A hálós szalagos kemencében uralkodó légkör nem csupán forró levegő – ez egy pontosan szabályozott kémiai környezet, amely meghatározza, hogy az alkatrészek fényesek és tiszták, vagy oxidáltak és dekarbonizáltak lesznek-e. A légkör szabályozása különbözteti meg a minőségi hőkezelőt a közepestől.
A MONTE INTELLIGENCE hálós szalagos kemencék a folyamatkövetelményektől függően különféle atmoszférarendszerekkel működnek. Ez a cikk a három leggyakoribb szabályozott atmoszféra-típust, azok előállító berendezéseit és a légkör minőségét meghatározó szabályozási paramétereket tárgyalja.
Az endoterm gáz – "hendo gas" a hőkezelő műhelyekben – az acél alkatrészek semleges edzésének, karbonizálásának és nitridrálásának alapvető légköre. Előállítása földgáz (vagy propán) és levegő reakciójával történik egy külső generátorban, körülbelül 1050 °C-on, nikkelkatalizátor felett. A reakció körülbelül CH4 + 2,38 (0,21 O2 + 0,79 N2) → CO + 2 H2 + 1,88 N2, ami egy olyan gázt eredményez, amely nagyjából 20 térfogat% CO-ból, 40 térfogat% H2-ből és 40 térfogat% N2-ből áll.
Az endogáz szénpotenciálja – a szén acélfelülethez való hozzáadására vagy eltávolítására való képessége – a CO/CO2 aránytól és a kemence hőmérsékletétől függ. 850°C-on egy +5°C harmatpontú endogáz szénpotenciálja körülbelül 0,35% C. A harmatpont -5°C-ra csökkentése a szénpotenciált körülbelül 0,60% C-re növeli. Az összefüggést a víz-gáz eltolódási reakció szabályozza: CO + H2O ↔ CO2 + H2, ami azt jelenti, hogy a vízgőztartalom (harmatpont) szabályozása szabályozza a szénpotenciált.
Maga az endoterm generátor egy kritikus fontosságú berendezés. Egy nikkelkatalizátorral töltött fűtött retortából áll, amelyen keresztül a levegő-gáz keverék áthalad. A reakció endoterm – hőt nyel el – innen ered a neve. A retorta 1000-1100°C-on működik, és magas hőmérsékletű ötvözetből, jellemzően RA330-ból vagy Incoloy 800HT-ből kell készülnie, 3-5 év folyamatos üzemidővel. A retorta meghibásodása a nem tervezett kemenceleállások gyakori oka, és minden endoterm gázt alkalmazó hőkezelő üzemnek tartalék retortát kell tartania a polcon.
A generátorban lévő katalizátor idővel lebomlik a szénlerakódás (kokszosodás) és a földgázból származó kénmérgezés miatt. A kén a nagyobb probléma: a nikkelkatalizátort már néhány ppm koncentrációban is tartósan mérgezi a kén. A földgáz specifikációi jellemzően akár 30 ppm ként is engedélyeznek, ami messze meghaladja a katalizátor toleranciáját. A generátor előtt elengedhetetlen egy kén eltávolítására szolgáló ágy – aktív szén vagy cink-oxid –, amelyet a gáz kéntartalmától függően 6-12 havonta cserélni kell.
A nitrogén-metanol atmoszféra alternatívát kínál az endogázzal szemben azoknak az üzemeknek, amelyek nem szeretnének endogenerátort üzemeltetni. A légkört folyékony metanol (CH3OH) és nitrogéngáz közvetlenül a kemencébe történő befecskendezésével hozzák létre. A kemence hőmérsékletén a metanol disszociál: CH3OH → CO + 2 H2, ugyanazt az 1:2 CO:H2 arányt hozva létre, mint az endogáz. A nitrogén hígítja a keveréket a kívánt szénpotenciál elérése érdekében.
A nitrogén-metanol előnye az egyszerűség – nincs generátor, nincs katalizátor, nincs retorta. A rendszer egy folyékony metanol tárolótartályból, egy nitrogénellátásból (folyékony nitrogén tartály vagy membrános nitrogéngenerátor), áramlásszabályozó panelekből és a kemencében lévő befecskendező fúvókákból áll. Az indítás perceket vesz igénybe, szemben az endogenerátor felmelegítéséhez szükséges órákkal.
A hátránya a költség. A folyékony metanol a termelt atmoszféra egységére vetítve drágább, mint a földgáz. A tipikus metanolár literenként 0,40-0,60 dollár, egy óránként 40 liter metanolt fogyasztó hálós szalagos kemence atmoszféraköltsége óránként 16-24 dollár, azaz folyamatos üzem esetén naponta körülbelül 380-580 dollár. Egy földgázt használó endogenerátor ugyanazt atmoszféra-térfogatot körülbelül 30-40%-kal olcsóbban állítja elő. A kettő közötti választás a tőkeköltségtől a működési költségig, valamint attól függ, hogy az üzem rendelkezik-e karbantartási képességgel egy endogenerátor megbízható üzemeltetéséhez.
A disszociált ammóniát rozsdamentes acél, réz és sárgaréz fényes lágyítására használják – olyan folyamatokhoz, ahol a légkörnek redukálónak, de nem karbonizálónak kell lennie. A vízmentes ammóniát (NH3) egy külső egységben disszociálják: 2 NH3 → N2 + 3 H2, így egy olyan gáz keletkezik, amely 75 térfogatszázalékban hidrogénből és 25 térfogatszázalékban nitrogénből áll. Ez a légkör erősen redukáló – a magas hidrogéntartalom redukálja az alkatrész felületén lévő fémoxidokat – és nem tartalmaz szenet, így nincs karbonizáció vagy dekarbonizáció veszélye.
A disszociátor körülbelül 950°C-on működik vas-nikkel katalizátorral egy retortában, hasonlóan az endogenerátorhoz, de kisebb, mivel az ammónia disszociációs reakciója egyszerűbb és gyorsabb. Az ammóniaellátás gondos kezelést igényel: a vízmentes ammónia veszélyes vegyi anyag, amely speciális tárolást, szivárgásészlelést és vészhelyzeti reagálási eljárásokat igényel. A disszociált gáz a magas hidrogéntartalom miatt gyúlékony, és megfelelő gázbiztonsági gyakorlatokkal kell kezelni.
A légkörszabályozó műszerek a kézi harmatpontméréstől az automatizált szénpotenciál-szabályozásig fejlődtek. A modern megközelítés egy oxigénszondát (cirkónium-érzékelőt) használ, amelyet közvetlenül a kemence forró zónájába helyeznek. A szonda méri az oxigén parciális nyomását a kemence légkörében, amelyből a CO-tartalom és a kemence hőmérséklete alapján kiszámítják a szénpotenciált. A szonda jele vezérli a dúsító gáz (földgáz vagy propán) adagolását a szénpotenciál alapértékének fenntartása érdekében.
Az oxigénszondák rendszeres karbantartást igényelnek. A szonda hegyét meg kell tisztítani a koromtól és a szénlerakódásoktól, jellemzően 1-3 havonta, a karbantartott szénpotenciáltól függően. A szondát legalább negyedévente referenciához – akár alátétlapon lévő szénpotenciál-elemzéshez, akár hordozható harmatpont-mérőhöz – kell kalibrálni. Egy olyan szonda, amelynek szénpotenciál-értéke 0,05%-kal eltér, olyan alkatrészeket hozhat létre, amelyek keménysége 1-2 HRC-ponttal eltér a célértéktől, ami jelentheti a különbséget a sikeres és a sikertelen tétel között.
A MONTE INTELLIGENCE integrált atmoszférikus rendszerekkel ellátott hálós szalagos kemencéket szállít, beleértve az endogenerátorokat, a nitrogén-metanol paneleket és az ammónia disszociátorokat. Légkörszabályozó műszereket és üzembe helyezési támogatást is nyújtunk.
A hőkezelési folyamat atmoszférikus rendszerének specifikációjával kapcsolatban kérjük, vegye fel a kapcsolatot a helenxu@cnlymonte.com címen.
