Процесс, известный более ста лет — газовое азотирование — получил технологию, которая по-настоящему «изменит правила игры» в области термической обработки металлов. Метод ZeroFlow®, внедренный в мировой промышленности компанией SECO/WARWICK в сотрудничестве с учеными одного из лучших технических университетов Польши — Познаньского политехнического университета, снижает затраты на процесс и в несколько раз более экологичен.
Почему печи ZeroFlow® с технологией азотирования являются такой большой технологической революцией и какие отрасли промышленности могут извлечь наибольшую выгоду из этого метода, рассказывает д-р инж. Мацей Корецкий, изобретатель и пропагандист современной термической обработки, а также вице-президент Сегмента вакуумных печей из группы компаний SECO/WARWICK.
Газовое азотирование стали — это процесс, которому более 100 лет. Каким был процесс в прошлом и как он выглядит сегодня?
Мацей Корецкий: Это правда. Азотирование — один из наиболее широко используемых процессов термохимической обработки для получения упрочненных поверхностных слоев. Сегодня он используется везде, где производятся стальные детали, например, шестерни, втулки, валы, штампы, пуансоны или пресс-формы, в основном в машиностроении, автомобилестроении, авиации, горнодобывающей или инструментальной промышленности и т. д.
Исторически это начиналось с азотирования в чистом аммиаке, но возникли трудности с контролем и воспроизводимостью результатов процесса. Затем, на протяжении более 100 лет и до наших дней, чтобы успешно управлять процессом, к аммиаку добавляли различные газы. В настоящее время при газовом азотировании используется контролируемая смесь аммиака и «разбавляющих» газов, в основном, в виде диссоциированного аммиака или азота, благодаря чему регулируется азотный потенциал, который является основным «двигателем» процесса азотирования. Характерной особенностью является необходимость обеспечения непрерывного потока атмосферы через печь, т.е. приток и отток. Последним технологическим достижением в этом процессе является газовое азотирование методом ZeroFlow®. Это метод, который позволяет значительно снизить затраты на процесс и в то же время защитить окружающую среду.
Что такое газовое азотирование с использованием метода ZeroFlow®?
М.К.: Азотирование методом ZeroFlow — это газовое азотирование на основе аммиака. Оно отличается тем, что азотный потенциал регулируется путем введения нужного количества аммиака в нужное время и только аммиака вместо непрерывного потока смеси аммиака и разбавляющего газа. Как следствие, метод ZeroFlow использует минимальное количество аммиака, необходимое для получения необходимого азотного потенциала и добавления азота в атмосферу, принимая во внимание ситуацию, когда аммиак вообще не подается в печь, нет потока, отсюда вытекает название решения Zero (отсутствие) Flow (потока). Использование только аммиака в процессе азотирования приводит к стехиометрической реакции (в отличие от некоторых традиционных методов), то есть четко определенной и предсказуемой, кроме того, на основе мониторинга одного компонента атмосферы. Таким образом, процесс ZeroFlow очень точно контролирует анализатор только одного газа, улучшая качество и воспроизводимость результатов по сравнению с различными традиционными методами.
Откуда взялась идея метода ZeroFlow — сколько времени SECO/WARWICK работает над этой технологией?
М.К.: Можно утверждать, что ZeroFlow — это возврат к источникам, к основам процесса азотирования, с использованием только аммиака без каких-либо дополнительных газов. Изобретатель метода — проф. Лешек Малдзинский из Познаньского политехнического университета, который разработал теоретические основы и подтвердил их в исследованиях. Затем, более 10 лет назад, в рамках партнерства между SECO/WARWICK и Познаньским политехническим университетом был запущен проект по разработке и строительству первой промышленной печи для реализации процессов азотирования ZeroFlow. Печь была запущена в отделе исследований и разработок SECO/WARWICK (SECO/LAB®), где метод был реализован и подтвержден на десятках промышленных процессов. Проект длился несколько лет и в нем приняли участие несколько десятков наших инженеров и исследователей из Познаньского политехнического университета.
Обеспечивает ли азотирование методом ZeroFlow® те же результаты, что и при использовании других методов газового азотирования?
М.К.: Определенно да. Метод ZeroFlow — это полная и универсальная альтернатива любому процессу газового азотирования. Можно изготавливать слой любой структуры и толщины, реализовывать различные технологические варианты, такие как ферритная нитроцементация и окисление. В то же время это метод, который дает большие преимущества тем, кто решил его использовать. Самым важным преимуществом является минимизация потребления аммиака и выбросов постпроизводственного газа. Упрощенная газовая и измерительная система, а также повышенная точность управления технологическим процессом напрямую влияют на снижение производственных затрат и заботу о защите окружающей среды при одновременном повышении качества производства.
Что влияет на потребность в газе в процессах азотирования и на стоимость процессов азотирования?
М.К.: С точки зрения затрат, основными факторами влияния являются потребление энергии для достижения и поддержания повышенной температуры процесса и газы для азотирования. На потребность в газе большое влияние имеют метод и качество регулирования азотного потенциала. В традиционных решениях заданный азотный потенциал достигается с использованием непрерывного потока атмосферы в количестве, соответствующем принятому методу и состоянию печи, обычно с большим превышением по сравнению с требуемой загрузкой. Это можно сравнить с поддержанием постоянного уровня воды в протекающем ведре, где необходимо обеспечить постоянную подачу воды в зависимости от размера отверстия. В методе ZeroFlow используется оптимальное и минимальное количество аммиака, необходимое для доставки необходимого количества азота к поверхностям обрабатываемых деталей. В этом случае ведро герметичное, протечек нет. Например. Один из наших клиентов — известная компания из автомобильной промышленности — использовала ежегодно около 160 тонн аммиака в традиционных процессах азотирования. После внедрения ZeroFlow потребление упало примерно до 20 тонн в год. Это означает сокращение расхода аммиака на 87,5%.
Означает ли это, что азотирование ZeroFlow — это экономичный и экологический процесс?
М.К.: Определенно да. В этом случае используется во много раз меньше аммиака, одного из основных факторов стоимости процесса, и, таким же образом, выделяется во много раз меньше выхлопных газов, включая, в конечном итоге, оксиды азота (NOx), что существенно влияет на проэкологический характер ZeroFlow.
О собеседнике
Мацей Корецки (dr inż. Maciej Korecki)
Выпускник Зелёногурского университета, где в 1988 году получил степень магистра инженера электротехники. В 2008 году на Механическом факультете Лодзинского технического университета получил докторскую степень инженера в области проектирования и испытания вакуумных печей. Обладатель многочисленных международных патентов SECO/WARWICK, регулярно выступает с докладами по техническим вопросам на международных конференциях, специализируется в технологиях вакуумной термообработки. Свою карьеру начал в компании Elterma в 1988 году на должности инженера по сервисному обслуживанию вакуумных печей. В 1991 году он присоединился к SECO / WARWICK, где приобрел компетенции в области технологий и процессов, а также разработки и инноваций, специализируясь на вакуумной цементации и газовой закалке под высоким давлением.
В настоящее время является вице-президентом Сегмента вакуумных печей, куда был назначен Правлением SECO / WARWICK в 2012 году. Мацей Корецки (dr inż. Maciej Korecki) работает над развитием и совершенствованием оборудования и процессов вакуумной термообработки, а также над их применением в новых областях промышленности и технологий. Разработчик и популяризатор вакуумной термообработки методом «single-piece flow».
