Title

UTILIZAÇÃO DE GÁS NATURAL EM TRATAMENTO DE SUPERFÍCIES DE AÇO

NATURAL GAS USE IN TREATMENT OF STEEL SURFACES

Authorship

Ferraz, André Dias; Machado, Antônio Rogério; Rocha, Ivan; Oshiro, Jorge Azevedo3 Hugo K.; Konishi, Ricardo; Piazza, Walter; Lehmkuhl, Willian

Ferraz, André Dias

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Machado, Antônio Rogério

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Rocha, Ivan

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Oshiro, Jorge Azevedo3 Hugo K.

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Konishi, Ricardo

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Piazza, Walter

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Lehmkuhl, Willian

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DOI

10.5151/2594-3626-20264

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Abstract

Tratamentos de superfícies demetais, dependem de processos sob altas temperaturas em atmosferas ricas em carbono, normalmente gerada através da oxidação parcial de um combustível como propano, butano ou metanol. Este trabalho apresenta um estudo onde se obteve a produção de atmosfera redutora, para o tratamento de superfícies de aço, originada de uma oxidação parcial de gás natural numa reação catalítica. A reação foi conduzida num reator de produção industrial de 300 mm de diâmetro e 1.500 mm de comprimento, revestido com catalisador de níquel suportado em alumínio. A qualidade do gás redutor é avaliada através do potencial de carbono (CP) da atmosfera. Este é obtido a partir das concentrações de monóxido de carbono, dióxido de carbono, oxigênio e metano. Os resultados mostraram que a concentração de CO ficou próxima do equilíbrio, enquanto que a de CO2 aumentou e a de CH4 diminuiu. Examinando o reator, chegou-se à conclusão de que existe uma temperatura axial gradiente, ocasionando um menor tempo de exposição na requerida temperatura de processo. Isso resulta numa menor decomposição de CH4 e menor produção de CO2. Um equilibrado cálculo do CP, expresso em porcentagem de carbono no ferro em função da temperatura e percentual do ar estequiométrico, foi desenvolvido para prever possíveis otimizações da composição da mistura e da temperatura de reação para certo CP dado. Conclusão: é possível gerar uma atmosfera redutora sob condições controladas, com os CP’s requeridos para a cementação de superfícies de aço, em processo industrial, utilizando-se GN e misturas de ar.

The surface treatments of metals, such as carburizing, rely on processing under high temperature in carbon rich atmospheres. The atmosphere is industrially generated using the partial oxidation of a carbon rich fuel, such as propane, butane or methanol. This article reports a study of the production of a carburizing atmosphere for surface treatment of steel from the partial oxidation of natural gas in a catalytic reactor. The reactor studied was a production size reactor with 300 mm of diameter and 1500 mm of length, packed with alumina supported nickel catalyst. The quality of the carburizing gas was evaluated from its carbon potential of the carburizing gas that was calculated from the concentrations of carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), oxygen (O2) and methane (CH4) measured at the reactor’s exit. The results indicate that CO concentration is very close to equilibrium, while CO2 is higher and CH4 is lower. Examining the reactor, the conclusion was that there was an axial temperature gradient, resulting in lower residence time under the required processing temperature. This resulted in smaller decomposition of CH4 and smaller production of CO2. An equilibrium calculation of carbon potential (CP), expressed as weight percent of carbon in iron, was developed to predict the possible optimizations of mixture composition and reactor temperature for a given required carbon potential. Conclusion: it’s possible to generate a carburizing atmosphere under well controlled and repeatable conditions for the carbon potentials required for surface carburizing of steels in industrial processing using natural gas and air mixtures.

Keywords

Gás natural; Tratamento de superfícies de aço.

Natural gas; Steel's surface treatment.