Controlul atmosferei în cuptorul cu bandă de plasă: amestecuri de azot, gaz endoterm și hidrogen
Controlul atmosferei este ceea ce diferențiază un cuptor de tratament termic de un cuptor de căldură și oxidare. Același cuptor cu o atmosferă slabă produce piese cu depuneri mari care nu trec inspecția calității. Cu atmosfera potrivită, piesele ies strălucitoare, curate și gata pentru următoarea operațiune. Aceasta nu este o diferență mică. Costul atmosferei este de obicei între 15 și 25% din costul de funcționare al unui cuptor cu bandă de plasă, iar sistemul de control al atmosferei reprezintă între 20 și 30% din costul de capital al cuptorului. O abordare corectă merită investiția.
De ce contează atmosfera
La temperaturi de peste 500 de grade Celsius, oțelul reacționează cu oxigenul, vaporii de apă și dioxidul de carbon din aer. Reacțiile formează cruste de oxid de fier, decarburează suprafața și distrug piesa pentru multe aplicații. Scopul unei atmosfere controlate este de a înlocui aerul și de a oferi o chimie care nu reacționează cu oțelul.
Atmosfera joacă, de asemenea, un rol activ în unele procese. Gazul endotermic adaugă carbon la suprafața oțelului (carburare). Atmosferele care conțin amoniac adaugă azot (nitrurare). Atmosferele care conțin hidrogen reduc orice oxid de suprafață existent (recoacere strălucitoare). Atmosfera potrivită este cea care furnizează chimia de suprafață necesară și previne reacțiile nedorite.
Atmosfere pe bază de azot
Azotul este cea mai utilizată atmosferă protectoare în cuptoarele cu bandă de plasă. Este ieftină, ușor disponibilă și eficientă pentru multe procese. Azotul pur este potrivit pentru: recoacerea lucioasă a cuprului, detensionarea oțelurilor slab aliate și procesele la temperatură joasă sub 700 de grade Celsius.
Azotul pur nu este potrivit pentru călirea oțelului carbon la 850 până la 880 de grade Celsius. Motivul: azotul nu previne decarburarea în acest interval de temperatură, iar conținutul de carbon al suprafeței oțelului scade. Stratul decarburat este moale și poate provoca defectarea piesei în timpul funcționării.
Pentru călirea oțelului carbon, atmosfera standard este gazul endoterm, uneori cu un mic adaos de gaz natural pentru a îmbogăți potențialul de carbon. Gazul endoterm este produs prin reacția gazului natural cu aerul într-o retortă încălzită la 950 până la 1000 de grade Celsius, cu un catalizator de nichel. Reacția produce un gaz cu aproximativ 40% hidrogen, 20% monoxid de carbon, 40% azot și urme de metan și vapori de apă.
Gaz endotermic (gaz endo)
Gazul endotermic este atmosfera esențială pentru călirea oțelului carbon în cuptorul cu bandă de plasă. Potențialul de carbon al gazului este controlat la valoarea țintă pentru gradul de oțel (de obicei 0,4 până la 0,8% C), iar gazul adaugă sau elimină carbon de pe suprafața oțelului pentru a menține temperatura țintă.
Potențialul de carbon este controlat de un analizor de punct de rouă sau de un analizor de CO2 în infraroșu. Controlerul modulează raportul aer-gaz din generatorul endotermic pentru a menține punctul de referință. Generatorul endotermic funcționează la 950 până la 1000 de grade Celsius și consumă între 0,10 și 0,15 metri cubi de gaz natural per metru cub de gaz endotermic produs.
Dezavantajul gazului endo este complexitatea generatorului. Retorta, catalizatorul, sistemul de amestecare aer-gaz și bucla de control al potențialului de carbon necesită întreținere. Generatoarele endo moderne sunt fiabile, dar operatorul trebuie să monitorizeze continuu potențialul de carbon și să înlocuiască catalizatorul la fiecare 2-3 ani.
Amestecuri hidrogen-azot pentru recoacere strălucitoare
Piesele din oțel inoxidabil și oțel pentru scule care necesită o suprafață lucioasă, fără oxizi, sunt recoapte în amestecuri hidrogen-azot, cu un conținut de hidrogen de obicei între 25 și 75%. Hidrogenul acționează ca agent reducător pentru a transforma orice oxid de suprafață înapoi în metal, iar azotul acționează ca gaz purtător și diluant de siguranță.
Atmosferele de hidrogen pur sunt folosite și pentru un finisaj cât mai strălucitor, dar necesită un design antiexplozie al cuptorului și sisteme extinse de siguranță. Amestecurile de hidrogen cu conținut de 25 până la 75% sunt mai sigure și oferă cea mai mare parte a beneficiului de strălucire la un cost de capital mai mic.
Amestecul hidrogen-azot este furnizat fie ca gaz preamestecat de la un furnizor, fie ca gaze separate amestecate la intrarea în cuptor. Raportul de amestecare este controlat de regulatoare de debit masic, iar punctul de rouă al amestecului este monitorizat continuu. Un punct de rouă ridicat (mai mult de -40 grade Celsius) indică o scurgere sau o alimentare cu gaz contaminată, iar cuptorul trebuie oprit până la rezolvarea problemei.
Atmosferele care conțin hidrogen sunt explozive la concentrații de peste 4% în aer. Cuptorul cu bandă de plasă trebuie proiectat cu secvențe de purjare adecvate, teste de scurgeri și ventilație de urgență. MONTE INTELLIGENCE proiectează cuptoare cu bandă de plasă pentru utilizarea hidrogenului, cu sisteme de siguranță redundante și un ciclu de pre-purjare care elimină aerul din cuptor înainte de fiecare încălzire.
Atmosfere pe bază de amoniac pentru nitrurare
Pentru nitrurarea pieselor speciale se utilizează amoniac sau amestecuri de amoniac și azot. Amoniacul se descompune la temperatura de nitrurare (500 până la 600 de grade Celsius) pentru a elibera azot atomic, care difuzează în suprafața oțelului. Rezultatul este un strat de suprafață dur, rezistent la uzură, fără a fi nevoie de călire.
Atmosferele de amoniac sunt utilizate în cuptoarele cu bandă de plasă pentru nitrurarea în volum mare a pieselor mici. Consumul de amoniac este de obicei de 0,5 până la 1,5 metri cubi pe oră la un cuptor mic. Gazele reziduale de la ieșirea din cuptor trebuie tratate pentru a distruge amoniacul nereacționat înainte de evacuare.
Monitorizarea și controlul atmosferei
Atmosfera dintr-un cuptor cu bandă de plasă trebuie monitorizată continuu. Parametrii cheie sunt: sonda de oxigen (pentru conținutul de oxigen), analizorul punctului de rouă (pentru vaporii de apă), analizorul în infraroșu (pentru CO și CO2) și debitmetrele (pentru debitele de alimentare cu gaz). Datele sunt înregistrate continuu și utilizate pentru controlul procesului și documentarea calității.
Sistemele moderne de control al cuptoarelor cu bandă tip plasă integrează monitorizarea atmosferei cu controlul temperaturii. Dacă chimia atmosferei iese din specificații, controlerul poate ajusta debitul de gaz, modifica valoarea de referință a potențialului de carbon sau declanșa o alarmă. Integrarea reduce volumul de muncă al operatorului și îmbunătățește consecvența procesului.
Criterii de selecție
Pentru cumpărătorii care specifică sistemul de atmosferă, întrebările cheie sunt: ce finisaj de suprafață este necesar, care este gradul de oțel, care este temperatura procesului și care este sursa de gaz disponibilă. Sistemul de atmosferă este apoi adaptat la acești parametri, fiind specificate tipul de gaz, debitul, sistemul de control și sistemele de siguranță.
Discutați cu MONTE INTELLIGENCE despre Atmosphere Systems
Pentru cumpărătorii care evaluează sistemele de atmosferă pentru un cuptor cu bandă de plasă, MONTE INTELLIGENCE engineering poate recomanda o configurație care să corespundă procesului și cerințelor de finisare a suprafeței. Vizitațiwww.cnlymonte.com/products-mesh-belt-furnace.html pentru studii de caz. Pentru o discuție despre proiect, trimiteți un e-mail la adresa helenxu@cnlymonte.com cu subiectul atmosferei benzii de plasă și detalii despre rețeta procesului și finisajul suprafeței.
