LINDE TECHNOPLYN a.s.
Tepelné zpracování pomocí dodávan˘ch plynÛ
Obsah
téma
strana
®
CARBOTHAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 CARBOPULS
®
.......................................................... 6 ®
CARBOQUICK CARBOCAT
®
......................................................... 8
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
®
CARBOMIX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 HYCONTROL HYDROMIX
® ®
HYDROZON
®
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Metody zpracování „za studena“ pouÏívané pfii zpracování obrobkÛ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Zásobování plyny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Aplikaãnû technické centrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Ochranné a reakãní plyny pro tepelné zpracování
Vysoké poÏadavky na rÛzné druhy ocelí a neÏelezn˘ch kovÛ mohou b˘t ãasto splnûny jen speciálními procesy tepelného zpracování. Volbou správné atmosféry v peci tak lze u mnoha procesÛ Ïíhání zamezit nákladnému dodateãnému opracování. Nûkteré metody, jako jsou nauhliãení plynem nebo slinování, jsou moÏné jen pfii pouÏití smûsi plynÛ. Procesy tepelného zpracování musí b˘t racionální. Proto jsou v závodech zab˘vajících se tepeln˘m zpracováním stále ãastûji pouÏívány „hotové" ochranné a reakãní plyny. Linde se jiÏ desetiletí specializuje na v˘robu a odbyt technick˘ch plynÛ. K tomu patfií také vysoká v˘konnost v oblasti zásobování technick˘mi prostfiedky, které k tomu patfií. Aplikaãnû technické centrum Linde: v˘voj pro uÏitek na‰eho zákazníka Aplikaãní technici Linde vyvinuli mnoÏství metod a systémÛ zásobování, pfii kter˘ch se stává pouÏívání dodávan˘ch plynÛ jistûj‰í a provoznû spolehlivûj‰í neÏ vlastní v˘roba ochranného nebo reakãního plynu v generátoru. Spolu s vysokou kvalitou dodávan˘ch plynÛ tak vzniká nabídka know-how, která na‰im zákazníkÛm zajistí hmatatelné v˘hody t˘kající se kvality a efektivity v˘roby.
Moderní dûlicí zafiízení vzduchu je základnou pro ochranné a reakãní plyny, potfiebné pro tepelné zpracování
3
CARBOTHAN® Pro nauhliãování, zu‰lechÈování, slinování a pájení
Do prostoru pece je vedena smûs dusíku a metanolu. Pfii teplotách nad 850 °C se metanol (CH3OH) roz‰tûpí na 33 obj. % oxidu uhelnatého (CO) a 67 obj. % vodíku (H2). Zvolíme-li smûs z 40 % dusíku (N2) a 60 % metanolu, získáme atmosféru pece ze 40 % N2, 20 % CO a 40 % H2. To odpovídá zhruba sloÏení endoplynu, ale s tím rozdílem, Ïe roz‰tûpení plynu neprobûhne v generátoru, ale pfiímo na vsázce, která má b˘t nauhliãena. Tímto zpÛsobem znaãnû vzroste reaktivita atmosféry v peci a také nauhliãení bude probíhat rychleji. Pro nauhliãení musí b˘t atmosféra stejnû jako u endoplynu „nama‰tûna“ propanem nebo jin˘m uhlovodíkem. Také v pfiípadû jin˘ch aplikací, jako je napfiíklad zu‰lechÈování, je CARBOTHAN® vysoce cenûnou náhradou za endoplyn. Pfii velkém povrchu ‰arÏe lze zvy‰ováním pomûru metanolu k dusíku zv˘‰it vyuÏití uhlíku. Oproti tomu u procesÛ zu‰lechÈování lze sníÏením tohoto pomûru dosáhnout je‰tû hospodárnûj‰ího vyuÏití plynÛ. Metanol je skladován v zásobníku a pomocí ãerpadla nebo tlaku dusíku je dopravován k místu spotfieby. Speciální tryskovou lancetou je jemnû rozpt˘len˘ metanol promíchán s dusíkem a nastfiikován do pece, ve které probíhá tepelné zpracování. Nama‰Èovací plyn je také pfiivádûn touto tryskou do smûsi CARBOTHAN®. Ve speciálních pfiípadech, napfiíklad pokud teplota v peci není je‰tû dostateãnû vysoká pro optimální ‰tûpení smûsi dusíku a metanolu, mÛÏe b˘t metanol pfiedem odpafiován nebo pfiipravován v katalyzátoru.
Pfiednosti smûsí dusíku a metanolu ● nízk˘ rosn˘ bod ● není tfieba endoplynov˘ generátor ● spolehlivé zásobování plynem ● sníÏení mnoÏství plynu (podle typu pece je moÏné aÏ o 30 %) ● regulace jako u endoplynu (dosavadní regulace hladiny C mÛÏe b˘t nadále pouÏívána) ● víkendov˘ provoz se sníÏen˘m mnoÏstvím ochranného plynu ● jednodu‰e proveditelné proplachování komor dusíkem ● flexibilní pfiizpÛsobení mnoÏství uhlíku podle povrchu ‰arÏe
4
y; y; y; y; CARBOTHAN® - schéma zásobování
CARBOTHAN® regulaãní a fiídicí systém
Spotfieba nosného plynu pfii vytvrzování v automobilovém prÛmyslu pfied a po pfiestavbû provozu s endoplynem na metodu ‰tûpného plynu dusík a metanol
spotfieba pec
provoz
endoplyn m3/h víkend
metoda dusík a metanol
provoz spotfieba N2
spotfieba metanolu*
celková spotfieba
víkendová spotfieba N2
dodateãn˘ uÏitek
N2 +CH3OH m3/h
l/h
m3/h
m3/h
2,5
3,8
8,8
2,5
pec 1 (nauhliãování)
9,5
pec 2 (zu‰lechÈování) strkací pec 1
8,5 40
30
3,5 9,8
1,6 14,2
6,2 33,5
2,5 9,8
strkací pec 2
28
20
3,2
10,0
19,9
3,2
pec s otoãnou nístûjí 1 pec s otoãnou nístûjí 2 pásová prÛbûÏná pec
15 14 8
10 8
3,8 3,2 5,5
1,9 1,6
7,0 5,9 5,5
2,8 2,5
123
68
31,5
33,1
86,8
23,3
celkem * 1 l metanolu = 1,67
m3
‰tûpného plynu
30% vût‰í navezení pece krat‰í doba formování krat‰í doba formování 18% zkrácení doby v˘robního taktu 22% zkrácení doby v˘robního taktu
Víceúãelová pec provozovaná metodou CARBOTHAN®
Zásobovací zafiízení na N2/metanol
5
CARBOPULS® Pro nauhliãování zejména slinovan˘ch ãástí a pro nitrocementaci
Do prostoru pece je zavedena smûs dusíku a propanu. Propan se roz‰tûpí na H2 - a - H-C-H-radikály, které jsou velice reaktivní a vedou k rychlému nauhliãení povrchové vrstvy. VyuÏívání tohoto efektu ale zatím vÏdy ztroskotalo na tvorbû sazí a mûkké skvrnitosti. Metodou CARBOPULS®, kterou vyvinula firma Linde AG, Werksgruppe Technische Gase, ve spolupráci s firmou X. Fendt, Marktoberdorf, byl tento problém vyfie‰en. Propan je dodáván pulzním zpÛsobem, takÏe po krátké dobû nauhliãování následuje krátká doba difúze, pfiedtím, neÏ nastane dal‰í doba nauhliãování. Doba nauhliãovacích fází je volena tak, aby nedo‰lo ke vzniku sazí, coÏ je kontrolováno sondou sledující zakalení. Pulzování vede kromû toho ke kolísání tlaku v prostoru pece, které zaji‰Èuje, Ïe se nauhliãovací plyn dostane i na hÛfie pfiístupná místa. Tento efekt zabraÀuje vzniku mûkké skvrnitosti.
CARBOPULS® - nauhliãovací cyklus
6
ProtoÏe bûhem fáze difúze je odbouráván obsah uhlíku v povrchové vrstvû, dochází bûhem nauhliãovací fáze k velkému spádu uhlíku mezi atmosférou a obrobkem. DÛsledkem toho je znaãné zkrácení doby Ïíhání. Díky nízkému rosnému bodu a chybûjícím oxidaãnû pÛsobícím komponentÛm pracuje metoda prakticky bez povrchové oxidace. Pfii tvrzení slinovan˘ch dílÛ v atmosféfie endoplynu nebo CARBOTHAN® existuje nebezpeãí prouhliãení obrobku kvÛli porezitû struktury. Pro tento pfiípad je vhodn˘ rychl˘ nauhliãovací úãinek metody CARBOPULS®, aby bylo dosaÏeno zvlá‰tû ostfie ohraniãen˘ch nauhliãen˘ch vrstev.
V˘hody metody CARBOPULS® 1000
800 700 CARBOPLUS ®
600 500 400 300 200
Metoda je úspû‰nû pouÏívána u komorov˘ch pecí, strkacích pecí a hrncov˘ch pecí, pokud má b˘t dosaÏeno vût‰ích hloubek vytvrzení (od hloubky vytvrzení 0,6 mm). Pfiedpokladem pro metodu je rovnomûrn˘ provoz pece a dobfie proplynovatelná vsázka. Pro stfiídající se vsázky a násypov˘ materiál se lépe hodí metody CARBOTHAN® a CARBOQUICK®.
CARBOPLUS ® CARBOTHAN ® p ípadn endoplyn
100 0 0
Aplikace metody CARBOPULS®
CARBOTHAN ® p ípadn endoplyn
900
Tvrdost v HV 0,1
● zkrácení doby nauhliãování aÏ o 50 % ● Ïádná okrajová oxidace ● nauhliãování také geometricky nároãn˘ch dílÛ ● jednoduchá regulace: sonda zamlÏení nebo poãítaã ãástic ● nízk˘ rosn˘ bod ● nepotfiebn˘ generátor na endoplyn ● spolehlivé zásobování plynem ● víkendov˘ provoz se sníÏen˘m mnoÏstvím ochranného plynu ● velmi snadné proplachování komor dusíkem ● nauhliãování povrchov˘ch vrstev u slinovan˘ch ãástí i pfii hustotû pod 90 %
200
400
600
800
1000
Vzdálenost od okraje v µm
PrÛbûh vytvrzování slinovan˘ch ozuben˘ch kol olejového ãerpadla
rovnováÏné nauhliãování endoplyn
CARBOPULS
®
Nauhliãování slinovan˘ch ozuben˘ch kol olejového ãerpadla s porézitou > 10 %
7
CARBOQUICK® Alternativní pouÏívání metanolu pro rychlé nauhliãování
Pfii nauhliãování plynem v atmosféfie obsahující CO a H2 je pfiechod uhlíku do materiálu urãován pomûrem CO k H2. âím je v atmosféfie vy‰‰í obsah CO, tím vy‰‰í je hodnota pfiechodu uhlíku ß a tím pádem je i rychlost nauhliãení nejvy‰‰í (viz diagram). Nejvíce se tento efekt projevuje na zaãátku nauhliãovací fáze, kdy je‰tû povrch nauhliãovaného obrobku nedosáhl poÏadovaného obsahu uhlíku v povrchové vrstvû.
0 100 ß x 10 5 [cm/s] 0,15
H
0,6 60
40 1,2
H
2
(+
50
60
40
80
® ick
100 0
1,8
oqu
Carb
Metoda CARBOQUICK® firmy Linde vyuÏívá této skuteãnosti tak, Ïe zemní plyn je s CO2 konvertován do optimální pecní atmosféry, která se skládá témûfi pfiesnû z 50 % CO a 50 % H2.
N2
2O
+C
H4 )
20
80
20
20 2,4
3 3,1 40 50 60 CO (+CO2)
80
0 100
Zji‰Èování veliãiny pfiechodu uhlíku β pfii 900 °C ze sloÏení nauhliãovací atmosféry. β stoupá z 1,3 x 10-5 cm/s u endoplynu na 3,1 x 10-5 cm/s s metodou CARBOQUICK®. Diagram dle Neumanna a Wysse.
Metoda CARBOQUICK® je hospodárnou alternativou metody CARBOTHAN® nebo jin˘ch metod, které pracují pfii nauhliãovacích procesech s metanolem. CARBOQUICK® -K - regulaãní zafiízení
Pfii teplotû pece pfies 940 °C mÛÏe b˘t smûs zemního plynu a CO2 dávkována pfiímo do nauhliãovacího prostoru (metoda CARBOQUICK® -D). Pokud se teplota pece nachází pod touto hodnotou, je konvertování provádûno v externím generátoru „endotherm" (metoda CARBOQUICK®-G) nebo v katalyzátoru, kter˘ je vyhfiíván zevnitfi a kter˘ je zabudován do sálavé trubky (metoda CARBOQUICK®-K). Aby bylo moÏné vytvofiit atmosféru v peci s vysok˘m podílem CO a H2, je moÏné pouÏít také propan nebo butan a CO2.
Bûhem fáze ohfievu se nejprve zaplynovává endoplynem nebo N2, po dosaÏení teploty nauhliãování se pfiepne na zemní plyn, propan nebo butan a CO2, jako nositele kyslíku. Potenciál C je jako dosud regulován CO2 analyzátorem nebo O2 - sondou s pfiídavkem odpovídajícího masticího plynu.
Varianty CARBOQUICK® CARBOQUICK®-D Pro nauhliãovací teploty nad 940 °C se zemní plyn, propan nebo butan míchá s CO2 a speciální tryskou je zavádûn pfiímo do pece, ve které probíhá tepelné zpracování. CARBOQUICK®-G Pro zásobování nûkolika pecí na tepelné zpracování reakãním plynem je pouÏíván externí generátor CARBOQUICK®, kter˘ je opatfien nov˘m, speciálnû pro tuto metodu vyvinut˘m katalyzátorem.
8
teplota t = 900 °C
Cp
Dc ß1
difúzní konstanta DC = 1,7 . 10-7 cm2/s
hodnota p echodu uhlíku β1 = 1,3 . 10-5 cm/s β2 = 3,1 . 10-5 cm/s
Dc ß2
C - potenciál na stejné úrovni 1,0
endoplyn CARBOQUICK®
obsah C v %
0,8
0,6
15 min
16 h
0,4
Cg 0,2
Ck 0
0,5
1
1,5
2
vzdálenost od okraje v mm
Zkrácení doby nauhliãování metodou CARBOQUICK® metoda s potenciálem C na stejné úrovni
CO2 - zásobník pro metodu CARBOQUICK ®
CARBOQUICK®-K Aby bylo moÏno metodu pouÏívat univerzálnû, byl vyvinut vyhfiívan˘ sálav˘ katalyzátor, kter˘ vyrábí reakãní plyn s velkou úsporou uvnitfi pece na tepelné zpracování. Sálav˘ katalyzátor je dodáván vãetnû regulace kompletnû firmou Linde. V˘hody metody CARBOQUICK® ● zkrácení nauhliãovací doby u tlou‰Èky do 0,5 mm aÏ ● ● ● ●
o 20 % a tím hospodárnûj‰í v˘roba hospodárná alternativa pouÏívání metanolu bez skladování metanolu variabilnû pouÏitelná metoda moÏnost pouÏívání regulace atmosféry jako u endoplynu nebo metody CARBOTHAN®
PouÏívání metody CARBOQUICK® Tato metoda je úspû‰nû pouÏívána u nauhliãovacích procesÛ s plyny, pfii nitrocementaci, pfii tvrzení a zu‰lechÈování a také pfii uhlíkovû neutrálním Ïíhání nalesklo. Pro metodu CARBOQUICK®-K se zvlá‰tû hodí komory vyhfiívané sálavou trubkou a strkací pece.
Metoda CARBOQUICK ® ve v˘robû u firmy Man v Mnichovû
9
CARBOCAT® Pro uhlíkovû neutrální lesklé Ïíhání
CARBOCAT® je patentovaná metoda pro katalytické vyrábûní ochranného plynu uvnitfi pece na tepelné zpracování. Metoda CARBOCAT® pfiedstavuje znaãn˘ pokrok z hlediska hospodárnosti a ekologie. Nabízí alternativu pouÏívání exoplynu, smûsí dusíku a metanolu nebo smûsí dusíku a zemního plynu. Pro pouÏívání metody CARBOCAT® jsou vhodné v‰echny stávající i novû budované prÛbûÏné a strkací pece vytápûné sálavou trubkou, tedy také izotermická Ïíhací zafiízení a oduhliãovací pece. Z mnoha zpÛsobÛ v˘roby ochrann˘ch plynÛ (generátorov˘ plyn, smûsi N2 a metanolu, N2 a zemního plynu resp. propanu), je CARBOCAT® rozhodnû nejhospodárnûj‰ím fie‰ením. Ve srovnání s provozem generátoru se uspofií 30 - 50 % mnoÏství ochranného plynu, oproti dávkování N2 a metanolu nebo N2 a zemního plynu 20 % pfiípadnû 30 %. S tím spojená úspora odpadního plynu je jedním z pfiíspûvkÛ metody CARBOCAT® k ochranû Ïivotního prostfiedí.
Schéma pece s váleãkovou nístûjí zásobovanou plynem metodou CARBOCAT ®
Pfiednosti metody CARBOCAT®: ● úspora ochranného plynu ● Ïádné zásobování metanolem ● uhlíkovû neutrální Ïíhání ● niωí emise ‰kodlivin ● ménû hofilav˘ch ãástic v odpadním plynu pece ● vy‰‰í reaktivita v topném pásmu pece ● víkendové zaplynovávání N2, to znamená krat‰í doba formování ● energeticky v˘hodná v˘roba ochranného plynu ● moÏnost atmosféry s fiízenou hladinou C
Pec s váleãkovou nístûjí k Ïíhání polotovarÛ zafiízením CARBOCAT ®
10
Popis metody CARBOCAT®: (evropsk˘ patent: ã. 0261 462) Relativnû malé mnoÏství silnû redukãního ochranného plynu je vyrobeno v topné zónû pece. Prostfiednictvím pfiívodu dusíku ke vstupu a v˘stupu pece je ochrann˘ plyn na tûchto místech zfiedûn natolik, Ïe jej lze zapálit hÛfie, neÏ exo-generátorov˘ plyn.
V˘roba redukãního plynu probíhá v peci na tepelné zpracování katalytickou pfiemûnou smûsi zemní plyn/vzduch v sálavé trubce opatfiené plá‰tûm, která je pfiestavûna na katalyzátor. Sálav˘ katalyzátor je dodáván kompletnû vãetnû regulace firmou Linde.
CARBOCAT ® - katalyzátor
11
CARBOMIX® Pro nitridaci, nitrokarbonování a oxinitrokarbonování
CARBOMIX® je registrovaná ochranná známka firmy Linde AG pro metody nitridace a nitrokarbonování pomocí dodávan˘ch plynÛ.
640 °C 620 °C
Podobnû jako u nauhliãování se také zde jedná o termochemickou metodu difúze. Pfii nitridaci je pouze dusík, pfii nitrokarbonování vedle dusíku i uhlík, ukládán do povrchové vrstvy obrobku. Po nasycení základového materiálu dusíkem nebo dusíkem a uhlíkem dojde k vytvofiení uzavfien˘ch spojovacích vrstev (Fe - nitridy, legované nitridy, karbonitridy).
aktivita dusíku (pNH3,T)
12
540 °C
8
510 °C
6 4 2 0
spojovací vrstva
600 °C 580 °C
10
0
20
40
60
zbytkov
pavek (%)
80
100
MoÏnost vyuÏití dusíku pfii nitridaci
Touto metodou zpracování mohou b˘t pozitivnû ovlivnûny vlastnosti konstrukãních dílÛ. Zejména odolnost proti otûru, mez únavy a odolnost proti korozi - a to hlavnû u nelegovan˘ch nebo nízko legovan˘ch ocelov˘ch stavebních dílÛ.
spojovací vrstva
Tato metoda tepelného zpracování se vût‰inou pouÏívá jiÏ u hotov˘ch konstrukãních dílÛ. BûÏná teplota opracování u klasické nitridace se nachází v oblasti 500 - 540 °C, u nitrokarbonování v oblasti 560 - 600 °C. Tak jako pfii v‰ech termick˘ch procesech zv˘‰ení teploty urychlí cel˘ proces i v tomto pfiípadû. CARBOMIX® nahrazuje pfii nitrokarbonaci v minulosti externû vyrábûné generátorové plyny, které byly pfiidávány k ãpavku (NH3). PouÏívají se napfiíklad smûsi NH3 + N2 + CO2, které jsou vÏdy pfiizpÛsobeny poÏadovan˘m podmínkám zpracování.
Vytváfiení spojovací vrstvy pfii klasické dlouhodobé nitridaci ▲▲ v ãisté NH3 atmosféfie ▲ v regulované atmosféfie N2 - NH3
12
S moderními kontrolními systémy atmosféry (modifikovaná O2 - sonda s pfiipojenou regulací protékajícího mnoÏství) je moÏné dosáhnout reprodukovateln˘ch procesÛ opracování. CílÛ opracování, kter˘ch má b˘t dosaÏeno napfiíklad pfii nitridaci s minimálním poãtem spojovacích vrstev (napfi. < 5 µm spojovacích vrstev), lze s tímto vybavením spolehlivû dosáhnout. TotéÏ platí i pro poÏadovanou ‰ífii pásu tlou‰Èky spojovací vrstvy, coÏ bylo dfiíve závislé víceménû na ‰ikovnosti pracovníka provádûjícího tepelné zpracování.
Metodou CARBOMIX® lze vytvofiit pfii oxinitrokarbonaci velmi otûruvzdorné a korozivzdorné povrchy. Tímto zpÛsobem opracované pístní tyãe z materiálu C 45 dle DIN 50 021 SS vykazují v mlhovém testu znaãnû vy‰‰í odolnost proti korozi neÏ díly pochromované natvrdo. LINDE TECHNOPLYN a.s. dodává téÏ dávkovací zafiízení plynÛ, speciálnû upravená pro zafiízení na tepelné zpracování. Pro dal‰í, podrobnûj‰í informace k tématu nitridace a nitrokarbonování existuje speciální prospekt CARBOMIX®.
Zásobování dusíkem a oxidem uhliãit˘m pro metodu CARBOMIX® u firmy F. X. Meiller v Mnichovû
Pecní zafiízení u firmy F. X. Meiller na nitrokarbonaci pomocí metody CARBOMIX®
13
HYCONTROL® Lesklé Ïíhání s minimálním povlakem uhlíku
tepelná vodivost λ [mW/m . K]
260
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0 obj.% N 2
200 180
● ● ● ●
140 500 K
100 60 20 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100 obj.% N 2
Tepelná vodivost smûsí H2/N2
Pfii Ïíhání drátûn˘ch a plechov˘ch svitkÛ v poklopov˘ch pecích vytlaãilo nasazení smûsí dusíku a vodíku ochrann˘ plyn vyrábûn˘ v generátoru. DÛvodem pro to byly stoupající nároky na kvalitu Ïíhaného v˘robku, a tím také na ãistotu ochranného plynu, a také poÏadavky jednoduchého, jistého a flexibilního zásobování ochrann˘m plynem. Po postavení vysokokonvekãních poklopov˘ch pecí zaãalo mít smysl pouÏívání 100% H2 atmosféry místo smûsí dusíku a vodíku. Îíhání se 100% vodíkem Pfii této metodû se po vloÏení vsázky do pece propláchne pec dusíkem, aby byl odstranûn vzduch, pak se pec vyhfieje pod 100% H2 atmosférou, probûhne Ïíhání a poté ochlazení. Pfied vytaÏením ochranného poklopu je zapojeno ochranné proplachování dusíkem, aby bylo moÏné pec bezpeãnû vyprázdnit.
Vysokokonvekãní zvonové pece pracující metodou HYCONTROL® ve Válcovnách zastudena Krupp, Bochum
14
Spotfiebovan˘ H2 - ochrann˘ plyn je spolu s vystupující emulzí oleje válcÛ ekologicky spálen spolu s topn˘m plynem. KvÛli speciálním fyzikálním vlastnostem vodíku, napfi. vy‰‰í tepelné vodivosti a niωí hustotû, má tato metoda mnoÏství v˘hod: zv˘‰ení v˘konu pece aÏ o 50 % sníÏení pfiíkonu ventilátoru rovnomûrnûj‰í rozloÏení teploty ve svitku zamezení pfiehfiátí okraje svitku, vnûj‰ího vinutí a ochranného zvonu ● vylep‰ení kvality povrchu ● redukování zbytkového obsahu uhlíku na povrchu plechu ● redukování lepkÛ rovnomûrnûj‰ím ochlazováním svitkÛ
y ; ; y ; y ; y
Linde - HYCONTROL® - regulace evropsk˘ patent: ã. 156147 Mûfiicí a regulaãní systém HYCONTROL® byl vyvinut v Aplikaãnû technickém centru Linde Technische Gase. V tomto systému je pfiizpÛsoben prÛtok ochranného plynu skuteãn˘m poÏadavkÛm pod poklopem, tím je v˘raznû sníÏena spotfieba ochranného plynu a kvalita procesu Ïíhání je je‰tû v˘raznû zv˘‰ena. Speciální sonda (opacitní sonda) zachycuje hodnotu odparu válcovací olejové emulze ze svitkÛ plechu bûhem fáze nahfiívání a bûhem meziãasÛ pfii stupÀovitém Ïíhání a pfiedává signál pro regulaci proplachovacího plynu. Místo konstantnû nastaveného prÛtoku plynu je mnoÏství proplachovacího plynu zv˘‰eno, pokud má b˘t rychle vypláchnuta z poklopu pára z válcovací emulze. Pokud je tato fáze dokonãena, klesne automaticky objem proudu na minimum. Touto technikou je moÏné sníÏit náklady na ochrann˘ plyn na tunu Ïíhaného materiálu na minimum.
HYCONTROL® - regulace pomocí opacitní sondy
Zvlá‰tû v˘hodné je pouÏívání systému HYCONTROL® pfii pouÏívání 100% H2 - atmosféry. Opacitní sonda mÛÏe b˘t nasazena také jako ãistû mûfiicí pfiístroj k empirickému zji‰Èování nejv˘hodnûj‰ího cyklu proplachovacího plynu. proplachování N 2
N2 uzav en
proplachování N 2
H2 otev en 5 m3 /h
H2 otev en 20 m3 /h
v stup H2 do rychlochladícího okruhu
teplota ( °C)
850 teplota topného poklopu 720 600 550
teplota ar e
opacita
spot eba H2 na ar i 285 m3
160
0
proplachování plynem s regulací pomocí HYCONTROL® ▼
20
11
30
H2 otev en N 2 uzav en 3 5 m3/h H 2 otev en 20 m /h
proplachování N 2
36 37,5
40
50
54
as (h)
proplachování N 2
v stup H 2 do
rychlochladícího okruhu
850
teplota ( °C)
Cyklus Ïíhání: proplachování plynem bez regulace pomocí HYCONTROL® ▲
10
teplota topného poklopu 720 600 550 teplota ar e
spot eba H2 na ar i 285 m3
opacita opacita 160
0
10
13
20
30
36 37,5
40
50
54
as (h)
15
HYDROMIX® Hospodárné Ïíhání pomocí vodíku
Pro tepelné zpracování nerezavûjících ocelí a barevn˘ch kovÛ jsou jako ochrann˘ plyn pouÏívány smûsi dusíku a vodíku. Vysoká ãistota tûchto plynÛ zaruãuje bezchybn˘ v˘sledek Ïíhání. Ochrann˘ plyn mÛÏe podle poÏadavku obsahovat rÛzné mnoÏství vodíku. SloÏení je nastaveno v externím smû‰ovaãi plynÛ a hotová smûs plynÛ se stále stejnou koncentrací je pfiivádûna k zafiízení na tepelné zpracování. Smûsi dusíku a vodíku jsou pouÏívány k lesklému Ïíhání, k pájení a slinování. PouÏívání tûchto plynÛ pfiedstavuje alternativu k aplikaci monoplynu nebo ãpavku jako ‰tûpného plynu. Ve formû, která je zámûrnû navlhãena vodou, se dá smûsmi N2 s H2 dosáhnout vynikajících v˘sledkÛ pfii oduhliãovacím Ïíhání elektroplechÛ.
Îíhání u‰lechtilé oceli s HYDROMIX®
HYDROMIX® v prÛbûÏné pásové peci
16
HYDROZON® Pro pájení, slinování a Ïíhání
Pfii této metodû je do prÛbûÏn˘ch pásov˘ch pecí, do pecí s váleãkovou nístûjí nebo do vertikálních Ïíhacích pecí - tedy do kontinuálnû pracujících Ïíhacích pecí - foukán dusík a reakãní plyn (jako napfiíklad vodík) oddûlenû od sebe v rÛzn˘ch pásmech pece na tepelné zpracování. Do topného a chladicího pásma je napfiíklad pfiivádûn vodík ve vysoce ãisté formû, zatímco do místa vstupu a v˘stupu pece je pfiivádûn dusík ve speciální formû plynov˘ch závojíãkÛ. Tímto zpÛsobem zaplynování se dosáhne aÏ stoprocentní koncentrace vodíku v topném a chladicím pásmu. Na vstupu a v˘stupu z pece je vodík pomocí plynové clony dusíku rozfiedûn aÏ pod hranici hofilavosti. Speciální bezpeãnostní zafiízení zaji‰Èuje bezpeãn˘ provoz pece.
N2
H2
N2
íhané obrobky
íhané obrobky
N2
H2
N2
100 %
obj.% H2
Zatímco u metody HYDROMIX® proudí ochrann˘ plyn do pecního zafiízení jiÏ pfiedem namíchan˘, je v˘hodou metody HYDROZON® zpÛsob pásmového zaplynování.
5%
délka pece
Koncentrace vodíku po celé délce pece pfii pouÏití metody HYDROZON ® v prÛbûÏné pásové peci
Pfiednosti: Aplikaãní oblasti: Vysoká tepelná vodivost vodíku je vyuÏívána v topném a chladicím pásmu, a z toho vypl˘vá: ● ● ● ● ●
vy‰‰í v˘kon pece niωí spotfieba ochranného plynu vy‰‰í kvalita díky vy‰‰ímu obsahu H2 v Ïíhací zónû bezpeãn˘ provoz pece Ïádné plameny na místû vstupu a v˘stupu z pece
PrÛbûÏné pásové pece, posuvné miskové pece, strkací pece, pece s váleãkovou nístûjí. K lesklému Ïíhání, pájení, slinování, k oduhliãovacímu Ïíhání oceli a neÏelezn˘ch kovÛ.
nahofie: spirálov˘ vrták z tvrdého kovu pájen˘ v prÛbûÏné pásové peci metodou HYDROZON ® dole: spirálov˘ vrták z tvrdého kovu pájen˘ s pevnû nastavenou smûsí N2/H2 pfii stejné rychlosti prÛbûhu Bezpeãnostní fiídicí a regulaãní zafiízení pro metodu HYDROZON ®
17
Metody zpracování „za studena“ firmy Linde pouÏívané pfii opracování obrobkÛ
Zv˘‰ení v˘konu chladicí zóny pece na tepelné zpracování V nûkter˘ch provozech tepelného zpracování je slab˘m místem pro zv˘‰ení v˘konu prÛbûÏné pece nedostateãn˘ chladicí v˘kon chladicí ãásti. ProdlouÏení chladicí zóny pece dostavbou ale ãasto není moÏné pro nedostatek místa nebo penûz. Následující metody mohou pfiinést rychlé a hospodárné fie‰ení.
odvod odpadního plynu
dmychadlo za ízení CARBOCAT®
í íst j
Technické provedení âást ochranného plynu je odsávána z chladicí zóny dusíkem pohánûn˘m injektorov˘m ãerpadlem nebo dmychadlem, je vedena do v˘mûníku tepla, chlazeného kapaln˘m N2 nebo vodou, a pomocí speciálních trysek pfiepravována zpût do chladicí zóny.
un ovo le k á v ec s
p
odpa ova
sm s vzduchu a zemního plynu
N2 - zásobník
plynn dusík
V˘hody: ● vy‰‰í chladicí v˘kon, to znamená vy‰‰í v˘kon pece (aÏ o 25 %) ● minimální investiãní náklady ● nedochází k deformaci Ïíhaného obrobku
Rychlé chlazení v pecích s váleãkovou nístûjí metodou Carbocat®
Pfiemûna zbytkového austenitu Hluboké chlazení zvy‰uje pevnost a tvrdost Pfiemûna zbytkového austenitu v zakalen˘ch obrobcích z oceli pfii nízk˘ch teplotách je známá a jiÏ dlouho pouÏívaná metoda. V prÛmyslu kuliãkov˘ch loÏisek se prstence a misky kuliãkov˘ch loÏisek chladí kapaln˘m dusíkem na -70 °C. Tímto zpÛsobem je moÏné sníÏit zbytkov˘ austenit v oceli z napfiíklad 25 % na 7 %, a tím dosáhnout podstatného zv˘‰ení tvrdosti. Jak u holicích ãepelek, tak u hrubûj‰ích nástrojÛ, jako jsou vrtáky, soustruÏnické noÏe nebo vysekávací nástroje, lze zpracováním nízkou teplotou dosáhnout zv˘‰ení odolnosti proti otûru. U obrobkÛ z vytvrditeln˘ch hliníkov˘ch slouãenin nebo jin˘ch neÏelezn˘ch kovÛ mÛÏe b˘t zpracováním za nízké teploty dosaÏeno hospodárn˘m zpÛsobem zv˘‰ení pevnosti nebo prodlouÏení Ïivotnosti. Linde vyrábí a dodává standardní systémy pro zpracování obrobkÛ za nízké teploty, vyrábí ale i zafiízení speciálnû dle pfiání zákazníka.
Chladicí box
18
Hluboké chlazení pfiesnû lit˘ch odlitkÛ pro oddûlování pfiesnû lit˘ch odlitkÛ zastudena Oddûlování pfiesnû lit˘ch odlitkÛ je ãasto velice pracné. U stromeãkového lití odlitky z materiálÛ, které nejsou taÏné zastudena, si mÛÏeme tuto námahu u‰etfiit, pokud jsou na vtocích vyznaãena místa budoucího zlomu. Pfied oddûlováním jsou pfiesnû lité odlitky v chladicím zafiízení zchlazeny kapaln˘m dusíkem na teplotu zkfiehnutí. Poté je moÏné obrobky snadno odlomením nebo odklepnutím oddûlit od „stvolu“.
Zafiízení pro oddûlování obrobkÛ zastudena
Pfiesnû lité odlitky vhodné pro oddûlování zastudena
19
Zásobování plyny
ECOVAR® - zásobování dusíkem v místû
Pro zásobování dusíkem dá firma Linde zákazníkovi zpravidla k dispozici, napfi. do pronájmu, zásobník s odpafiovacím zafiízením. Dusík je dodáván kapaln˘, tedy hluboce zchlazen˘, a je naplnûn do izolovaného zásobníku. V Ïebrovém v˘mûníku tepla se dusík odpafiuje bez pfiivedení energie v˘mûnou tepla s okolním vzduchem do plynného stavu a proudí pfies tlakovou regulaãní stanici na místo spotfieby dusíku. Zafiízení je vût‰inou instalováno pod ‰ir˘m nebem, takÏe pro zásobování plyny není tfieba stavût haly. ÚdrÏbu zafiízení vykonává Linde.
V posledních letech se pohnula hranice mezi zásobováním plyny formou dodávek a v˘stavbou dûliãek vzduchu pfiímo u zákazníka. DÛvodem jsou nové technologie pfii v˘robû dusíku a inovace kryogenních zafiízení. JiÏ v roce 1902 postavil Dr. Carl von Linde první prÛmyslovou dûliãku vzduchu na svûtû. Vzhledem ke sv˘m dlouholet˘m zku‰enostem jako v˘robce a provozovatel tûchto zafiízení zaujímá firma Linde i dnes vedoucí postavení v tomto oboru.
Pfii malé spotfiebû je zásobování dusíkem provádûno prostfiednictvím dodávek lahví nebo svazkÛ. Dusík je vût‰inou dodáván v kvalitû 5.0 (99,999 objem. %) a lze jej pouÏít pro v‰echny metody tepelného zpracování. V pfiípadû potfieby lze dodat také dusík v kvalitû 6.0 (99,9999 objem. %).
Systém ECOVAR® je v˘sledkem pokraãujícího vûdeckého v˘voje nejrÛznûj‰ích metod dûlení vzduchu, kter˘ pfiedstavuje optimální fie‰ení pro uÏivatele z hlediska hospodárnosti a spolehlivosti. Pfii relativnû kontinuálních a rovnomûrn˘ch odbûrech je zásobování formou on-site-ECOVAR® ãasto ekonomiãtûj‰í neÏ dodávky plynu cisternami.
ECOVAR® -Cat - katalyzátor 3
57,5 m /h ECOVAR®-Cat - plyn
v peci 5 % CO, 10 % H2, zbytek N2
vzduch
50 m3/h 97 % N2 (zbytek 3 % O2 )
za ízení ECOVAR®
Systém zásobování Linde ECOVAR®-Cat pro pec s váleãkovou nístûjí
20
3 m3/h zemní plyn
®
regulace ECOVAR -Cat
ECOVAR® zahrnuje v˘robu dusíku u zákazníka ve tfiech rÛzn˘ch typech zafiízení:
ECOVAR®-C-CRYO - zafiízení ãistota N2 = 5.0 = 99,999 objem. %
ECOVAR®-A-PSA - zafiízení ãistota N2 maximálnû 99,9 (max. 99,99 objem. %) (bez doãisÈování)
ECOVAR®-M - membránové zafiízení ãistota N2 92 - 99 objem. % (max. 99,9 objem. %) (bez doãisÈování) Pro hospodárné zásobování plynem je rozhodující v˘bûr nejv˘hodnûj‰ího typu zafiízení a správné kapacity zafiízení. K tomu je zapotfiebí podrobná anal˘za odbûrového profilu a potfiebné ãistoty. RovnûÏ pro tyto v˘poãty jsou vám k dispozici aplikaãní technici firmy LINDE TECHNOPLYN a.s. Podrobnûj‰í informace o koncepci zásobování on-site najdete v prospektu ECOVAR® - Zásobování dusíkem ze zafiízení on-site
ECOVAR® - DoãisÈovací systémy Pro nejrÛznûj‰í procesy tepelného zpracování není dostateãná ãistota dusíku, kter˘ byl vyroben adsorpcí nebo membránovou technikou. Pomoci vám mohou varianty zafiízení ECOVAR®-AD nebo ECOVAR®-Cat.
ECOVAR®-AD Tato varianta zafiízení je vybavena modulem pro doãisÈování, ve kterém je kyslík odstraÀován katalytickou oxidací s vodíkem a následn˘m su‰ením. Tímto zpÛsobem je vyrábûn dusík s ãistotou 5.0 (99,999 objem. %).
Vodík Vodík je dodáván v plynném stavu v ocelov˘ch lahvích, svazcích lahví a v trajlerech, nebo jako hlubokozchlazená kapalina v cisternû. U zákazníka je skladován v lahvích, ve speciálních tlakov˘ch nádobách nebo vakuovû izolovan˘ch zásobnících. Zásobníky staví a jejich údrÏbu provádí LINDE TECHNOPLYN a.s.
Propan Propan je skladován v kapalné formû v tlakov˘ch zásobnících. Doprava je provádûna silniãními cisternami. Pfii malé spotfiebû propanu je vhodné zásobování formou lahví.
Oxid uhliãit˘ Oxid uhliãit˘ pro metody CARBOMIX® nebo CARBOQUICK® je dodáván také v ocelov˘ch lahvích, svazcích lahví nebo je skladován v zásobníku. Tato zafiízení rovnûÏ obhospodafiuje LINDE TECHNOPLYN a.s.
Míchání plynÛ a dávkování Pro kaÏdou metodu tepelného zpracování vyvinula Linde zásobovací zafiízení, které je pfiizpÛsobeno konkrétním poÏadavkÛm a které obsahuje potfiebná bezpeãnostní zafiízení. Firma Linde dává téÏ k dispozici smû‰ovací zafiízení pro pfiesné nastavení smûsí plynÛ u zákazníka. Dopravní a dávkovací systémy, fiídicí a regulaãní jednotky, katalyzátory CARBOCAT® a CARBOQUICK® a také mûfiicí pfiístroje, které nejsou na trhu bûÏnû k dostání, vyrábí Linde ve svém vlastním závodû. Tímto zpÛsobem je zaji‰tûna nákladovû v˘hodná a rychlá dostupnost v‰ech potfiebn˘ch zafiízení pro zásobování plyny.
ECOVAR®-Cat Tato varianta zafiízení je spojením ECOVAR®-A resp. ECOVAR®-M a metody CARBOCAT®. Tady do‰lo ke splynutí dlouholet˘ch zku‰eností firmy Linde s metodou CARBOCAT®, vyzkou‰enou u mnoha zafiízení. Do dusíku ze zafiízení on-site je dodáváno mnoÏství zemního plynu nebo propanu, které stochiometricky odpovídá mnoÏství zbytkového kyslíku. Tato smûs je pak pfiivedena k vytápûnému CARBOCAT® - katalyzátoru. V nûm se zbytkov˘ kyslík a plyn obsahující uhlovodík zmûní v CO a H2. Tyto dva komponenty jsou pro mnoho procesÛ tepelného zpracování dÛleÏit˘mi sloÏkami pro nastavení redukãních vlastností a uhlíkové neutrality ochranného plynu.
21
Aplikaãnû technické centrum
Na‰i aplikaãní technici vyvíjejí v aplikaãním centru nové systémy dávkování plynÛ pro procesy tepelného zpracování a vylep‰ují fiídicí a regulaãní systémy pro jiÏ zavedené procesy. Pro v˘vojové práce a pro pokusy zákazníkÛ jsou v na‰em zku‰ebním poli tepelného zpracování k dispozici následující pecní zafiízení: ● ● ● ●
pásová prÛbûÏná pec typ Kohnle pásová prÛbûÏná pec typ Mahler víceúãelová komorová pec vysokoteplotní retortová pec
V‰echny pece jsou vybaveny nejmodernûj‰ím regulaãním a fiídicím zafiízením. Zafiízení pro zásobování plyny umoÏÀuje nastavení libovolné atmosféry v peci. Pro její kontrolu a anal˘zy nainstalovala Linde komplexní mûfiicí techniku. S pouÏitím poãítaãe je moÏné nasimulovat podmínky typické pro zákazníka. Protokoly, které pfii tûchto pokusech vzniknou a které udávají optimální hodnoty nauhliãení, nitridace a Ïíhání, vám dáme rádi k dispozici. Pro pfiípravu zku‰ebních dílÛ jsme si pofiídili plazmové ãisticí zafiízení.
22
Rozsáhlé vûdomosti na‰ich odborníkÛ zab˘vajících se procesy tepelného zpracování jsou stále znovu vyuÏívány ve prospûch na‰ich zákazníkÛ. Vkládáme je do na‰eho zákaznického a aplikaãnû specifického poradenství, a tím vytváfiíme pfiedpoklady pro hospodárnou v˘robu.
Anal˘zy u zákazníka nebo v laboratofii S na‰ím analyzaãním servisem pfiijedeme aÏ na místo a na‰im zákazníkÛm dáme k dispozici analyzaãní stanici s infraãervenou sondou pro mûfiení CO, CO2, CH4, C3H8. Samozfiejmû máme k dispozici i fiadu jin˘ch pfiístrojÛ, jako jsou napfiíklad analyzátory pro zji‰Èování podílu H2, vlhkosti (H2O) a potenciálu O2. Pro kontrolu procesÛ nitridace, nitrokarbonování nebo karbonitridace máme k dispozici teplotnû stabilní mûfiicí skfiínû. Pro na‰e zákazníky máme pfiipraven i správn˘ zapisovaã a odpovídající kalibraãní plyny.
Simulace procesu tvrzení v metalografické laboratofii
V pfiípadû potfieby vytvofiíme také dálkov˘ pfienos dat, abychom údaje z pokusu a hodnoty anal˘z pfienesli do velínu nebo aÏ k nám do Aplikaãnû technického centra. PÛjãujeme ale také zafiízení pro odbûry vzorkÛ a v na‰í laboratofii pak odebrané vzorky vyhodnotíme.
Laboratofi pro nízkou teplotu V laboratofii pro nízkou teplotu jsou k dispozici pfiístroje pro zpracování za nízk˘ch teplot, jako napfiíklad pro pfiemûnu zbytkového austenitu nebo pro vytvrzování zastudena aÏ do teploty -196 °C.
Metalografie Pro vyhodnocení pokusÛ u zákazníka jsme zafiídili kompletní metalografii. Je moÏné pofiizovat a vyhodnocovat makro- i mikrofiezy a zachycovat prÛbûhy vytvrzování.
Pfiedvádûcí akce a uvádûní do provozu u zákazníka Pro pokusy, pfiedvádûcí akce nebo uvádûní metod Linde do provozu na zákaznick˘ch zafiízeních vám rádi dáme k dispozici kompletní „servisní balík". Na‰i aplikaãní technici se va‰í akce rádi zúãastní, protoÏe spokojenost zákazníka je u nás na prvním místû.
23
Nejvíce prodejen technick˘ch plynÛ najdete pod touto znaãkou: LINDE TECHNOPLYN
ÚSTÍ NAD LABEM
PRAHA PARDUBICE OSTRAVA
PLZEŇ
PŘEROV
BRNO ČESKÉ BUDĚJOVICE
8518/10 04.99
RESPONSIBLE CARE
TRADICE PROVÁZENÁ KVALITOU
LINDE TECHNOPLYN a.s. U Technoplynu 1324 198 00 Praha 9 www.lindetechnoplyn.cz
volejte zdarma: 0800 121 121
