Légkörszabályozás hálós szalagos kemencében: Nitrogén, endoterm gáz és hidrogén keverékek
A légkörszabályozás az, ami megkülönbözteti a hőkezelő kemencét a hő-oxidációs kemencétől. Ugyanaz a kemence rossz légkörrel erősen lerakódott alkatrészeket állít elő, amelyek nem felelnek meg a minőségellenőrzésnek. Megfelelő légkörrel az alkatrészek fényesek, tiszták és készen állnak a következő műveletre. Ez nem kis különbség. A légkör költsége jellemzően egy hálós szalagos kemence üzemeltetési költségének 15-25 százalékát teszi ki, a légkörszabályozó rendszer pedig a kemence tőkeköltségének 20-30 százalékát teszi ki. A megfelelő beszerelés megéri a befektetést.
Miért fontos a légkör?
500 Celsius-fok feletti hőmérsékleten az acél reakcióba lép a levegő oxigénjével, vízgőzével és szén-dioxidjával. A reakciók vas-oxid réteget képeznek, dekarbonizálják a felületet, és számos alkalmazásnál tönkreteszik az alkatrészt. A szabályozott légkör célja a levegő kiszorítása és olyan kémiai összetétel biztosítása, amely nem lép reakcióba az acéllal.
A légkör szintén aktív szerepet játszik bizonyos folyamatokban. Az endoterm gáz szenet ad az acél felületéhez (karbonizálás). Az ammóniatartalmú atmoszféra nitrogént ad hozzá (nitridálás). A hidrogéntartalmú atmoszféra csökkenti a meglévő felületi oxidokat (fényes lágyítás). A megfelelő atmoszféra biztosítja a szükséges felületi kémiát és megakadályozza a nem kívánt reakciókat.
Nitrogén alapú légkörök
A nitrogén a legszélesebb körben használt védőatmoszféra a hálós szalagos kemencékben. Olcsó, könnyen hozzáférhető és számos folyamathoz hatékony. A tiszta nitrogén alkalmas: réz fényes lágyítására, alacsony ötvözetű acélok feszültségmentesítésére és 700 Celsius-fok alatti alacsony hőmérsékletű folyamatokra.
A tiszta nitrogén nem alkalmas szénacél edzésére 850-880 Celsius fokon. Ennek oka: a nitrogén ebben a hőmérsékleti tartományban nem akadályozza meg a dekarbonizációt, és az acél felületének széntartalma csökken. A dekarbonizált réteg puha, és üzem közben az alkatrész meghibásodását okozhatja.
A szénacél edzéséhez a standard atmoszféra endoterm gáz, néha kis mennyiségű földgáz hozzáadásával a szénpotenciál dúsítása érdekében. Az endoterm gázt úgy állítják elő, hogy a földgázt levegővel reagáltatják egy fűtött retortában 950-1000 Celsius-fokon, nikkelkatalizátor jelenlétében. A reakció során egy körülbelül 40 százalék hidrogénből, 20 százalék szén-monoxidból, 40 százalék nitrogénből, valamint nyomokban metánból és vízgőzből álló gáz keletkezik.
Endoterm gáz (endogáz)
Az endoterm gáz a szénacél hálós szalagos kemencében történő edzésének alapvető munkaatmoszférája. A gáz szénpotenciálját az acélminőség célértékén szabályozzák (jellemzően 0,4–0,8% C), és a gáz szenet ad hozzá vagy távolít el az acél felületéről a célérték fenntartása érdekében.
A szénpotenciált harmatpont-analizátorral vagy infravörös CO2-analizátorral szabályozzák. A szabályozó modulálja a levegő-gáz arányt az endoterm generátorban az alapérték fenntartása érdekében. Az endoterm generátor 950-1000 Celsius-fokon működik, és 0,10-0,15 köbméter földgázt fogyaszt a termelt endogáz minden köbméteréhez képest.
Az endogáz hátránya a generátor bonyolultsága. A retorta, a katalizátor, a levegő-gáz keverőrendszer és a szénpotenciál-szabályozó hurok mind karbantartást igényel. A modern endogenerátorok megbízhatóak, de a kezelőnek továbbra is folyamatosan figyelnie kell a szénpotenciált, és 2-3 évente cserélnie kell a katalizátort.
Hidrogén-nitrogén keverékek fényes hőkezeléshez
A fényes, oxidmentes felületet igénylő rozsdamentes acél és szerszámacél alkatrészeket hidrogén-nitrogén keverékben hegesztik, amelynek hidrogéntartalma jellemzően 25-75%. A hidrogén redukálószerként működik, a felületi oxidokat fémmé alakítja vissza, a nitrogén pedig vivőgázként és biztonsági hígítóként működik.
A legfényesebb felület eléréséhez tiszta hidrogénatmoszférát is használnak, de ezek robbanásbiztos kemencekialakítást és kiterjedt biztonsági rendszereket igényelnek. A 25-75 százalékos hidrogénkeverékek biztonságosabbak, és a fényességi előnyök nagy részét alacsonyabb tőkeköltséggel biztosítják.
A hidrogén-nitrogén keveréket vagy előre kevert gázként szállítják a beszállítótól, vagy külön gázokként keverik össze a kemence bemeneténél. A keverési arányt tömegáram-szabályozók szabályozzák, és a keverék harmatpontját folyamatosan figyelik. A magas harmatpont (-40 Celsius-fok felett) szivárgásra vagy szennyezett gázellátásra utal, és a kemencét le kell állítani, amíg a problémát meg nem oldják.
A hidrogéntartalmú légkör 4% feletti koncentrációban robbanásveszélyes. A hálós szalagos kemencét megfelelő tisztítási sorrenddel, szivárgásvizsgálattal és vészhelyzeti szellőztetéssel kell megtervezni. A MONTE INTELLIGENCE redundáns biztonsági rendszerekkel és egy előtisztítási ciklussal tervez hidrogénüzemű hálós szalagos kemencéket, amely minden melegítés előtt eltávolítja a levegőt a kemencéből.
Ammónia alapú atmoszférák nitridáláshoz
Speciális alkatrészek nitridálásához ammóniát vagy ammónia-nitrogén keverékeket használnak. Az ammónia a nitridálási hőmérsékleten (500-600 Celsius fok) bomlik, atomos nitrogént szabadítva fel, amely bediffundál az acél felületébe. Az eredmény egy kemény, kopásálló felületi réteg, amelyhez edzésre nincs szükség.
Az ammóniaatmoszférát hálós szalagos kemencékben használják kis alkatrészek nagy volumenű nitridálásához. Az ammóniafogyasztás jellemzően 0,5-1,5 köbméter óránként egy kis kemencében. A kemence kimenetéből távozó füstgázt a kibocsátás előtt kezelni kell, hogy a fel nem használt ammóniát lebontsák.
Légkör-megfigyelés és -szabályozás
A hálós szalagos kemence légkörét folyamatosan ellenőrizni kell. A főbb paraméterek a következők: oxigénszonda (oxigéntartalom mérésére), harmatpont-elemző (vízgőz mérésére), infravörös analizátor (CO és CO2 mérésére), valamint áramlásmérők (gázellátási sebesség mérésére). Az adatokat folyamatosan naplózzák, és folyamatirányításra, valamint minőségdokumentációra használják.
A modern hálós szalagos kemence vezérlőrendszerek integrálják a légkör monitorozását a hőmérséklet-szabályozással. Ha a légkör kémiai összetétele eltér a specifikációtól, a vezérlő beállíthatja a gázáramlást, módosíthatja a szénpotenciál alapértékét, vagy riasztást válthat ki. Az integráció csökkenti a kezelői munkaterhelést és javítja a folyamat állandóságát.
Kiválasztási kritériumok
A légkörrendszert kiválasztó vásárlók számára a legfontosabb kérdések a következők: milyen felületkezelésre van szükség, milyen az acél minősége, mekkora a folyamathőmérséklet és mekkora a rendelkezésre álló gázellátás. A légkörrendszert ezután ezekhez a paraméterekhez igazítják, a gáztípus, az áramlási sebesség, a vezérlőrendszer és a biztonsági rendszerek mindegyikének meghatározásával.
Beszéljen a MONTE INTELLIGENCE-szel a légköri rendszerekről
A hálós szalagos kemencéhez szükséges atmoszférikus rendszereket értékelő vásárlók számára a MONTE INTELLIGENCE mérnöki csapata olyan konfigurációt tud ajánlani, amely megfelel a folyamatnak és a felületkezelési követelményeknek. Látogasson el a következő weboldalra:www.cnlymonte.com/products-mesh-belt-furnace.html Esettanulmányokhoz. Projekt megbeszéléshez írjon e-mailt a helenxu@cnlymonte.com címre, a tárgy mezőben a hálós szalag légkörét, valamint a folyamat receptjének és a felületkezelésnek a részleteit.
