Benvenuto sul sito Italiano

Abbiamo rilevato che potresti preferire il sito US. Se necessario, utilizza il menu a tendina delle lingue per modificare la scelta.

Stay in this territory

En el proceso de cementación gaseosa se utiliza un gas portador bajo en carbono, que se enriquece con un hidrocarburo, como propano o metano (gas natural), para incrementar y controlar la disponibilidad de carbono en la atmósfera. El gas portador es normalmente un gas de tipo endotérmico producido a partir de una mezcla subestequiométrica de un hidrocarburo y aire a elevada temperatura en presencia de un catalizador. La producción de gas endotérmico se lleva a cabo normalmente en un generador de gas externo. Opcionalmente, puede utilizarse una mezcla de nitrógeno y metanol inyectada en el horno para producir un gas endotérmico sintético. En función del tipo de hidrocarburo utilizado y la relación de la mezcla, la composición habitual del gas portador es:
 

15-25% CO, 35-45% H2, Balance N2,

más pequeñas cantidades de CO2, H20 y CH4

 

Los gases CO y CH4 son cementantes, mientras que H2, H2O y CO2 son descementantes. A fin de controlar la disponibilidad de carbono en la atmósfera —el POTENCIAL DE CARBONO—, se utiliza un hidrocarburo para enriquecer el gas portador reduciendo el H2O (punto de condensación) según la reacción:

CH4 + H2O CO + 3 H2   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2)

Y reduciendo el CO2 según la reacción:

CH4 + CO2 2 CO + 2 H2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (3)

además de permitir que tenga lugar la siguiente reacción de cementación:

CH4 CFe + 2 H2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (4)

además de la reacción (4), las principales reacciones de cementación en una atmósfera CO – CO2 – H2 – H2O – CH4 son las siguientes:

CO + H2 CFe + H2O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (5)

2 CO CFe +CO2 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (6)

(En las reacciones descritas, CFees el carbono disponible en la atmósfera para su difusión sobre la superficie del metal)

Las reacciones (5) y (6) se consideran las principales reacciones de equilibrio para el método básico de transferencia del carbono a la superficie metálica. Se asume que la cementación tiene lugar como resultado directo del contenido en CO de la atmósfera. No obstante, la sonda de oxígeno no puede medir el % de CO. Debe introducirse un valor fijo en la controladora de potencial de carbono en forma de factor de proceso o factor de CO (véase a continuación). Además, no existen condiciones equilibradas en el horno hasta que pasan varias horas; aí , el porcentaje real de CO será considerablemente menor de lo esperado.

Se ha demostrado que la reacción (5) es de 10 a 100 veces más rápida que las reacciones (4) y (6), por lo que dicha velocidad es determinante.

En la mayoría de los sistemas, se utiliza la adición de un hidrocarburo, como el metano, para controlar el potencial de carbono. Si se descompusiera todo el metano utilizando las reacciones (2) y (3), la atmósfera permanecería en equilibrio y sería fácil predecir el potencial de carbono. Desafortunadamente, estas reacciones se producen muy lentamente y únicamente cerca de superficies catalizadoras. Nunca se acercan al equilibrio.

En una atmósfera con un nivel significativo de metano libre, se produce cierta cementación según la reacción (4), pero elevar los niveles de metano no reaccionado dará lugar a la dilución del porcentaje de CO. Si no se mide ni se incluyen los efectos del metano libre en el cálculo del carbono no se conoce el potencial real de la atmósfera.

Cálculo del potencial de carbono mediante sondas de oxígeno

La composición de equilibrio de los gases viene determinada por la reacción agua/gas:

H2 + CO2 CO + H2O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (7)

Si combinamos las reacciones (5) y (7):

2 CO CFe + CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(6)

 

Es posible calcular la actividad de carbono en la atmósfera mediante el uso de la constante de equilibrio termoquímico en la anterior reacción:

ac = p CO2 K6  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (8)

        p  CO2

Dado que K6 depende solamente de la temperatura, se puede calcular la actividad de carbono a partir del CO y CO2; como el CO es relativamente constante, es posible utilizar únicamente el CO2.

Ya hemos visto que la sonda de oxígeno mide la pequeña cantidad de oxígeno en equilibrio con el CO y el CO2, que se ajusta a la reacción siguiente:

2 CO + O2 2 CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (9)

 

Si combinamos las reacciones (6) y (9), y utilizamos la constante de equilibrio para calcular la actividad del carbono,

ac = p CO K10  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (10)

        p O2  0.5

De ahí que pueda utilizarse la sonda de oxígeno para determinar la actividad de carbono en la atmósfera y que se demuestre que el potencial de carbono es una función de la actividad de carbono (ac), la temperatura y la composición del acero (q).
Por lo tanto:

Cp = f (T, V, CO, q) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (11)

 

Donde

Cp es el potencial de carbono (%)                T es la temperatura (K)     

V es la tensión de la sonda (v)                     CO es el monóxido de carbono (%)

q es el factor de la aleación de acero

 

El hecho de que el potencial de carbono dependa de la composición del acero puede explicarse debido a que, en presencia de los elementos de la aleación, el potencial de carbono efectivo de la atmósfera se incrementa con los elementos que forman carburos más estables que el hierro, como Cr y Mo, mientras que los menos sólidos, como Ni o Si, disminuyen el potencial efectivo de carbono.

Los complejos cálculos matemáticos necesarios para determinar el potencial de carbono de la atmósfera están creados en la mayor parte de los controladores. El instrumento obtiene directamente la tensión de la sonda (mV) y la temperatura, mientras que el CO y los factores de aleación se combinan como una constante para un grupo determinado de condiciones de carga conocido como FACTOR DE PROCESO (PF) o factor CO, donde:

29 (PF) + 400 = 945.7 q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (12)

A partir de la ecuación anterior, se puede calcular que para un acero al carbono corriente (q=1) procesado en un gas endotérmico generado a partir de metano (CO = 20), el factor de proceso será de 147. No obstante, la experiencia práctica ha desmostrado que el factor de proceso, en estas condiciones, puede variar entre 150 y 250, en función de las condiciones de cada horno. Un aspecto importante a la hora de determinar el factor de proceso es la duración del ciclo, ya que se ha demostrado que la superficie metálica no alcanza un equilibrio con la atmósfera gaseosa hasta que no han transcurrido 20 horas. Por lo tanto, si el potencial de carbono se controla en el 0,8 %, la superficie metálica tan sólo habrá alcanzado el 0,7 % después de 4 horas.

En atmósferas sin equilibrio o cuando el CO pueda mantenerse constante durante el ciclo, es posible obtener un valor de CO con un analizador de infrarrojos por medio de la entrada auxiliar.

Para controlar el carbono con precisión absoluta, es posible actualizar el factor de proceso continuamente en base al potencial de carbono calculado mediante un sistema por infrarrojos ULTRACARB 1000 de tres gases (CO, CO2 y CH4). Este sistema ofrece total precisión en el cálculo del carbono de 3 gases con la velocidad de respuesta de una sonda de oxígeno.

 

Contattaci

close
close
Secured By miniOrange