การควบคุมบรรยากาศในเตาหลอมสายพานตาข่าย: ส่วนผสมของไนโตรเจน ก๊าซดูดความร้อน และไฮโดรเจน
การควบคุมบรรยากาศเป็นสิ่งที่ทำให้เตาอบชุบแข็งแตกต่างจากเตาอบความร้อนและออกซิเดชัน เตาอบเดียวกันนี้หากมีบรรยากาศที่ไม่เหมาะสม จะทำให้ชิ้นส่วนมีคราบตะกรันหนาและไม่ผ่านการตรวจสอบคุณภาพ แต่หากมีบรรยากาศที่เหมาะสม ชิ้นส่วนจะออกมาเงางาม สะอาด และพร้อมสำหรับการใช้งานในขั้นตอนต่อไป ความแตกต่างนี้ไม่ใช่เรื่องเล็กน้อย ต้นทุนด้านบรรยากาศโดยทั่วไปคิดเป็น 15 ถึง 25 เปอร์เซ็นต์ของต้นทุนการดำเนินงานของเตาอบสายพานตาข่าย และระบบควบคุมบรรยากาศคิดเป็น 20 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ของต้นทุนการลงทุนของเตาอบ การลงทุนให้ถูกต้องจึงคุ้มค่า
เหตุใดบรรยากาศจึงมีความสำคัญ
ที่อุณหภูมิสูงกว่า 500 องศาเซลเซียส เหล็กจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ไอน้ำ และคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศ ปฏิกิริยาเหล่านี้จะก่อให้เกิดคราบออกไซด์ของเหล็ก ลดปริมาณคาร์บอนบนพื้นผิว และทำให้ชิ้นส่วนนั้นเสียหายจนไม่สามารถใช้งานได้ในหลายๆ กรณี วัตถุประสงค์ของการควบคุมบรรยากาศคือการแทนที่อากาศและสร้างสภาวะทางเคมีที่ไม่ทำปฏิกิริยากับเหล็ก
บรรยากาศยังมีบทบาทสำคัญในบางกระบวนการด้วย ก๊าซดูดความร้อนจะเพิ่มคาร์บอนให้กับผิวเหล็ก (การอบชุบด้วยคาร์บอน) บรรยากาศที่มีแอมโมเนียจะเพิ่มไนโตรเจน (การอบชุบด้วยไนไตรด์) บรรยากาศที่มีไฮโดรเจนจะช่วยลดออกไซด์ที่มีอยู่บนพื้นผิว (การอบอ่อนให้เงางาม) บรรยากาศที่เหมาะสมคือบรรยากาศที่ให้เคมีบนพื้นผิวที่ต้องการและป้องกันปฏิกิริยาที่ไม่พึงประสงค์
บรรยากาศที่มีไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบหลัก
ไนโตรเจนเป็นบรรยากาศป้องกันที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในเตาหลอมสายพานตาข่าย เนื่องจากมีราคาถูก หาได้ง่าย และมีประสิทธิภาพสำหรับกระบวนการหลายอย่าง ไนโตรเจนบริสุทธิ์เหมาะสำหรับ: การอบอ่อนทองแดงให้เงางาม การลดความเค้นของเหล็กกล้าอัลลอยต่ำ และกระบวนการที่อุณหภูมิต่ำกว่า 700 องศาเซลเซียส
ไนโตรเจนบริสุทธิ์ไม่เหมาะสำหรับการชุบแข็งเหล็กกล้าคาร์บอนที่อุณหภูมิ 850 ถึง 880 องศาเซลเซียส เหตุผลคือ ไนโตรเจนไม่สามารถป้องกันการสูญเสียคาร์บอนในช่วงอุณหภูมินี้ได้ และปริมาณคาร์บอนบนผิวเหล็กจะลดลง ชั้นที่สูญเสียคาร์บอนไปนั้นอ่อนนุ่มและอาจทำให้ชิ้นส่วนเสียหายระหว่างการใช้งานได้
สำหรับการชุบแข็งเหล็กกล้าคาร์บอน บรรยากาศมาตรฐานคือแก๊สดูดความร้อน บางครั้งอาจมีการเติมก๊าซธรรมชาติเล็กน้อยเพื่อเพิ่มศักยภาพของคาร์บอน แก๊สดูดความร้อนผลิตขึ้นโดยการทำปฏิกิริยาของก๊าซธรรมชาติกับอากาศในภาชนะให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 950 ถึง 1000 องศาเซลเซียส โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยานิกเกล ปฏิกิริยานี้จะผลิตแก๊สที่มีไฮโดรเจนประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ คาร์บอนมอนอกไซด์ 20 เปอร์เซ็นต์ ไนโตรเจน 40 เปอร์เซ็นต์ และมีเทนและไอน้ำในปริมาณเล็กน้อย
ก๊าซดูดความร้อน (ก๊าซเอนโด)
ก๊าซดูดความร้อนเป็นบรรยากาศหลักที่ใช้ในการชุบแข็งเหล็กกล้าคาร์บอนด้วยเตาสายพานตาข่าย โดยจะควบคุมปริมาณคาร์บอนในก๊าซให้อยู่ในค่าเป้าหมายสำหรับเกรดเหล็ก (โดยทั่วไปคือ 0.4 ถึง 0.8 เปอร์เซ็นต์ C) และก๊าซจะเพิ่มหรือลดปริมาณคาร์บอนจากผิวเหล็กเพื่อรักษาระดับเป้าหมายนั้นไว้
ปริมาณคาร์บอนจะถูกควบคุมโดยเครื่องวิเคราะห์จุดน้ำค้างหรือเครื่องวิเคราะห์ CO2 อินฟราเรด ตัวควบคุมจะปรับอัตราส่วนอากาศต่อก๊าซในเครื่องกำเนิดความร้อนดูดอากาศเพื่อรักษาระดับอุณหภูมิที่ตั้งไว้ เครื่องกำเนิดความร้อนดูดอากาศทำงานที่อุณหภูมิ 950 ถึง 1000 องศาเซลเซียส และใช้ก๊าซธรรมชาติ 0.10 ถึง 0.15 ลูกบาศก์เมตรต่อก๊าซดูดอากาศที่ผลิตได้ 1 ลูกบาศก์เมตร
ข้อเสียของก๊าซเอนโดคือความซับซ้อนของเครื่องกำเนิดก๊าซ ส่วนประกอบต่างๆ เช่น เตาเผา ตัวเร่งปฏิกิริยา ระบบผสมอากาศและก๊าซ และวงจรควบคุมศักยภาพคาร์บอน ล้วนต้องการการบำรุงรักษา เครื่องกำเนิดก๊าซเอนโดที่ทันสมัยมีความน่าเชื่อถือ แต่ผู้ปฏิบัติงานยังคงต้องตรวจสอบศักยภาพคาร์บอนอย่างต่อเนื่องและเปลี่ยนตัวเร่งปฏิกิริยาทุกๆ 2 ถึง 3 ปี
ส่วนผสมไฮโดรเจน-ไนโตรเจนสำหรับการอบชุบให้เงางาม
ชิ้นส่วนสแตนเลสและเหล็กกล้าเครื่องมือที่ต้องการพื้นผิวเงางามปราศจากออกไซด์ จะถูกอบอ่อนในส่วนผสมของไฮโดรเจนและไนโตรเจน โดยทั่วไปปริมาณไฮโดรเจนจะอยู่ที่ 25 ถึง 75 เปอร์เซ็นต์ ไฮโดรเจนทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์เพื่อเปลี่ยนออกไซด์บนพื้นผิวกลับไปเป็นโลหะ และไนโตรเจนทำหน้าที่เป็นก๊าซพาหะและสารเจือจางเพื่อความปลอดภัย
การใช้บรรยากาศไฮโดรเจนบริสุทธิ์ก็ให้ผลลัพธ์การขัดเงาที่สว่างที่สุดเช่นกัน แต่ต้องใช้การออกแบบเตาเผาที่ป้องกันการระเบิดและระบบความปลอดภัยที่ครอบคลุม ส่วนผสมของไฮโดรเจน 25 ถึง 75 เปอร์เซ็นต์นั้นปลอดภัยกว่าและให้ประโยชน์ด้านความสว่างส่วนใหญ่ในต้นทุนการลงทุนที่ต่ำกว่า
ส่วนผสมของไฮโดรเจนและไนโตรเจนจะถูกส่งมาในรูปแบบของก๊าซผสมสำเร็จรูปจากผู้จำหน่าย หรือในรูปแบบของก๊าซแยกกันที่ผสมกันที่ทางเข้าเตาเผา อัตราส่วนการผสมจะถูกควบคุมโดยตัวควบคุมการไหลของมวล และจุดน้ำค้างของส่วนผสมจะถูกตรวจสอบอย่างต่อเนื่อง หากจุดน้ำค้างสูง (มากกว่า -40 องศาเซลเซียส) แสดงว่ามีการรั่วไหลหรือก๊าซปนเปื้อน และควรปิดเตาเผาจนกว่าจะแก้ไขปัญหาได้
บรรยากาศที่มีไฮโดรเจนเป็นส่วนประกอบนั้นอาจระเบิดได้หากมีความเข้มข้นเกิน 4 เปอร์เซ็นต์ในอากาศ เตาเผาแบบสายพานตาข่ายต้องได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงลำดับการไล่อากาศ การทดสอบการรั่วไหล และระบบระบายอากาศฉุกเฉินที่เหมาะสม บริษัท MONTE INTELLIGENCE ออกแบบเตาเผาแบบสายพานตาข่ายสำหรับใช้งานกับไฮโดรเจน โดยมีระบบความปลอดภัยสำรองและรอบการไล่อากาศล่วงหน้าที่ช่วยระบายอากาศออกจากเตาเผาก่อนการให้ความร้อนแต่ละครั้ง
บรรยากาศที่มีแอมโมเนียเป็นองค์ประกอบสำหรับการไนไตรดิ้ง
สำหรับการไนไตรดิ้งชิ้นส่วนพิเศษ จะใช้แอมโมเนียหรือส่วนผสมของแอมโมเนียและไนโตรเจน แอมโมเนียจะสลายตัวที่อุณหภูมิไนไตรดิ้ง (500 ถึง 600 องศาเซลเซียส) ปล่อยไนโตรเจนอะตอมออกมา ซึ่งจะแพร่เข้าสู่ผิวเหล็ก ผลลัพธ์ที่ได้คือชั้นผิวที่แข็งและทนต่อการสึกหรอโดยไม่จำเป็นต้องทำการชุบแข็ง
เตาเผาแบบสายพานตาข่ายใช้บรรยากาศแอมโมเนียสำหรับการไนไตรดิ้งชิ้นส่วนขนาดเล็กในปริมาณมาก โดยทั่วไปแล้วเตาเผาขนาดเล็กจะใช้แอมโมเนียประมาณ 0.5 ถึง 1.5 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง ก๊าซเสียที่ออกจากเตาเผาจะต้องได้รับการบำบัดเพื่อทำลายแอมโมเนียที่ยังไม่ทำปฏิกิริยาก่อนปล่อยทิ้ง
การตรวจสอบและควบคุมบรรยากาศ
ต้องมีการตรวจสอบบรรยากาศภายในเตาหลอมสายพานตาข่ายอย่างต่อเนื่อง พารามิเตอร์สำคัญ ได้แก่ หัววัดออกซิเจน (สำหรับปริมาณออกซิเจน) เครื่องวิเคราะห์จุดน้ำค้าง (สำหรับไอน้ำ) เครื่องวิเคราะห์อินฟราเรด (สำหรับ CO และ CO2) และเครื่องวัดอัตราการไหล (สำหรับอัตราการจ่ายก๊าซ) ข้อมูลจะถูกบันทึกอย่างต่อเนื่องและใช้สำหรับการควบคุมกระบวนการและเอกสารคุณภาพ
ระบบควบคุมเตาหลอมสายพานตาข่ายที่ทันสมัยได้ผสานรวมการตรวจสอบบรรยากาศเข้ากับการควบคุมอุณหภูมิ หากองค์ประกอบทางเคมีของบรรยากาศเปลี่ยนแปลงไปจากค่าที่กำหนด ตัวควบคุมสามารถปรับการไหลของก๊าซ ปรับค่าศักยภาพคาร์บอน หรือส่งสัญญาณเตือนได้ การผสานรวมนี้ช่วยลดภาระงานของผู้ปฏิบัติงานและปรับปรุงความสม่ำเสมอของกระบวนการ
เกณฑ์การคัดเลือก
สำหรับผู้ซื้อที่ต้องการระบุระบบบรรยากาศ คำถามสำคัญคือ: ต้องการผิวสำเร็จแบบใด เกรดเหล็กคืออะไร อุณหภูมิกระบวนการเป็นเท่าใด และมีปริมาณก๊าซที่จ่ายได้เท่าใด จากนั้นระบบบรรยากาศจะถูกเลือกให้ตรงกับพารามิเตอร์เหล่านี้ โดยระบุชนิดของก๊าซ อัตราการไหล ระบบควบคุม และระบบความปลอดภัยทั้งหมด
ติดต่อ MONTE INTELLIGENCE เพื่อสอบถามเกี่ยวกับระบบบรรยากาศ
สำหรับผู้ซื้อที่กำลังพิจารณาระบบควบคุมบรรยากาศสำหรับเตาหลอมสายพานตาข่าย ฝ่ายวิศวกรรมของ MONTE INTELLIGENCE สามารถแนะนำการกำหนดค่าที่เหมาะสมกับกระบวนการและข้อกำหนดด้านผิวสำเร็จได้ เยี่ยมชมเว็บไซต์ของเราwww.cnlymonte.com/products-mesh-belt-furnace.html สำหรับกรณีศึกษา หากต้องการพูดคุยเกี่ยวกับโครงการ โปรดส่งอีเมลไปที่ helenxu@cnlymonte.com โดยระบุหัวข้ออีเมลว่า "mesh belt atmosphere" และรายละเอียดเกี่ยวกับสูตรกระบวนการและผิวสำเร็จของพื้นผิว
