METODO Y APARATO DE ACTIVACION DE ATMOSFERA DE HORNO DESCRIPCION DE LA INVENCION La presente invención se relaciona con tratamientos térmicos, a temperatura elevada de materiales metálicos y de tipo cermet y partes de trabajo en hornos o reactores utilizando atmósferas reactivas. Las atmósferas y los tratamientos en el alcance de la invención incluyen carburación, nitruración, carbonitruración, nitrocarburación, boración, recocido brillante o reducción de óxido, reducir las atmósferas por bronce-soldadura, soldadura y sinterización, atmósferas potenciales de carbono para tratamiento térmico neutro de aleaciones de transformación de fase, la generación de soluciones, el envejecimiento, la globalización, el endurecimiento, la eliminación de tensiones, el recocido por normalización, el recocido inerte y similares. Los componentes de tales atmósferas pueden incluir nitrógeno (N2), hidrógeno (H2), gases hidrocarburos (HC) tales como metano (CH4), acetileno (C2H2), etileno (C2H4), propano (C3H8) y muchos hidrocarburos de peso molecular más pesado, amoniaco (NH3) , alcoholes evaporados tales como metanol (CH30H) o etanol (C2H50H) , monóxido de carbono (CO) , dióxido de carbono (C02) , vapor de agua (H20) y gases nobles tales como argón (Ar) y helio (He) . Los componentes adicionales de la atmósfera pueden incluir subproductos de reacción y gases que se desarrollan desde la
carga del horno o las paredes y/o los componentes de calentamiento asi como los gases que se filtran dentro del horno desde afuera, por ejemplo, aire. Los gases atmosféricos pueden introducirse dentro del horno como mezclas, pre-mezclados corriente arriba del horno en el sistema de control de flujo de gas, o pueden mezclarse dentro de la cámara del horno. Las otras opciones para el suministro de gas atmosférico pueden incluir corrientes producidas por generadores endotérmicos y exotérmicos, por ejemplo, la mezcla endotérmica de 20% de CO, 40% de H2 y 40% de N2 (a menos que se establezca de otro modo, todos los porcentajes identificados en esta solicitud deben entenderse para ser estar en una base en volumen) hecha al transformar CH4 con aire, NH3 disociado, o una inyección y evaporación de líquidos, por ejemplo, CH30H. Existen tres problemas de control del proceso común cuando se utilizan atmósferas en tratamientos térmicos a temperatura elevada: (1) reacciones cinéticas lentas o estabilidad de gas inyectado, (2) una condición superficial de material de la parte de trabajo cargado al horno, y (3) la filtración de aire ambiental. Por ejemplo, CH4 inyectado dentro del horno para carburación puede reaccionar lentamente con y disponer de oxígeno (02) indeseado o C02 y/o puede cambiar el potencial termodinámico de la atmósfera del horno, y/o puede disociarse y hacerse reaccionar sólo marginalmente,
a menos que la temperatura del horno sea muy alta; sin embargo, la alta temperatura posee un riesgo de dañar el material metálico cargado o la parte de trabajo. Situaciones similares tienen lugar en un grado mayor o menor con H2, NH3 y los otros HC. También, el material o la superficie de trabajo cargada dentro del horno pueden cubrirse con una película gruesa de óxido, de oxidación o de residuos oleosos basados en agua, y la reactividad de la atmósfera original puede resultar insuficiente para esta remoción de película dentro del tiempo de tratamiento deseado y del margen de temperatura. Finalmente, el aire del horno se filtra y las otras fuentes de contaminación que contienen 02 pueden requerir adiciones de reducción, y algunas veces gases de carburación a la atmósfera, incluso si la atmósfera más deseada puede ser un ambiente inerte a las partes para los procesos de transformación térmica específicos, es decir, una sin gases de reducción y/o carburación. Tales técnicas de proceso de absorción in situ se limitan por muchas consideraciones del proceso. Por ejemplo, la cantidad de H2 agregada a la atmósfera de N2 para volver a fluir soldaduras en tarjetas de circuitos impresos tiene que mantenerse debajo de 5% para seguridad, es decir, la eliminación del riesgo de explosión en hornos de reflujo abiertos o semi-abiertos , y la temperatura tiene que mantenerse baja, típicamente debajo de 250°C, para evitar que la tarjeta y el componente se dañen.
Con estas temperaturas y concentraciones bajas, el proceso de absorción y el efecto de remoción de óxido del H2 es marginal debido a las lentas cinéticas de reducción. Limitaciones similares pueden encontrarse en la carburación de partes de acero con gas natural, en la ausencia de atmósferas que contienen CO, endotérmicas. Por ejemplo, el CH4 se disocia térmicamente y reacciona con una superficie de acero a índices industrialmente atractivos, rápidos, únicamente arriba de 1000°C, pero muchos de los aceros tratados revelan un crecimiento de grano indeseado a tales temperaturas elevadas . Se han utilizado diversas formas para tratar con los problemas descritos. Se utilizan hornos de vacio para tratamientos térmicos para evitar filtrado de aire ambiental y evaporar impurezas condensadas de materiales o partes cargadas. Desafortunadamente, todos los sistemas de horno al vacío son caros desde el punto de vista de capital y operativo. Además, el uso del horno de vacío no resuelve el problema de la estabilidad de gas. De este modo, en el caso de carburación, hidrocarburos (HC) más caros y menos estables tienen que utilizarse, por ejemplo, C2H2, y el uso del CH4 de costo más bajo es muy limitado. Los hornos de vacío de plasma iónico se han desarrollado para hacer frente al problema de estabilidad de gas y las películas superficiales que cubren inicialmente las partes de trabajo cargadas, aunque el costo
de aquellos sistemas, surge con las geometrías de las partes complejas para procesamiento y la dificultad de controlar la temperatura, limita el uso de los sistemas de plasmas iónicos. La complicación adicional con estos métodos de descarga eléctrica similares, por ejemplo, de corona, de arco directo o de arco transferido con plasma, es el requerimiento para hacer la parte de trabajo (que se trata) uno de los electrodos para cerrar el circuito de descarga. El horno o el recipiente de reacción se vuelven más complejos y, en el caso de partes de trabajo intrincadas o electrónicas, la corriente puede dañar las partes de trabajo. Sistemas de plasma térmicos de arco no transferido capaces de operar a presiones atmosféricas se han explorado como inyectores de activación de gas que no necesitan cerrar el circuito eléctrico mediante la parte de trabajo. No obstante, la alta temperatura y la corriente requerida en estos sistemas acortan la vida de los electrodos de 100 horas o menos y resulta en la contaminación del horno. La generación más reciente de los sistemas de horno de microondas elimina la necesidad del vacío o la cámara de baja presión y los cambios frecuentes de electrodos mientras se activa la superficie de materiales de carga o las partes de trabajo. No obstante, los sistemas de horno de microondas a escala industrial son complejos, caros y no tan flexibles en aceptar diversos materiales metálicos y geometrías de las partes de trabajo como los hornos
térmicamente calentados, tradicionales. Drissen et al. (Patente Norteamericana No. 5,717,186) proponen medidas adicionales para controlar la corriente directa que fluye a través de una pieza de trabajo en un horno de tratamiento térmico al vacio, iónico. Law et al. (Patente Norteamericana No. 5,059,757) diseña un modo para limitar el carbono superficial no absorbido en el mismo tipo de horno. Orita (Patente Norteamericana No. 5,606,580) utiliza un procedimiento de tratamiento térmico de etapas múltiples para minimizar un efecto de carburación de borde no uniforme, mucho más agudo en los sistemas de vacio de plasma que en la carburación de gases convencionales. Georges (Patente Norteamericana No. 5,989,363) demuestran la necesidad para tamices de radiación en la post-descarga, de nitruración de vacio de plasma. Giacobbe (Patente Europea No. 0324294A1) describe la superficie de la pieza de trabajo y el endurecimiento directo utilizando un soplete de plasma térmico enfriado con agua. He y Paganessi (Publicación PCT No. O2005/009932A1) también utilizan un reactor de plasma de alta potencia (50-500 kW) para generar gases de tratamiento que se inyectaron subsecuentemente en un horno de vacio. Czemichowski (Patente Norteamericana No. 6,007,742) describe una serie de métodos de plasma "GlidArc" de presión atmosférica normal, experimental para transformar gas natural y otros hidrocarburos. Existen cientos de artículos de
investigación concernientes con el uso para elaborar más o menos sistemas de plasma a escala de laboratorio típicamente a presión baja, elaborados, para tratamiento metálico en las aplicaciones de tratamiento térmico así como la modificación de la composición de una corriente de gas. No obstante, una porción grande de la industria para tratamiento térmico en metales y operadores de proceso térmico continúan buscando un sistema atmosférico reactivo, mejorado que pueda mejorar las cinéticas de las reacciones en la fase gaseosa y en las superficies del trabajo, mientras al mismo tiempo, pueden retroajustarse a los hornos o reactores de presión normal o reducida, existentes, y no necesitarían capital elevado o gastos operativos y de mantenimiento. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La siguiente descripción detallada de las modalidades preferidas de la invención se entenderá mejor cuando se leen junto con los dibujos anexos. Para propósitos de ilustrar la invención, los dibujos representan las modalidades las cuales son actualmente preferidas. Se entiende, sin embargo, que la invención no se limita a las disposiciones y la medición precisa mostrada en los dibujos: La Figura 1 es una vista en sección esquemática de un horno de tratamiento térmico incluyendo un inyector de gas activado de acuerdo con la presente invención; La Figura 2A es una vista frontal de una modalidad
alterna de un inyector de gas activado que tiene un extremo de salida abierto; La Figura 2B es una vista en sección tomada a lo largo de la linea 2B-2B de la Figura 2A; La Figura 2C es una vista frontal de otra modalidad alterna del inyector de gas activado, el cual es similar al inyector de gas activado mostrado en la Figura 2A, pero incluye múltiples tuberías de suministro; La Figura 3A es una vista en sección de otra modalidad alterna de un inyector de gas activado, el cual es similar al inyector de gas activado mostrado en la Figura 2A, pero incluye un extremo de salida más restringido; La Figura 3B es una vista en sección de otra modalidad alterna de un inyector de gas activado, el cual es similar al inyector de gas activado mostrado en la Figura 3A, pero incluye un tubo de expansión en el extremo de salida; La Figura 3C es una vista en sección de otra modalidad alterna de un inyector de gas activado el cual incluye una tubería de suministro alineada y ranuras inclinadas cortadas en la cubierta del inyector; La Figura 4 es una gráfica de barras que muestra los efectos de la activación de atmósferas de NH3 y CH4 a diferentes temperaturas y que utiliza diferentes métodos de activación, incluyendo activación térmica, plasma de CD y encendido por CA;
La Figura 5 es una gráfica que muestra las concentraciones de tiempo de ejecución de NH3 y H2 en atmósferas de horno activado, utilizando activación térmica, plasma de CD y encendido por CA; La Figura 6 es una gráfica de barras que muestra los efectos de la activación de atmósferas de C2H4, contaminada con 02, utilizando diferentes métodos de activación, incluyendo activación térmica, plasma de CD y encendido por CA; La Figura 7 es una gráfica que muestra la micro-dureza de pruebas de carburación activada de partes de acero AISI-SAE 1010 utilizando plasma de CD (con Ar o N2 como el componente primario del gas inyectado) y el tratamiento térmico (con N2 como el componente primario del gas inyectado) ; y La Figura 8 es un resumen de pruebas de carburación activadas utilizando plasma de CD. En un aspecto, la invención comprende un inyector de gas activado para uso con un reactor de atmósfera controlada que tiene una cámara del reactor. El inyector de gas activado incluye una cubierta que define una cámara de activación que tiene una salida, una primera entrada de gas la cual se adapta para conectarse a un suministro de un primer gas y para introducir el primer gas dentro de la cámara de activación, un primer electrodo que se extiende
dentro de la cámara de activación y termina dentro de la cámara de activación, una fuente de energía conectada al primer electrodo el cual, cuando se energiza, proporciona un consumo de voltaje promedio de al menos 1 kV y un consumo de corriente promedio de menos de 10 A, y un segundo electrodo que se expone a la cámara de activación y proporciona un potencial de tierra con respecto al primer electrodo. El primero y segundo electrodos se colocan de manera que ocurren descargas eléctricas entre el primer electrodo y el segundo electrodo cuando se energiza la fuente de energía, el área en la cual ocurren las descargas eléctricas que define una zona de descarga eléctrica. La cámara de activación, el primer electrodo, el segundo electrodo, y la primera entrada de gas se configuran de manera que el primer gas se extrae a través de la zona de descarga eléctrica antes de salir de la cámara de activación a través de la salida. En otro aspecto, la invención comprende, un sistema de reactor de atmósfera controlada incluyendo una cámara del reactor adaptada para acomodar una carga de trabajo que se trata, la cámara del reactor tiene un tubo de escape, al menos una fuente de calor que es colectivamente capaz de elevar la cámara del reactor a una temperatura de al menos 90 grados C, y al menos un inyector de gas. Cada uno de los inyectores de gas incluye una cubierta que define una cámara de activación que tiene una salida que está en comunicación
de flujo con la cámara del reactor, una primera entrada de gas la cual se adapta para conectarse a un suministro de un primer gas y se coloca para introducir el primer gas dentro de la cámara de activación, un primer electrodo que se extiende dentro de la cámara de activación y termina dentro de la cámara de activación, una fuente de energía conectada al primer electrodo el cual, cuando se energiza, proporciona una salida de voltaje promedio de al menos 1 kV y una salida de corriente promedio de menos de 10 A, y un segundo electrodo que se expone a la cámara de activación y proporciona un potencial a tierra con respecto al primer electrodo. El primero y segundo electrodos se colocan de manera que ocurren descargas eléctricas entre el primer electrodo y el segundo electrodo cuando se energiza la fuente de energía, el área en la cual ocurren las descargas eléctricas que define una zona de descarga eléctrica. La cámara de activación, el primer electrodo, el segundo electrodo, y la primera entrada de gas se configuran de manera que el primer gas se extrae a través de la zona de descarga eléctrica antes de salir de la cámara de activación a través de la salida. En aún otro aspecto, la invención comprende un método para activar una atmósfera contenida por una cámara del reactor de un reactor de atmósfera controlada. De acuerdo con el método, un primer gas se suministra dentro de una
cámara de activación a partir de una fuente de presión elevada. Las descargas eléctricas se generan entre un primer electrodo ubicado dentro de la cámara de activación y un segundo electrodo que tiene un potencial a tierra con respecto al primer electrodo al conectar el primer electrodo a una fuente de energía que proporciona un voltaje de salida promedio de al menos lkV y una corriente de salida promedio que es menor de 100 A. El primer gas se expone a las descargas eléctricas y se descarga dentro de la cámara del reactor a través de una salida formada en la cámara de activación. Una presión de no menos de un milibar se mantiene en la cámara del reactor mientras el primer gas está siendo descargado dentro de la cámara del reactor de atmósfera controlada. Una temperatura de al menos 90 grados se mantiene en la cámara del reactor mientras el primer gas está siendo descargado dentro de la cámara del reactor. La invención, detallada posteriormente, comprende un aparato de descarga eléctrica y un método para utilizar el aparato en un horno convencional para tratamiento térmico, termoquímico o superficial de metales o componentes que contienen metales. El horno convencional puede ser cualquier tipo de horno de tratamiento térmico de atmósfera controlada: un horno de tipo de carga completa, de caja o de campana, o una correa continua, un horno de solera con impulsor o con rodillos, que opera en una presión aproximadamente
atmosférica, o un horno de vacio asi llamado, que opera en una presión reducida la cual es no menor de 1 milibar en el momento de utilizar el aparato. En cada caso, el horno convencional requiere sus propios elementos de calentamiento y el sistema de control de temperatura. El aparato y método puede aplicarse a cualquier tipo de operación de atmósfera y de horno definido en el antecedente de la invención. Con referencia a la Figura 1, una modalidad de la presente invención se muestra esquemáticamente. Esta modalidad comprende un horno 100 de tratamiento térmico, que tiene una pared 101 de horno, la cual define una cámara 1 de horno, en la cual una carga de trabajo 2 se coloca. El horno también incluye una pluralidad de calentadores 5a, 5b, 5c y un tubo de escape 6, y de acuerdo con la presente invención, un inyector 20 de gas activado. El inyector 20 de gas activado comprende una cubierta 7 del inyector la cual se extiende dentro de la cámara 1 de horno y termina en una salida 103. En esta modalidad, la cubierta 7 del inyector es una tubería generalmente cilindrica. Una tubería 21 de suministro de gas se extiende dentro de la cubierta 7 del inyector y termina dentro de la cubierta 7 del inyector antes de alcanzar la salida 103. El inyector 20 de gas activado también incluye electrodos 8, 104 los cuales se extienden dentro de la cubierta 7 del inyector y terminan dentro de la salida 103, y
se colocan de preferencia entre el extremo de salida de la tubería 21 de suministro y la salida 103. El electrodo 104, la cubierta 7 del inyector, la tubería 21 de suministro y la pared 101 de horno se conectan preferiblemente a tierra (lo cual resulta en un potencial a tierra relativo al electrodo 8 cuando se energiza el electrodo 8, en la manera descrita en la presente) . El electrodo 8 se conecta a una fuente 110 de energía de alto voltaje y se aisla a partir del electrodo 104, la cubierta 7 del inyector, la tubería 21 de suministro y la pared 101 de horno con un aislante 38. El aislante 38 se hace de preferencia de un material de óxido cerámico, sin aditivos orgánicos, puede utilizarse para el aislamiento eléctrico. Ejemplos incluyen alúmina, silicatos, mica, magnesio o vidrio. Podría utilizarse cualquier tipo de una fuente 110 de energía de baja corriente, de alto voltaje. Por ejemplo, la fuente de energía de corriente alterna (CA) que tiene un voltaje de entrada de 110V a 230V, un voltaje de salida promedio en el intervalo de 1 kV a 50 kV (ambos en una frecuencia de aproximadamente 50 Hz a 60 Hz) podría utilizarse. Alternativamente, una fuente de energía de corriente directa (CD) que tiene un voltaje de entrada de 12V a 230V, un voltaje de salida promedio en el intervalo de 1 kV a 50 kV podría utilizarse. Si se utiliza una fuente de energía de CD, se incluye preferiblemente un rectificador de
media onda o de onda completa. En ambos casos, es preferible que la corriente de funcionamiento promedio para la fuente 110 de energía sea no más de 10A y, más preferiblemente no más de 5 A. Notablemente, la presente invención puede implementarse utilizando una fuente de energía de CA o CD de bajo costo, simple. Una fuente de energía de alto voltaje, de frecuencia elevada (también llamada una fuente de energía de "impulsos" o "impulsada") no se requiere. El uso de una fuente de energía de baja corriente, de alto voltaje para activar el gas de proceso permite al inyector 20 de gas activado operar la cámara del reactor a temperaturas elevadas sin el uso de un sistema de enfriamiento de base fluida (por ejemplo agua) y proporciona una vida de servicio más prolongada que si se utilizara una fuente de energía de corriente elevada. El uso de la baja corriente reducirá la probabilidad de daño o la fusión de superficies del electrodo. El uso de alto voltaje asegura descargas voluminosas, grandes, dentro del proceso de corriente de gas, incluso a una baja corriente. Es preferible que la cubierta 7 del inyector se proyecte dentro de la cámara 1 del horno de manera que los electrodos 8, 104 puedan absorber calor desde la cámara 1 del horno. Alternativamente, la cubierta 7 del inyector puede montarse de manera que la salida 103 se empotra con la pared 101 del horno. La cubierta 7 del inyector comprende un
volumen interno (referido en la presente como una cámara de activación) en la cual un gas de proceso se activa antes de descargarse dentro de la cámara 1 del horno. Cuando el electrodo 8 "con corriente" se energiza por la fuente 10 de energía, las descargas eléctricas se forman entre el electrodo 8 "con corriente" y el electrodo 104 colocado a tierra (y quizá la cubierta 7 del inyector) . En una modalidad en la cual un electrodo 104 colocada a tierra separada no se proporciona, las descargas eléctricas podrían formarse entre el electrodo 8 "con corriente" y la cubierta 7 del inyector. La corriente 4 de gas de proceso fluye a través de la tubería 21 de suministro y luego pasa a través de la descarga eléctrica, resultando en una corriente 9 activada de descarga eléctrica, la cual se dirige dentro de la cámara 1 del horno. La corriente 9 activada de descarga eléctrica, entonces se expande dentro del interior del horno como se muestra por las flechas 10. Es preferible que los electrodos 104, 108 se coloquen de manera que, cuando se energiza la fuente de energía, un campo eléctrico tenga una resistencia de entre 1 kV/cm y 100 kV/cm se forme entre los electrodos 104, 108. Bajo la mayoría de las condiciones de funcionamiento, una porción de la corriente 10 expandida recircula dentro de la cámara 1 del horno y puede entrar en contacto con la superficie 12 de la carga 2 de trabajo antes
de salir de la cámara 1 del horno a través del tubo de escape 6, junto con otros gases presentes en la cámara 1 del horno. Cuando la corriente 9 activada de descarga eléctrica se expande dentro de la cámara 1 del horno, puede aspirar e inducir una porción del volumen de atmósfera de gas ya presente en la cámara. Este efecto de inducción por aspiración, ilustrado en la Figura 1 por las flechas lia, 11b, resulta en la interacción química entre la corriente 9 activada de descarga eléctrica y el resto de la atmósfera del horno. De este modo, la introducción de la corriente 9 activada de descarga eléctrica tiene dos efectos en la atmósfera del horno: (1) la corriente 9 activada de descarga eléctrica se agrega a la atmósfera del horno y (2) ocurre una interacción secundaria entre la corriente 9 activada de descarga eléctrica y los gases de salida en la atmósfera del horno. La interacción secundaria requiere gas que se presenta dentro de la cámara 1 del horno antes de la introducción de la corriente 9 activada de descarga eléctrica. Por lo tanto, la interacción secundaria no tomará lugar en una cámara del horno de "alto vacío", que tiene una presión por debajo de 1 milibar (mbar) durante el proceso de activación de atmósferas. Además, la presente invención no se basa en un impacto directo de especies de gas activado en la superficie 12 de la carga 2 de trabajo y no requiere que la carga 2 de trabajo sea parte del circuito que resulta en la descarga
eléctrica (es decir, no se aplica carga eléctrica a la carga 2 de trabajo) . De este modo, la presente invención proporciona una alternativa mejorada para los hornos de nitruración iónica y de carburación iónica de plasma, los cuales operan a presiones reducidas y requieren una conexión eléctrica a todas las piezas de trabajo cargadas. El inyector 20 de gas activado (más específicamente, la cámara de activación) se adapta para operarse a sustancialmente la misma temperatura que la temperatura de funcionamiento de la cámara 1 del horno. El inyector 20 de gas activado puede operarse a una temperatura ligeramente inferior que la temperatura de funcionamiento de la cámara 1 del horno si el gas de proceso se suministra en una temperatura más baja que la temperatura de funcionamiento de la cámara 1 del horno y/o si una porción de la cámara de activación se ubica fuera de la cámara 1 del horno. El inyector de gas activado de la presente invención podría incorporarse dentro de muchos tipos alternativos de sistemas del reactor de atmósfera controlada y configuraciones de la cámara del reactor. En las aplicaciones de la cámara del reactor continua (es decir, una cámara del reactor que tiene un extremo de carga y un extremo de descarga) , es preferible colocar uno o más inyectores de gas activado próximos al extremo de carga y uno o más inyectores activados próximos al extremo de descarga.
El siguiente es un ejemplo de una implementación especifica de la presente invención. No es raro para una atmósfera del horno de carburación, endotérmico con la composición nominal de 20% de CO, 40% de H2 y 40% de N2 acumular una cantidad excesiva o perjudicial de C02 debido a las reacciones de carburación, la reducción de incrustaciones de óxido en la carga de trabajo, o el ingreso de aire dentro del horno. La inyección de un gas HC, tal como CH4, puede utilizarse para remediar el C02 en exceso a través de la siguiente reacción química: CH4+CC>2=2CO+2H2.
Desafortunadamente, esta reacción requiere la activación térmica e incluso con la activación térmica se reduce. Si, de acuerdo con la presente invención, el gas CH4 se inyecta dentro de la cámara del horno a través de una descarga eléctrica y/o un plasma (más adelante referido como "activación eléctrica"), una porción de la corriente de gas sería convertida en los iones, los átomos, los radicales y las moléculas excitadas, tales como H, H*, H+, H2*, H3*, C2, CH, CH2, CH3, CH3+, etc. Las reacciones de aglomeración en la descarga pueden producir in situ, diferentes tipos de hidrocarburos tales como acetileno reactivo basado en C2, C2H2, o etileno, C2H . La mayoría, sino es que todos estos productos, inyectados dentro de la atmósfera del horno, reaccionan con el C02 indeseado mucho más completamente y más rápidamente que la activación únicamente térmica,
convencional de CH4. La presente invención puede utilizarse para inyectar un gas que modifica la atmósfera y/o un gas que forma una atmósfera dentro del horno. Un gas que modifica la atmósfera es aquel en el cual al menos una fracción de la corriente de gas se convierte en iones, átomos, radicales y moléculas excitadas, tal como H, H*, H+, H2*, H3*, C2, CH, CH2, CH3, CH3+, etc. Un gas que forma una atmósfera es aquel en el cual la composición de gas alimentado cambia, es decir, nuevas moléculas se forman debido a la energía provista por el inyector. Cinco modalidades adicionales de la presente invención se muestran en las Figuras 2A a 3C y 2B. En cada modalidad sucesiva, las características mostradas en los dibujos que corresponden a características mostradas en la Figura 1 se designan por números de referencia que se incrementan por un factor de 100. Por ejemplo, el inyector 20 de gas activado se designa por los números 120 y 220 de referencia en la segunda y tercera modalidades, respectivamente. Algunas de las características correspondientes se numeran en las Figuras 2A a 3C para proporcionar el contexto, pero no se refieren específicamente en la descripción de las modalidades adicionales. Las Figuras 2A y 2B muestran una segunda modalidad de un inyector 120 de gas activado el cual incluye una
ventosa 113 cilindrica que tiene un extremo 122 abierto, una tubería 121 de suministro y un electrodo 108. El volumen interno definido por la ventosa 113 y el extremo 122 abierto es la cámara de activación para esta modalidad. Como el electrodo 8 mostrado en la Figura 1, el electrodo 108 se conecta de preferencia a una fuente de energía de baja corriente, de alto voltaje (no mostrada) . El electrodo 108 se extiende dentro de la ventosa 113 a lo largo de su eje central, termina dentro de la ventosa 113 (es decir, no se extiende más allá del extremo 122 abierto de la ventosa 113) y se aisla a partir de la ventosa 113, de preferencia por un aislante 138 resistente a alta temperatura, cerámico. La ventosa 113 se hace de preferencia de un metal conductor y se coloca a tierra por una conexión 115 a tierra. Cuando se opera, una corriente 114 de gas de proceso se inyecta dentro de la ventosa 113 desde una fuente externa a través de una entrada 140 desde una tubería 121 de suministro de gas. La tubería 121 de suministro de gas y la entrada 140 se colocan de preferencia en forma tangencial al perímetro de la ventosa 113. Después de ingresar en la ventosa 113, el gas de proceso se arremolina dentro de la ventosa 113, se expone a las descargas 119 eléctricas y sale de la ventosa 113 a lo largo de las líneas mostradas por las flechas 109a, 109b. Debido a la naturaleza del flujo de vórtice formado dentro de la ventosa 113 de extremo abierto y
corta, una región de presión baja se forma en la zona central de la ventosa 113, la cual extrae y aspira gases atmosféricos del horno (mostrados por la flecha 117) . La corriente 117 aspirada se mezcla con la corriente 114 de gas de proceso giratorio y sale a lo largo de las lineas 118a, 118b. En esta modalidad, las descargas 119 eléctricas se extienden entre el electrodo 108 y la ventosa 113 durante el proceso de mezclado de vórtice descrito, el cual se somete tanto a la corriente 114 de gas de proceso como a la corriente 117 aspirada (atmósfera del horno) a las reacciones activadas de descarga eléctrica. Las descargas 119 se forman por arcos discretos y/o descargas iniciales que corren entre la punta del electrodo 108 con corriente y el diámetro interno de la ventosa 113. La formación de un plasma luminiscente uniforme alrededor de estos arcos se observa también si el caudal de flujo de la corriente 14 no es excesivo. Es preferible que el caudal de flujo del gas de proceso esté dentro del intervalo que resulta en un plasma luminiscente relativamente uniforme alrededor de las descargas 119 eléctricas, las cuales pueden desestabilizarse por un caudal de flujo de gas de proceso excesivo. Las descargas 119 eléctricas también tienden a girar alrededor del interior de la ventosa 113 debido al flujo del vórtice que se fuerza por la corriente 114 de gas de proceso tangencialmente inyectado. La rotación de las descargas 119
eléctricas asegura que no existe la adherencia de bulbos de arco de punto único en la superficie de la ventosa 113, la cual reduce la posibilidad de daño térmico a la superficie interna de la ventosa 113. La Figura 2C muestra una tercera modalidad del inyector de gas activado mostrado en las Figuras 2A y 2B. En esta modalidad, el inyector 220 de gas activado incluye múltiples puertos 221a, 221b, 221c, 221d de inyección tangencial múltiple para el gas de proceso, el cual puede proporcionar el aseguramiento de una turbulencia más uniforme dentro de la ventosa 213. Las Figuras 3A, y 3C muestran tres modalidades adicionales del inyector de gas activado. El inyector 320 de gas activado representado en la Figura 3A es idéntico al inyector 120 de gas activado (mostrado en las Figuras 2A y 2B) , excepto que el extremo 322 abierto de la ventosa 313 del inyector se cubre parcialmente por una tapa 330 que tiene un orificio 331 axial formado en la misma. Cuando se compara con el inyector 120 de gas activado, el inyector 320 de gas activado reduce la aspiración de gas de atmósfera del horno dentro de la ventosa 313 del inyector e incrementa la velocidad de la corriente 309 activada de descarga eléctrica cuando sale de la ventosa 313 del inyector. Como resultado, la aspiración e inducción de los gases del horno con la corriente 308 activada de descarga eléctrica ocurre fuera de
la ventosa. De este modo, la atmósfera 311a, 311b del horno aspirada, se mezcla rápidamente con la corriente 309 activada de descarga eléctrica para formar nuevas corrientes 310a, 310b de reacción externas a la ventosa 313 del inyector. El inyector 420 de gas activado descrito en la Figura 3B difiere del inyector 320 de gas activado, mostrado en la Figura 3A, en que incluye un tubo 432 de expansión que se extiende desde el orificio 431 axial. La corriente 409 activada de descarga eléctrica se mueve más rápido a lo largo del eje del tubo 432 de expansión, el cual causa al menos algunas descargas 419 eléctricas que se extienden dentro del tubo 432 de expansión. De este modo, en esta modalidad, la cámara de activación incluye el volumen interno definido tanto por la ventosa 413 como del tubo 432 de expansión. La porción que emite luz visible de las descargas 419 eléctricas puede estar fácilmente más allá del tubo 432 de expansión (es decir, dentro de la cámara del horno) utilizando caudales de flujo de gas de proceso más elevados. La aspiración, la inducción y el mezclado de la corriente 409 activada de descarga eléctrica con la atmósfera del horno tienen lugar externamente, corriente abajo del tubo 432 de expansión. Como en las otras modalidades, las reacciones secundarias tienen lugar como gas aspirado a partir de la atmósfera del horno (identificada por los números 410a, 410b de referencia en la Figura 3B) y la corriente 409 activada de descarga eléctrica.
El gas de inyección se alimenta a los inyectores 320, 420 activados (Figura 3A y 3B) en la misma manera que el inyector 120 de gas activado mostrado en la Figura 2. El inyector 520 de gas activado mostrado en la Figura 3C es similar al inyector 420 de gas activado, pero incluye una tubería 521 de suministro alineada en lugar de la tubería 421 de suministro tangencialmente colocada. Con el fin de generar movimiento rotacional del gas de proceso, se proporciona una placa 523 de turbulencia dentro de la ventosa 513 de inyección, justo corriente arriba desde la punta del electrodo 508 con corriente. La placa 523 de turbulencia se hace de preferencia de cerámico dieléctrico a temperatura elevada y comprende una serie de ranuras 534 inclinadas o helicoidales formadas en la misma. La corriente 514 del gas de proceso se fuerza a través de las ranuras 534, lo cual causa que la corriente 514 de gas de proceso se arremoline alrededor del eje inyector y forme un flujo de vórtice. En todas las modalidades discutidas anteriormente, la cubierta del inyector y los electrodos pueden formarse de cualesquiera metales o aleaciones resistentes a corrosión, a temperatura elevada, conductivos, tales como acero inoxidable, Kovar, aleaciones de níquel, tungsteno, molibdeno y sus aleaciones, por ejemplo. El aislamiento utilizado con los electrodos con corriente puede formarse a partir de cualquier cerámico dieléctrico de óxido y termoquímicamente
resistente adecuado, tal como alúmina, mullita, aluminosilicatos, vidrio cerámico o circonia modificada por ejemplo. Además, múltiples inyectores de gas activado podrían utilizarse en un horno en el mismo, dependiendo del tamaño del horno, la configuración y el tratamiento térmico o los requerimientos del proceso de tratamiento de superficie termoquímica . De este modo, en el caso de hornos continuos, de extremo abierto, uno o más inyectores de gas activado podrían instalarse cerca de los extremos del horno, con el fin de evitar la penetración del interior del horno con aire ambiental no reactivo. Tal sistema podría proporcionar un control y uniformidad mejorada de la atmósfera del horno, así como la seguridad mejorada debido a la eliminación de concentraciones de mezclas de gas potencialmente explosivo. Mediante la prueba de modalidades de la presente invención, los Solicitantes han observado, que la presente combinación de las características de descarga de alto voltaje/baja corriente y de la inducción de gas secundario resulta en reacciones de gas mejoradas y las modificaciones de atmósferas del horno incluso si la energía total suministrada al electrodo "con corriente" es relativamente baja. En el caso de inyectar gases HC de acuerdo con el método inventivo, fue insignificante la cantidad de partículas de hollín producidas. Esto contrasta con los sistemas de inyección de
plasma térmico (arco) convencional, es decir, los "calentadores de gas", los cuales son dispositivos de bajo voltaje/alta corriente, que demandan frecuentemente enfriamiento de agua del ánodo y no pueden funcionar dentro de hornos calientes a temperaturas arriba de 1050°C (1922°F), los cuales son deseables para algunas operaciones de tratamiento metálico. Ya que las moléculas de gas caliente son más fáciles de disociar y activar en la descarga eléctrica que las frías, el aparato de alto voltaje/baja corriente inventivo y la colocación de la cubierta del inyector de manera que absorba calor desde la cámara 1 del horno hace posible activar la atmósfera utilizando potencia eléctrica mucho más baja que los sistemas de inyección de plasma térmico (arco) convencionales. Como se menciona anteriormente junto con la fuente 110 de energía, el uso de una fuente de energía de baja corriente, alto voltaje extiende la vida de los electrodos del inyector. Los arcos de baja corriente no tienden a fundir las superficies del electrodo, y los arcos de alto voltaje aseguran descargas grandes, voluminosas dentro de la corriente de gas (incluso a niveles de baja corriente) . Para los propósitos de esta invención, una fuente de energía de "baja corriente, alto voltaje" debe entenderse que es una fuente de energía que tiene un consumo de corriente promedio de menos de lOAmp y un consumo de voltaje promedio de al
menos 1.0 kV. Mientras las columnas y los reactores de plasma giratorias, estabilizadas con vórtice se conocen en la técnica, la unidad inventiva difiere de la técnica anterior aspirando gases de la atmósfera del horno caliente en su núcleo (por ejemplo, la ventosa 113) a través de la descarga eléctrica, mezclando los gases de atmósfera de horno caliente aspirados con la corriente de gas de proceso fresco, y extrayendo la mezcla resultante, una vez nuevamente mediante la descarga eléctrica, todo para maximizar las interacciones de plasma de gas. El mismo comentario puede hacerse con respecto a las descargas eléctricas químicamente reactivas, de alto voltaje/baja corriente/alta frecuencia o impulsadas, conocidas en la técnica y llamadas colectivamente plasma sin equilibrio o fríos. Se observó que la presente combinación de las características de descarga de alto voltaje/baja corriente, y la inducción del gas secundario, resulta en reacciones de gas mejoradas y modificaciones de atmósfera del horno incluso si la potencia total de la descarga utilizada, (P =Volt x Amp) es baja. Una serie de pruebas de activación de atmósfera del horno se lleva a cabo utilizando los inyectores de gas activado similares a aquellos mostrados en las Figuras 2A a 3C. Los experimentos utilizan caudales de flujo del gas de proceso que varían de 0.28 m3/h (10 scfh) a 5.95 m3/h (210 scfh) y dos distintos tipos de fuentes de energía de alto
voltaje: (1) Una unidad de plasma de CD que opera a 0.5 A y entre 2 kV a 10 kV (el voltaje promedio es aproximadamente 2 kV, pero se incrementa hasta 10 kV cuando la descarga eléctrica se pierde o los circuitos se abren), y (2) un plasma de CA o unidad de encendido (utilizando una red eléctrica residencial de 60 Hz de CA convencional), que opera en aproximadamente 10 kV de voltaje y 0.09 A. La distancia más corta entre la punta de los electrodos con corriente y a tierra en el inyector de CA (inyector de encendido) se estableció para 0.355 cm (0.14 pulgadas) lo cual resultó en una resistencia E de campo eléctrico máxima de 28 kV/cm. La distancia más corta entre la punta del electrodo con corriente (en este caso el cátodo) y el electrodo a tierra (en este caso el ánodo) , en el inyector de CD se estableció para 0.55 cm (0.218 pulgadas) lo cual resultó en una resistencia E de campo eléctrico máxima de 4.5 kV/cm durante la operación de estado de equilibrio y se incrementa a 18 kV/cm en el modo de alteración cuando la descarga producida fue débil o se perdió. Asumiendo una entrada de energía total aproximada de alrededor de 1 k para cada tipo de inyector, la energía molar agregada a la corriente de gas procesada, excluyendo las pérdidas de energía a los alrededores, fue inversamente proporcional al caudal de flujo de corriente: 23.9 eV para el caudal de flujo de 0.028 m3/h (1 scfh) , 2.39 eV para el caudal de flujo de 0.28 m3/h (10 scfh), 0.239 eV
para el caudal de flujo de 2.8 m3/h (100 scfh) , y 0.12 eV para el caudal de flujo de 5.7 m3/h (200 scfh). De este modo, en la primera aproximación, se esperó que los caudales de flujo de gas de proceso más elevados produjeran un número igual de especie de gas activado como los caudales de flujo más bajos, pero en una concentración volumétrica reducida y con la preferencia para formar productos de energía de activación más baja. Durante las pruebas de temperatura ambiente, un termopar, colocado enfrente de la salida del inyector, indica que la temperatura promedio de la corriente activada aproximadamente 6.3 mm (0.25 pulgadas) corriente abajo no excedió 93°C (200°F) con únicamente pequeñas variaciones debido al caudal de flujo de corriente del gas de proceso utilizado. Se llevaron a cabo experimentos de activación de atmósfera con el aparato descrito en un horno de caja de escala de semi-producción, eléctricamente calentado, revestido con material cerámico, y se muestrearon las atmósferas del producto desde el tubo de escape del horno utilizando un Analizador de Gas Láser ARI, LGA 2017, basado en los principios de espectroscopia Raman. Los resultados se presentan posteriormente. La Figura 4 muestra los efectos de activación de atmósfera de acuerdo con la invención comparando la composición de los gases del horno utilizando la disociación "térmica" convencional de la corriente del gas de proceso con
la composición de gas del horno utilizando los métodos de activación del gas de proceso de la presente invención: plasma de CD, o "plasma" y encendido por CA, o "encendido". La evaluación implica inyectar varias mezclas basadas en N2 de gases reactivos, NH3 y CH4, dentro de un horno que se mantiene a cuatro diferentes temperaturas: 600°C (1110°F), 800°C (1470°F), 850°C (1560°F) y 1000°C (1830°F). La concentración de NH3 y CH4 en todas las mezclas de mantuvo por debajo del limite de explosividad/inflamabilidad inferior (LEL) lo cual significa que las mezclas podrían liberarse al aire ambiental sin el riesgo de explosión o fuego, es decir, pueden utilizarse incluso en hornos de tratamiento térmico que no se dedican al manejo de gases inflamables. La primera mezcla probada a 600°C (1110°F) comprende N2 y 2.5% de NH3 como se mide en la entrada al horno o al inyector de descarga eléctrica. La segunda mezcla fue N2 y 3.4% de CH . La tercera mezcla consiste de N2 y 2.2% de CH4. La primera mezcla probada a 800°C (1470°F) consiste de N2 y 3.4% de CH4, y la segunda consiste de N2 y 2.2% de CH4. La mezcla probada a 850°C (1560°F) consiste de N2 y 2.4% de CH4. La primera mezcla probada a 1000°C (1830°F) consiste de N2 y 3.4% de CH4 y la segunda consiste de N2 y 2.2% de CH4. Todas las pruebas se llevaron a cabo en un horno revestido con cerámica con el fin de evitar la disociación catalítica de los gases en las paredes del horno.
La evaluación se basó al comparar la relación molar promedio de H2/HC y de H2/NH3 en el tubo de escape del horno para las condiciones térmicas y activadas, con la misma composición del gas de proceso. Relaciones más elevadas (mostradas en el eje y) indican disociación y reacciones más elevadas de la corriente de gas en la atmósfera del horno mientras las relaciones más bajas muestran la ausencia de tales reacciones y del comportamiento indeseado, inerte. Aunque no es claro cuales reacciones de descarga de gas y eléctricas especificas fueron responsables de liberar H2 a partir de NH3 y CH4 inyectado, la estequiometria total sugiere el uso de la siguiente reacción normativa: m NH3 ? n NH3 + 0.5 (m-n) N2 + 1.5 (m-n) H2 con la relación H2/NH3 representada en la Figura 4 igual a 1.5 (m/n - 1) . La reacción normativa para mezclas de CH4 podría escribirse en la forma similar, excepto que el producto de hidrocarburo no podría especificarse por el sistema de análisis de gas utilizado para estas pruebas, y podría diferir del CH4 originalmente inyectado por la composición (probablemente un contenido de H más bajo en la nueva molécula HC, por ejemplo, C2H2) y ofrece una reactividad incrementada hacia las superficies metálicas. Como se muestra en la Figura 4, la inyección de gas de proceso dentro de la atmósfera del horno utilizando descargas de CD y CA resulta en una mejora de las reacciones de gas deseado, especialmente a temperatura de
funcionamiento por debajo de 1000°C. Estas temperaturas de funcionamiento son el interés más grande en las industrias de procesamiento de metales. La Figura 5 representa una concentración de tiempo de ejecución de NH3 y H2 en la atmósfera del horno, muestreada a partir del tubo de escape del horno, para experimentos a 524°C (975°F) que implica la inyección de la corriente del gas de proceso que comprende 12% de NH3 en N2. La primera prueba (etiquetada "sin activación" en la Figura 5) , en donde no se utilizó ninguna activación de descarga eléctrica, muestra la caída más baja en la concentración de NH3 y la concentración más baja de H2 liberada a partir del NH3 descompuesto. La segunda prueba (etiquetada "encendido por CA" en la Figura 5) en donde se utilizó una inyección de encendido por CA, produce la caída más fuerte en la concentración de NH3 original (de 12% a 8.8%) y la ganancia de H2 más elevada (tan alta como 4%). La tercera prueba (etiquetada "plasma de CD" en la Figura 5) en la cual se utilizó la inyección de plasma de CD, produce concentraciones de NH3 y H2 que caen entre las concentraciones para la primera y segunda ejecuciones. La Figura 6 muestra los efectos de la activación de atmósfera utilizando la misma metodología que se muestra en la Figura 4, con dos diferencias principales: (1) el HC diluido en N2 es C2H4 en lugar de CH4 y (2) una fuente de
contaminación por 02 se agrega al horno en la forma de partes de acero pesadamente oxidadas cargadas en el mismo. Ya que la reducción de óxidos de hierro asi como la carburación de hierro metálico produce C02, y la reacción deseada, pero cinéticamente lenta de HC con este C02 produce CO y H2, la evaluación de la activación de atmósfera se basó en la relación molar de H2/HC asi como aquella de (H2+C0)/HC. Como se muestra en la Figura 6, el sistema de inyección de plasma de CD fue el más efectivo para activar reacciones deseadas dentro del horno, el sistema de inyección de encendido por CA fue ligeramente menos efectivo, y el sistema de activación térmica convencional (es decir, activación de descarga no eléctrica) fue el menos efectivo. La Figura 7 muestra resultados de pruebas de carburación en caja comparativos realizadas en partes de acero AISI-SAE 1010 (que tienen un nivel de carbono inicial de 0.1%, en peso) utilizando el método de activación térmica convencional y el método de activación de plasma de CD de la presente invención. La carburación se llevó a cabo a 850°C (1560°F) durante 3 horas utilizando 2.5% de CH4 diluido en N2 durante el proceso térmico y la primera ejecución de plasma de CD y 2.5% de CH4 diluido en argón (Ar) en la segunda ejecución de plasma de CD. Después de la etapa de carburación, todas las muestras se enfriaron a temperatura ambiente con el horno sin extinción adicional y operaciones
de templado. Los resultados de carburación se evaluaron perfilando las microdurezas (dureza de HV en la escala de Vickers) de las secciones transversales del acero como una función de profundidad (en micrómetros) bajo la superficie de acero carbonizado. La superficie más elevada y la dureza sub-superficial que indica el grado más elevado de carburación se encontró para la corriente de CH4 al 2.5% de N2 activada con plasma. La corriente de CH4 al 2.5% de Ar activada con plasma produjo resultados muy similares. La dureza superficial de las partes de acero las cuales se carburizaron utilizando una activación térmica convencional fue significativamente inferior. Notablemente, estas pruebas mostraron que N2 fue ligeramente más efectivo que el Ar (el cual es menos reactivo y más caro que N2) cuando se utiliza como el gas primario en la corriente de proceso inyectado. Esto sugiere que las reacciones principales en la descarga eléctrica, las reacciones de gas secundario en la atmósfera, y las reacciones en la superficie del acero se conduzcan por la presencia de especie de gas inestable, activadas al menos tanto como la inyección de portadores de energía no reactivos . La Figura 8 muestra los resultados de la prueba de carburación activada con plasma N2, presentada en la Figura 7, así como pruebas de carburación adicionales activadas bajo las mismas condiciones utilizando las partes de acero con un
nivel de carbono inicial incrementado: 0.1% (en peso) para las partes de acero AISI-SAE de grado 1010, 0.5% (en peso) para las partes ASI-SAE 1050 y 0.75% (en peso) para las partes AISI-SAE 1075. En la gráfica mostrada en la Figura 8, la temperatura se muestra en el eje Y (grados C en la izquierda y grados F en la derecha) y el contenido de carbono (% en peso) se muestra en el eje X. Los resultados de las tres pruebas se representan por las lineas indicadas con flechas superpuestas en el diagrama de fase binaria de Fe-C estándar. Los resultados muestran que los niveles de carbono superficial, marcados en la Figura 8 como "caja" se incrementaron a 0.9% (en peso) en las tres pruebas independientemente del contenido de carbono resultante, determinando asi el potencial de carburación de la atmósfera de CH4 de 2.5% de N2 activada con descarga de CD. Pruebas adicionales se llevaron a cabo con el propósito de recocido brillante acelerado de las piezas de acero oxidadas superficiales utilizando atmósferas de H2 puras. Se utilizaron tres tipos de cupones de prueba de laminación en caliente: acero duro AISI-SAE 1010, acero para herramientas A2, y acero inoxidable austenitico 304. Las pruebas de recocido se llevaron a cabo a 1000°C (1830°F) durante 2 horas utilizando el caudal de flujo de corriente del proceso de H2 de 2.55 m3/h (90 scfh) . Un conjunto de los tres cupones se llevó a cabo bajo la atmósfera de H2 térmica,
convencional, mientras el otro se llevó a cabo bajo la atmósfera de H2 inyectada y activada con encendido por CA. La superficie del acero duro se redujo y brilló completamente en el final de ambas pruebas. La superficie del acero para herramientas se redujo y brilló únicamente para la prueba activada de encendido por CA y no para la prueba térmica convencional. La superficie del acero inoxidable no fue brillante después de cualquiera de las pruebas, pero la prueba de encendido por CA reemplazó la película de óxido inicial con una película marrón sugiriendo la presencia de nitruros metálicos. La Tabla 1 lista algunas características de algunas modalidades de la invención.
Tabla 1 Utilidad Condiciones de Contorno para Algunas Modalidades Activa todos los tipos de puede no pirolizar o disociar tratamiento térmico y atmósferas completamente moléculas de gas en de tratamiento de superficie la corriente del proceso termoquimica incluyendo, pero sin limitarse a carburación, nitruración, y composiciones de reducción con componentes de N2, H2, HC, CO, NH3, endo-gas, vapor de alcohol y gas noble la activación eléctrica tiene puede requerir la presencia de la lugar en dos etapas: dentro de la atmósfera del horno para permitir descarga, en donde las reacciones las reacciones secundarias; la de gas primarias tienen lugar, y operación de presión atmosférica corriente abajo, en las corrientes se prefiere, pero una operación de de inducción de la atmósfera del presión baja (aproximadamente 1 horno en donde las reacciones milibar) continúa siendo efectiva secundarias tienen lugar no requiere enfriamiento durante los materiales metálicos y la operación y gana en efectividad cerámicos de construcción que con la cantidad de calor absorbido resisten temperaturas altas a partir del horno de tratamiento la operación de alto pueden utilizarse dieléctricos voltaje/corriente reducida cerámicos de buena calidad en los minimizan el desgaste de los inyectores electrodos mientras se minimiza la reactividad química de especies de gas producidas; la DC y la frecuencia baja, AC de 2 fases (la cual puede no ser más de 60 Hz) las unidades de potencia son compactas y baratas el aparato y el método pueden múltiples inyectores y unidades de retroajustarse a cualquier horno o fuente de energía más complejas reactor convencional; pueden pueden requerirse en el caso de también utilizarse para mejorar el líneas de tratamiento térmico control del proceso y la seguridad industrial grandes, alargadas en hornos continuos, de extremo abierto ninguna corriente fluye a través la falta de colisión directa de de la carga de trabajo la cual se las especies de gas activado que requiere para tratar muchos caracterizan los métodos componentes electrónicos, ayuda a utilizando la parte de trabajo a simplificar el diseño del horno y medida que un electrodo reduce las las operaciones de producción y cinéticas de reacciones evita el tratamiento no uniforme superficiales anticipadas de los bordes de la pieza de trabajo y las características superficiales complejas
Se reconoce por aquellos expertos en la técnica que pueden hacerse cambios a las modalidades de la invención descritas anteriormente sin apartarse de los conceptos inventivos amplios de la misma. Se entiende, por lo tanto, que esta invención no se limita a las modalidades particulares descritas, sino se pretenden para cubrir todas las modificaciones las cuales están dentro del alcance total de las reivindicaciones.