บรรยากาศภายในเตาอบสายพานตาข่ายไม่ใช่แค่เพียงอากาศร้อน แต่เป็นสภาพแวดล้อมทางเคมีที่ถูกควบคุมอย่างแม่นยำ ซึ่งเป็นตัวกำหนดว่าชิ้นส่วนจะออกมาเงางามและสะอาด หรือจะเกิดการออกซิเดชันและสูญเสียคาร์บอน การควบคุมบรรยากาศเป็นสิ่งที่แยกแยะผู้ผลิตชิ้นงานอบชุบคุณภาพสูงออกจากผู้ผลิตคุณภาพปานกลาง
เตาหลอมสายพานตาข่าย MONTE INTELLIGENCE ทำงานด้วยระบบควบคุมบรรยากาศที่หลากหลาย ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของกระบวนการ บทความนี้จะกล่าวถึงระบบควบคุมบรรยากาศที่ใช้กันทั่วไป 3 ประเภท อุปกรณ์ที่ใช้ในการสร้างระบบควบคุมบรรยากาศ และพารามิเตอร์ควบคุมที่กำหนดคุณภาพของบรรยากาศ
ก๊าซดูดความร้อน — หรือที่เรียกกันในโรงงานอบชุบความร้อนว่า "ก๊าซดูดความร้อน" — เป็นบรรยากาศหลักที่ใช้ในการชุบแข็งแบบเป็นกลาง การคาร์บูไรซิ่ง และการคาร์บอนไนไตรดิ้งชิ้นส่วนเหล็ก ก๊าซนี้ผลิตขึ้นโดยการทำปฏิกิริยาระหว่างก๊าซธรรมชาติ (หรือโพรเพน) กับอากาศในเครื่องกำเนิดภายนอกที่อุณหภูมิประมาณ 1050°C โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยานิกเกล ปฏิกิริยาโดยประมาณคือ CH4 + 2.38 (0.21 O2 + 0.79 N2) → CO + 2 H2 + 1.88 N2 ซึ่งจะได้ก๊าซที่มี CO ประมาณ 20%, H2 ประมาณ 40% และ N2 ประมาณ 40% โดยปริมาตร
ศักยภาพของคาร์บอนในก๊าซเอนโด (ความสามารถในการเพิ่มหรือลดคาร์บอนจากพื้นผิวเหล็ก) ขึ้นอยู่กับอัตราส่วน CO/CO2 และอุณหภูมิของเตาหลอม ที่อุณหภูมิ 850°C ก๊าซเอนโดที่มีจุดน้ำค้างที่ +5°C จะมีศักยภาพของคาร์บอนประมาณ 0.35% C การลดจุดน้ำค้างลงเหลือ -5°C จะเพิ่มศักยภาพของคาร์บอนเป็นประมาณ 0.60% C ความสัมพันธ์นี้ถูกควบคุมโดยปฏิกิริยาการเปลี่ยนก๊าซน้ำ: CO + H2O ↔ CO2 + H2 ซึ่งหมายความว่าการควบคุมปริมาณไอน้ำ (จุดน้ำค้าง) จะควบคุมศักยภาพของคาร์บอน
เครื่องกำเนิดก๊าซดูดความร้อนเป็นอุปกรณ์ที่สำคัญมาก ประกอบด้วยภาชนะให้ความร้อนที่บรรจุตัวเร่งปฏิกิริยานิกเกล ซึ่งส่วนผสมของอากาศและก๊าซจะไหลผ่าน ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน จึงเป็นที่มาของชื่อ ภาชนะให้ความร้อนทำงานที่อุณหภูมิ 1000-1100°C และต้องสร้างจากโลหะผสมทนความร้อนสูง โดยทั่วไปคือ RA330 หรือ Incoloy 800HT โดยมีอายุการใช้งานที่ออกแบบไว้ 3-5 ปีของการทำงานต่อเนื่อง ความเสียหายของภาชนะให้ความร้อนเป็นสาเหตุทั่วไปของการหยุดทำงานของเตาหลอมโดยไม่คาดคิด และโรงงานอบชุบความร้อนทุกแห่งที่มีก๊าซดูดความร้อนควรมีภาชนะให้ความร้อนสำรองไว้ใช้งาน
ตัวเร่งปฏิกิริยาในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะเสื่อมสภาพไปตามเวลาเนื่องจากการสะสมของคาร์บอน (การเกิดโค้ก) และการปนเปื้อนของกำมะถันจากก๊าซธรรมชาติ กำมะถันเป็นปัญหาใหญ่กว่า: ตัวเร่งปฏิกิริยานิกเกลจะถูกทำลายอย่างถาวรโดยกำมะถันที่ความเข้มข้นต่ำเพียงไม่กี่ส่วนในล้านส่วน โดยทั่วไปแล้วข้อกำหนดของก๊าซธรรมชาติจะอนุญาตให้มีกำมะถันได้ถึง 30 ส่วนในล้านส่วน ซึ่งสูงกว่าค่าความคลาดเคลื่อนของตัวเร่งปฏิกิริยามาก จึงจำเป็นต้องมีชั้นกำจัดกำมะถัน — ถ่านกัมมันต์หรือซิงค์ออกไซด์ — อยู่ก่อนหน้าเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และต้องเปลี่ยนชั้นกำจัดกำมะถันทุกๆ 6-12 เดือน ขึ้นอยู่กับปริมาณกำมะถันในก๊าซ
บรรยากาศไนโตรเจน-เมทานอลเป็นทางเลือกแทนก๊าซเอนโดสำหรับโรงงานที่ไม่ต้องการใช้งานเครื่องกำเนิดก๊าซเอนโด บรรยากาศนี้สร้างขึ้นโดยการฉีดเมทานอลเหลว (CH3OH) และก๊าซไนโตรเจนเข้าไปในเตาเผาโดยตรง ที่อุณหภูมิของเตาเผา เมทานอลจะแตกตัวเป็น: CH3OH → CO + 2 H2 ทำให้ได้อัตราส่วน CO:H2 1:2 เช่นเดียวกับก๊าซเอนโด ไนโตรเจนจะเจือจางส่วนผสมเพื่อให้ได้ศักยภาพคาร์บอนที่ต้องการ
ข้อดีของระบบไนโตรเจน-เมทานอลคือความเรียบง่าย — ไม่ต้องใช้เครื่องกำเนิดก๊าซ ไม่ต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา ไม่ต้องใช้เตาเผา ระบบประกอบด้วยถังเก็บเมทานอลเหลว ถังจ่ายไนโตรเจน (ถังไนโตรเจนเหลวหรือเครื่องกำเนิดไนโตรเจนแบบเมมเบรน) แผงควบคุมการไหล และหัวฉีดในเตาเผา การเริ่มต้นใช้งานใช้เวลาเพียงไม่กี่นาที แทนที่จะใช้เวลาหลายชั่วโมงในการให้ความร้อนแก่เครื่องกำเนิดก๊าซแบบเดิม
ข้อเสียคือต้นทุน เมทานอลเหลวมีราคาสูงกว่าก๊าซธรรมชาติเมื่อเทียบต่อหน่วยปริมาตรอากาศที่ผลิตได้ โดยทั่วไปราคาเมทานอลอยู่ที่ 0.40-0.60 ดอลลาร์ต่อลิตร ต้นทุนต่อปริมาตรอากาศสำหรับเตาเผาแบบสายพานตาข่ายที่ใช้เมทานอล 40 ลิตรต่อชั่วโมงจะอยู่ที่ 16-24 ดอลลาร์ต่อชั่วโมง หรือประมาณ 380-580 ดอลลาร์ต่อวันสำหรับการทำงานต่อเนื่อง ในขณะที่เครื่องกำเนิดก๊าซแบบไหลวนที่ใช้ก๊าซธรรมชาติสามารถผลิตปริมาตรอากาศเท่ากันได้ในราคาที่ถูกกว่าประมาณ 30-40% การเลือกใช้ระหว่างสองอย่างนี้ขึ้นอยู่กับต้นทุนการลงทุนเทียบกับต้นทุนการดำเนินงาน และว่าโรงงานนั้นมีศักยภาพในการบำรุงรักษาเพื่อใช้งานเครื่องกำเนิดก๊าซแบบไหลวนได้อย่างน่าเชื่อถือหรือไม่
แอมโมเนียที่แตกตัวแล้วใช้สำหรับการอบอ่อนผิวสว่างของสแตนเลส ทองแดง และทองเหลือง ซึ่งเป็นกระบวนการที่บรรยากาศต้องเป็นแบบรีดิวซ์แต่ไม่ทำให้เกิดคาร์บอนเพิ่มขึ้น แอมโมเนียปราศจากน้ำ (NH3) จะถูกแตกตัวในหน่วยภายนอก: 2 NH3 → N2 + 3 H2 ทำให้เกิดก๊าซที่มีไฮโดรเจน 75% และไนโตรเจน 25% โดยปริมาตร บรรยากาศนี้มีฤทธิ์รีดิวซ์สูง เนื่องจากปริมาณไฮโดรเจนสูงจะช่วยลดออกไซด์ของโลหะบนพื้นผิวชิ้นงาน และไม่มีคาร์บอน ดังนั้นจึงไม่มีความเสี่ยงต่อการเกิดคาร์บอนเพิ่มขึ้นหรือลดลง
เครื่องแยกสารทำงานที่อุณหภูมิประมาณ 950°C โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเหล็ก-นิกเกิลในภาชนะคล้ายกับเครื่องกำเนิดก๊าซแบบดูดความร้อน แต่มีขนาดเล็กกว่า เนื่องจากปฏิกิริยาการแยกแอมโมเนียนั้นง่ายกว่าและเร็วกว่า การจัดการแอมโมเนียต้องใช้ความระมัดระวัง: แอมโมเนียปราศจากน้ำเป็นสารเคมีอันตรายที่ต้องมีการจัดเก็บเฉพาะ การตรวจจับการรั่วไหล และขั้นตอนการรับมือเหตุฉุกเฉิน ก๊าซที่แยกตัวออกมานั้นติดไฟได้เนื่องจากมีปริมาณไฮโดรเจนสูง และต้องจัดการด้วยหลักความปลอดภัยด้านก๊าซที่เหมาะสม
อุปกรณ์ควบคุมบรรยากาศได้พัฒนาจากวิธีการวัดจุดน้ำค้างแบบแมนนวลไปสู่การควบคุมศักยภาพคาร์บอนแบบอัตโนมัติ วิธีการที่ทันสมัยใช้หัววัดออกซิเจน (เซ็นเซอร์เซอร์โคเนีย) ที่เสียบเข้าไปในบริเวณร้อนของเตาเผาโดยตรง หัววัดจะวัดความดันย่อยของออกซิเจนในบรรยากาศของเตาเผา จากนั้นจึงคำนวณศักยภาพคาร์บอนโดยอิงจากปริมาณ CO และอุณหภูมิของเตาเผา สัญญาณจากหัววัดจะควบคุมการเติมก๊าซเสริม (ก๊าซธรรมชาติหรือโพรเพน) เพื่อรักษาระดับศักยภาพคาร์บอนให้คงที่ตามค่าที่ตั้งไว้
หัววัดออกซิเจนจำเป็นต้องได้รับการบำรุงรักษาเป็นระยะ ปลายหัววัดต้องทำความสะอาดเขม่าและคราบคาร์บอน โดยทั่วไปทุกๆ 1-3 เดือน ขึ้นอยู่กับค่าศักยภาพคาร์บอนที่ต้องการรักษาไว้ ควรทำการสอบเทียบหัววัดกับค่าอ้างอิง — ไม่ว่าจะเป็นการวิเคราะห์คาร์บอนจากแผ่นชิมหรือเครื่องวัดจุดน้ำค้างแบบพกพา — อย่างน้อยทุกไตรมาส หัววัดที่คลาดเคลื่อนไป 0.05% ในการอ่านค่าศักยภาพคาร์บอน อาจทำให้ชิ้นส่วนมีความแข็งคลาดเคลื่อนจากค่าเป้าหมาย 1-2 จุด HRC ซึ่งอาจเป็นความแตกต่างระหว่างชิ้นงานที่ผ่านเกณฑ์และไม่ผ่านเกณฑ์
MONTE INTELLIGENCE จัดจำหน่ายเตาหลอมสายพานตาข่ายพร้อมระบบควบคุมบรรยากาศแบบครบวงจร รวมถึงเครื่องกำเนิดก๊าซภายในอาคาร แผงไนโตรเจน-เมทานอล และเครื่องแยกแอมโมเนีย นอกจากนี้ เรายังให้บริการเครื่องมือวัดควบคุมบรรยากาศและให้การสนับสนุนการทดสอบระบบอีกด้วย
หากต้องการข้อมูลจำเพาะของระบบบรรยากาศสำหรับกระบวนการอบชุบความร้อนของคุณ โปรดติดต่อ helenxu@cnlymonte.com
