Контрол на атмосферата в мрежеста лентова пещ: азотни, ендотермични газове и водородни смеси
Контролът на атмосферата е това, което отличава пещта за термична обработка от пещта за термично окисление. Същата пещ с лоша атмосфера произвежда части с голямо количество накип, които не преминават проверката за качество. С правилната атмосфера частите излизат чисти, блестящи и готови за следващата операция. Това не е малка разлика. Цената на атмосферата обикновено е от 15 до 25 процента от оперативните разходи на пещ с мрежеста лента, а системата за контрол на атмосферата представлява от 20 до 30 процента от капиталовите разходи на пещта. Правилното ѝ решение си струва инвестицията.
Защо атмосферата е важна
При температури над 500 градуса по Целзий стоманата реагира с кислород, водни пари и въглероден диоксид във въздуха. Реакциите образуват железен оксиден окалиен, обезвъглеродяват повърхността и разрушават детайла при много приложения. Целта на контролираната атмосфера е да измести въздуха и да осигури химичен състав, който не реагира със стоманата.
Атмосферата също играе активна роля в някои процеси. Ендотермичният газ добавя въглерод към повърхността на стоманата (цементация). Амонячните атмосфери добавят азот (нитриране). Атмосферите, съдържащи водород, намаляват всички съществуващи повърхностни оксиди (светло отгряване). Подходящата атмосфера е тази, която осигурява необходимата повърхностна химия и предотвратява нежеланите реакции.
Азотни атмосфери
Азотът е най-широко използваната защитна атмосфера в пещи с мрежеста лента. Той е евтин, леснодостъпен и ефективен за много процеси. Чистият азот е подходящ за: светло отгряване на мед, облекчаване на напрежението от нисколегирани стомани и нискотемпературни процеси под 700 градуса по Целзий.
Чистият азот не е подходящ за закаляване на въглеродна стомана при 850 до 880 градуса по Целзий. Причината: азотът не предотвратява обезвъглеродяването в този температурен диапазон и съдържанието на въглерод в повърхността на стоманата спада. Обезвъглероденият слой е мек и може да доведе до повреда на детайла по време на експлоатация.
За закаляване на въглеродна стомана стандартната атмосфера е ендотермичен газ, понякога с малка добавка на природен газ за обогатяване на въглеродния потенциал. Ендотермичният газ се получава чрез реакция на природен газ с въздух в нагрята реторта при 950 до 1000 градуса по Целзий, с никелов катализатор. Реакцията произвежда газ с около 40 процента водород, 20 процента въглероден оксид, 40 процента азот и следи от метан и водна пара.
Ендотермичен газ (ендо газ)
Ендотермичният газ е работната атмосфера за закаляване на въглеродна стомана в пещ с мрежест ремък. Въглеродният потенциал на газа се контролира на целевата стойност за класа стомана (обикновено от 0,4 до 0,8 процента C) и газът добавя или премахва въглерод от повърхността на стоманата, за да поддържа целта.
Въглеродният потенциал се контролира от анализатор на точката на оросяване или инфрачервен CO2 анализатор. Контролерът модулира съотношението въздух-газ в ендотермичния генератор, за да поддържа зададената точка. Ендо генераторът работи при температура от 950 до 1000 градуса по Целзий и консумира от 0,10 до 0,15 кубически метра природен газ на кубичен метър произведен ендо газ.
Недостатъкът на ендо газа е сложността на генератора. Ретортата, катализаторът, системата за смесване на въздух и газ и контролният контур на въглеродния потенциал изискват поддръжка. Съвременните ендо генератори са надеждни, но операторът все пак трябва непрекъснато да следи въглеродния потенциал и да сменя катализатора на всеки 2 до 3 години.
Водород-азотни смеси за светло отгряване
Частите от неръждаема стомана и инструментална стомана, които се нуждаят от лъскава, безоксидна повърхност, се отгряват във водородно-азотни смеси, като съдържанието на водород обикновено е от 25 до 75 процента. Водородът действа като редуктор, превръщайки всеки повърхностен оксид обратно в метал, а азотът действа като газ-носител и безопасен разредител.
Чисти водородни атмосфери също се използват за най-ярко покритие, но те изискват взривобезопасна конструкция на пещта и обширни системи за безопасност. Смесите от 25 до 75 процента водород са по-безопасни и осигуряват по-голямата част от предимството за яркост при по-ниски капиталови разходи.
Сместа от водород и азот се доставя или като предварително смесен газ от доставчик, или като отделни газове, смесени на входа на пещта. Съотношението на смесване се контролира от контролери за масов поток, а точката на оросяване на сместа се следи непрекъснато. Високата точка на оросяване (над -40 градуса по Целзий) показва теч или замърсено подаване на газ и пещта трябва да бъде изключена, докато проблемът не бъде решен.
Атмосферите, съдържащи водород, са експлозивни при концентрации над 4 процента във въздуха. Пещта с мрежеста лента трябва да бъде проектирана с подходящи последователности за продухване, тестове за течове и аварийна вентилация. MONTE INTELLIGENCE проектира пещи с мрежеста лента за работа с водород с резервни системи за безопасност и цикъл на предварително продухване, който пречиства въздуха от пещта преди всяко нагряване.
Амонячни атмосфери за азотиране
За азотиране на специални части се използва амоняк или смеси от амоняк и азот. Амонякът се разлага при температурата на азотиране (500 до 600 градуса по Целзий), освобождавайки атомен азот, който дифундира в стоманената повърхност. Резултатът е твърд, износоустойчив повърхностен слой без необходимост от закаляване.
Амонячните атмосфери се използват в пещи с мрежеста лента за високообемно азотиране на малки части. Консумацията на амоняк обикновено е от 0,5 до 1,5 кубически метра на час в малка пещ. Отпадъчният газ от изхода на пещта трябва да бъде пречистен, за да се унищожи нереагиралият амоняк преди изпускане.
Мониторинг и контрол на атмосферата
Атмосферата в пещ с мрежеста лента трябва да се следи непрекъснато. Ключовите параметри са: кислородна сонда (за съдържание на кислород), анализатор на точката на оросяване (за водни пари), инфрачервен анализатор (за CO и CO2) и разходомери (за скоростта на подаване на газ). Данните се регистрират непрекъснато и се използват за контрол на процеса и документиране на качеството.
Съвременните системи за управление на пещи с мрежеста лента интегрират мониторинга на атмосферата с контрола на температурата. Ако химичният състав на атмосферата се отклони от спецификацията, контролерът може да регулира газовия поток, да промени зададената стойност на въглеродния потенциал или да задейства аларма. Интеграцията намалява натоварването на оператора и подобрява консистентността на процеса.
Критерии за избор
За купувачите, които определят системата за атмосферна обработка, ключовите въпроси са: какво покритие на повърхността се изисква, какъв е класът стомана, каква е температурата на процеса и какво е наличното подаване на газ. След това системата за атмосферна обработка се съобразява с тези параметри, като се посочват видът газ, дебитът, системата за управление и системите за безопасност.
Говорете с MONTE INTELLIGENCE относно атмосферните системи
За купувачи, оценяващи атмосферни системи за пещ с мрежеста лента, MONTE INTELLIGENCE engineering може да препоръча конфигурация, която отговаря на процеса и изискванията за повърхностна обработка. Посететеwww.cnlymonte.com/products-mesh-belt-furnace.html за казуси. За обсъждане на проект, изпратете имейл на helenxu@cnlymonte.com със заглавие „атмосфера на мрежестата лента“ и подробности за вашата рецепта за процес и повърхностна обработка.
