Атмосферата вътре в пещ с мрежест лентов механизъм не е просто горещ въздух — това е прецизно контролирана химическа среда, която определя дали частите ще излязат чисти и блестящи или окислени и обезвъглеродени. Контролът на атмосферата отличава качествената термична обработка от посредствената.
Мрежестите лентови пещи MONTE INTELLIGENCE работят с различни атмосферни системи в зависимост от изискванията на процеса. Тази статия разглежда трите най-често срещани типа контролирана атмосфера, оборудването за тяхното генериране и контролните параметри, които определят качеството на атмосферата.
Ендотермичният газ — дддхххендо газдддххх в цеховете за термична обработка — е работната атмосфера за неутрално закаляване, цементация и нитриране на стоманени части. Той се произвежда чрез реакция на природен газ (или пропан) с въздух във външен генератор при около 1050°C, върху никелов катализатор. Реакцията е приблизително CH4 + 2,38 (0,21 O2 + 0,79 N2) → CO + 2 H2 + 1,88 N2, като се получава газ, който е приблизително 20% CO, 40% H2 и 40% N2 по обем.
Въглеродният потенциал на ендо газа — способността му да добавя или отстранява въглерод от повърхността на стоманата — зависи от съотношението CO/CO2 и температурата на пещта. При 850°C, ендо газ с точка на оросяване +5°C има въглероден потенциал от приблизително 0,35% C. Намаляването на точката на оросяване до -5°C повишава въглеродния потенциал до около 0,60% C. Връзката се определя от реакцията на преобразуване на воден газ: CO + H2O ↔ CO2 + H2, което означава, че контролирането на съдържанието на водни пари (точка на оросяване) контролира въглеродния потенциал.
Самият ендотермичен генератор е критично важно оборудване. Той се състои от нагрята реторта, запълнена с никелов катализатор, през която преминава сместа въздух-газ. Реакцията е ендотермична - тя абсорбира топлина - откъдето идва и името. Ретортата работи при 1000-1100°C и трябва да бъде изработена от високотемпературна сплав, обикновено RA330 или Incoloy 800HT, с проектен живот от 3-5 години непрекъсната работа. Повредата на ретортата е честа причина за непланиран престой на пещта и всяка инсталация за термична обработка с ендо газ трябва да държи резервна реторта на склад.
Катализаторът в генератора се разгражда с времето поради отлагане на въглерод (коксуване) и отравяне със сяра от природния газ. Сярата е по-големият проблем: никеловият катализатор е трайно отровен от сяра при концентрации от едва няколко части на милион. Спецификациите за природен газ обикновено позволяват до 30 ppm сяра, което е далеч над допустимото количество катализатор. Слой за отстраняване на сяра - активен въглен или цинков оксид - преди генератора е от съществено значение и слоят трябва да се сменя на всеки 6-12 месеца, в зависимост от съдържанието на сяра в газа.
Азотно-метаноловата атмосфера е алтернатива на ендо газа за инсталации, които не желаят да работят с ендо генератор. Атмосферата се създава чрез инжектиране на течен метанол (CH3OH) и азотен газ директно в пещта. При температура на пещта, метанолът се дисоциира: CH3OH → CO + 2 H2, произвеждайки същото съотношение 1:2 CO:H2 като ендо газа. Азотът разрежда сместа, за да се постигне желаният въглероден потенциал.
Предимството на азот-метанолната система е простотата — няма генератор, няма катализатор, няма реторта. Системата се състои от резервоар за съхранение на течен метанол, захранване с азот (резервоар за течен азот или мембранен генератор на азот), панели за контрол на потока и инжекционни дюзи в пещта. Стартирането отнема минути, вместо часове, необходими за загряване на ендо генератор.
Недостатъкът е цената. Течният метанол е по-скъп за единица произведена атмосфера от природния газ. При типични цени на метанола от $0,40-0,60 на литър, цената на атмосферата за пещ с мрежеста лента, консумираща 40 литра метанол на час, е $16-24 на час или около $380-580 на ден непрекъсната работа. Ендо генератор, използващ природен газ, произвежда същия обем атмосфера за около 30-40% по-малко. Изборът между двете се свежда до капиталови разходи спрямо оперативни разходи и до това дали инсталацията има капацитет за поддръжка, за да работи надеждно с ендо генератор.
Дисоциираният амоняк се използва за светло отгряване на неръждаема стомана, мед и месинг – процеси, при които атмосферата трябва да е редуцираща, но не-карбонизираща. Безводният амоняк (NH3) се дисоциира във външен агрегат: 2 NH3 → N2 + 3 H2, произвеждайки газ, който е 75% водород и 25% азот по обем. Тази атмосфера е силно редуцираща – високото съдържание на водород намалява всички метални оксиди по повърхността на детайла – и не съдържа въглерод, така че няма риск от карбонизация или декарбонизация.
Дисоциаторът работи при около 950°C с желязо-никелов катализатор в реторта, подобна на ендо генератор, но по-малка, защото реакцията на дисоциация на амоняк е по-проста и по-бърза. Захранването с амоняк изисква внимателно боравене: безводният амоняк е опасен химикал, който изисква специално съхранение, откриване на течове и процедури за реагиране при извънредни ситуации. Дисоциираният газ е запалим поради високото съдържание на водород и трябва да се борави с него с подходящи практики за безопасност при работа с газ.
Инструментите за контрол на атмосферата са еволюирали от ръчно измерване на точката на оросяване до автоматизиран контрол на въглеродния потенциал. Съвременният подход използва кислородна сонда (циркониев сензор), поставена директно в горещата зона на пещта. Сондата измерва парциалното налягане на кислорода в атмосферата на пещта, от което се изчислява въглеродният потенциал въз основа на съдържанието на CO и температурата на пещта. Сигналът от сондата контролира добавянето на обогатяващ газ (природен газ или пропан), за да се поддържа зададената стойност на въглеродния потенциал.
Кислородните сонди изискват периодична поддръжка. Върхът на сондата трябва да се почиства от сажди и въглеродни отлагания, обикновено на всеки 1-3 месеца, в зависимост от поддържания въглероден потенциал. Сондата трябва да се калибрира спрямо референтен материал - или анализ на въглероден потенциал от подложка, или преносим измервател на точката на оросяване - поне веднъж на тримесечие. Сонда, която се отклонява с 0,05% в показанията си за въглероден потенциал, може да произведе части, които са с 1-2 HRC точки от целевата твърдост, което може да е разликата между преминаваща и неуспешна партида.
MONTE INTELLIGENCE доставя лентови пещи с мрежести елементи и интегрирани атмосферни системи, включително ендо генератори, азотно-метанолови панели и амонячни дисоциатори. Ние също така предоставяме инструменти за контрол на атмосферата и поддръжка при въвеждане в експлоатация.
За спецификация на атмосферната система за вашия процес на термична обработка, свържете се с helenxu@cnlymonte.com.
