Las atmósferas comúnmente utilizadas para el tratamiento térmico se pueden dividir en tres categorías: atmósfera generadora (gas endotérmico RX, gas exotérmico, amoníaco disociado), atmósfera sintética (nitrógeno-metanol, nitrógeno-hidrógeno, nitrógeno puro) y vacío / baja presión. El gas endotérmico (aproximadamente 20% de CO, 40% de H₂, 40% de N₂) tiene una composición estable y es el gas portador de la corriente principal para la cementación y la inactivación neutra; el nitrógeno-metanol es fácil de implementar pero tiene grandes fluctuaciones de composición; el amoníaco disociado (75% de H₂, 25% de N₂) se usa principalmente para el recocido brillante y la dilución de nitruración.
- Gas endotérmico RX: aproximadamente 20% CO + 40% H₂ + 40% N₂ (materia prima de gas natural), adecuado para cementación y calentamiento antes del enfriamiento
- Nitrógeno-metanol: simula la composición endotérmica, fácil de implementar pero afectada por la temperatura y la estabilidad al goteo
- amoniaco disociado: 75% H₂ + 25% N₂, usado para recocido brillante y dilución de nitruración
- La selección depende de los costos de gestión de procesos, producción, seguridad y productos químicos peligrosos
Una mesa para entender la atmósfera principal
| Atmósfera | Ingredientes típicos | Método de preparación | Objetivo principal |
|---|---|---|---|
| Endotérmico (Endo/RX) | Materia prima de gas natural: aproximadamente 20% de CO, 40% de H₂, 40% de N₂, una pequeña cantidad de CO₂, H₂O, CH₄ | El aire y el gas natural (o propano) se craquean en catalizadores de alta temperatura, que requieren calentamiento externo | Cementación, carbonitruración de gas portador, temple y calentamiento de acero de carbono medio y alto |
| Exotérmico (Exo) | Principalmente N₂, que contiene CO₂, H₂O y una pequeña cantidad de CO, H₂ | El gas se quema parcialmente con más aire y libera calor por sí mismo. | Recocido brillante de acero con bajo contenido de carbono, recocido de cobre y otras ocasiones que no requieren alto potencial de carbono |
| Nitrógeno-metanol | La proporción común de 40/60 es aproximadamente 20% de CO, 40% de H₂, 40% de N₂. | El gas nitrógeno se introduce directamente en el horno y el metanol se gotea en el horno para el craqueo. | horno de enfriamiento rápido integral, cementación y enfriamiento rápido de horno de cinta de malla |
| Cracking de metanol puro | Valor teórico 33% CO, 67% H₂ | Inyectar metanol en el horno | Horno pequeño, requisitos de alta permeabilidad (difíciles de controlar) |
| amoníaco disociado | 75 % H₂, 25 % N₂ | El amoníaco se descompone a alta temperatura sobre un catalizador | Acero inoxidable, acero al silicio recocido brillante, gas diluyente de nitruración |
| Mezcla de nitrógeno e hidrógeno | N₂ + H₂ pequeño a moderado | Gas de la red de tuberías o nitrógeno líquido + hidrógeno | Recocido brillante, soldadura fuerte, sinterización de metalurgia de polvo |
| vacío/baja presión | Presión extremadamente baja, acetileno, etc. se introducen durante la cementación a baja presión. | horno de vacío | Cementación de baja presión de engranajes aeroespaciales, de alta gama + temple de gas a alta presión |
¿Por qué se usan más las atmósferas endotérmicas?
El gas endotérmico se produce por "craqueo direccional" en el generador y es estable en composición, especialmente proporcionando una relación de CO relativamente constante, que es crítica para los cálculos de potencial de carbono (los cálculos de potencial de carbón requieren un % de CO conocido). El agrietamiento es una reacción endotérmica, y el calor es proporcionado por el generador. El gas no perturbará la temperatura del horno después de entrar en el horno de tratamiento térmico.
Características del nitrógeno-metanol
El sistema de nitrógeno-metanol tiene una inversión baja y un arranque rápido. La relación común es de aproximadamente 1,1 m3 de nitrógeno correspondiente a 1 l de metanol, lo que da como resultado una composición similar al tipo endotérmico. Sin embargo, el grado de craqueo del metanol se ve afectado por la temperatura del horno y el tipo de horno, y el contenido de CO fluctuará. El caso de monitoreo in situ de Gosi Control muestra que el CO de un cierto horno de enfriamiento integral de nitrógeno-metanol cambia entre aproximadamente el 19% y el 22% en un mes, lo que puede provocar una desviación de potencial de carbono de aproximadamente ±0.12.
Ideas de selección
- Requisitos del procesoCementación y enfriamiento requieren potencial de carbono controlable → endotérmico o nitrógeno-metanol; recocido brillante → descomposición de amoníaco, nitrógeno-hidrógeno o exotérmica;
- Volumen de producción y número de hornos: Hornos múltiples, producción continua → Los generadores de gas endotérmicos con suministro de aire centralizado son más económicos;
- Seguridad y cumplimientoEl metanol y el amoníaco líquido son productos químicos peligrosos, y los costos de almacenamiento y gestión no pueden ser ignorados;
- Sistema de calidadLa industria automotriz CQI-9 tiene requisitos estrictos sobre la precisión del potencial de carbono, y la estabilidad de la atmósfera es un requisito previo.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre propano y gas natural para el gas endotérmico?
La materia prima de propano produce gas con mayor CO (aproximadamente 23%) y menor H₂ (aproximadamente 31%), con eficiencias de transferencia de carbono ligeramente diferentes que la materia prima de gas natural. La elección generalmente depende del suministro local de gas.
¿La cementación al vacío a baja presión reemplazará a la cementación a gas?
La cementación de baja presión ha crecido significativamente en el campo de gama alta, pero la inversión en equipos y los costos operativos son altos. Para grandes cantidades de piezas de automóviles, la cementación de atmósfera controlada sigue siendo la corriente principal, y los dos coexistirán durante mucho tiempo.
¿Qué es más barato, el blindaje de nitrógeno o la atmósfera endotérmica?
Depende de los precios locales del nitrógeno y el gas, el uso de gas y el número de hornos. En aplicaciones de gran volumen y multihorno, el suministro centralizado de gas de los generadores de gas endotérmico generalmente tiene costos operativos más bajos; en aplicaciones de pequeño volumen, la atmósfera a base de nitrógeno es más flexible.