Pengendalian Atmosfer pada Tungku Sabuk Jala: Nitrogen, Gas Endotermik, dan Campuran Hidrogen
Pengendalian atmosfer adalah hal yang membedakan tungku perlakuan panas dari tungku pemanasan dan oksidasi. Tungku yang sama dengan atmosfer yang buruk menghasilkan komponen dengan kerak tebal yang gagal dalam pemeriksaan kualitas. Dengan atmosfer yang tepat, komponen akan keluar dengan bersih, mengkilap, dan siap untuk operasi selanjutnya. Ini bukan perbedaan kecil. Biaya atmosfer biasanya 15 hingga 25 persen dari biaya operasional tungku sabuk jala, dan sistem pengendalian atmosfer mewakili 20 hingga 30 persen dari biaya modal tungku. Mendapatkan pengaturan yang tepat sepadan dengan investasinya.
Mengapa Atmosfer Penting
Pada suhu di atas 500 derajat Celcius, baja bereaksi dengan oksigen, uap air, dan karbon dioksida di udara. Reaksi tersebut membentuk kerak oksida besi, mendekarburisasi permukaan, dan merusak komponen untuk banyak aplikasi. Tujuan dari atmosfer terkontrol adalah untuk menggantikan udara dan menyediakan kondisi kimia yang tidak bereaksi dengan baja.
Atmosfer juga berperan aktif dalam beberapa proses. Gas endotermik menambahkan karbon ke permukaan baja (karburisasi). Atmosfer yang mengandung amonia menambahkan nitrogen (nitridasi). Atmosfer yang mengandung hidrogen mengurangi oksida permukaan yang ada (anil cerah). Atmosfer yang tepat adalah atmosfer yang memberikan kimia permukaan yang dibutuhkan dan mencegah reaksi yang tidak diinginkan.
Atmosfer Berbasis Nitrogen
Nitrogen adalah atmosfer pelindung yang paling banyak digunakan dalam tungku sabuk jala. Nitrogen murah, mudah didapatkan, dan efektif untuk banyak proses. Nitrogen murni cocok untuk: anil cerah tembaga, penghilangan tegangan pada baja paduan rendah, dan proses suhu rendah di bawah 700 derajat Celcius.
Nitrogen murni tidak cocok untuk pengerasan baja karbon pada suhu 850 hingga 880 derajat Celcius. Alasannya: nitrogen tidak mencegah dekarburisasi pada kisaran suhu ini, dan kandungan karbon pada permukaan baja menurun. Lapisan yang mengalami dekarburisasi menjadi lunak dan dapat menyebabkan komponen tersebut rusak saat digunakan.
Untuk pengerasan baja karbon, atmosfer standar yang digunakan adalah gas endotermik, terkadang dengan sedikit tambahan gas alam untuk memperkaya potensi karbon. Gas endotermik dihasilkan dengan mereaksikan gas alam dengan udara dalam retort yang dipanaskan pada suhu 950 hingga 1000 derajat Celcius, dengan katalis nikel. Reaksi tersebut menghasilkan gas dengan sekitar 40 persen hidrogen, 20 persen karbon monoksida, 40 persen nitrogen, dan sejumlah kecil metana dan uap air.
Gas Endotermik (Gas Endo)
Gas endotermik adalah atmosfer utama yang digunakan untuk pengerasan baja karbon dalam tungku sabuk jala. Potensi karbon gas dikendalikan pada nilai target untuk jenis baja (biasanya 0,4 hingga 0,8 persen C), dan gas tersebut menambah atau mengurangi karbon dari permukaan baja untuk mempertahankan nilai target.
Potensi karbon dikendalikan oleh penganalisis titik embun atau penganalisis CO2 inframerah. Pengontrol memodulasi rasio udara-ke-gas dalam generator endotermik untuk mempertahankan titik setel. Generator endo beroperasi pada suhu 950 hingga 1000 derajat Celcius dan mengkonsumsi 0,10 hingga 0,15 meter kubik gas alam per meter kubik gas endo yang dihasilkan.
Kelemahan dari gas endo adalah kompleksitas generatornya. Retort, katalis, sistem pencampuran udara-gas, dan loop kontrol potensi karbon semuanya memerlukan perawatan. Generator endo modern memang andal, tetapi operator tetap harus memantau potensi karbon secara terus menerus dan mengganti katalis setiap 2 hingga 3 tahun.
Campuran Hidrogen-Nitrogen untuk Pemanasan Kilat
Komponen baja tahan karat dan baja perkakas yang membutuhkan permukaan cerah dan bebas oksida dianil dalam campuran hidrogen-nitrogen, dengan kandungan hidrogen biasanya 25 hingga 75 persen. Hidrogen bertindak sebagai agen pereduksi untuk mengubah oksida permukaan kembali menjadi logam, dan nitrogen bertindak sebagai gas pembawa dan pengencer pengaman.
Atmosfer hidrogen murni juga digunakan untuk hasil akhir yang paling mengkilap, tetapi memerlukan desain tungku tahan ledakan dan sistem keselamatan yang ekstensif. Campuran hidrogen 25 hingga 75 persen lebih aman dan memberikan sebagian besar manfaat kecerahan dengan biaya modal yang lebih rendah.
Campuran hidrogen-nitrogen disuplai baik sebagai gas pra-campuran dari pemasok atau sebagai gas terpisah yang dicampur di saluran masuk tungku. Rasio pencampuran dikendalikan oleh pengontrol aliran massa, dan titik embun campuran dipantau terus menerus. Titik embun yang tinggi (lebih dari -40 derajat Celcius) menunjukkan kebocoran atau pasokan gas yang terkontaminasi, dan tungku harus dimatikan sampai masalah tersebut teratasi.
Atmosfer yang mengandung hidrogen bersifat eksplosif pada konsentrasi di atas 4 persen di udara. Tungku sabuk jala harus dirancang dengan urutan pembersihan yang tepat, pengujian kebocoran, dan ventilasi darurat. MONTE INTELLIGENCE merancang tungku sabuk jala untuk layanan hidrogen dengan sistem keselamatan redundan dan siklus pra-pembersihan yang membersihkan udara dari tungku sebelum setiap pemanasan.
Atmosfer Berbasis Amonia untuk Nitridasi
Untuk proses nitridasi komponen khusus, digunakan amonia atau campuran amonia-nitrogen. Amonia terurai pada suhu nitridasi (500 hingga 600 derajat Celcius) untuk melepaskan nitrogen atomik, yang berdifusi ke permukaan baja. Hasilnya adalah lapisan permukaan yang keras dan tahan aus tanpa perlu pendinginan cepat.
Atmosfer amonia digunakan dalam tungku sabuk jala untuk nitridasi volume tinggi pada bagian-bagian kecil. Konsumsi amonia biasanya 0,5 hingga 1,5 meter kubik per jam pada tungku kecil. Gas buang dari saluran keluar tungku harus diolah untuk menghancurkan amonia yang tidak bereaksi sebelum dibuang.
Pemantauan dan Pengendalian Atmosfer
Atmosfer di dalam tungku sabuk jala harus dipantau secara terus menerus. Parameter kuncinya adalah: probe oksigen (untuk kandungan oksigen), penganalisis titik embun (untuk uap air), penganalisis inframerah (untuk CO dan CO2), dan pengukur aliran (untuk laju pasokan gas). Data dicatat secara terus menerus dan digunakan untuk pengendalian proses dan dokumentasi kualitas.
Sistem kontrol tungku sabuk jala modern mengintegrasikan pemantauan atmosfer dengan kontrol suhu. Jika komposisi kimia atmosfer menyimpang dari spesifikasi, pengontrol dapat menyesuaikan aliran gas, memodifikasi titik setel potensi karbon, atau memicu alarm. Integrasi ini mengurangi beban kerja operator dan meningkatkan konsistensi proses.
Kriteria Seleksi
Bagi pembeli yang menentukan sistem atmosfer, pertanyaan kuncinya adalah: jenis permukaan apa yang dibutuhkan, jenis baja apa yang digunakan, berapa suhu proses, dan berapa pasokan gas yang tersedia. Sistem atmosfer kemudian disesuaikan dengan parameter-parameter ini, dengan jenis gas, laju aliran, sistem kontrol, dan sistem keselamatan yang semuanya ditentukan.
Bicaralah dengan MONTE INTELLIGENCE tentang Sistem Atmosfer.
Bagi pembeli yang sedang mengevaluasi sistem atmosfer untuk tungku sabuk jala, tim teknik MONTE INTELLIGENCE dapat merekomendasikan konfigurasi yang sesuai dengan proses dan persyaratan penyelesaian permukaan. Kunjungiwww.cnlymonte.com/products-mesh-belt-furnace.html untuk studi kasus. Untuk diskusi proyek, kirim email ke helenxu@cnlymonte.com dengan subjek "mesh belt atmosphere" dan detail tentang resep proses dan penyelesaian permukaan Anda.
