गैस भट्टी में लौ से ऊष्मा का स्थानांतरण किस प्रकार होता है, यह उत्पाद की गुणवत्ता, ऊर्जा दक्षता और भट्टी द्वारा किए जा सकने वाले प्रक्रियाओं की सीमा निर्धारित करता है। तीन मूलभूत विधियाँ - प्रत्यक्ष-दहन, मफल युक्त अप्रत्यक्ष-दहन और विकिरण ट्यूब - प्रत्येक का अपना महत्व है, और अनुप्रयोग के लिए गलत विधि का चयन करने से गुणवत्ता संबंधी समस्याएं, अत्यधिक ऊर्जा लागत या दोनों हो सकती हैं।
MONTE INTELLIGENCE गैस से चलने वाली भट्टियों की तीनों प्रकार की आपूर्ति करती है। यह लेख ऊष्मा उपचार कार्यों के लिए महत्वपूर्ण मानदंडों के आधार पर इन डिज़ाइनों की तुलना करता है।
डायरेक्ट-फायर्ड फर्नेस में प्राकृतिक गैस (या अन्य ईंधन गैस) को सीधे फर्नेस चैंबर में जलाया जाता है, और दहन उत्पाद - लौ और गर्म धुआँ - सीधे वर्कलोड के संपर्क में आते हैं। बर्नर चैंबर में गर्म गैसें उत्पन्न करते हैं, गर्म गैसें वर्कलोड के चारों ओर घूमती हैं (प्राकृतिक संवहन या पुनर्संचरण पंखों द्वारा संचालित), और निकास गैसें एक धुएँ के माध्यम से बाहर निकलती हैं। यह सबसे सरल और ऊर्जा-कुशल संरचना है क्योंकि ऊष्मा स्रोत और वर्कलोड के बीच कोई अवरोध नहीं होता है - धुएँ के माध्यम से निकलने वाली संवेदी ऊष्मा को छोड़कर, सभी दहन ऊर्जा वर्कलोड को गर्म करने के लिए उपलब्ध होती है।
प्रत्यक्ष भट्टी में तापन की सीमा यह है कि इसमें धातु दहन वातावरण के संपर्क में आती है। दहन उत्पादों में कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) और जल वाष्प (H2O) होते हैं - ये दोनों ही ताप उपचार तापमान पर इस्पात के ऑक्सीकरण में सहायक होते हैं। प्रत्यक्ष भट्टी में तापित इस्पात की सतह पर ऑक्साइड की परत (मिल स्केल) बन जाती है। कई अनुप्रयोगों - जैसे फोर्जिंग के लिए पूर्व-तापन, नॉर्मलाइज़िंग, तनाव निवारण, मशीनिंग से पहले एनीलिंग - के लिए यह स्वीकार्य है क्योंकि यह परत बाद की प्रक्रियाओं में हट जाती है या उत्पाद के लिए हानिकारक नहीं होती।
प्रत्यक्ष ताप विधि तब स्वीकार्य नहीं होती जब सतह की गुणवत्ता अत्यंत महत्वपूर्ण हो। कार्बराइजिंग, कार्बोनिट्राइडिंग, ब्राइट हार्डनिंग और किसी भी ऐसी प्रक्रिया जिसमें विशिष्ट कार्बन क्षमता की आवश्यकता होती है, दहन उत्पादों के अनियंत्रित वातावरण को सहन नहीं कर सकती। इन अनुप्रयोगों के लिए, दहन उत्पादों को कार्य सामग्री से अलग करना आवश्यक है, जिसके परिणामस्वरूप अप्रत्यक्ष ताप विधि का उपयोग किया जाता है।
अप्रत्यक्ष रूप से गर्म होने वाली भट्टियों में मफल का उपयोग किया जाता है - यह एक ऊष्मा-प्रतिरोधी मिश्र धातु या सिरेमिक आवरण होता है जो दहन कक्ष को कार्य कक्ष से अलग करता है। बर्नर मफल के बाहर जलते हैं, जिससे मफल की दीवार गर्म होती है, जो बदले में अंदर रखे उपकरणों को ऊष्मा विकीर्ण करती है। उपकरणों की सुरक्षा के लिए मफल के अंदर एक नियंत्रित वातावरण - ऊष्माशोषी गैस, नाइट्रोजन-हाइड्रोजन आदि - बनाए रखा जाता है। दहन उत्पाद कभी भी कार्य के संपर्क में नहीं आते।
इस प्रकार की भट्टी का सबसे महत्वपूर्ण घटक मफल है। लगभग 950°C तक के तापमान के लिए, मफल को ऊष्मा-प्रतिरोधी मिश्र धातु (आमतौर पर RA330, Incoloy 800HT, या उच्च-निकल मिश्र धातु) से बनाया जा सकता है, जिसकी डिज़ाइन की गई जीवन अवधि 3-5 वर्ष होती है। 1150°C तक के उच्च तापमान के लिए, सिलिकॉन कार्बाइड मफल का उपयोग किया जाता है, लेकिन ये भंगुर और अधिक महंगे होते हैं। मफल की प्रारंभिक लागत काफी अधिक होती है (आमतौर पर भट्टी की कुल लागत का 15-25%), और इसका प्रतिस्थापन रखरखाव का एक बड़ा खर्च होता है।
मफल की ऊर्जा हानि मफल की दीवार के आर-पार तापमान में गिरावट के कारण होती है। कार्य कक्ष को 850°C तक गर्म करने के लिए, दहन कक्ष का तापमान अधिक होना चाहिए—आमतौर पर 950-1050°C—ताकि मफल के माध्यम से ऊष्मा स्थानांतरण के लिए आवश्यक बल मिल सके। दहन कक्ष का उच्च तापमान फ्लू गैस के उच्च तापमान और अधिक ऊष्मा हानि का कारण बनता है, जिससे समतुल्य प्रत्यक्ष-चालित भट्टी की तुलना में भट्टी की तापीय दक्षता 10-20% तक कम हो जाती है।
रेडिएंट ट्यूब हीटिंग अप्रत्यक्ष-फायरिंग अवधारणा का एक प्रकार है जो मेश बेल्ट फर्नेस सहित निरंतर भट्टियों के लिए मानक बन गया है। एक बड़े मफल के बजाय, भट्टी कई रेडिएंट ट्यूबों का उपयोग करती है - सीलबंद मिश्र धातु की ट्यूबें जो भट्टी कक्ष से होकर गुजरती हैं। बर्नर ट्यूब के अंदर जलता है, दहन उत्पाद ट्यूब से होकर गुजरते हैं (अक्सर ऊष्मा स्थानांतरण की एकरूपता को बेहतर बनाने के लिए आंतरिक पुनर्संचरण के साथ), और दूसरे सिरे से बाहर निकल जाते हैं। ट्यूब की बाहरी सतह कार्यभार को ऊष्मा विकीर्ण करती है।
सिंगल मफल की तुलना में रेडिएंट ट्यूब कई फायदे प्रदान करती हैं। ट्यूबों को अधिक समान रूप से ताप प्रदान करने के लिए व्यवस्थित किया जा सकता है - आमतौर पर वर्कलोड के ऊपर और नीचे पंक्तियों में - मफल की तुलना में, जो मुख्य रूप से किनारों और ऊपर से ताप प्रदान करता है। भट्टी के चैंबर को खोले बिना व्यक्तिगत ट्यूबों को निकाला और बदला जा सकता है, जिससे रखरखाव का समय कम हो जाता है। ट्यूब का व्यास इतना छोटा होता है (आमतौर पर 100-200 मिमी) कि दीवार की मोटाई मध्यम (5-8 मिमी) हो सकती है, फिर भी पर्याप्त यांत्रिक शक्ति और जंग प्रतिरोध प्रदान करती है।
रेडिएंट ट्यूब का सबसे सामान्य डिज़ाइन यू-ट्यूब है: बर्नर यू के एक सिरे में ज्वलन करता है, दहन गैसें बंद सिरे तक जाती हैं और दूसरे सिरे से निकास में वापस आ जाती हैं। यह डिज़ाइन बेहतर ऊष्मा स्थानांतरण प्रदान करता है क्योंकि उच्च तापमान वाली लौ एक सिरे में होती है और ठंडी निकास गैसें दूसरे सिरे में, जिससे सीधे डिज़ाइन की तुलना में ट्यूब की सतह का तापमान अधिक एकसमान रहता है। डब्ल्यू-ट्यूब और सिंगल-एंडेड रिक्यूपरेटिव ट्यूब (एसईआर ट्यूब) उन अनुप्रयोगों के लिए उपयोग की जाती हैं जिनमें प्रति ट्यूब अधिक ऊष्मा उत्सर्जन की आवश्यकता होती है।
ट्यूब सामग्री का चयन भट्टी के तापमान पर निर्भर करता है। 950°C तक के तापमान के लिए, ढलाई किए गए HK-40 (25% Cr, 20% Ni) या HP (25% Cr, 35% Ni) मिश्र धातु के ट्यूब पर्याप्त सेवा जीवन प्रदान करते हैं। इससे अधिक तापमान या कार्बोराइजिंग गैसों वाले वातावरण के लिए, जो धातु के धूल कणों का कारण बन सकते हैं, उच्च निकल मिश्र धातु या सिरेमिक ट्यूब (सिलिकॉन कार्बाइड) की आवश्यकता होती है। सामान्य ऊष्मा उपचार सेवा में ट्यूब का जीवन 2-5 वर्ष तक होता है, जिसमें विफलता के कारणों में क्रीप रप्चर (ट्यूब के अपने वजन के कारण उच्च तापमान पर लंबे समय तक रहने से), ऑक्सीकरण (दहन पक्ष से ट्यूब की दीवार का पतला होना) और कार्बोराइजेशन (कार्बन अवशोषण जो ट्यूब को भंगुर बना देता है) शामिल हैं।
मोंटे इंटेलिजेंस प्रक्रिया तापमान, वातावरण संबंधी आवश्यकताओं, उत्पादन मात्रा और पूंजी बजट के आधार पर हीटिंग कॉन्फ़िगरेशन की अनुशंसा करता है। फोर्जिंग प्रीहीट और नॉर्मलाइज़िंग अनुप्रयोगों के लिए, डायरेक्ट-फायर्ड विधि सर्वोत्तम लागत-प्रदर्शन अनुपात प्रदान करती है। नियंत्रित वातावरण हीट ट्रीटमेंट के लिए, फर्नेस की ज्यामिति और परिचालन तापमान के आधार पर रेडिएंट ट्यूब या मफल डिज़ाइन निर्दिष्ट किए जाते हैं।
आपकी प्रक्रिया के लिए विशिष्ट गैस फर्नेस कॉन्फ़िगरेशन संबंधी सुझावों के लिए, helenxu@cnlymonte.com पर संपर्क करें।
