Kiểm soát môi trường trong lò băng tải lưới: Hỗn hợp nitơ, khí thu nhiệt và hydro
Kiểm soát môi trường là yếu tố phân biệt lò xử lý nhiệt với lò nung và oxy hóa. Cùng một loại lò nhưng với môi trường không tốt sẽ tạo ra các sản phẩm bị đóng cặn nặng, không đạt tiêu chuẩn kiểm tra chất lượng. Với môi trường phù hợp, các sản phẩm sẽ sáng bóng, sạch sẽ và sẵn sàng cho công đoạn tiếp theo. Đây không phải là sự khác biệt nhỏ. Chi phí cho hệ thống kiểm soát môi trường thường chiếm từ 15 đến 25% chi phí vận hành của lò nung băng tải lưới, và hệ thống kiểm soát môi trường chiếm từ 20 đến 30% chi phí đầu tư ban đầu của lò. Đầu tư đúng cách sẽ mang lại hiệu quả xứng đáng.
Tại sao bầu khí quyển lại quan trọng
Ở nhiệt độ trên 500 độ C, thép phản ứng với oxy, hơi nước và carbon dioxide trong không khí. Các phản ứng này tạo thành lớp oxit sắt, làm mất cacbon trên bề mặt và làm hỏng chi tiết trong nhiều ứng dụng. Mục đích của môi trường được kiểm soát là để loại bỏ không khí và cung cấp một môi trường hóa học không phản ứng với thép.
Môi trường khí quyển cũng đóng vai trò tích cực trong một số quá trình. Khí thu nhiệt bổ sung cacbon vào bề mặt thép (cacbon hóa). Môi trường chứa amoniac bổ sung nitơ (nitriding). Môi trường chứa hydro khử oxit bề mặt hiện có (ủ sáng). Môi trường phù hợp là môi trường tạo ra thành phần hóa học bề mặt cần thiết và ngăn ngừa các phản ứng không mong muốn.
Bầu khí quyển dựa trên nitơ
Nitơ là môi trường bảo vệ được sử dụng rộng rãi nhất trong các lò băng tải lưới. Nó rẻ, dễ kiếm và hiệu quả cho nhiều quy trình. Nitơ tinh khiết thích hợp cho: ủ sáng đồng, giảm ứng suất thép hợp kim thấp và các quy trình ở nhiệt độ thấp dưới 700 độ C.
Nitơ tinh khiết không thích hợp để tôi cứng thép cacbon ở nhiệt độ từ 850 đến 880 độ C. Lý do là: nitơ không ngăn chặn được hiện tượng khử cacbon ở dải nhiệt độ này, và hàm lượng cacbon trên bề mặt thép giảm xuống. Lớp bị khử cacbon trở nên mềm và có thể gây hỏng chi tiết trong quá trình sử dụng.
Để tôi cứng thép cacbon, môi trường tiêu chuẩn là khí thu nhiệt, đôi khi có thêm một lượng nhỏ khí tự nhiên để làm giàu hàm lượng cacbon. Khí thu nhiệt được tạo ra bằng cách cho khí tự nhiên phản ứng với không khí trong một lò nung được gia nhiệt ở nhiệt độ từ 950 đến 1000 độ C, với chất xúc tác niken. Phản ứng tạo ra một loại khí có khoảng 40% hydro, 20% carbon monoxide, 40% nitơ, và một lượng nhỏ metan và hơi nước.
Khí thu nhiệt (Khí Endo)
Khí hấp thụ nhiệt là môi trường chủ yếu được sử dụng trong quá trình tôi cứng thép cacbon bằng lò băng tải lưới. Hàm lượng cacbon trong khí được kiểm soát ở giá trị mục tiêu cho từng loại thép (thường từ 0,4 đến 0,8% C), và khí sẽ bổ sung hoặc loại bỏ cacbon khỏi bề mặt thép để duy trì giá trị mục tiêu đó.
Tiềm năng carbon được kiểm soát bằng máy phân tích điểm sương hoặc máy phân tích CO2 hồng ngoại. Bộ điều khiển điều chỉnh tỷ lệ không khí/khí trong máy tạo khí nội nhiệt để duy trì điểm đặt. Máy tạo khí nội nhiệt hoạt động ở nhiệt độ từ 950 đến 1000 độ C và tiêu thụ từ 0,10 đến 0,15 mét khối khí tự nhiên cho mỗi mét khối khí nội nhiệt được tạo ra.
Nhược điểm của phương pháp tạo khí nội sinh là sự phức tạp của máy phát. Bình phản ứng, chất xúc tác, hệ thống trộn khí-không khí và vòng điều khiển điện thế cacbon đều cần bảo trì. Các máy tạo khí nội sinh hiện đại đáng tin cậy, nhưng người vận hành vẫn phải liên tục theo dõi điện thế cacbon và thay thế chất xúc tác sau mỗi 2 đến 3 năm.
Hỗn hợp hydro-nitơ dùng cho quá trình ủ sáng
Các chi tiết bằng thép không gỉ và thép dụng cụ cần bề mặt sáng bóng, không bị oxy hóa được ủ trong hỗn hợp hydro-nitơ, với hàm lượng hydro thường từ 25 đến 75 phần trăm. Hydro đóng vai trò là chất khử để chuyển đổi bất kỳ lớp oxit nào trên bề mặt trở lại thành kim loại, và nitơ đóng vai trò là khí mang và chất pha loãng an toàn.
Môi trường hydro tinh khiết cũng được sử dụng để đạt được độ sáng bóng cao nhất, nhưng chúng đòi hỏi thiết kế lò nung chống cháy nổ và hệ thống an toàn phức tạp. Hỗn hợp hydro từ 25 đến 75% an toàn hơn và mang lại hầu hết lợi ích về độ sáng với chi phí đầu tư thấp hơn.
Hỗn hợp hydro-nitơ được cung cấp dưới dạng khí trộn sẵn từ nhà cung cấp hoặc dưới dạng các khí riêng biệt được trộn tại cửa vào lò nung. Tỷ lệ trộn được điều khiển bằng bộ điều khiển lưu lượng khối, và điểm sương của hỗn hợp được theo dõi liên tục. Điểm sương cao (trên -40 độ C) cho thấy có rò rỉ hoặc nguồn cung cấp khí bị nhiễm bẩn, và lò nung cần được tắt cho đến khi vấn đề được giải quyết.
Môi trường chứa hydro dễ gây nổ ở nồng độ trên 4% trong không khí. Lò băng tải lưới phải được thiết kế với trình tự làm sạch phù hợp, kiểm tra rò rỉ và hệ thống thông gió khẩn cấp. MONTE INTELLIGENCE thiết kế lò băng tải lưới dùng cho môi trường hydro với hệ thống an toàn dự phòng và chu trình làm sạch sơ bộ giúp loại bỏ không khí khỏi lò trước mỗi lần nung.
Môi trường chứa amoniac dùng cho quá trình nitriding
Đối với quá trình nitriding các chi tiết đặc biệt, người ta sử dụng amoniac hoặc hỗn hợp amoniac-nitơ. Amoniac phân hủy ở nhiệt độ nitriding (500 đến 600 độ C) để giải phóng nitơ nguyên tử, sau đó khuếch tán vào bề mặt thép. Kết quả là tạo ra một lớp bề mặt cứng, chống mài mòn mà không cần làm nguội nhanh.
Môi trường amoniac được sử dụng trong các lò băng tải dạng lưới để nitriding số lượng lớn các chi tiết nhỏ. Lượng tiêu thụ amoniac thường là 0,5 đến 1,5 mét khối mỗi giờ đối với lò nhỏ. Khí thải từ cửa ra của lò phải được xử lý để loại bỏ amoniac chưa phản ứng trước khi thải ra ngoài.
Giám sát và kiểm soát khí quyển
Môi trường trong lò băng tải lưới phải được giám sát liên tục. Các thông số chính bao gồm: đầu dò oxy (để đo hàm lượng oxy), máy phân tích điểm sương (để đo hơi nước), máy phân tích hồng ngoại (để đo CO và CO2) và đồng hồ đo lưu lượng (để đo tốc độ cung cấp khí). Dữ liệu được ghi lại liên tục và được sử dụng để kiểm soát quy trình và lập tài liệu chất lượng.
Hệ thống điều khiển lò băng tải lưới hiện đại tích hợp việc giám sát môi trường với việc điều khiển nhiệt độ. Nếu thành phần hóa học của môi trường lệch khỏi thông số kỹ thuật, bộ điều khiển có thể điều chỉnh lưu lượng khí, thay đổi điểm đặt thế cacbon hoặc kích hoạt cảnh báo. Sự tích hợp này giúp giảm khối lượng công việc của người vận hành và cải thiện tính nhất quán của quy trình.
Tiêu chí lựa chọn
Đối với người mua khi lựa chọn hệ thống khí quyển, các câu hỏi quan trọng là: yêu cầu về độ hoàn thiện bề mặt, mác thép, nhiệt độ xử lý và nguồn cung cấp khí sẵn có. Hệ thống khí quyển sau đó sẽ được lựa chọn phù hợp với các thông số này, bao gồm loại khí, lưu lượng, hệ thống điều khiển và hệ thống an toàn.
Hãy liên hệ với MONTE INTELLIGENCE để tìm hiểu thêm về Hệ thống Khí quyển.
Đối với khách hàng đang đánh giá hệ thống điều hòa không khí cho lò nung băng tải lưới, bộ phận kỹ thuật của MONTE INTELLIGENCE có thể đề xuất cấu hình phù hợp với quy trình và yêu cầu về độ hoàn thiện bề mặt. Truy cậpwww.cnlymonte.com/products-mesh-belt-furnace.html Để nghiên cứu trường hợp cụ thể. Để thảo luận về dự án, vui lòng gửi email đến helenxu@cnlymonte.com với tiêu đề "Mesh Belt Airboard" và nêu chi tiết về công thức quy trình và độ hoàn thiện bề mặt.
