Ochranné atmosféry
Působení plynů na kovy Dusík – v molekulární formě není schopen do většiny kovů vstupovat – musí se rozložit Kyslík – s výjimkou vzácných kovů oxiduje povrch. Nepropustná vrstva oxidu může chránit před další oxidací (hliník, chrom). Vodík – do většiny kovů velmi dobře difunduje. Může působit desoxidačně. CO, CO2, vodní pára – může působit oxidačně nebo desoxidačně podle koncentrace. Vzácné plyny – s kovy nereagují, zpravidla do nich ani nedifundují. Nejlevnější - argon.
Působení plynů na složky oceli Plyn :
Ferit :
Cementit :
Oxidy Fe :
Kyslík
oxiduje
oduhličuje
neutrální
CO
nauhličuje
oduhličuje
redukuje
CO2
oxiduje
oduhličuje
neutrální
Vodík
neutrální
oduhličuje
redukuje
Vodní pára
oxiduje
oduhličuje
neutrální
Uhlovodíky
nauhličují
neutrální
redukují
Vzácný plyn
neutrální
neutrální
neutrální
Ochrana povrchu před oxidací Odstranění oxidačních látek
Ochranná atmosféra
Pasivní
Vakuum
Aktivní
Řízená atmosféra
Výroba řízených atmosfér Ve vyvíječi je směs vzduch s uhlovodíkem
zahřáta na 1100 oC na Ni katalyzátoru
Hlavní je reakce vodního plynu Kv = (pco * pH2O)/(pCO2 * pH2) – vzniká směs CO, CO2, H2, H2O, poměr podle teploty a spalovacího poměru ( poměru objemů vzduchu a uhlovodíku) R. Reakce 2 CO ⇆ CO2 + C dává C potenciál. Mezi 900 a 450 oC nebezpečí sazení – nutno se vyhnout – rychlé chlazení
Řízená atmosféra - metan Vzniká nedokonalým spalováním plynného uhlovodíku (metan, propan) Metan – dokonalé spalování : CH4 + 2 O2 ↔ CO2 + 2 H2O Ve vzduchu jsou 2 objemy kyslíku a 8 dusíku, musí tedy mít vzduch 10 objemů metanu – ideální spalovací poměr R = 10 Ve vyhřívaném vyvíječi ŘA je spalovací poměr mezi 2,5 a 10. Pod R=2,5 sazení, nad R=10 kyslík.
Řízená atmosféra - propan
1 – sazení, 2 – lesklé žíhání, 3 – inertní (po odstranění CO 2), 4 – volný kyslík, 5 – cementační, 6 – exoatmosféra, 7 – endoatmosféra – aktivní, k cementaci
ŘA přímo v peci Do pece se přivádí směs uhlovodíku a kyslíku Atmosféra vzniká v katalytické retortě přímo v peci Může se začínat a končit v čistém dusíku.
Štěpený metanol Metylalkohol – rozklad : CH3OH ↔ CO + 2 H2 Štěpení katalyticky na platinovém katalyzátoru při 300 až 400 oC Ve směsi 2/3 N2 a 1/3 CH3OH dá po štěpení aktivní cementační atmosféru : 40 % N2 + 40 % H2 + 20 % CO Obdoba endoatmosféry, ale méně stop kyslíku a vodní páry.
Směs dusík - vodík Pasiní ochranná atmosféra, vodík pomáhá desoxidaci – odstranění stop kyslíku Míchání do tlakových lahví přímo u dodavatele (LINDE) v různém poměru Při delším skladování nebezpečí odmíšení Též rozštěpením čpavku v retortě na katalyzátoru při 1000 oC – dá 25 % N2 + 75 % H2
Nebezpečí rozkladu čpavku
Maximální přípustné množství čpavku, nemá-li dojít k nitridaci : pod 0,02 % !
Čistý dusík Levná a spolehlivá pasivní atmosféra Měl by mít rosný bod pod -40 oC a čistotu alespoň 99,99 %. To splňuje kapalný dusík – voda a CO2 vymrznou. Pro plynný dusík zpravidla nutná - desoxidace ( nejčastěji katalytický převod stop kyslíku s vodíkem na vodní páru) - a následující vysušení (nebo vymrazení)
Vyjadřování čistoty plynů Rosný bod : -40 oC … 0,014 % H2O -70 oC … 0,003 % H2O Údaj v devítkách : čtyřdevítkový plyn … > 99,99 % plynu Vlastně odvozeno z homeopatického ředění léků – 4D ředění … 0,01 % příměsi, tedy 99,99 % čisté látky Značení výrobců v EU : označení x.y znamená, že za x devítkami následuje číslice y čistota 4.6 – 99,996 %
Běžné čistoty plynů u nás Podle údajů Air Products Plyn :
Argon 4.6
Argon 4.8
Argon 5
Dusík 4.6
Dusík 4,8
Dusík 5
Kyslík ppm :
5
3
2
5
5
2
Voda ppm :
10
4
3
5
5
3
CO2 ppm :
0,5
0,2
0,1
0,5
0,5
0,2
Ochranná atmosféra v komorové peci Je třeba dbát na důkladné vypláchnutí pece od kyslíku a vlhkosti U moderních vzduchotěsných pecí možno předem vyčerpat na maximální vakuum. Výplachový faktor – počet propláchnutí (objemů) Výplachový faktor
1
3
5
7
10
Obsah O2 v%:
7,73
1,03
0,14
0,019
9,5 ppm
Spotřeba plynů Jedna průběžná pec Aichelin (Škoda) spotřebuje asi 10 až 20 Nm3 / hod. Malá komorová pec mívá obsah okolo 1 m3, ale na proplach desetinásobek - 10 Nm3 na vsázku Běžná tlaková láhev má 50 l a je v ní tlak okolo 20 MPa, celkový obsah asi 10 Nm3. Kapalný dusík – 1 l váží 0,83 kg, po odpaření dá 0,67 Nm3. Tlakové lahve nevhodné – ŘA nebo kapalný N2
Rizika ochranných atmosfér H2, CO i CH3OH jsou jedovaté a hořlavé, ve směsi se vzduchem výbušné. Čpavek je jedovatý, ale již při velmi malé koncentraci silně zapáchá, nebezpečí náhodné otravy velmi malé CO je velmi zrádný – nepozorovatelný. Povolená trvalá koncentrace pod 30 ppm. Nad 0,2 % je již smrtelně nebezpečný. CO2 je nedychatelný a těžší než vzduch. Koncentrace na pracovišti nesmí přesáhnout 0,5 %.
