मेश बेल्ट फर्नेस में वायुमंडल नियंत्रण: नाइट्रोजन, ऊष्माशोषी गैस और हाइड्रोजन मिश्रण
वातावरण नियंत्रण ही ऊष्मा उपचार भट्टी को ऊष्मा एवं ऑक्सीकरण भट्टी से अलग करता है। खराब वातावरण वाली भट्टी में बनने वाले पुर्जों पर भारी परत जम जाती है, जिससे वे गुणवत्ता निरीक्षण में विफल हो जाते हैं। सही वातावरण में, पुर्जे चमकदार, साफ-सुथरे और अगली प्रक्रिया के लिए तैयार निकलते हैं। यह अंतर मामूली नहीं है। वातावरण नियंत्रण की लागत आमतौर पर मेश बेल्ट भट्टी की परिचालन लागत का 15 से 25 प्रतिशत होती है, और वातावरण नियंत्रण प्रणाली भट्टी की पूंजी लागत का 20 से 30 प्रतिशत होती है। इसे सही तरीके से करना निवेश के लायक है।
वातावरण क्यों महत्वपूर्ण है
500 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान पर, स्टील हवा में मौजूद ऑक्सीजन, जल वाष्प और कार्बन डाइऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया करता है। इन प्रतिक्रियाओं से आयरन ऑक्साइड की परत बन जाती है, सतह का कार्बनीकरण हो जाता है और कई अनुप्रयोगों में स्टील का उपयोग करना असंभव हो जाता है। नियंत्रित वातावरण का उद्देश्य हवा को हटाकर एक ऐसा रासायनिक वातावरण प्रदान करना है जो स्टील के साथ प्रतिक्रिया न करे।
कुछ प्रक्रियाओं में वातावरण भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। ऊष्माशोषी गैस इस्पात की सतह पर कार्बन जोड़ती है (कार्ब्यूराइज़िंग)। अमोनिया युक्त वातावरण नाइट्रोजन जोड़ता है (नाइट्राइडिंग)। हाइड्रोजन युक्त वातावरण सतह पर मौजूद किसी भी ऑक्साइड को कम करता है (ब्राइट एनीलिंग)। सही वातावरण वह होता है जो आवश्यक सतह रसायन प्रदान करता है और अवांछित प्रतिक्रियाओं को रोकता है।
नाइट्रोजन आधारित वायुमंडल
मेश बेल्ट भट्टियों में नाइट्रोजन सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला सुरक्षात्मक वातावरण है। यह सस्ता, आसानी से उपलब्ध और कई प्रक्रियाओं के लिए प्रभावी है। शुद्ध नाइट्रोजन तांबे के ब्राइट एनीलिंग, कम मिश्रधातु वाले इस्पात के तनाव निवारण और 700 डिग्री सेल्सियस से कम तापमान वाली प्रक्रियाओं के लिए उपयुक्त है।
850 से 880 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर कार्बन स्टील को कठोर बनाने के लिए शुद्ध नाइट्रोजन उपयुक्त नहीं है। इसका कारण यह है कि इस तापमान सीमा में नाइट्रोजन कार्बन डाइऑक्साइड के विघटन को नहीं रोक पाती है, जिससे स्टील की सतह पर कार्बन की मात्रा कम हो जाती है। विघटित परत नरम होती है और उपयोग के दौरान पुर्जे के खराब होने का कारण बन सकती है।
कार्बन स्टील को कठोर बनाने के लिए, मानक वातावरण ऊष्माशोषी गैस होता है, जिसमें कभी-कभी कार्बन क्षमता बढ़ाने के लिए थोड़ी मात्रा में प्राकृतिक गैस मिलाई जाती है। ऊष्माशोषी गैस का उत्पादन 950 से 1000 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर गर्म रिटॉर्ट में निकल उत्प्रेरक की सहायता से प्राकृतिक गैस और हवा की अभिक्रिया द्वारा किया जाता है। इस अभिक्रिया से लगभग 40 प्रतिशत हाइड्रोजन, 20 प्रतिशत कार्बन मोनोऑक्साइड, 40 प्रतिशत नाइट्रोजन और मीथेन तथा जल वाष्प की थोड़ी मात्रा वाली गैस उत्पन्न होती है।
ऊष्माशोषी गैस (एंडो गैस)
ऊष्माशोषी गैस कार्बन स्टील की मेश बेल्ट फर्नेस हार्डनिंग के लिए मुख्य वातावरण है। गैस की कार्बन क्षमता को स्टील ग्रेड के लिए निर्धारित लक्ष्य मान (आमतौर पर 0.4 से 0.8 प्रतिशत कार्बन) पर नियंत्रित किया जाता है, और गैस लक्ष्य मान को बनाए रखने के लिए स्टील की सतह से कार्बन जोड़ती या हटाती है।
कार्बन क्षमता को ओस बिंदु विश्लेषक या अवरक्त CO2 विश्लेषक द्वारा नियंत्रित किया जाता है। नियंत्रक निर्धारित तापमान को बनाए रखने के लिए ऊष्माक्षेपी जनरेटर में वायु-से-गैस अनुपात को समायोजित करता है। यह जनरेटर 950 से 1000 डिग्री सेल्सियस तापमान पर संचालित होता है और प्रति घन मीटर ऊष्माक्षेपी गैस उत्पादन के लिए 0.10 से 0.15 घन मीटर प्राकृतिक गैस की खपत करता है।
एंडो गैस जनरेटर की एक कमी इसकी जटिलता है। रिटॉर्ट, उत्प्रेरक, वायु-गैस मिश्रण प्रणाली और कार्बन क्षमता नियंत्रण लूप, इन सभी को रखरखाव की आवश्यकता होती है। आधुनिक एंडो गैस जनरेटर विश्वसनीय होते हैं, लेकिन ऑपरेटर को कार्बन क्षमता की लगातार निगरानी करनी चाहिए और हर 2 से 3 साल में उत्प्रेरक को बदलना चाहिए।
ब्राइट एनीलिंग के लिए हाइड्रोजन-नाइट्रोजन मिश्रण
स्टेनलेस स्टील और टूल स्टील के जिन पुर्जों को चमकदार, ऑक्साइड-मुक्त सतह की आवश्यकता होती है, उन्हें हाइड्रोजन-नाइट्रोजन मिश्रण में एनील किया जाता है, जिसमें हाइड्रोजन की मात्रा आमतौर पर 25 से 75 प्रतिशत होती है। हाइड्रोजन एक अपचायक के रूप में कार्य करता है और सतह पर मौजूद किसी भी ऑक्साइड को वापस धातु में परिवर्तित कर देता है, जबकि नाइट्रोजन एक वाहक गैस और सुरक्षा तनुकारक के रूप में कार्य करता है।
शुद्ध हाइड्रोजन वातावरण का उपयोग सबसे चमकदार फिनिश के लिए भी किया जाता है, लेकिन इसके लिए विस्फोट-रोधी भट्टी डिजाइन और व्यापक सुरक्षा प्रणालियों की आवश्यकता होती है। 25 से 75 प्रतिशत हाइड्रोजन मिश्रण अधिक सुरक्षित होते हैं और कम पूंजी लागत पर चमक का अधिकांश लाभ प्रदान करते हैं।
हाइड्रोजन-नाइट्रोजन मिश्रण या तो आपूर्तिकर्ता से पूर्व-मिश्रित गैस के रूप में या भट्टी के प्रवेश द्वार पर मिश्रित अलग-अलग गैसों के रूप में आपूर्ति किया जाता है। मिश्रण अनुपात को द्रव्यमान प्रवाह नियंत्रकों द्वारा नियंत्रित किया जाता है, और मिश्रण के ओस बिंदु की लगातार निगरानी की जाती है। उच्च ओस बिंदु (माइनस 40 डिग्री सेल्सियस से अधिक) रिसाव या दूषित गैस आपूर्ति का संकेत देता है, और समस्या के समाधान तक भट्टी को बंद कर देना चाहिए।
हाइड्रोजन युक्त वातावरण में हवा की सांद्रता 4 प्रतिशत से अधिक होने पर विस्फोट हो सकता है। मेश बेल्ट फर्नेस को उचित पर्जिंग अनुक्रम, रिसाव परीक्षण और आपातकालीन वेंटिलेशन के साथ डिज़ाइन किया जाना चाहिए। मोंटे इंटेलिजेंस हाइड्रोजन सेवा के लिए मेश बेल्ट फर्नेस को रिडंडेंट सुरक्षा प्रणालियों और एक प्री-पर्ज चक्र के साथ डिज़ाइन करता है जो प्रत्येक ऊष्मा उत्पादन से पहले फर्नेस से हवा को साफ करता है।
नाइट्राइडिंग के लिए अमोनिया-आधारित वातावरण
विशेष प्रकार के पुर्जों के नाइट्राइडिंग के लिए अमोनिया या अमोनिया-नाइट्रोजन मिश्रण का उपयोग किया जाता है। नाइट्राइडिंग तापमान (500 से 600 डिग्री सेल्सियस) पर अमोनिया विघटित होकर परमाणु नाइट्रोजन मुक्त करता है, जो स्टील की सतह में समा जाता है। इसके परिणामस्वरूप, बिना शमन की आवश्यकता के एक कठोर, घिसाव-प्रतिरोधी सतह परत प्राप्त होती है।
छोटे पुर्जों की उच्च मात्रा में नाइट्राइडिंग के लिए मेश बेल्ट भट्टियों में अमोनिया वातावरण का उपयोग किया जाता है। एक छोटी भट्टी में अमोनिया की खपत आमतौर पर 0.5 से 1.5 घन मीटर प्रति घंटा होती है। भट्टी के निकास से निकलने वाली अपशिष्ट गैस को डिस्चार्ज करने से पहले उसमें मौजूद अप्रतिक्रियाशील अमोनिया को नष्ट करने के लिए उपचारित किया जाना आवश्यक है।
वायुमंडल निगरानी और नियंत्रण
मेश बेल्ट फर्नेस के वातावरण की निरंतर निगरानी आवश्यक है। इसके लिए मुख्य पैरामीटर हैं: ऑक्सीजन प्रोब (ऑक्सीजन की मात्रा मापने के लिए), ओस बिंदु विश्लेषक (जल वाष्प मापने के लिए), इन्फ्रारेड विश्लेषक (CO और CO2 मापने के लिए), और प्रवाह मीटर (गैस आपूर्ति दर मापने के लिए)। डेटा को निरंतर रिकॉर्ड किया जाता है और प्रक्रिया नियंत्रण एवं गुणवत्ता दस्तावेज़ीकरण के लिए उपयोग किया जाता है।
आधुनिक मेश बेल्ट फर्नेस नियंत्रण प्रणालियाँ तापमान नियंत्रण के साथ-साथ वातावरण की निगरानी को भी एकीकृत करती हैं। यदि वातावरण की रासायनिक संरचना मानक से बाहर हो जाती है, तो नियंत्रक गैस प्रवाह को समायोजित कर सकता है, कार्बन पोटेंशियल सेटपॉइंट को संशोधित कर सकता है या अलार्म बजा सकता है। यह एकीकरण ऑपरेटर के कार्यभार को कम करता है और प्रक्रिया की स्थिरता को बढ़ाता है।
चयन मानदंड
वातावरण प्रणाली का चयन करने वाले खरीदारों के लिए मुख्य प्रश्न हैं: अपेक्षित सतह फिनिश क्या है, स्टील का ग्रेड क्या है, प्रक्रिया तापमान क्या है और उपलब्ध गैस आपूर्ति क्या है। फिर वातावरण प्रणाली को इन मापदंडों के अनुरूप तैयार किया जाता है, जिसमें गैस का प्रकार, प्रवाह दर, नियंत्रण प्रणाली और सुरक्षा प्रणाली सभी निर्दिष्ट की जाती हैं।
वायुमंडल प्रणालियों के बारे में मोंटे इंटेलिजेंस से बात करें
मेश बेल्ट फर्नेस के लिए वातावरण प्रणालियों का मूल्यांकन करने वाले खरीदारों के लिए, मोंटे इंटेलिजेंस इंजीनियरिंग एक ऐसा कॉन्फ़िगरेशन सुझा सकती है जो प्रक्रिया और सतह की फिनिश की आवश्यकता के अनुरूप हो। विज़िट करेंwww.cnlymonte.com/products-mesh-belt-furnace.html केस स्टडी के लिए। प्रोजेक्ट पर चर्चा के लिए, helenxu@cnlymonte.com पर ईमेल करें, विषय पंक्ति में "मेश बेल्ट एटमॉस्फियर" लिखें और अपनी प्रक्रिया विधि और सतह फिनिश के बारे में विवरण दें।
