ITMI20110366A1 - Procedimento per il trattamento di acciai. - Google Patents
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Description
"PROCEDIMENTO PER IL TRATTAMENTO DI ACCIAI"
DESCRIZIONE
Il presente trovato riguarda un procedimento per il trattamento di un acciaio al carbonio comprendente carbocementazione, carbonitrurazione e/o tempra, seguita da passivazione/bluizzazione, realizzata direttamente nello stesso forno del trattamento precedente, un'apparecchiatura per detto procedimento ed l'utilizzo di detto procedimento .
I trattamenti termici sono rappresentati da una serie di processi effettuati in opportuni forni che consistono nel sottoporre i metalli da trattare a cicli termici (in generale riscaldamento, mantenimento in temperatura e raffreddamento) al fine di conferire loro le proprietà chimiche, fisiche e strutturali desiderate. Le temperature di processo e la durata delle singole fasi sono funzione dell'obiettivo che i trattamenti vogliono conseguire così come la composizione chimica della miscela di gas che deve essere alimentata nei forni.
In generale, alle temperature normalmente usate per questi trattamenti la presenza di aria, o altri ossidanti, all'interno dei forni à ̈ causa di fenomeni di ossidazione con conseguente peggioramento delle caratteristiche strutturali dei metalli. Tuttavia, se il processo di ossidazione del metallo à ̈ controllato, à ̈ possibile formare degli ossidi metallici sulla superficie del metallo che conferiscano allo stesso maggiore resistenza a corrosione e ad usura nonché un miglioramento estetico.
Nel caso specifico degli acciai al carbonio, il trattamento termico di carbocementazione (e per analogia quello di carbonitrurazione) consiste in un indurimento superficiale dei metalli mediante diffusione di carbonio al loro interno, già oggetto dei brevetti IT1356506 e EP796919 (entrambi questi procedimenti sono noti con il nome commerciale di SOLMIX) . L'obiettivo di tale trattamento à ̈ quello di modificare la composizione chimica del metallo mediante precipitazione di carburi che conferiscano una elevata durezza superficiale. Il trattamento termico di passivazione/bluizzazione consiste invece nella formazione di uno strato di ossido, la cui composizione à ̈ funzione principalmente della tipologia di materiale trattato e della temperatura di trattamento, che aderendo perfettamente alla superficie del metallo, ne impedisce una successiva ossidazione aumentandone la resistenza ad usura.
Da tempo sono note tecnologie per il trattamento superficiale dei metalli quali la fosfatazione o la brunitura, o processi basati sull'impiego di agenti ossidanti quali aria, acqua, anidride carbonica, alcoli o miscele degli stessi .
I processi di fosfatazione e brunitura sono tipicamente condotti a bassa temperatura (notevolmente inferiore a quella di austenizzazione degli acciai) con impianti a spruzzo o immersione. A puro titolo esemplificativo à ̈ possibile citare bagni di acqua con acetato di piombo e iposolfito di sodio o soluzioni spray di fosfato di zinco, manganese o nichel .
Queste tecniche presentano, tra gli altri, i seguenti svantaggi:
- elevata difficoltà nel controllo delle variabili che regolano il processo durante la fase di passivazione/bluizzazione ;
- si generano emissioni di reagenti e sostanze chimiche che comportano spese di smaltimento ed elevato impatto ambientale;
- i bagni di ossidazione e gli impianti a spruzzo richiedono apparecchiature speciali che comportano ingenti investimenti economici e risorse dedicate;
- la durata del trattamento richiede tempi relativamente lunghi, per esempio fino a due ore. La durata del trattamento di ossidazione di un metallo à ̈ funzione non solo del procedimento adottato e del materiale ma anche del colore che si vuole far assumere al pezzo. A seconda del tempo di permanenza di un metallo in un bagno ossidante si possono avere infatti diverse colorazioni. Il problema del tempo à ̈ molto più importante quando si considerano processi con agenti ossidanti quali l'acqua che vengono effettuati in forni di trattamento diversi da quello originale di cementazione. Utilizzando le tecniche note, prima di procedere al trattamento di ossidazione, che segue la cementazione, si deve aspettare la fase di spegnimento in olio, asciugatura, estrazione della carica dal forno originale e posizionamento nel secondo forno di ossidazione. Il maggior tempo richiesto à ̈ dovuto più al duplice passaggio che non al tempo di permanenza nelle vasche da quando il pezzo à ̈ stato cementato a quando viene posizionato nel secondo forno .
Le tecnologie di passivazione/bluizzazione più diffuse sono basate sull'impiego di agenti ossidanti quali acqua, anidride carbonica o aria e richiedono normalmente un ulteriore forno rispetto a quello utilizzato per la cementazione, carboni trurazione e/o tempra, comportando quindi un investimento dedicato.
Tale forno, per rispettare le specifiche del trattamento, deve essere a perfetta tenuta di atmosfera e avere temperature di esercìzio comprese tra 370°C e 600°C circa. Nel processo l'agente ossidante viene iniettato con modalità e tempi che sono funzione del suo potere ossidante. Al termine della fase di passivazione/bluizzazione à ̈ formato uno strato di ossido che ricopre la superficie del metallo.
Alcuni processi, quali quelli ad esempio descritti nei documenti EP647726 ed EP1019561, prevedono di effettuare l'ossidazione del metallo in un unico forno direttamente dopo la fase di cementazione, carbonitrurazione e/o tempra ed alla temperatura di austenizzazione dell'acciaio (tipicamente 800°C-9 00°C), usando acqua o miscele acqua/alcool metilico come ossidante. In questi processi si verifica il fenomeno indesiderato di impregnazione di umidità del refrattario della camera di trattamento termico, che obbliga l'operatore a consistenti operazioni di bonifica del forno con gas inerte ed anidro. Inoltre, la fase di spegnimento in olio successiva alla cementazione e passivazìone/bluizzazione à ̈ particolarmente critica dal punto di vista della sicurezza. La carica di materiale metallico, precedentemente ossidata in presenza di acqua o soluzioni acquose o gas umidi, presenta inevitabilmente sulla propria superficie tracce di umidità che quando vengono a contatto con il bagno di olio caldo (tipicamente a 100°C) producono pericolosi emissioni liquide e gassose a temperatura elevata.
Compito del presente trovato à ̈ quello di fornire un procedimento per il trattamento di un acciaio al carbonio che non presenti gli inconvenienti della tecnica nota.
Altro scopo del presente trovato à ̈ quello di fornire un'apparecchiatura per detto procedimento.
Un altro scopo del presente trovato à ̈ l'utilizzo di detto procedimento nella produzione di manufatti metallici.
Questi scopi ed altri che saranno resi evidenti in seguito sono stati raggiunti tramite un procedimento per il trattamento di un acciaio al carbonio comprendente i passaggi di:
a) almeno un trattamento termico dell'acciaio al carbonio, selezionato tra carbocementazione, carboni trurazione e tempra, condotto in un forno di trattamento;
b) un successivo trattamento termico di passivazione/bluizzazione dell'acciaio al carbonio trattato nel passaggio a), detto trattamento termico successivo essendo realizzato direttamente in detto forno del trattamento a) ad una temperatura compresa tra 800 e 900°C in un'atmosfera comprendente azoto, e almeno uno tra anidride carbonica, protossido d'azoto, o loro miscele .
Gli scopi del presente trovato sono stati altresì raggiunti tramite un'apparecchiatura per realizzare detto procedimento comprendente almeno un sistema di miscelazione per gas, almeno un forno per il trattamento termico dell'acciaio al carbonio, almeno un sistema di analisi e controllo delle portate dei gas e dei parametri di processo di detto procedimento e, opzionalmente, almeno un reattore catalitico comprendente mezzi atti a fornire energia termica.
Gli scopi del presente trovato sono stati inoltre raggiunti tramite l'utilizzo di detto procedimento nella produzione di ingranaggi, valvole ed altri particolari in acciaio al carbonio .
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del presente trovato risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione in dettaglio di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, illustrata a titolo indicativo ma non limitativo nella tavola di disegni (Figura 1) che rappresenta un'apparecchiatura secondo il trovato.
Con particolare riferimento a tale figura, si à ̈ indicato con (1) il sistema di miscelazione per gas, con (2) il reattore catalitico, con (3) il forno di trattamento termico, con (4) il sistema di analisi e controllo collegato ad almeno un analizzatore di gas, con (8) la camera di disidratazione, con (5) la miscela gassosa inviata al reattore catalitico, con (6) la miscela gassosa inviata al forno di trattamento termico, con (7) la miscela comprendente acqua, almeno un agente inerte e anidride carbonica prodotta dalla combustione in presenza di un agente inerte, di un idrocarburo e di ossigeno e con (9) la miscela in uscita dalla camera di disidratazione e priva della maggior parte dell'acqua presente nella miscela (7) .
Nel passaggio b) del trattamento secondo l'invenzione, la miscela ottenuta in (1) Ã ̈ immessa direttamente nel forno di trattamento (3) tramite la linea (10) di bypass del reattore (2).
Nell'ambito del presente trovato, con "acciaio al carbonio" si intende un acciaio il cui principale elemento di lega à ̈ il carbonio.
Più in generale vengono definiti acciai al carbonio gli acciai non inossidabili.
Nell'ambito del presente trovato, con "reattore catalitico" si intende un reattore generico all'interno del quale ha luogo una reazione chimica in presenza di un catalizzatore.
Infine si definisce di seguito il concetto di "potenziale di carbonio" .
Si consideri la seguente reazione che ha luogo all'interno del forno di trattamento (3):
a) Equilibrio di Boudouard
2CO + C02+ C
il rapporto tra le pressioni parziali del monossido di carbonio e dell'anidride carbonica (p<2>C0/pC02) per ogni valore di temperatura assume un valore che stabilisce una condizione di equilibrio. L'aggiunta o l'eliminazione di anidride carbonica ed ossigeno sposta tale equilibrio a) a destra o a sinistra conferendo alla miscela finale caratteristiche più o meno carburanti. Allo stesso modo l'aggiunta o l'eliminazione di protossido d'azoto sposta l'equilibrio a) a destra o a sinistra conferendo alla miscela finale caratteristiche più o meno carburanti e/o ossidanti.
Tale attitudine, funzione del tenore di monossido di carbonio, anidride carbonica e della temperatura, prende il nome di "potenziale di carbonio" e viene empiricamente determinato per ogni caso specifico tramite metodi matematici basati su variabili sperimentali quali il tenore di monossido di carbonio, anidride carbonica e temperatura .
In un aspetto, il presente trovato riguarda un procedimento (denominato SOLMIX B) per il trattamento di un acciaio al carbonio comprendente i passaggi di:
a) almeno un trattamento termico dell'acciaio al carbonio, selezionato tra carbocementazione, carboni trurazione e tempra, condotto in un forno di trattamento;
b) un successivo trattamento termico di passivazione/bluizzazione dell'acciaio al carbonio trattato nel passaggio a), detto trattamento termico successivo essendo realizzato direttamente in detto forno del trattamento a) ad una temperatura compresa tra 800 e 900°C in atmosfera comprendente azoto, e almeno uno tra anidride carbonica, protossido d'azoto, o loro miscele.
Preferibilmente, nel passaggio b) di detto processo l'atmosfera comprende protossido di azoto Il protossido d'azoto ha un minore effetto decarburante sull'atmosfera rispetto all'anidride carbonica. Per tale motivo, nel caso in cui non si volesse decarburare eccessivamente il materiale da sottoporre a trattamento termico, il protossido d'azoto à ̈ particolarmente vantaggioso.
I tre trattamenti termici del passaggio a) possono essere condotti ad una temperatura compresa tra 850 e 1000°C. I tre trattamenti menzionati possono essere accomunati in un'unica famiglia di trattamenti termici che vengono condotti avendo come parametro di riferimento il potenziale di carbonio. A puro titolo esemplificativo altri trattamenti termici quali la nitrurazione, hanno come parametri critici altri potenziali, ad esempio quello nitrurante, che vengono controllati durante il processo.
II procedimento del presente trovato presenta vantaggi rispetto alle tecnologie note utilizzate per il trattamento termico di passivazione/bluizzazione effettuato a temperatura di austenizzazione e successivo ad una carbocementazione, carboni trurazione e/o tempra. Ad esempio, il procedimento del presente trovato permette di controllare e gestire le variabili che governano il processo di passivazione/bluizzazìone come la temperatura, la composizione della miscela reagente e prodotta ed il potenziale di carbonio anche durante la fase di passivazione/bluizzazìone. Altri vantaggi rispetto i procedimenti della tecnica nota sono, ad esempio, l'assenza di emissioni di reagenti o sostanze chimiche, il fatto che non sia necessario un bagno di ossidazione o impianto a spruzzo e la sensibile riduzione della durata del trattamento termico. Inoltre, in particolare rispetto alle tecnologie di passivazione/bluizzazìone condotti a temperatura di austenizzazione in presenza di acqua o miscele acqua/alcool metilico, il procedimento del presente trovato permette l'eliminazione del fenomeno indesiderato di impregnazione di umidità del refrattario della camera di trattamento termico che obbliga l'operatore a consistenti operazioni di bonifica del forno con gas inerte ed anidro. Inoltre, poiché non viene utilizzata acqua nelle fasi di cementazione e passivazione/bluizzazione, à ̈ possibile operare in condizioni di maggiore sicurezza nella successiva fase di spegnimento in olio .
Ulteriori vantaggi del procedimento del trovato rispetto alle tecnologie dell'arte nota che utilizzano gas sono legati al puntuale monitoraggio del trattamento termico reso possibile da un opportuno sistema di miscelazione gas integrato e governato da un sistema di analisi e controllo.
Preferibilmente, durante il passaggio b) di detto processo, la composizione dell’atmosfera del forno di trattamento à ̈ continuamente monitorata e regolata .
Preferibilmente, in detto procedimento la composizione dell'atmosfera del forno di trattamento à ̈ regolata variando le portate di azoto , e almeno uno tra anidride carbonica, protossido di azoto, o loro miscele in entrata in un miscelatore di gas per la preparazione di una miscela di gas alimentata in detto forno durante il passaggio b), preferibilmente tramite un controllore logico programmabile (PLC).
Nel procedimento del trovato à ̈ possibile utilizzare un sistema di miscelazione e un'unità di analisi e controllo comprendente almeno un analizzatore di gas che possono gestire anche un reattore catalitico all'interno del quale hanno luogo reazioni separate/combinate di ossidazione parziale di metano e/o dry reforming di metano con anidride carbonica che portano alla formazione di miscele denominate syngas, come descritto di seguito, in composizione e portata variabili, specifiche per i diversi trattamenti termici di cementazione, carbonitrurazione e/o tempra; questo sistema integrato à ̈ oggetto dei brevetti IT1356506 e EP796919 (titolare SOL S.p.A.)·
Il sistema di miscelazione (1), descritto dettagliatamente nel seguito, consente di miscelare opportune quantità di reagenti quali azoto, ossigeno, miscele azoto/ossigeno, aria, idrocarburi (prevalentemente metano o propano) , anidride carbonica e protossido d'azoto al fine di produrre due diverse tipologie di miscela. La prima, idonea per il trattamento di cementazione, carboni trurazione e/o tempra à ̈ una miscela denominata syngas, e la seconda, idonea per la fase di passivazione/bluizzazione à ̈ a base di azoto e almeno uno tra anidride carbonica, protossido d'azoto, o loro miscele.
Il sistema di analisi e controllo (4), descritto dettagliatamente nel seguito, consente di gestire in modo opportuno la produzione di miscela durante entrambe le fasi di trattamento, attraverso l'analisi in continuo di monossido di carbonio, anidride carbonica, metano ed ossigeno. Il sistema, anche tramite un controllo in continuo della temperatura, Ã ̈ in grado di stabilire in modo puntuale il potenziale di carbonio della miscela nel forno e di gestire in modo corretto l'andamento della formazione di carburi e di ossido durante le fasi di cementazione e successiva passivazione/bluizzazione .
Preferibilmente, nel procedimento secondo l'invenzione il trattamento del passaggio a) avviene in presenza di un miscela di gas comprendente azoto, e almeno uno tra monossido di carbonio, idrogeno, o loro miscele, il procedimento comprendendo inoltre la rivelazione e la regolazione continua della composizione della miscela di gas durante il passaggio a) in modo da mantenere il potenziale di carbonio della miscela gassosa ad un valore predeterminato. Il valore del potenziale di carbonio viene mantenuto costante agendo sul rapporto stechiometrico dei gas reagenti, principalmente aria ed idrocarburi. Nel caso in cui la miscela reagente fosse costituita da aria e metano tra gli idrocarburi, il rapporto stechiometrico sarebbe prossimo a 2,5. Al fine di aumentare/diminuire il potenziale di carbonio tale rapporto andrebbe ridotto/aumentato andando a modificare le portate dei gas reagenti menzionati.
Preferibilmente, nel procedimento secondo l'invenzione la miscela di gas in entrata nel forno di trattamento nel passaggio a) à ̈ ottenuta in un reattore catalitico e la composizione della miscela di gas in entrata nel forno di trattamento termico nel passaggio a) à ̈ regolata variando la portata e la composizione di un flusso di gas comprendente azoto, ossigeno, anidride carbonica e idrocarburo in entrata in detto reattore catalitico, oppure variando le portate dei componenti del flusso di gas in entrata in un miscelatore di gas per la preparazione di una miscela di gas alimentata nel detto reattore catalitico, preferibilmente tramite un controllore logico programmabile (PLC) . Detto monitoraggio viene effettuato tramite analisi del tenore di monossido di carbonio ed anidride carbonica per mezzo di un analizzatore di miscela per gas ad infrarossi, del tenore di ossigeno tramite una sonda lambda o una sonda ossigeno, nonché della temperatura tramite termocoppie.
Detto valore di potenziale di carbonio può essere stabilito, ad esempio, anche in funzione del tipo di acciaio da trattare e del trattamento in oggetto, e mantenuto costante modificando la composizione della miscela gassosa in entrata nel forno di trattamento termico. Il PLC (controllore logico programmabile) del sistema riceve le informazioni di temperatura di trattamento dal forno e, interscambiandole con i dati delle concentrazioni dei gas provenienti dall'analizzatore CO, COze CH4, e con quelli relativi al tenore di 02rilevato dalla sonda lambda o sonda ossigeno, regola le quantità di reagenti da inviare al quadro di miscelazione per ottenere lo strato di carburi e di ossido desiderato .
La pressione parziale di ossigeno viene dedotta dal valore del segnale elettrico inviato da una sonda lambda o da una sonda ossigeno, segnale che à ̈ espresso in volt.
Preferibilmente, in detto procedimento la composizione dell'atmosfera del forno di trattamento nel passaggio b) à ̈ analizzata utilizzando un analizzatore selezionato tra una sonda lambda o una sonda ossigeno ed à ̈ regolata in modo che il valore del segnale proveniente da detto analizzatore sia compreso tra 870 e 960 mV. L'atmosfera alimentata nel passaggio b) à ̈ costituita da almeno un gas tra azoto, anidride carbonica, protossido d'azoto o loro miscele. Senza intendere essere limitati dalla teoria, sia l'anidride carbonica, sia il protossido d'azoto, sia eventuali loro miscele, hanno la proprietà di liberare ossigeno in atmosfera che ha lo scopo di ossidare la superficie dell'acciaio al carbonio (bluizzazione/passivazione) . La formazione di ossigeno da parte dei gas anidride carbonica, protossido d'azoto o loro miscele, sposta gli equilibri delle reazioni che hanno luogo all'interno del forno di trattamento, incluso l'equilibrio di Boudouard. Ne consegue che anche durante il passaggio b) il potenziale di carbonio viene modificato e per tale motivo deve essere mantenuto su valori costanti e desiderati. A differenza del tenore di anidride carbonica quello del protossido d'azoto non viene analizzato direttamente ma indirettamente tramite la misura dell'ossigeno che libera e che reagisce per formare a sua volta anidride carbonica.
La prima fase di trattamento di cementazione ha luogo ad una temperatura compresa tra 850°C e 1000°C, preferibilmente tra 900°C e 950°C, all'interno di un forno (2) per il trattamento termico in presenza di una miscela a base di azoto ed almeno uno tra monossido di carbonio, idrogeno o loro miscele. Tale miscela viene definita notoriamente syngas . Nel caso in cui la miscela syngas fosse prodotta da generatore endotermico, flussi di azoto (N2), ossigeno ed anidride carbonica (C02)allo stato gassoso ed un flusso di almeno un idrocarburo (come gas naturale, metano, propano o altri idrocarburi Ci-C4)vengono inviati all'interno di un sistema di miscelazione (1). L'azoto e l'ossigeno reagenti possono essere alimentati come singoli gas separatamente o possono essere presenti sotto forma di aria o miscele azoto/ossigeno a diversa % di ossigeno precedentemente prodotte tramite impianti noti.
I rapporti tra le portate dei gas delle varie fasi del processo vengono stabiliti e gestiti dal sistema di analisi e controllo (4) in funzione della composizione finale della miscela richiesta (6) a sua volta funzione del trattamento termico al quale à ̈ destinata. Nella prima fase del processo la miscela (5) viene inviata in un rettore catalitico (2) all'interno del quale hanno luogo le reazioni di ossidazione parziale dell'idrocarburo e dry reforming dell'idrocarburo con anidride carbonica.
Preferibilmente, in detto procedimento la portata del flusso di gas in entrata in detto reattore catalitico à ̈ gestita da un sistema di analisi e controllo in grado di variare le portate dei componenti gassosi del flusso.
Preferibilmente, nel procedimento dell<1>invenzione le variabili citate vengono costantemente misurate e controllate dal sistema di analisi (4), collegato ad almeno un analizzatore di gas, che le regola in funzione degli scopi prefissati.
La miscela prodotta (6) viene inviata ai forni di trattamento termico (3) dove viene prelevata, ulteriormente analizzata dal sistema di analisi e controllo (4) e, in caso di necessità , la sua composizione viene modificata agendo sul sistema di miscelazione (1).
Terminata la prima fase di trattamento termico a potenziale di carbonio controllato, effettuato ad esempio come descritto nei brevetti IT1356506 e EP796919, il forno di trattamento si porta alla temperatura di bluizzazione compresa generalmente tra 800°C e 900°C a seconda del materiale.
Poco prima (tempi inferiori a circa 20 minuti) che il sistema raggiunga la temperatura di bluizzazione, il sistema di analisi e controllo dà l'avvio alla fase del trattamento termico che consiste nella passivazìone/bluizzazione del materiale. Il sistema dì analisi interrompe l'invio al forno di miscela azoto e almeno uno tra idrogeno, monossido di carbonio, o loro miscele, (miscela syngas) prodotta da generatore e comanda, tramite il sistema di controllo gas, l'apertura delle sole valvole sulle linee dell'azoto, dell'anidride carbonica e/o del protossido d'azoto, regolandone i flussi in modo tale che, per ottenere ad esempio una passivazione/bluizzazione tramite formazione di ossido di ferro, il contenuto di CO sia ad esempio compreso tra 25 e 65% in peso/peso della miscela (C0+C02), con riferimento al grafico di Figura 2 che rappresenta il campo di formazione dell'ossido di ferro FeO al variare della temperatura.
Anche in questa fase di transizione il potenziale di carbonio à ̈ continuamente monitorato e mantenuto costantemente sul valore prefissato.
Preferibilmente, durante il passaggio b) del procedimento dell'invenzione la composizione dell'atmosfera nel passaggio b) Ã ̈ regolata in base alle percentuali di CO e C02in peso/peso totale dell'atmosfera del forno di trattamento, rivelate da analizzatori di CO e C02.
Preferibilmente, nell'atmosfera di detto passaggio b) il contenuto di CO à ̈ compreso tra 20 e 80% in peso/peso della miscela (CO+COz), più preferibilmente tra 25 e 65% in peso/peso della miscela (C0+C02) .
Le portate di gas azoto e almeno uno tra anidride carbonica, protossido d'azoto o loro miscele inviati al forno di trattamento termico sono funzione del volume della camera di trattamento, del volume della carica di materiale ed à ̈ stato verificato che, tramite il sistema dì controllo e regolazione dell'invenzione, possono essere sufficienti tempi inferiori a 20 minuti (preferibilmente 15 minuti), rispetto ai tempi più elevati normalmente utilizzati.
Questo tempo à ̈ sufficiente a garantire la formazione di FeO di spessore tale da garantire la protezione del materiale da successiva ossidazione ed à ̈ contenuto a tal punto da non ritenere significativo l'effetto decarburante dell'anidride carbonica presente nell'atmosfera.
Preferibilmente, nel procedimento secondo la presente invenzione la composizione dell'atmosfera nel passaggio b) Ã ̈ regolata in base alle pressione parziale di ossigeno dell'atmosfera del forno di trattamento rivelate da analizzatori di pressione. Preferibilmente, nel procedimento secondo la presente invenzione la pressione parziale di ossigeno nell'atmosfera del passaggio b) Ã ̈ compresa tra 1CT<19>atm e IO<"18>atm.
Il procedimento secondo il presente trovato (denominato Solmix B) per la sua flessibilità risulta quindi essere economicamente conveniente rispetto alla tecnica nota ed a basso impatto ambientale per i limitati tempi di realizzazione e le conseguenti minori emissioni.
In un altro aspetto, il presente trovato riguarda un'apparecchiatura per detto procedimento comprendente, con riferimento alla Figura 1, almeno un sistema di miscelazione per gas (1), almeno un forno (3) per il trattamento termico dell'acciaio al carbonio, almeno un sistema di analisi e controllo (4) delle portate dei gas e dei parametri di processo di detto procedimento, e opzionalmente almeno un reattore catalitico (2) comprendente mezzi atti a fornire energia termica. Preferibilmente, nell'apparecchiatura secondo il trovato il sistema di analisi e controllo comprende mezzi per rivelare la concentrazione di monossido di carbonio, anidride carbonica, metano e protossido di azoto e opzionalmente del punto di rugiada e/o della concentrazione di ossigeno, mezzi per rivelare e regolare la temperatura nel forno di trattamento, mezzi per determinare e regolare le portate dei gas in entrata nel sistema di miscelazione (1), detti gas essendo uno o più tra azoto, anidride carbonica, protossido di azoto, ossigeno e idrocarburo, in funzione del tipo di trattamento termico e della concentrazione di monossido di carbonio, anidride carbonica, metano e protossido di azoto e opzionalmente del punto di rugiada e/o della concentrazione di ossigeno, e della temperatura nel forno di trattamento rivelati .
Preferibilmente, nell'apparecchiatura secondo la presente invenzione i mezzi per rivelare la concentrazione sono selezionati tra analizzatori di monossido di carbonio e anidride carbonica, sonda ossigeno, sonda lambda e loro combinazioni.
Preferìbilmente, nell'apparecchiatura secondo la presente invenzione l'unità di analisi e controllo comprende un controllore logico programmabile (PLC) adatto per regolare le quantità /portate di gas da alimentare nel miscelatore di gas in modo da ottenere uno strato dì carburi e di ossido desiderato sul acciaio al carbone trattato, in base a informazioni di temperatura di trattamento e delle concentrazioni dei gas provenienti da analizzatori di CO, C02, CH4e protossido di azoto, e al tenore di 02rilevato dalla sonda lambda o sonda ossigeno.
In un altro aspetto, il presente trovato riguarda detto trattamento per la produzione di ingranaggi, valvole ed altri particolari in acciaio al carbonio.
Il processo viene applicato in generale per la produzione di particolari metallici nel settore automobilistico, per sistemi idraulici, per movimentazione terra, ed alla produzione di tutti i pezzi che devono manifestare elevata resistenza alla corrosione.
In un altro aspetto, il presente trovato riguarda pezzi in acciaio al carbonio, in particolare di ingranaggi e valvole ottenuti tramite detto procedimento per il trattamento di un acciaio al carbonio.
Claims (14)
- RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per il trattamento di un acciaio al carbonio comprendente i passaggi di: a) almeno un trattamento termico dell'acciaio al carbonio, selezionato tra carbocement azione, carboni trurazione e tempra, condotto in un forno di trattamento; b) un successivo trattamento termico di passivazione/bluìzzazione dell'acciaio al carbonio trattato nel passaggio a), detto trattamento termico successivo essendo realizzato direttamente in detto forno del trattamento del passaggio a), ad una temperatura compresa tra 800 e 900°C, in un'atmosfera comprendente azoto, e almeno uno tra anidride carbonica, protossido d'azoto o loro miscele .
- 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui durante il passaggio b) la composizione dell'atmosfera del forno di trattamento à ̈ continuamente monitorata e regolata.
- 3. Procedimento secondo una delle rivendicazioni 1 e 2, in cui la composizione dell<1>atmosfera del forno di trattamento à ̈ regolata variando le portate di azoto, e almeno uno tra anidride carbonica, protossido d'azoto o loro miscele in entrata in un miscelatore di gas per la preparazione di una miscela di gas alimentata in detto forno durante il passaggio b), preferibilmente tramite un controllore logico programmabile (PLC).
- 4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la composizione dell'atmosfera del forno di trattamento nel passaggio b) à ̈ analizzata utilizzando un analizzatore selezionato tra una sonda lambda o una sonda ossigeno ed à ̈ regolata in modo che il valore del segnale proveniente da detto analizzatore sia compreso tra 870 e 960 mV.
- 5. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui la composizione dell'atmosfera nel passaggio b) Ã ̈ regolata â– in base alle percentuali di CO e C02in peso/peso totale dell'atmosfera del forno di trattamento, rivelate da analizzatori di CO e C02
- 6. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui nell'atmosfera del passaggio b) il contenuto di CO Ã ̈ compreso tra 20 e 80% in peso/peso della miscela (C0+C02).
- 7. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui la composizione dell'atmosfera nel passaggio b) Ã ̈ regolata in base alle pressione parziale di ossigeno dell'atmosfera del forno di trattamento rivelate da analizzatori di pressione.
- 8. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui il trattamento del passaggio a) avviene in presenza di un miscela di gas comprendente azoto, e almeno uno tra monossido di carbonio, idrogeno, o loro miscele, il procedimento comprendendo inoltre la rivelazione e la regolazione continua della composizione della miscela di gas durante il passaggio a) in modo da mantenere il potenziale di carbonio della miscela gassosa ad un valore predeterminato .
- 9. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui la miscela di gas in entrata nel forno di trattamento nel passaggio a) Ã ̈ ottenuta in un reattore catalitico e la composizione della miscela di gas in entrata nel forno di trattamento termico nel passaggio a) Ã ̈ regolata variando la portata e la composizione di un flusso di gas comprendente azoto, ossigeno, anidride carbonica e idrocarburo in entrata in detto reattore catalitico, oppure variando le portate dei componenti del flusso di gas in entrata in un miscelatore di gas per la preparazione di una miscela di gas alimentata nel detto reattore catalitico, preferibilmente tramite un controllore logico programmabile (PLC).
- 10. Apparecchiatura per realizzare il procedimento per il trattamento di un acciaio al carbonio secondo la rivendicazione 1, comprendente : - almeno un sistema di miscelazione per gas (1), - almeno un forno (3) per il trattamento termico dell'acciaio al carbonio, almeno un sistema di analisi e controllo (4) delle portate dei gas e dei parametri di processo di detto procedimento, e - opzionalmente almeno un reattore catalitico (2) comprendente mezzi atti a fornire energia termica .
- 11. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 10 in cui il sistema di analisi e controllo comprende : - mezzi per rivelare la concentrazione di monossido di carbonio, anidride carbonica, metano e protossido di azoto e opzionalmente del punto di rugiada e/o della concentrazione di ossigeno, - mezzi per rivelare e regolare la temperatura nel forno di trattamento, - mezzi per determinare e regolare le portate dei gas in entrata nel sistema di miscelazione (1), detti gas essendo uno o più tra azoto, anidride carbonica, protossido di azoto, ossigeno e idrocarburo, in funzione del tipo di trattamento termico e della concentrazione di monossido di carbonio, anidride carbonica, metano e protossido di azoto e opzionalmente del punto di rugiada e/o della concentrazione di ossigeno, e della temperatura nel forno di trattamento rivelati.
- 12. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 11 in cui i mezzi per rivelare la concentrazione sono selezionati tra analizzatori di monossido di carbonio e anidride carbonica, sonda ossigeno, sonda lambda e loro combinazioni.
- 13 . Apparecchiatura secondo una delle rivendicazioni da 10 a 12 in cui l'unità di analisi e controllo comprende un controllore logico programmabile (PLC) adatto per regolare le quantità /portate di gas da alimentare nel miscelatore di gas in modo da ottenere uno strato di carburi e di ossido desiderato sul acciaio al carbone trattato, in base a informazioni di temperatura di trattamento e delle concentrazioni dei gas provenienti da analizzatori di CO, C02e CH4, e al tenore di 02rilevato dalla sonda lambda o sonda ossigeno.
- 14 . Procedimento di trattamento secondo la rivendicazione 1-9 per il trattamento di pezzi in acciaio al carbonio, in particolare di ingranaggi e valvole
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