等离子|热必科RUBIG 从环境角度比较等离子氮化和气体氮化工艺等离子

文章图片

文章图片

等离子氮化和气体氮化已经是诸如航空、机械工程、汽车、安全技术及其他诸多行业必不可少的工艺过程。为了满足钢铁材料表面处理技术稳定增长的要求并不断提高其在技术上的领先地位，热必科(RUBIG)不断加强其在设备领域和工艺技术领域的深入研究与开发。作为氮化专家，热必科(RUBIG)制造气体氮化和等离子氮化设备，以便实现特定工艺的优势最大化，并为客户的应用提供量身定制的解决方案。为满足客户的需求，热必科(RUBIG)致力于优化设备和工艺，并开发出了独具特色的工艺产品，例如垂直钟形或坑式炉系统，水平炉膛设备等，以及专门开发的工艺变更。
新挑战

“除了提高填充率（即一次性允许装载的、可同时氮化的最大零件数量）、降低单个零件成本、增强设备对零件温度的直接控制外，事实证明，能源效率的提高也变得越来越重要。 ”热必科(RUBIG)工业炉公司董事总经理Thomas Müller说道。这个趋势正在转化使用更经济的等离子氮化技术。
【等离子|热必科RUBIG 从环境角度比较等离子氮化和气体氮化工艺】
因此，等离子技术进一步发展的主要原因是因为其效率和环境友好性。这家位于奥地利的家族企业已经成功地大大降低了等离子氮化工艺的能源需求，从而大大减轻了环境负担。然而，气体氮化技术的使用在当下以及未来都将在许多应用领域中扮演十分重要角色。因此，热必科(RUBIG)已经在寻求减少环境影响和排放水平的解决方案。
经济优势——环境影响评估的真实例

此环境影响评估的主要目标是将传统的气体氮化技术与较新的等离子氮化技术进行比较，以分析和评估零件的整个生产过程。选定的研究调查了工序对环境的影响，并从环境角度审查了竞争能力。

考虑到要对过程进行复杂检查的目标，分析中还包括了每种方法的潜在加工过程（例如原材料和能源供应）。同时，由于Bell（1）的研究并没有将零件的清洁考虑在内，因此本文也没有将零件的清洁考虑在内，因此有必要在实施这两个工艺之前将零件清洗干净。同样，被研究的部件本身也不是研究的主题，因为对这两种方法、氮化设备的运输和基础设施以及之前的过程来说，被研究的部件都是一样的。
被研究部件是一种用等级为42CrMo4的材料制成的耦合装置，它的氮化被当作一个函数。作为函数单位，其定义“氮化体积”(氮化体积[kg
＝部分密度×氮化深度×氮化表面积) 。所使用的等离子氮化设备的容积为1.4立方米，为大约的可容纳体积。 500颗车辆耦合装置，利用率约为80％。相比之下，所研究的气体氮化设备的容积为1.1立方米，每次装料只能装约340件，氮化利用率约为70％。
为了验证结果，将其与Tom教授和Bell教授（1）进行的一项研究进行比较，该研究还涉及碳氮共渗工艺的环境评估。这项研究已经表明，与气体碳氮共渗工艺相比，等离子碳氮共渗工艺的气体消耗量以及排放水平要低得多。

从图2中可以看出，按标准装载容量(500颗汽车耦合装置)的标准进行氮化实验，通过比较等离子氮化和气体氮化工艺每功能单元的耗气量[m3/fE
以及每小时耗气量[m3/h
，可得出等离子氮化的耗气量减少了4-6倍。通过与Bell的值(每小时的气体消耗量和氮氧化物的排放量)进行比较，等离子氮化工艺的NOx、CO和CO2污染气体的排放量实际减少了约250至2200倍。通过比较，我们可以立即认识到，在等离子氮化的情况下，输入和输出端的质量流量都相当低，这样的输入和输出组合可限制工艺对环境的负面影响。

耗电量在工艺中（特别是等离子工艺中）起着至关重要的作用。如图3所示，耗电量被分为三个部分：等离子生产的耗电量，加热元件的耗电量以及其它耗电量。加热阶段所需要耗电量最多，氮化过程本身所需的耗电量更少——持续时间更长——因为加热能量主要由等离子提供。在工艺后段增加的其它电能消耗可用空气冷却风扇消耗来解释。因此，该等离子氮化过程的总功耗为707kWh 。与此相比，气体氮化过程所消耗的1007kWh的电量要多得多。