett tüzelésű kemencék egy kipufogócsövet használnak – egy hőálló ötvözetből vagy kerámiaból készült burkolatot, amely elválasztja az égésteret a munkatértől. Az égők a kipufogócsövön kívül égnek, felmelegítve a kipufogócsöv falát, amely viszont hőt sugároz le a benne lévő munkadarabra. A kipufogócsövön belül szabályozott atmoszférát – endoterm gáz, nitrogén-hidrogén stb. – tartanak fenn a munkadarab védelme érdekében. Az égéstermékek soha nem érintkeznek a munkadarabbal.
A kipufogócső a kemencetípus meghatározó alkotóeleme. Körülbelül 950 °C-ig terjedő hőmérsékletig a kipufogócső hőálló ötvözetből – jellemzően RA330, Incoloy 800HT vagy öntött, magas nikkeltartalmú ötvözetből – készülhet, 3-5 éves tervezési élettartammal. Magasabb hőmérsékleten, 1150 °C-ig szilícium-karbid kipufogócsöveket használnak, de ezek törékenyebbek és drágábbak. A kipufogócső jelentős tőkeköltséget jelent – jellemzően a teljes kemenceköltség 15-25%-át –, és végső cseréje jelentős karbantartási kiadás.
A kipufogógáz energiavesztesége a kipufogógáz falán keresztüli hőmérséklet-csökkenés. Ahhoz, hogy a munkatér 850°C-ra melegedjen, az égéstér hőmérsékletének magasabbnak kell lennie – jellemzően 950-1050°C –, hogy biztosítsa a kipufogógázon keresztüli hőátadás hajtóerejét. A magasabb égéstér hőmérséklet magasabb füstgázhőmérsékletet és nagyobb hőveszteséget jelent, ami 10-20%-kal csökkenti a kemence termikus hatásfokát egy hasonló közvetlen tüzelésű kemencéhez képest.
A sugárzó csöves fűtés a közvetett tüzelésű koncepció egy változata, amely a folyamatos üzemű kemencék, beleértve a hálós szalagos kemencéket is, szabvánnyá vált. Egyetlen nagyméretű kipufogócső helyett a kemence több sugárzó csövet használ – lezárt ötvözetcsöveket, amelyek áthaladnak a kemencekamrán. Az égő a cső belsejében ég, az égéstermékek a csövön keresztül haladnak (gyakran belső recirkulációval a hőátadás egyenletességének javítása érdekében), és az ellenkező végén távoznak. A cső külső felülete hőt sugároz a munkadarabra.
A sugárzó csövek számos előnnyel rendelkeznek egyetlen kipufogócsővel szemben. A csövek elrendezhetők úgy, hogy egyenletesebb fűtést biztosítsanak – jellemzően a munkaterhelés felett és alatt sorokban –, mint egy kipufogócső, amely elsősorban oldalról és felülről melegít. Az egyes csövek eltávolíthatók és cserélhetők a kemencekamra kinyitása nélkül, ami csökkenti a karbantartás miatti állásidőt. A cső átmérője elég kicsi (jellemzően 100-200 mm), így a falvastagság mérsékelt lehet (5-8 mm), miközben továbbra is megfelelő mechanikai szilárdságot és korrózióállóságot biztosít.
A leggyakoribb sugárzócső-kialakítás az U-cső: az égő az U egyik szárába ég, az égésgázok a zárt végbe jutnak, majd a másik száron keresztül visszatérnek a kipufogócsőbe. Ez a kialakítás jó hőátadást biztosít, mivel a magas hőmérsékletű láng az egyik, a hidegebb kipufogógázok pedig a másik szárban vannak, így egyenletesebb csőfelületi hőmérsékletet eredményez, mint az egyenes átvezetésű kialakítás. A W-csöveket és az egyvégű rekuperatív csöveket (SER-csövek) olyan alkalmazásokhoz használják, amelyek csövönként nagyobb hőleadást igényelnek.
A cső anyagának kiválasztása a kemence hőmérsékletétől függ. 950°C-ig terjedő hőmérsékletig az öntött HK-40 (25% Cr, 20% Ni) vagy HP (25% Cr, 35% Ni) ötvözetű csövek biztosítanak megfelelő élettartamot. Magasabb hőmérsékletek vagy fémporképződést okozó karbonizáló gázokat tartalmazó légkör esetén nagyobb nikkeltartalmú ötvözetekre vagy kerámia (szilícium-karbid) csövekre van szükség. A cső élettartama tipikus hőkezelési üzemben 2-5 év, a meghibásodási módok közé tartozik a kúszás okozta repedés (a cső saját súlya alatti magas hőmérsékletnek való hosszú távú kitettség), az oxidáció (a csőfal elvékonyodása az égés oldaláról) és a karbonizáció (szén abszorpciója, amely rideggé teszi a csövet).
A MONTE INTELLIGENCE a fűtési konfigurációt a folyamat hőmérséklete, a légköri követelmények, a termelési mennyiség és a tőkeköltségvetés alapján javasolja. Kovácsolás-előmelegítés és normalizálás esetén a közvetlen tüzelés biztosítja a legjobb költség-teljesítmény arányt. Szabályozott atmoszférájú hőkezelés esetén a sugárzó cső vagy a tok kialakítását a kemence geometriája és az üzemi hőmérséklet alapján határozzák meg.
Az Ön folyamatára vonatkozó gázkazán konfigurációs ajánlásokért vegye fel a kapcsolatot a helenxu@cnlymonte.com címen.
