При термообработке стали результат зависит от состава атмосферы в рабочей камере. Даже при правильно заданной температуре поверхность детали может окисляться или терять углерод, если газовая среда не соответствует процессу. Для печей цементации, закалки и отжига одним из источников технологической атмосферы служит эндогенератор.
Эта установка получает эндотермический газ — эндогаз — из природного газа или пропана и воздуха. Газ вырабатывается непосредственно на предприятии и подаётся к одной или нескольким печам. Чтобы обеспечить стабильную работу участка, при подборе генератора учитывают потребление печей, качество исходного газа и требования к контролю атмосферы.
Для каких процессов нужен эндогаз
При газовой цементации эндогаз используют как газ-носитель. В печи его состав корректируют добавлением обогащающего газа и регулируют углеродный потенциал — способность атмосферы передавать углерод поверхности стали. Заданный режим насыщения поддерживает система управления печью с учётом температуры и показаний датчиков.
При закалке в контролируемой атмосфере задача состоит в ограничении окисления и нежелательного изменения содержания углерода в поверхностном слое. При отжиге, в том числе сфероидизирующем, газовую среду выбирают с учётом марки стали и требований к поверхности. Эндогаз применяют в камерных и проходных печах, на участках обработки шестерён, валов, крепежа и других стальных деталей.
Для каждого процесса задают требования к составу подаваемой газовой смеси и режиму её подачи. Отклонение параметров атмосферы от заданного режима может привести к обезуглероживанию, избыточному науглероживанию или образованию сажи. Эти требования согласуют с технологией обработки и системой регулирования атмосферы в подключённых печах.
Как работает эндогенератор
Исходный газ и воздух поступают в заданном соотношении в нагретый реактор с катализатором. В реакционной зоне образуется смесь, основными компонентами которой являются монооксид углерода CO, водород H₂ и азот N₂. Для описываемого оборудования температура реакционной зоны составляет ориентировочно 1000–1100 °C; конкретный режим зависит от исполнения генератора и сырьевого газа.
Тепло к реактору подводится извне с помощью электрического или газового нагрева. После каталитического преобразования полученный эндогаз охлаждают и направляют в распределительный трубопровод. Газовый нагрев реактора и подача исходного газа для получения эндогаза относятся к разным контурам установки.
- Дозирование исходного газа и воздуха с поддержанием заданного соотношения.
- Каталитическое преобразование смеси в нагретом реакторе.
- Быстрое охлаждение образовавшегося эндогаза.
- Контроль качества газа и подача к печам термообработки.
Для эндогаза на основе метана часто используют ориентир по объёмному составу: около 20 % CO, 40 % H₂ и 40 % N₂. Фактический состав зависит от исходного газа, соотношения газ–воздух и условий в реакторе. В смеси также присутствуют небольшие количества CO₂, остаточного CH₄ и водяного пара. Для пропана соотношение основных компонентов отличается.
Зачем быстро охлаждать газ после реактора
Охлаждение является частью технологического процесса получения эндогаза. При медленном прохождении определённых температурных интервалов могут протекать реакции с выделением углерода. Образование сажи загрязняет газовый тракт и усложняет обслуживание установки. Быстрое охлаждение снижает вероятность таких отложений.
В описываемом исполнении GAUSS применяется воздушный охладитель, который снижает температуру газа после реакционного блока до значения ниже 100 °C. Такой вариант позволяет обойтись без контура водяного охлаждения этого узла. При выборе оборудования проверяют допустимую температуру окружающего воздуха, условия отвода тепла и требования к обслуживанию теплообменника.
Как контролируется качество эндогаза
Стабильность состава обеспечивают совместной работой системы дозирования, нагрева и газоанализа. Массовые расходомеры измеряют подачу газа и воздуха. По показаниям анализаторов автоматика корректирует соотношение компонентов, а регулирование производительности позволяет учитывать изменение потребления при подключении нескольких печей.
| Контролируемый параметр | Значение для работы установки |
|---|---|
| Расход газа и воздуха | Поддержание соотношения компонентов и требуемого объёма выработки. |
| Температура реакционной зоны | Создание условий для каталитического преобразования смеси. |
| CO и CO₂ | Оценка состава эндогаза и корректировка режима его получения. |
| Остаточный CH₄ | Контроль полноты преобразования исходного газа. |
| Точка росы | Оценка содержания водяного пара в газовой смеси. |
| Давление и температура на выходе | Контроль условий подачи эндогаза к потребителям. |
Состав измерительных каналов определяется комплектацией. В описании GAUSS предусмотрен анализ CO, CO₂ и CH₄; измерение точки росы согласуется дополнительно. Газоанализ и контроль точки росы дают разную информацию о смеси, поэтому набор приборов выбирают по требованиям технологического процесса.
Показатели эндогаза на выходе генератора и углеродный потенциал атмосферы в печи контролируют на соответствующих участках. После поступления газа в рабочую камеру его состав изменяется под действием температуры, добавляемых газов, садки и возможных подсосов воздуха. Для цементации требуется собственный контур регулирования атмосферы печи.
Автоматика и обслуживание
Система управления может отображать текущие параметры, сохранять архивы и учитывать расход рабочих сред и электроэнергии. Эти данные позволяют сопоставлять выработку эндогаза с загрузкой участка и выявлять отклонения в работе. Удалённый мониторинг и обмен данными с производственной системой предприятия предусматривают при согласовании комплектации.
Катализатор, реактор, охладитель и измерительные приборы требуют планового обслуживания. На ресурс катализатора влияют состав исходного газа, наличие сернистых соединений, температурный режим и образование углеродных отложений. При необходимости в состав поставки включают очистку исходного газа от сернистых примесей.
Периодичность проверок, регенерации и замены катализатора устанавливают по документации изготовителя и фактическому состоянию загрузки. При контроле её работы оценивают состав выходного газа, в том числе остаточный метан. Программные напоминания помогают соблюдать регламент обслуживания и заранее планировать остановки.
Какие защиты предусматривают в установке
Эндогаз содержит токсичный монооксид углерода и горючие компоненты. При проектировании участка предусматривают вентиляцию, контроль загазованности, безопасный отвод газа и порядок аварийного отключения. Решения по безопасности должны охватывать генератор, газовую обвязку и подключённые печи.
В комплектацию установки входят защита от обратного распространения пламени, предохранительные устройства по давлению и программные блокировки. Азотную продувку предусматривают для установленных изготовителем нештатных ситуаций, включая прекращение подачи газа или отключение питания. Для выполнения продувки требуется соответствующая система подачи азота.
При согласовании проекта определяют действия автоматики при перегреве, отклонении давления, нарушении подачи газа и воздуха, отказе охлаждения и газоанализа. Условия повторного запуска и порядок обслуживания защитных устройств должны быть отражены в эксплуатационной документации.
Как подобрать эндогенератор для участка термообработки
Для участка с атмосферными печами DEYA параметры эндогенератора GAUSS согласуют с требованиями печей к составу, расходу и давлению эндогаза.
Производительность выбирают по суммарному потреблению одновременно работающих печей и графику их загрузки. Также проверяют диапазон регулирования выработки: установка должна обеспечивать потребителей как при максимальном расходе, так и при работе части оборудования. Необходимость резервного генератора или отдельных реакторов определяется требованиями к непрерывности производства.
Для подготовки технического задания нужны следующие сведения:
- Типы и количество печей, процессы обработки, марки сталей и требования к поверхности деталей.
- Расход эндогаза каждой печью, требуемое давление и график одновременной работы.
- Тип, состав и давление исходного газа, сведения о сернистых примесях.
- Доступные энергоносители, предпочтительный способ нагрева, условия размещения и подключения азота.
- Требования к газоанализу, архивированию параметров, автоматизации и резервированию.
Термомеханикс подбирает эндогенераторы GAUSS и согласует их комплектацию с изготовителем. В состав проекта могут входить подготовка технического задания, поставка, обвязка оборудования, шеф-монтаж, пусконаладочные работы и обучение персонала. Для действующего участка при подборе учитываются характеристики печей и существующих коммуникаций.
Направьте нам параметры печей и сведения о доступных энергоносителях. На их основе можно определить требуемую производительность эндогенератора и состав оборудования для подключения к вашему участку.
