Atmosfera di dalam relau tali sawat jejaring bukan sekadar udara panas — ia merupakan persekitaran kimia yang dikawal dengan tepat yang menentukan sama ada bahagian-bahagian tersebut keluar dengan terang dan bersih atau teroksida dan dinyahkarbonkan. Kawalan atmosfera membezakan rawatan haba yang berkualiti daripada yang biasa-biasa sahaja.
Relau tali sawat jejaring MONTE INTELLIGENCE beroperasi dengan pelbagai sistem atmosfera bergantung pada keperluan proses. Artikel ini merangkumi tiga jenis atmosfera terkawal yang paling biasa, peralatan penjanaannya dan parameter kawalan yang menentukan kualiti atmosfera.
Gas endotermik — "endo gas" di kedai rawatan haba — ialah atmosfera yang paling sesuai untuk pengerasan neutral, pengkarbonan dan pengkarbonitan bahagian keluli. Ia dihasilkan dengan bertindak balas gas asli (atau propana) dengan udara dalam penjana luaran pada suhu kira-kira 1050°C, menggunakan mangkin nikel. Tindak balasnya adalah lebih kurang CH4 + 2.38 (0.21 O2 + 0.79 N2) → CO + 2 H2 + 1.88 N2, menghasilkan gas yang mengandungi kira-kira 20% CO, 40% H2 dan 40% N2 mengikut isipadu.
Potensi karbon gas endo — keupayaannya untuk menambah atau menyingkirkan karbon daripada permukaan keluli — bergantung pada nisbah CO/CO2 dan suhu relau. Pada suhu 850°C, gas endo dengan takat embun +5°C mempunyai potensi karbon kira-kira 0.35% C. Mengurangkan takat embun kepada -5°C meningkatkan potensi karbon kepada kira-kira 0.60% C. Hubungan ini dikawal oleh tindak balas anjakan air-gas: CO + H2O ↔ CO2 + H2, yang bermaksud bahawa mengawal kandungan wap air (takat embun) mengawal potensi karbon.
Penjana endotermik itu sendiri merupakan peralatan yang penting. Ia terdiri daripada retort yang dipanaskan yang diisi dengan mangkin nikel, yang melaluinya campuran udara-gas akan melaluinya. Tindak balas ini adalah endotermik — ia menyerap haba — oleh itu namanya. Retort beroperasi pada suhu 1000-1100°C dan mesti dibina daripada aloi suhu tinggi, biasanya RA330 atau Incoloy 800HT, dengan jangka hayat reka bentuk selama 3-5 tahun operasi berterusan. Kegagalan retort merupakan punca biasa masa henti relau yang tidak dirancang, dan setiap loji rawatan haba dengan gas endo harus menyimpan retort ganti di rak.
Mangkin dalam penjana akan terdegradasi dari semasa ke semasa disebabkan oleh pemendapan karbon (koking) dan keracunan sulfur daripada gas asli. Sulfur adalah masalah yang lebih besar: mangkin nikel diracuni secara kekal oleh sulfur pada kepekatan serendah beberapa bahagian per juta. Spesifikasi gas asli biasanya membenarkan sehingga 30 ppm sulfur, yang jauh melebihi toleransi mangkin. Katil penyingkiran sulfur — karbon teraktif atau zink oksida — di hulu penjana adalah penting, dan katil mesti ditukar setiap 6-12 bulan bergantung pada kandungan sulfur gas.
Atmosfera nitrogen-metanol merupakan alternatif kepada gas endo bagi loji yang tidak mahu mengendalikan penjana endo. Atmosfera dihasilkan dengan menyuntik metanol cecair (CH3OH) dan gas nitrogen terus ke dalam relau. Pada suhu relau, metanol bercerai: CH3OH → CO + 2 H2, menghasilkan nisbah 1:2 CO:H2 yang sama seperti gas endo. Nitrogen mencairkan campuran untuk mencapai potensi karbon yang diingini.
Kelebihan nitrogen-metanol adalah kesederhanaan — tiada penjana, tiada mangkin, tiada retort. Sistem ini terdiri daripada tangki simpanan metanol cecair, bekalan nitrogen (tangki nitrogen cecair atau penjana nitrogen membran), panel kawalan aliran dan muncung suntikan dalam relau. Permulaan mengambil masa beberapa minit dan bukannya berjam-jam yang diperlukan untuk memanaskan penjana endo.
Kelemahannya ialah kos. Metanol cecair lebih mahal bagi setiap unit atmosfera yang dihasilkan berbanding gas asli. Pada harga metanol biasa $0.40-0.60 seliter, kos atmosfera untuk relau tali sawat jejaring yang menggunakan 40 liter metanol sejam ialah $16-24 sejam, atau kira-kira $380-580 sehari operasi berterusan. Penjana endo yang menggunakan gas asli menghasilkan isipadu atmosfera yang sama dengan kira-kira 30-40% kurang. Pilihan antara kedua-duanya bergantung kepada kos modal berbanding kos operasi, dan sama ada loji tersebut mempunyai keupayaan penyelenggaraan untuk mengendalikan penjana endo dengan andal.
Ammonia yang terurai digunakan untuk penyepuhlindapan terang keluli tahan karat, kuprum dan loyang — proses di mana atmosfera mesti mengalami pengurangan tetapi bukan pengkarbonan. Ammonia kontang (NH3) terurai dalam unit luaran: 2NH3 → N2 + 3H2, menghasilkan gas yang terdiri daripada 75% hidrogen dan 25% nitrogen mengikut isipadu. Atmosfera ini mengalami pengurangan yang kuat — kandungan hidrogen yang tinggi mengurangkan sebarang oksida logam pada permukaan bahagian — dan tidak mengandungi karbon, jadi tiada risiko pengkarbonan atau penyahkarbonan.
Pengurai beroperasi pada suhu kira-kira 950°C dengan mangkin besi-nikel dalam retort yang serupa dengan penjana endo tetapi lebih kecil kerana tindak balas penguraian ammonia adalah lebih mudah dan pantas. Bekalan ammonia memerlukan pengendalian yang teliti: ammonia kontang ialah bahan kimia berbahaya yang memerlukan penyimpanan khusus, pengesanan kebocoran dan prosedur tindak balas kecemasan. Gas yang diurai mudah terbakar kerana kandungan hidrogen yang tinggi dan mesti dikendalikan dengan amalan keselamatan gas yang sesuai.
Instrumentasi kawalan atmosfera telah berkembang daripada pengukuran titik embun manual kepada kawalan potensi karbon automatik. Pendekatan moden menggunakan prob oksigen (sensor zirkonia) yang dimasukkan terus ke dalam zon panas relau. Prob mengukur tekanan separa oksigen dalam atmosfera relau, yang mana potensi karbon dikira berdasarkan kandungan CO dan suhu relau. Isyarat prob mengawal penambahan gas pengayaan (gas asli atau propana) untuk mengekalkan titik tetap potensi karbon.
Prob oksigen memerlukan penyelenggaraan berkala. Hujung prob mesti dibersihkan daripada jelaga dan mendapan karbon, biasanya setiap 1-3 bulan bergantung pada potensi karbon yang dikekalkan. Prob hendaklah dikalibrasi terhadap rujukan — sama ada analisis karbon stok shim atau meter titik embun mudah alih — sekurang-kurangnya setiap suku tahun. Prob yang hanyut 0.05% dalam bacaan potensi karbonnya boleh menghasilkan bahagian yang 1-2 titik HRC daripada kekerasan sasaran, yang mungkin menjadi perbezaan antara lot yang lulus dan gagal.
MONTE INTELLIGENCE membekalkan relau tali sawat jejaring dengan sistem atmosfera bersepadu, termasuk penjana endo, panel nitrogen-metanol dan disosiator ammonia. Kami juga menyediakan instrumentasi kawalan atmosfera dan sokongan pentauliahan.
Untuk spesifikasi sistem atmosfera bagi proses rawatan haba anda, hubungi helenxu@cnlymonte.com.
