Perguntas frequentes sobre o processamento de metais e materiais

Todas as classes de aços inoxidáveis são ligas à base de ferro com porcentagens significativas de cromo. Normalmente, os aços inoxidáveis contêm menos de 30% de cromo e mais de 50% de ferro. Suas características inoxidáveis resultam da formação de uma película superficial de óxido de cromo (Cr₂O₃) invisível, aderente, protetora e autocorretiva. Embora os aços inoxidáveis sejam resistentes à ferrugem em temperatura ambiente, eles estão sujeitos à descoloração por oxidação em temperaturas elevadas devido à presença de cromo e outros elementos de liga, como titânio e molibdênio.

Os fatores que contribuem para o aumento da oxidação incluem altos pontos de orvalho, alto teor de oxigênio e óxidos de chumbo, boro e nitretos na superfície. Para os aços inoxidáveis brilhantes, processe-os em uma atmosfera altamente redutora com um ponto de orvalho inferior a -40 °F e um mínimo de 25% de hidrogênio.

A cor verde que você vê nas peças de aço inoxidável é o óxido de cromo (Cr₂O₃). Ele se forma quando há muito oxigênio e/ou muita umidade na atmosfera do forno, o que geralmente é causado por vazamento de água, baixo aperto da atmosfera ou taxas de fluxo excessivamente baixas de gás atmosférico. Uma cor verde-amarronzada escura indica níveis significativos de oxigênio livre dentro do forno originados por um grande vazamento de ar.

Além do teste tradicional de aço e cobre, algumas empresas colocam um pedaço de aço inoxidável no forno para verificar se há altos níveis de umidade e oxigênio. Uma maneira melhor e mais precisa de medir os níveis de umidade e oxigênio é instalar um analisador de oxigênio e um medidor de ponto de orvalho. É barato e altamente preciso. Se um filme de óxido verde estiver se formando nas peças de aço inoxidável, significa que o forno ou a atmosfera não estão otimizados.

A dezincificação é normalmente definida como a lixiviação de zinco a partir de ligas de cobre em uma solução aquosa. No processamento térmico de latão (e outras ligas contendo zinco), a dezincificação é a remoção de zinco do substrato de metal durante processos térmicos, como brasagem e recozimento, normalmente devido à pressão de vapor muito baixa do zinco nas ligas. A dezincificação pode resultar em poeira excessiva do forno, vapores de zinco em liga com outros metais e, em casos extremos, perda das propriedades da liga.

Embora nem sempre seja possível eliminar a dezincificação, ela pode ser reduzida durante o processamento térmico. O controle da temperatura, do tempo na temperatura e do potencial de redução da atmosfera do forno pode ajudar a minimizar a dezincificação e melhorar o processamento térmico. No entanto, compreender quais variáveis alterar pode ser um desafio. Os especialistas do setor na Air Products têm experiência em processamento térmico e podem ajudar você a identificar as variáveis reguláveis para reduzir custos e melhorar a produtividade, minimizando a dezincificação.

A dezincificação é normalmente definida como a lixiviação de zinco a partir de ligas de cobre em uma solução aquosa. No processamento térmico de latão (e outras ligas contendo zinco), a dezincificação é a remoção de zinco do substrato de metal durante processos térmicos, como brasagem e recozimento, normalmente devido à pressão de vapor muito baixa do zinco nas ligas. A dezincificação pode resultar em poeira excessiva do forno, vapores de zinco em liga com outros metais e, em casos extremos, perda das propriedades da liga.

Embora nem sempre seja possível eliminar a dezincificação, ela pode ser reduzida durante o processamento térmico. O controle da temperatura, do tempo na temperatura e do potencial de redução da atmosfera do forno pode ajudar a minimizar a dezincificação e melhorar o processamento térmico. No entanto, compreender quais variáveis alterar pode ser um desafio. Os especialistas do setor na Air Products têm experiência em processamento térmico e podem ajudar você a identificar as variáveis reguláveis para reduzir custos e melhorar a produtividade, minimizando a dezincificação.

Todas as classes de aços inoxidáveis são ligas à base de ferro com porcentagens significativas de cromo. Normalmente, os aços inoxidáveis contêm menos de 30% de cromo e mais de 50% de ferro. Suas características inoxidáveis resultam da formação de uma película superficial de óxido de cromo (Cr₂O₃) invisível, aderente, protetora e autocorretiva. Embora os aços inoxidáveis sejam resistentes à ferrugem em temperatura ambiente, eles estão sujeitos à descoloração por oxidação em temperaturas elevadas devido à presença de cromo e outros elementos de liga, como titânio e molibdênio.

Os fatores que contribuem para o aumento da oxidação incluem altos pontos de orvalho, alto teor de oxigênio e óxidos de chumbo, boro e nitretos na superfície. Para os aços inoxidáveis brilhantes, processe-os em uma atmosfera altamente redutora com um ponto de orvalho inferior a -40 °F e um mínimo de 25% de hidrogênio.

Para atmosferas de sinterização e brasagem em um forno com correia transportadora contínua e extremidades abertas, é necessário seguir a norma NFPA 86 para fornos. Normalmente, as atmosferas contendo mais de 4% de hidrogênio em nitrogênio são consideradas inflamáveis. Na verdade, qualquer atmosfera mista é considerada "indeterminada" e deve ser tratada como se fosse inflamável — mesmo que ela contenha menos de 4% de hidrogênio.

A NFPA 86 recomenda que você satisfaça as seguintes condições antes de introduzir qualquer atmosfera inflamável ou indeterminada no forno:

• Pelo menos uma zona do forno precisa estar mais quente do que 760 °C (1.400 °F).
• O forno precisa ser purgado com gás inerte até que a análise da atmosfera indique que está abaixo de 50% do LEL (limite explosivo inferior). A recomendação geral é usar cinco mudanças de volume do fluxo de gás inerte.
• Deve haver indicação visível do fluxo de purga. Além disso, a tubulação de purga deve ter válvulas solenoides normalmente abertas.
• O sistema de atmosfera deve ser projetado com intertravamentos para que os gases inflamáveis sejam desligados usando válvulas solenoides normalmente fechadas em caso de falha de energia, queda de temperatura abaixo de 760 °C (1.400 °F) ou fluxo insuficiente do componente principal da atmosfera.

Sim. Vazamentos em qualquer linha de gás pressurizado de alta pureza podem causar oxidação intermitente. Há várias causas possíveis. Uma é a retrodifusão — o movimento de impurezas do ar circundante para uma linha de gás de alta pressão e baixa impureza. Isso é acionado por gradientes de concentração, e não gradientes de pressão, e é agravado por mudanças na taxa de fluxo, pressão ou temperatura da tubulação.

Os especialistas do setor na Air Products podem ajudar você a determinar a causa do problema. Como a oxidação é intermitente, você precisará monitorar continuamente sua linha de nitrogênio usando um analisador de acompanhamento de oxigênio para verificar se há vazamentos. Para linhas de gás combustível, um detector de vazamento de gás combustível também pode ser usado. Uma vez que as impurezas são encontradas, a fonte do vazamento pode ser identificada usando várias técnicas, incluindo teste de bolha de sabão, teste de pressão estática ou espectrometria de massa de hélio. Os vazamentos costumam ocorrer em rachaduras de solda, juntas mecânicas, embalagens de válvulas e conexões soltas.

A carbonização e outras atmosferas de controle de carbono exigem uma fonte de CO para facilitar a difusão do carbono na superfície do metal. Uma das fontes é a geração de atmosfera endotérmica, na qual o ar e o gás natural reagem em um gerador externo para formar um gás composto de 20% de CO, 40% de H₂ e 40% de N₂, com traços de CO₂ e umidade.

Outra fonte de CO é a introdução de uma mistura de 40% de nitrogênio e 60% de metanol no forno, que forma um gás de mesma composição produzido endotermicamente. O calor do forno dissocia o metanol (CH₃OH) em CO e H₂, que então se mistura com o nitrogênio. Veja como calcular a quantidade de metanol necessária. Para 1000 scf de atmosfera, por exemplo, 40% ou 400 scf serão nitrogênio, de acordo com as proporções acima. Os 60% ou 600 scf restantes serão compostos de metanol dissociado. Uma vez que um galão de metanol se dissocia em aproximadamente 240 scf de gás, 2,5 galões de metanol seriam necessários para se dissociar nos 600 scf de atmosfera necessários.

Esta é uma pergunta que surge com frequência. Ao solucionar problemas de oxidação em uma atmosfera de forno contínuo, é importante medir o nível de oxigênio e o ponto de orvalho. Isso se deve ao seguinte:

o ponto de orvalho é uma medida do teor de umidade de um gás e é a temperatura na qual o vapor de água em um gás de amostra começa a condensar. A concentração de oxigênio é simplesmente isso — uma medida da pressão parcial do oxigênio.

Quando uma amostra de gás é extraída da zona quente de um forno para análise, gases reativos como H₂, CO ou CₓHᵧ já se combinaram com qualquer O₂ presente para produzir umidade e outros componentes gasosos. Como resultado, dependendo da temperatura do forno e de como a amostra é obtida, o analisador exibirá um baixo nível de oxigênio. Na maioria das aplicações, um baixo nível de oxigênio e um baixo ponto de orvalho são necessários para controlar o processo e prevenir a oxidação.

Ao verificar um forno contínuo, a oxidação na seção de preaquecimento tem uma aparência fosca e geralmente é causada pela infiltração de ar na entrada do forno. A oxidação da zona quente pode resultar em peças escamosas ou com bolhas. Isso geralmente ocorre em níveis elevados de umidade ou oxigênio devido ao equilíbrio inadequado da atmosfera ou a vazamentos de água/ar na zona de resfriamento. A oxidação da zona de resfriamento normalmente resulta em uma descoloração suave, às vezes brilhante — design de cortina ruim, velocidade excessiva da correia, vazamentos de água ou taxas de fluxo de atmosfera insuficientes são possíveis causas.

Nos fornos em lote, comece identificando o oxidante que está causando o problema. O fluxo de nitrogênio e a medição dos níveis de oxigênio e umidade podem indicar o oxidante envolvido. Em seguida, uma revisão das fontes de vazamento típicas (como vedações, acessórios, uniões e juntas de solda) geralmente leva à descoberta da fonte de vazamento.

Existem inúmeros benefícios de usar um sistema de atmosfera à base de nitrogênio, incluindo:

• Independência do gás natural e manutenção de geradores.
• Maior flexibilidade para alterar as composições da atmosfera e as taxas de fluxo para se adequar aos requisitos de processo e material.
• Segurança aprimorada devido aos recursos de purga automática de nitrogênio.
• Eliminação de componentes tóxicos, como monóxido de carbono e amônia, associados ao uso de geradores endotérmicos e dissociadores de amônia.
• Minimização da quantidade de hidrogênio necessária para obter o poder de redução correto devido ao baixo ponto de orvalho do nitrogênio.

A diluição de nitrogênio-DA pode ser uma alternativa econômica para 100% DA. Como muitos materiais processados não exigem o conteúdo de 75% de hidrogênio no DA, você pode reduzir o custo da atmosfera usando nitrogênio menos caro para diluir o DA. O uso de nitrogênio também fornece um meio econômico de purga, além de um custo mais baixo para a marcha lenta do forno. Além disso, usar hidrogênio transportado com nitrogênio para substituir o DA pode ser algo competitivo em termos de custo e pode eliminar completamente a amônia — um gás tóxico e mais caro.

Os engenheiros de aplicação da Air Products podem ajudar você a comparar os custos da atmosfera e recomendar maneiras de reduzir o consumo da atmosfera para diminuir ainda mais o custo total de propriedade.

O oxigênio do ar pode se difundir ou se infiltrar no forno pelas extremidades de entrada e saída, causando problemas como oxidação, descarbonetação, sub-sinterização ou qualidade de brasagem inadequada. Veja alguns métodos para reduzir a infiltração de oxigênio:

• Use um fluxo de atmosfera total adequado para ter uma pressão ligeiramente positiva dentro do forno. Normalmente, um fluxo de cerca de 70 a 100 scfh por polegada de largura da correia é suficiente para aberturas de portas com menos de 3 polegadas.
• Instale uma cortina de chama na extremidade frontal, de preferência fixada na parte inferior da porta, com as chamas atingindo as peças — garantindo a cobertura completa da abertura da extremidade frontal.
• Instale uma cortina de bom tipo de fibra com uma cortina de spray de nitrogênio adicional na extremidade de saída.
• Verifique se as pilhas de exaustão estão separadas do forno e não causarão sucção diferencial na atmosfera do forno.

Todas as classes de aços inoxidáveis são ligas à base de ferro com porcentagens significativas de cromo. Normalmente, os aços inoxidáveis contêm menos de 30% de cromo e mais de 50% de ferro. Suas características inoxidáveis resultam da formação de uma película superficial de óxido de cromo (Cr₂O₃) invisível, aderente, protetora e autocorretiva. Embora os aços inoxidáveis sejam resistentes à ferrugem em temperatura ambiente, eles estão sujeitos à descoloração por oxidação em temperaturas elevadas devido à presença de cromo e outros elementos de liga, como titânio e molibdênio.

Os fatores que contribuem para o aumento da oxidação incluem altos pontos de orvalho, alto teor de oxigênio e óxidos de chumbo, boro e nitretos na superfície. Para os aços inoxidáveis brilhantes, processe-os em uma atmosfera altamente redutora com um ponto de orvalho inferior a -40 °F e um mínimo de 25% de hidrogênio.

Esta é uma pergunta que surge com frequência. Ao solucionar problemas de oxidação em uma atmosfera de forno contínuo, é importante medir o nível de oxigênio e o ponto de orvalho. Isso se deve ao seguinte:

o ponto de orvalho é uma medida do teor de umidade de um gás e é a temperatura na qual o vapor de água em um gás de amostra começa a condensar. A concentração de oxigênio é simplesmente isso — uma medida da pressão parcial do oxigênio.

Quando uma amostra de gás é extraída da zona quente de um forno para análise, gases reativos como H₂, CO ou CₓHᵧ já se combinaram com qualquer O₂ presente para produzir umidade e outros componentes gasosos. Como resultado, dependendo da temperatura do forno e de como a amostra é obtida, o analisador exibirá um baixo nível de oxigênio. Na maioria das aplicações, um baixo nível de oxigênio e um baixo ponto de orvalho são necessários para controlar o processo e prevenir a oxidação.

Ao verificar um forno contínuo, a oxidação na seção de preaquecimento tem uma aparência fosca e geralmente é causada pela infiltração de ar na entrada do forno. A oxidação da zona quente pode resultar em peças escamosas ou com bolhas. Isso geralmente ocorre em níveis elevados de umidade ou oxigênio devido ao equilíbrio inadequado da atmosfera ou a vazamentos de água/ar na zona de resfriamento. A oxidação da zona de resfriamento normalmente resulta em uma descoloração suave, às vezes brilhante — design de cortina ruim, velocidade excessiva da correia, vazamentos de água ou taxas de fluxo de atmosfera insuficientes são possíveis causas.

Nos fornos em lote, comece identificando o oxidante que está causando o problema. O fluxo de nitrogênio e a medição dos níveis de oxigênio e umidade podem indicar o oxidante envolvido. Em seguida, uma revisão das fontes de vazamento típicas (como vedações, acessórios, uniões e juntas de solda) geralmente leva à descoberta da fonte de vazamento.

Em uma palavra: sim. Você pode reduzir custos e resíduos convertendo de uma atmosfera gerada (como amônia endotérmica ou dissociada) em uma atmosfera sintética de nitrogênio/hidrogênio.

Veja como:

• Usando e pagando pela atmosfera apenas quando seu forno está em produção, em vez de pagar por volumes de produção fixos com geradores — mesmo se você usar menos do que o volume definido.
• Reduzindo a concentração de hidrogênio para uma faixa de 2% a 10% enquanto mantém o alto potencial de redução que resulta do ponto de orvalho muito baixo do nitrogênio.
• Zoneando a atmosfera ao adicionar apenas a mistura de gás necessária e o volume de forma independente nas diferentes zonas do forno.

Existem inúmeros benefícios de usar um sistema de atmosfera à base de nitrogênio, incluindo:

• Independência do gás natural e manutenção de geradores.
• Maior flexibilidade para alterar as composições da atmosfera e as taxas de fluxo para se adequar aos requisitos de processo e material.
• Segurança aprimorada devido aos recursos de purga automática de nitrogênio.
• Eliminação de componentes tóxicos, como monóxido de carbono e amônia, associados ao uso de geradores endotérmicos e dissociadores de amônia.
• Minimização da quantidade de hidrogênio necessária para obter o poder de redução correto devido ao baixo ponto de orvalho do nitrogênio.

O oxigênio do ar pode se difundir ou se infiltrar no forno pelas extremidades de entrada e saída, causando problemas como oxidação, descarbonetação, sub-sinterização ou qualidade de brasagem inadequada. Veja alguns métodos para reduzir a infiltração de oxigênio:

• Use um fluxo de atmosfera total adequado para ter uma pressão ligeiramente positiva dentro do forno. Normalmente, um fluxo de cerca de 70 a 100 scfh por polegada de largura da correia é suficiente para aberturas de portas com menos de 3 polegadas.
• Instale uma cortina de chama na extremidade frontal, de preferência fixada na parte inferior da porta, com as chamas atingindo as peças — garantindo a cobertura completa da abertura da extremidade frontal.
• Instale uma cortina de bom tipo de fibra com uma cortina de spray de nitrogênio adicional na extremidade de saída.
• Verifique se as pilhas de exaustão estão separadas do forno e não causarão sucção diferencial na atmosfera do forno.

Esta é uma pergunta que surge com frequência. Ao solucionar problemas de oxidação em uma atmosfera de forno contínuo, é importante medir o nível de oxigênio e o ponto de orvalho. Isso se deve ao seguinte:

o ponto de orvalho é uma medida do teor de umidade de um gás e é a temperatura na qual o vapor de água em um gás de amostra começa a condensar. A concentração de oxigênio é simplesmente isso — uma medida da pressão parcial do oxigênio.

Quando uma amostra de gás é extraída da zona quente de um forno para análise, gases reativos como H₂, CO ou CₓHᵧ já se combinaram com qualquer O₂ presente para produzir umidade e outros componentes gasosos. Como resultado, dependendo da temperatura do forno e de como a amostra é obtida, o analisador exibirá um baixo nível de oxigênio. Na maioria das aplicações, um baixo nível de oxigênio e um baixo ponto de orvalho são necessários para controlar o processo e prevenir a oxidação.

Sim. Vazamentos em qualquer linha de gás pressurizado de alta pureza podem causar oxidação intermitente. Há várias causas possíveis. Uma é a retrodifusão — o movimento de impurezas do ar circundante para uma linha de gás de alta pressão e baixa impureza. Isso é acionado por gradientes de concentração, e não gradientes de pressão, e é agravado por mudanças na taxa de fluxo, pressão ou temperatura da tubulação.

Os especialistas do setor na Air Products podem ajudar você a determinar a causa do problema. Como a oxidação é intermitente, você precisará monitorar continuamente sua linha de nitrogênio usando um analisador de acompanhamento de oxigênio para verificar se há vazamentos. Para linhas de gás combustível, um detector de vazamento de gás combustível também pode ser usado. Uma vez que as impurezas são encontradas, a fonte do vazamento pode ser identificada usando várias técnicas, incluindo teste de bolha de sabão, teste de pressão estática ou espectrometria de massa de hélio. Os vazamentos costumam ocorrer em rachaduras de solda, juntas mecânicas, embalagens de válvulas e conexões soltas.

Todas as classes de aços inoxidáveis são ligas à base de ferro com porcentagens significativas de cromo. Normalmente, os aços inoxidáveis contêm menos de 30% de cromo e mais de 50% de ferro. Suas características inoxidáveis resultam da formação de uma película superficial de óxido de cromo (Cr₂O₃) invisível, aderente, protetora e autocorretiva. Embora os aços inoxidáveis sejam resistentes à ferrugem em temperatura ambiente, eles estão sujeitos à descoloração por oxidação em temperaturas elevadas devido à presença de cromo e outros elementos de liga, como titânio e molibdênio.

Os fatores que contribuem para o aumento da oxidação incluem altos pontos de orvalho, alto teor de oxigênio e óxidos de chumbo, boro e nitretos na superfície. Para os aços inoxidáveis brilhantes, processe-os em uma atmosfera altamente redutora com um ponto de orvalho inferior a -40 °F e um mínimo de 25% de hidrogênio.

A diluição de nitrogênio-DA pode ser uma alternativa econômica para 100% DA. Como muitos materiais processados não exigem o conteúdo de 75% de hidrogênio no DA, você pode reduzir o custo da atmosfera usando nitrogênio menos caro para diluir o DA. O uso de nitrogênio também fornece um meio econômico de purga, além de um custo mais baixo para a marcha lenta do forno. Além disso, usar hidrogênio transportado com nitrogênio para substituir o DA pode ser algo competitivo em termos de custo e pode eliminar completamente a amônia — um gás tóxico e mais caro.

Os engenheiros de aplicação da Air Products podem ajudar você a comparar os custos da atmosfera e recomendar maneiras de reduzir o consumo da atmosfera para diminuir ainda mais o custo total de propriedade.

Depende do seu processo. Atmosferas baseadas em nitrogênio para processamento de metais foram comprovadas com sucesso ao longo de muitos anos e, devido à enorme gama de requisitos em fornos para vários materiais e necessidades de superfície, o uso de misturas de gases se tornou um padrão da indústria. Produtos diferentes podem tolerar concentrações diferentes de componentes oxidantes na atmosfera do forno devido a componentes redutores ou reativos adicionais na mistura. Por isso, o uso de nitrogênio gerado no local com quantidades residuais de oxigênio pode ser tolerado. Ao compreender seus níveis de tolerância de oxigênio, nós podemos ajudar você a reduzir custos.

A facilidade de geração de gás no local envolve muitos fatores — fluxo de nitrogênio e pureza são os mais importantes. Fluxos com uma taxa de linha de base estável ou suficiente podem ser ótimos ajustes para locais. Padrões de fluxo periódico ou errático podem ser adequados se volumes, pressão e pureza forem suficientes para permitir o armazenamento de gás que cubra os fluxos de pico. Além disso, quanto mais baixo for o requisito de pureza, maior será a facilidade — embora a alta pureza seja adequada em volumes maiores. Outros fatores incluem custo de energia local e a pressão necessária. Não há regras firmes que definam quando passar da entrega para produção no local. Diferentes opções no local estão disponíveis para atender às suas necessidades de nitrogênio, incluindo adsorção por oscilação de pressão, membranas ou criogenia. Conte com a ampla experiência da Air Products em tecnologias no local para determinar seu modo de abastecimento ideal.

Sim. A NFPA 86C não existe mais. Os requisitos para "Fornos industriais que usam atmosfera de processamento especial", antes definidos como NFPA 86C, foram incorporados ao NFPA 86 na versão de 2003. Agora, a NFPA 86 (versão de 2019 disponível no momento desta publicação) aborda os requisitos de segurança para muitos tipos de fornos industriais, incluindo aqueles normalmente usados para tratamento térmico atmosférico e a vácuo (referidos como Classe C e D). O conteúdo anterior da NFPA 86C agora é encontrado principalmente no Capítulo 13 da NFPA 86.

Muitos operadores desse tipo de fornos usam gás nitrogênio tanto como gás de purga quanto como componente da atmosfera do processo. O gás nitrogênio é fornecido ao processo a partir de tanques de armazenamento no local usando o ar ambiente para fornecer o calor para vaporizar o nitrogênio líquido. Esse modo de fornecimento oferece gás de altíssima pureza com taxas de fluxo flexíveis e não requer nenhum utilitário externo que possa falhar em uma emergência.

A NFPA 86 exige que os usuários desses fornos incluam um painel de alarme de baixa temperatura para indicar uma condição de overdraw nos vaporizadores de ar ambiente usados para purga de emergência. Isso exige que os tanques contendo meio de purga, como tanques de armazenamento de nitrogênio líquido, sejam fornecidos com alarmes sonoros e visuais de baixo nível para garantir um volume de purga adequado e fornecer tempo para um desligamento ordenado do forno. O sistema de monitoramento de fornecimento de nitrogênio da Air Products foi projetado para ajudar você a cumprir com esses requisitos.

Os usuários de fornos com processamento especial e atmosferas inflamáveis devem compreender totalmente os requisitos e as recomendações da NFPA 86 e determinar como as alterações da antiga NFPA 86C podem afetar as operações de seus fornos.

A diluição de nitrogênio-DA pode ser uma alternativa econômica para 100% DA. Como muitos materiais processados não exigem o conteúdo de 75% de hidrogênio no DA, você pode reduzir o custo da atmosfera usando nitrogênio menos caro para diluir o DA. O uso de nitrogênio também fornece um meio econômico de purga, além de um custo mais baixo para a marcha lenta do forno. Além disso, usar hidrogênio transportado com nitrogênio para substituir o DA pode ser algo competitivo em termos de custo e pode eliminar completamente a amônia — um gás tóxico e mais caro.

Os engenheiros de aplicação da Air Products podem ajudar você a comparar os custos da atmosfera e recomendar maneiras de reduzir o consumo da atmosfera para diminuir ainda mais o custo total de propriedade.

Depende do seu processo. Atmosferas baseadas em nitrogênio para processamento de metais foram comprovadas com sucesso ao longo de muitos anos e, devido à enorme gama de requisitos em fornos para vários materiais e necessidades de superfície, o uso de misturas de gases se tornou um padrão da indústria. Produtos diferentes podem tolerar concentrações diferentes de componentes oxidantes na atmosfera do forno devido a componentes redutores ou reativos adicionais na mistura. Por isso, o uso de nitrogênio gerado no local com quantidades residuais de oxigênio pode ser tolerado. Ao compreender seus níveis de tolerância de oxigênio, nós podemos ajudar você a reduzir custos.

 

Somos cada vez mais questionados sobre o dimensionamento de tanques de compensação para fornos a vácuo. A mudança para uma têmpera mais rápida por meio de enchimento de pressão mais alta tornou mais importante a seleção do tanque de compensação (tamanho e classificação de pressão).

Primeiro, é preciso determinar a pressão de operação necessária do tanque que fornecerá a pressão de enchimento do forno e o tempo para o enchimento. Existem compensações entre o tamanho do tanque, a classificação de pressão dele, o volume de gás armazenado resultante e o custo do tanque. O sistema fornecimento de gás também deve ser capaz de fornecer a pressão adequada para reabastecer o tanque. Existem pontos de quebra de nível de pressão naturais em sistemas de fornecimento com base criogênica padrão, como 200 psig de um tanque criogênico de líquido de 250 psig padrão.

Verifique se o tanque de compensação aprovado pela ASME está classificado para a pressão usada e adequadamente protegido contra pressurização excessiva. Além disso, se você estiver usando um sistema de abastecimento criogênico, verifique se ele tem um alarme de baixa temperatura para evitar a fragilização dos tanques de aço carbono.

O volume de um tanque de compensação é geralmente referido em termos de galões de deslocamento de água. Uma vez que existem 0,003 m³ (0,134 ft³) por galão, um tanque de compensação de 1.000 galões tem um volume de 3,79 m³ (134 ft³). Portanto, para cada atmosfera de pressão [(14,7 lb por polegada quadrada (PSI)], há 134 pés cúbicos padrão (SCF) de volume gasoso disponível para o enchimento. Por exemplo, 134 SCF de volume gasoso está disponível a 14,7 psig, 268 SCF a 29,4 psig e assim por diante.

Um tanque de compensação precisa ser capaz de armazenar o volume adequado de gás em um nível de pressão adequado acima da pressão de enchimento do forno. Por exemplo: usando leis de gases ideais simples, se 2,83 m³ (100 ft³) são necessários para uma pressão de têmpera de 5 barg (aproximadamente 72 psig), seriam necessários 600 SCF de gás para um enchimento a partir do vácuo total. Isso presumindo que uma pressão mínima de 6 bar seja necessária para fornecer uma taxa de fluxo adequada para o enchimento dentro do tempo desejado. O tanque de compensação resultante precisaria ser de cerca de 750 galões com um nível mínimo de pressão operacional de aproximadamente 12 barg (175 psig). Um tanque com uma classificação de pressão de trabalho máxima permitida (MAWP) de 200 psig seria recomendado, e o tamanho real seria baseado na quantidade de overdesign desejada. Um tanque menor pode ser usado com uma pressão operacional muito mais alta.

Com essas informações gerais e uma consulta com um engenheiro de aplicações, você poderá determinar a pressão necessária e o tamanho do tanque para enchimento correto do forno.

Sim. Vazamentos em qualquer linha de gás pressurizado de alta pureza podem causar oxidação intermitente. Há várias causas possíveis. Uma é a retrodifusão — o movimento de impurezas do ar circundante para uma linha de gás de alta pressão e baixa impureza. Isso é acionado por gradientes de concentração, e não gradientes de pressão, e é agravado por mudanças na taxa de fluxo, pressão ou temperatura da tubulação.

Os especialistas do setor na Air Products podem ajudar você a determinar a causa do problema. Como a oxidação é intermitente, você precisará monitorar continuamente sua linha de nitrogênio usando um analisador de acompanhamento de oxigênio para verificar se há vazamentos. Para linhas de gás combustível, um detector de vazamento de gás combustível também pode ser usado. Uma vez que as impurezas são encontradas, a fonte do vazamento pode ser identificada usando várias técnicas, incluindo teste de bolha de sabão, teste de pressão estática ou espectrometria de massa de hélio. Os vazamentos costumam ocorrer em rachaduras de solda, juntas mecânicas, embalagens de válvulas e conexões soltas.

Esta é uma pergunta que surge frequentemente ao solucionar problemas de oxidação em uma atmosfera de forno contínua. O aumento do preço do níquel e, consequentemente, do aço inoxidável, tornou a longevidade da correia mais importante do que nunca. Embora muitas variáveis — incluindo a liga da correia, o procedimento inicial de amaciamento, o medidor de fiação e o rastreamento — afetem a vida útil de uma correia de aço inoxidável, você pode obter melhorias significativas ajustando a atmosfera de sinterização.

A tecnologia de processo de atmosfera da Air Products mostrou estender a vida útil das correias de aço inoxidável serviço de campo usadas na sinterização de peças de metal em pó. Em geral, a atmosfera fornece uma camada protetora de óxido na correia de aço inoxidável e permanece neutra em carbono para suas peças. A camada de óxido reduz a captação de carbono e nitrogênio e ajuda a manter as propriedades mecânicas desejadas da correia. No serviço industrial, o uso dessa tecnologia resultou na extensão da vida útil das correias de malha de aço inoxidável de 25% para mais de 50% em relação à vida útil normalmente exibida nas atmosferas de sinterização de N₂-H₂. Resultados provenientes da vida útil prolongada da correia: redução na manutenção, redução no tempo de inatividade do forno e redução na substituição de correias.

Muitas variáveis de processamento (como tamanho do pó, composição e pureza, distribuição de tamanho, e o teor de carbono) afeta as propriedades finais dos componentes sinterizados. O tipo e a quantidade de lubrificantes, as densidades de compactação e os parâmetros do forno — temperatura, tempo na temperatura, taxas de resfriamento e carga da correia — também influenciam os resultados finais. A maioria dessas variáveis é determinada durante o estágio de design do componente.

A atmosfera de sinterização é frequentemente negligenciada como uma variável. As propriedades da atmosfera podem variar com o tempo. O controle das variáveis de um sistema de atmosfera pode melhorar a consistência das propriedades sinterizadas. As variáveis primárias em um sistema de atmosfera são composição da atmosfera, pureza, taxas de fluxo e distribuição, pressão dentro do forno, velocidade de saída, estabilidade (influências externas) e aberturas das portas.

As peças sinterizadas devem sair do forno com um acabamento brilhante. Se isso não acontecer, é sinal de um problema no processo. Oxigênio ou ar podem estar infiltrando o forno na entrada frontal. Além disso, se o potencial de oxidação na zona de preaquecimento for muito alto, pode causar oxidação na superfície da peça de metal em pó. Essa superfície oxidada é reduzida à medida que a peça viaja pela atmosfera altamente redutora na zona quente, fazendo com que ela perca seu acabamento brilhante e pareça opaca e fosca. Além de um acabamento fosco, você pode notar uma dureza superficial inferior devido à descarbonetação da superfície que resultou da oxidação.

Para ajudar a resolver esse problema, adicione uma cortina de chamas na extremidade frontal do forno. A cortina deve ser fixada na porta para fornecer cobertura total na entrada frontal, e a chama deve estar direcionada para baixo. Você também pode controlar o ponto de orvalho na zona de preaquecimento, de modo que seja oxidante o suficiente para facilitar a desenubrificação sem oxidar o metal.

Para resolver problemas de fuligem, você deve primeiro identificar o tipo de fuligem. Há três tipos principais: fuligem aderente, fuligem granular solta e fuligem brilhante ou oleosa. Todos esses tipos estão associados a hidrocarbonetos de lubrificantes ou gás hidrocarboneto enriquecedor. A fuligem aderente parece uma mancha e é difícil de remover. Geralmente, ela é produzida pela pirólise do lubrificante na zona de preaquecimento. A fuligem granular solta se parece com uma neve preta no topo das peças e é produzida a partir de vapores do lubrificante na zona quente. A fuligem brilhante se parece com uma cobertura preta uniforme nas superfícies expostas. O craqueamento catalítico do gás natural nas peças produz esse tipo de fuligem.

Após identificar o tipo de fuligem, o problema pode ser resolvido avaliando fatores como fluxo atmosférico, equilíbrio de fluxo, ponto de orvalho de preaquecimento, velocidade da correia, carga da correia, perfil de temperatura, densidade da peça, porcentagem de lubrificante e condição do forno.

Para atmosferas de sinterização e brasagem em um forno com correia transportadora contínua e extremidades abertas, é necessário seguir a norma NFPA 86 para fornos. Normalmente, as atmosferas contendo mais de 4% de hidrogênio em nitrogênio são consideradas inflamáveis. Na verdade, qualquer atmosfera mista é considerada "indeterminada" e deve ser tratada como se fosse inflamável — mesmo que ela contenha menos de 4% de hidrogênio. 

A NFPA 86 recomenda que você satisfaça as seguintes condições antes de introduzir qualquer atmosfera inflamável ou indeterminada no forno:

• Pelo menos uma zona do forno precisa estar mais quente do que 760 °C (1.400 °F).
• O forno precisa ser purgado com gás inerte até que a análise da atmosfera indique que está abaixo de 50% do LEL (limite explosivo inferior). A recomendação geral é usar cinco mudanças de volume do fluxo de gás inerte.
• Deve haver indicação visível do fluxo de purga. Além disso, a tubulação de purga deve ter válvulas solenoides normalmente abertas.
• O sistema de atmosfera deve ser projetado com intertravamentos para que os gases inflamáveis sejam desligados usando válvulas solenoides normalmente fechadas em caso de falha de energia, queda de temperatura abaixo de 760 °C (1.400 °F) ou fluxo insuficiente do componente principal da atmosfera.

Depende do seu processo. Atmosferas baseadas em nitrogênio para processamento de metais foram comprovadas com sucesso ao longo de muitos anos e, devido à enorme gama de requisitos em fornos para vários materiais e necessidades de superfície, o uso de misturas de gases se tornou um padrão da indústria. Produtos diferentes podem tolerar concentrações diferentes de componentes oxidantes na atmosfera do forno devido a componentes redutores ou reativos adicionais na mistura. Por isso, o uso de nitrogênio gerado no local com quantidades residuais de oxigênio pode ser tolerado. Ao compreender seus níveis de tolerância de oxigênio, nós podemos ajudar você a reduzir custos.

Esta é uma pergunta que surge com frequência. Ao solucionar problemas de oxidação em uma atmosfera de forno contínuo, é importante medir o nível de oxigênio e o ponto de orvalho. Isso se deve ao seguinte:

o ponto de orvalho é uma medida do teor de umidade de um gás e é a temperatura na qual o vapor de água em um gás de amostra começa a condensar. A concentração de oxigênio é simplesmente isso — uma medida da pressão parcial do oxigênio.

Quando uma amostra de gás é extraída da zona quente de um forno para análise, gases reativos como H₂, CO ou CₓHᵧ já se combinaram com qualquer O₂ presente para produzir umidade e outros componentes gasosos. Como resultado, dependendo da temperatura do forno e de como a amostra é obtida, o analisador exibirá um baixo nível de oxigênio. Na maioria das aplicações, um baixo nível de oxigênio e um baixo ponto de orvalho são necessários para controlar o processo e prevenir a oxidação.

Sim. Vazamentos em qualquer linha de gás pressurizado de alta pureza podem causar oxidação intermitente. Há várias causas possíveis. Uma é a retrodifusão — o movimento de impurezas do ar circundante para uma linha de gás de alta pressão e baixa impureza. Isso é acionado por gradientes de concentração, e não gradientes de pressão, e é agravado por mudanças na taxa de fluxo, pressão ou temperatura da tubulação.

Os especialistas do setor na Air Products podem ajudar você a determinar a causa do problema. Como a oxidação é intermitente, você precisará monitorar continuamente sua linha de nitrogênio usando um analisador de acompanhamento de oxigênio para verificar se há vazamentos. Para linhas de gás combustível, um detector de vazamento de gás combustível também pode ser usado. Uma vez que as impurezas são encontradas, a fonte do vazamento pode ser identificada usando várias técnicas, incluindo teste de bolha de sabão, teste de pressão estática ou espectrometria de massa de hélio. Os vazamentos costumam ocorrer em rachaduras de solda, juntas mecânicas, embalagens de válvulas e conexões soltas.

Os sistemas HVOF (High Velocity Oxy-Fuel, oxi-combustível de alta velocidade) tradicionais usam alguns tipos de combustíveis para a combustão, normalmente querosene, metano (gás natural), propano, propileno e hidrogênio. Embora cada combustível tenha seus benefícios, o hidrogênio oferece algumas vantagens exclusivas. Devido à sua maior condutividade térmica, o hidrogênio atinge a melhor transferência de calor da chama para as partículas de pó, apesar de ter uma temperatura de chama geral mais baixa em comparação com os hidrocarbonetos. O excesso de hidrogênio na chama também cria uma atmosfera redutora, o que diminui a produção de óxido. Como os reagentes estequiométricos de hidrogênio e oxigênio entram em combustão completa, os resíduos não queimados não são depositados no revestimento. Sendo o gás mais leve e com as mais altas propriedades de velocidade do som, o hidrogênio tem a maior velocidade potencial de partícula — o que permite a maior adesão de partículas. Além disso, você não precisará de almofadas de aquecimento no inverno para garantir um fluxo de combustível suficiente para o estande (o que é necessário com outros combustíveis).

Mark Lanham

Engenheiro de aplicações, América do Norte

Existem apenas alguns tipos de combustíveis usados para combustão em sistemas HVOF (High Velocity Oxy-Fuel, oxi-combustível de alta velocidade) tradicionais, ou seja, hidrogênio, querosene, metano (gás natural), propano e propileno. Embora cada combustível tenha algumas vantagens distintas, o hidrogênio oferece algumas vantagens exclusivas:

• Devido à sua maior condutividade térmica, o hidrogênio atinge a melhor transferência de calor da chama para as partículas de pó, apesar de ter uma temperatura de chama geral mais baixa em comparação com os combustíveis de hidrocarbonetos convencionais.
• O desempenho do processo HVOF depende do tipo de combustível, das relações estequiométricas e da pressão de combustão, bem como das características de design da pistola. A capacidade de operar fluxos ricos em hidrogênio cria uma atmosfera redutora, que diminui a produção de óxido e melhora ainda mais a qualidade do revestimento.
• Devido à combustão completa dos reagentes estequiométricos de hidrogênio e oxigênio, não há resíduos não queimados depositados no revestimento.

Além disso, o hidrogênio pode ser fornecido em pressões suficientes nos tubos e tanques de líquido a granel que não exigem almofadas de aquecimento durante os meses de inverno para garantir um fluxo de combustível suficiente para seu estande HVOF.