Контроль газов при эндотермических процессах в печах цементации

Рекомендация по контролю CO и CO₂

Эндотермические процессы и термическая обработка необходимы для получения высококачественных изделий из сталей и сплавов.

Эндотермический газ (CO/H₂/N₂) часто используется в качестве «нейтрального» защитного газа или газа-носителя в процессе термообработки. Мониторинг и контроль состава печного газа необходим для того, чтобы металлические изделия сохраняли свои желаемые свойства. В этой статье описывается, почему необходимо точно контролировать уровни CO и CO₂, а также наилучший способ измерения концентраций CO и CO₂ в эндотермических печах для термообработки.

Термическая обработка обычно используется для изменения физических или химических свойств материалов, таких как металлы и сплавы, включая сталь. Термическая обработка приводит к изменению микроструктуры материала, что обеспечивает повышение твердости, термостойкости, пластичности и прочности.

Хотя название «термообработка» подразумевает простую процедуру, параметры процесса, включая время, температуру и атмосферу во время термообработки, должны тщательно контролироваться, чтобы получить желаемые характеристики материала и обеспечить высокое качество продукции.^1–3

Атмосфера печи обеспечивает защиту и контролируемую модификацию материала

Газы часто вводятся в печи во время термической обработки для создания защитной среды, контролируемого окисления или в качестве носителя веществ, предназначенных для модификации материала или поверхности.

Одной из наиболее распространенных атмосфер, используемых при термообработке, являются эндотермические газовые составы, которые обычно применяются в качестве «нейтрального» закалочного газа или носителя для газовой цементации или нитроцементации.

Эндотермические газовые смеси обычно производятся генераторами эндогаза, которые нагревают природный газ и воздух в присутствии катализатора для получения эндотермического газа. При реакции расходуется тепло — отсюда и термин «эндотермический газ».^4–6

Эндотермический процесс определения состава газа должен контролироваться для обеспечения качества продукта

Основная задача защитной печной атмосферы — предотвратить нежелательное обезуглероживание, водородное охрупчивание, окисление, посинение поверхности и образование сажи.

Чтобы обработка металла была успешной, необходимо тщательно следить за составом газа и строго контролировать его. Измерение концентрации CO, CO₂, H₂, H₂O, N₂ и CH₄ в генерируемой эндотермической газовой атмосфере может помочь убедиться, что генератор эндогаза и печь работают правильно, и предотвратить любые нежелательные реакции.^4,5

Присутствие O₂ или избытка CO₂ в эндотермическом газе может привести к реакциям окисления, например, к окислению железа.

Fe + CO2 ⇌ FeO + CO

Оксид железа может образовывать на поверхности видимый слой, известный как окалина. Чтобы сохранить яркость стали, следует ограничить окисление железа, устранив кислород из печи и ограничив присутствие CO₂.4,7

Свойства сталей сильно зависят от содержания в них углерода, поэтому важно предотвратить нежелательное обезуглероживание в процессе термообработки. Обезуглероживание приводит к диффузии углерода к поверхности стали, снижая общую прочность и усталостную прочность.

Fe3C + CO2 ⇌ 3Fe + 2CO

Окисляющие газы, такие как O₂ и CO₂, вызывают обезуглероживание, а присутствие восстановительных газов, таких как избыток CO и H₂, помогает предотвратить нежелательное обезуглероживание, сдвигая равновесие в сторону науглероженного продукта.^4,7,8

Измерение эндотермического процесса изменения состава газа в печах

Для контроля эндотермических печей обычно используются анализаторы точки росы или датчики кислорода. Однако этот метод контроля печи предполагает, что эндотермическая газовая смесь имеет постоянный состав, что не всегда так.

В идеале печи должны быть оснащены комбинацией измерительных решений, включая анализаторы точки росы O₂ зонды и анализаторы CO/CO₂, позволяющие отслеживать и контролировать все важные параметры.

Новейшие эндотермические генераторы измеряют состав печного газа и автоматизируют подачу метана и воздуха в эндогазовый генератор, чтобы обеспечить постоянную подачу эндотермического газа в печь.⁷

Использование анализаторов CO и CO₂ для контроля атмосферы печи позволяет получить точную информацию о составе эндотермического газа, поступающего в печь. Инфракрасные датчики — идеальное решение для измерения CO и CO₂ в эндотермических печах, поскольку они просты в использовании, обеспечивают быстрые измерения и легко интерпретируют результаты. Более того, инфракрасные датчики могут быть легко включены в системы, предназначенные для автоматического изменения производства и подачи эндотермического газа.⁷

Источники: