Örgü bantlı fırının içindeki atmosfer sadece sıcak hava değildir; parçaların parlak ve temiz mi yoksa oksitlenmiş ve karbonsuzlaşmış mı çıkacağını belirleyen, hassas bir şekilde kontrol edilen kimyasal bir ortamdır. Atmosfer kontrolü, kaliteli bir ısıl işlem cihazını vasat bir cihazdan ayıran en önemli faktördür.
MONTE INTELLIGENCE ağ bantlı fırınları, proses gereksinimlerine bağlı olarak çeşitli atmosfer sistemleriyle çalışır. Bu makale, en yaygın üç kontrollü atmosfer türünü, bunların üretim ekipmanlarını ve atmosfer kalitesini belirleyen kontrol parametrelerini ele almaktadır.
Isıl işlem atölyelerinde kullanılan endotermik gaz ("endo gas"), çelik parçaların nötr sertleştirilmesi, karbürlenmesi ve karbonitrürlenmesi için temel atmosferdir. Doğal gazın (veya propanın) yaklaşık 1050°C'de, nikel katalizör üzerinde harici bir jeneratörde hava ile reaksiyona sokulmasıyla üretilir. Reaksiyon yaklaşık olarak CH4 + 2,38 (0,21 O2 + 0,79 N2) → CO + 2 H2 + 1,88 N2 şeklindedir ve hacimce yaklaşık %20 CO, %40 H2 ve %40 N2 içeren bir gaz üretir.
Endogazın karbon potansiyeli (çelik yüzeyine karbon ekleme veya çıkarma yeteneği), CO/CO2 oranına ve fırın sıcaklığına bağlıdır. 850°C'de, çiğlenme noktası +5°C olan bir endogazın karbon potansiyeli yaklaşık %0,35 C'dir. Çiğlenme noktasını -5°C'ye düşürmek, karbon potansiyelini yaklaşık %0,60 C'ye yükseltir. Bu ilişki, su-gaz kayması reaksiyonu ile yönetilir: CO + H2O ↔ CO2 + H2, yani su buharı içeriğinin (çiğlenme noktası) kontrolü, karbon potansiyelini kontrol eder.
Endotermik jeneratörün kendisi kritik bir ekipmandır. İçinde nikel katalizör bulunan ısıtılmış bir reaktörden oluşur ve hava-gaz karışımı bu reaktörden geçer. Reaksiyon endotermiktir - ısıyı emer - bu nedenle adı da buradan gelir. Retort 1000-1100°C'de çalışır ve genellikle RA330 veya Incoloy 800HT gibi yüksek sıcaklık alaşımından yapılmış olmalı ve 3-5 yıl sürekli çalışma ömrüne sahip olmalıdır. Retort arızası, planlanmamış fırın duruş sürelerinin yaygın bir nedenidir ve endo gaz kullanan her ısıl işlem tesisinde yedek bir reaktör bulundurulmalıdır.
Jeneratördeki katalizör, karbon birikimi (koklaşma) ve doğal gazdan kaynaklanan kükürt zehirlenmesi nedeniyle zamanla bozulur. Kükürt daha büyük bir sorundur: nikel katalizör, milyonda birkaç parça kadar düşük konsantrasyonlarda bile kükürt tarafından kalıcı olarak zehirlenir. Doğal gaz spesifikasyonları genellikle 30 ppm'ye kadar kükürte izin verir ki bu, katalizör toleransının çok üzerindedir. Jeneratörün önünde aktif karbon veya çinko oksit içeren bir kükürt giderme yatağı şarttır ve bu yatak, gazın kükürt içeriğine bağlı olarak 6-12 ayda bir değiştirilmelidir.
Azot-metanol atmosferi, endojeneratör çalıştırmak istemeyen tesisler için endogaza alternatif bir çözümdür. Atmosfer, sıvı metanol (CH3OH) ve azot gazının doğrudan fırına enjekte edilmesiyle oluşturulur. Fırın sıcaklığında metanol ayrışır: CH3OH → CO + 2 H2, böylece endogazla aynı 1:2 CO:H2 oranı elde edilir. Azot, istenen karbon potansiyeline ulaşmak için karışımı seyreltir.
Azot-metanol sisteminin avantajı basitliğidir; jeneratör, katalizör veya imbik gerektirmez. Sistem, sıvı metanol depolama tankı, azot kaynağı (sıvı azot tankı veya membran azot jeneratörü), akış kontrol panelleri ve fırındaki enjeksiyon nozullarından oluşur. Çalıştırma, endojeneratörün ısıtılması için gereken saatler yerine dakikalar sürer.
Dezavantajı maliyettir. Sıvı metanol, üretilen atmosfer birimi başına doğal gazdan daha pahalıdır. Tipik metanol fiyatları olan 0,40-0,60 dolar/litre üzerinden hesaplandığında, saatte 40 litre metanol tüketen bir ağ bantlı fırının atmosfer maliyeti saatte 16-24 dolar veya sürekli çalışma durumunda günde yaklaşık 380-580 dolardır. Doğal gaz kullanan bir endojeneratör, aynı atmosfer hacmini yaklaşık %30-40 daha düşük maliyetle üretir. İki seçenek arasındaki tercih, sermaye maliyeti ile işletme maliyeti arasındaki dengeye ve tesisin endojeneratörü güvenilir bir şekilde çalıştırabilecek bakım kapasitesine sahip olup olmadığına bağlıdır.
Ayrışmış amonyak, paslanmaz çelik, bakır ve pirincin parlak tavlanmasında kullanılır; bu işlemlerde atmosferin indirgeyici ancak karbonlaşmayan olması gerekir. Susuz amonyak (NH3), harici bir ünitede ayrıştırılır: 2 NH3 → N2 + 3 H2, hacimce %75 hidrojen ve %25 azot içeren bir gaz üretir. Bu atmosfer oldukça indirgeyicidir - yüksek hidrojen içeriği, parça yüzeyindeki metal oksitleri indirger - ve karbon içermediğinden, karbonlaşma veya karbonsuzlaşma riski yoktur.
Amonyak ayrışma reaksiyonu daha basit ve hızlı olduğu için, ayrıştırıcı, endojeneratöre benzer ancak daha küçük bir reaktörde demir-nikel katalizör ile yaklaşık 950°C'de çalışır. Amonyak tedariki dikkatli bir şekilde ele alınmalıdır: susuz amonyak, özel depolama, sızıntı tespiti ve acil müdahale prosedürleri gerektiren tehlikeli bir kimyasaldır. Ayrışan gaz, yüksek hidrojen içeriği nedeniyle yanıcıdır ve uygun gaz güvenliği uygulamalarıyla ele alınmalıdır.
Atmosfer kontrol cihazları, manuel çiğ noktası ölçümünden otomatik karbon potansiyeli kontrolüne doğru evrim geçirmiştir. Modern yaklaşım, doğrudan fırının sıcak bölgesine yerleştirilen bir oksijen probu (zirkonya sensörü) kullanır. Prob, fırın atmosferindeki oksijen kısmi basıncını ölçer ve bu değerden CO içeriği ve fırın sıcaklığına bağlı olarak karbon potansiyeli hesaplanır. Prob sinyali, karbon potansiyeli ayar noktasını korumak için zenginleştirici gaz (doğal gaz veya propan) ilavesini kontrol eder.
Oksijen problarının periyodik bakıma ihtiyacı vardır. Prob ucu, genellikle korunacak karbon potansiyeline bağlı olarak 1-3 ayda bir kurum ve karbon birikintilerinden temizlenmelidir. Prob, en az üç ayda bir referans bir değere (ya şim stoğu karbon analizi ya da taşınabilir çiğ noktası ölçer) göre kalibre edilmelidir. Karbon potansiyeli okumasında %0,05 sapma gösteren bir prob, hedef sertlikten 1-2 HRC puan sapma gösteren parçalar üretebilir; bu da başarılı ve başarısız bir parti arasındaki fark olabilir.
MONTE INTELLIGENCE, endo jeneratörleri, azot-metanol panelleri ve amonyak ayrıştırıcıları da dahil olmak üzere entegre atmosfer sistemlerine sahip ağ bantlı fırınlar tedarik etmektedir. Ayrıca atmosfer kontrol enstrümantasyonu ve devreye alma desteği de sağlamaktayız.
Isıl işlem prosesiniz için atmosfer sistemi özellikleri hakkında bilgi almak için helenxu@cnlymonte.com adresinden iletişime geçin.
