Jak správně rozlišit LPC III

Jak jsem již popsal v předchozích částech, aby nám LPC správně fungovalo, a to jak s ohledem na vrstvy, tak i na stav pece, musíme dodržovat určité zásady. Z mých osobních zkušeností vím, že není zas tak velkým problémem nacementovat pár kusů v peci, to jsem svedl i já v roce 1989 na pecích RDVA, které v té době začal vyrábět ZEZ Praha. Další moje zkušenost přišla v době, kdy jsme potřebovali v roce 2000 vybrat zařízení pro cementaci vačkových drah pro Poclain Hydraulics. Ty už jsme testovali na profesionálně vyrobených zařízeních. Začal jsem ale být ostražitý, když u jedné testovací pece mi řekli, že každý týden z cementační komory musí odstranit uhlíkové nánosy a dehet.  A ne malé množství.

Jak je to možné? Část jsem popsal v předchozích kapitolách. Použití jiných plynů než C2H2 nemá smysl, protože na rozdíl od acetylénu, který se rozkládá katalyticky, se rozkládají termicky, v objemu pece. Jsou tedy zdrojem uhlíku, který nemá spotřebu a ten se usazuje v peci. To, že v dané době firmy nabízeli etylen, propan, směsi plynů, vyplývalo z patentové ochrany. Pamatuji si jednání ohledně nákupu zařízení s LPC. Na moji otázku, proč používají propan a ne acetylén, byla odpověď: je to patentově chráněno, nicméně až vám to dodáme, tak si tam klidně dejte lahev acetylenu.

Doba se změnila. V podstatě už všichni jsou jen na čistém acetylénu.

Rovněž už víme, že pokud sytící perioda trvá déle jak 2 minuty, ztrácí smysl. V peci se nám srovná aktivita atmosféry a povrchu oceli, a s nulovým gradientem pouze dodávám plyn s uhlíkem, který opět nemá spotřebu. Další pravidla pak platí pro celkový tlak, rychlost proudění, směr proudění a jeho optimalizace uvnitř komory atd.

Pokud systém pro LPC je dotažen do dokonalosti, netvoří se nám v peci sekundární etylén z reakce C2H2 + H2, a nemáme pak problém s vylučováním sazí.

Ani to ale nestačí. Dalším zdrojem znečištění topné komory je kalící olej. Jednak z důvodu pronikání olejových par z kalící komory do komory topné, jednak zanášením oleje přes transportní mechanismus. Dochází tedy k fyzikální kontaminace komory uhlovodíkovými parami z kalicího oleje. Tyto dva jevy se často sčítají a společně způsobí vznik lepkavých uhlíkových kondenzátů (tzv. tar, soot, polymerized carbon) na stěnách, topných elementech a difuzorech.

Po kalení se v kalicí komoře uvolňují olejové páry (CₙHₘ), které se dostanou zpět difuzí nebo prouděním do ohřevné komory. Tyto páry např. z minerálního oleje, polyalkylenových glykolů, esterů mají nižší teplotu rozkladu, 300–600 °C, než acetylen.

Na horkých površích topných článků z grafitu, nebo po površích keramik dochází k pyrolýze těchto těžkých uhlovodíků a vzniká dehet / saze. Pokud se tyto vrstvy překryjí vrstvou z pyrolýzy etylenu, tvoří vodivý, izolačně nestabilní povlak, který ničí topné články nebo termočlánky.

Typickým projevem jsou usazeniny černé barvy na izolacích, lepivé povlaky na stěnách pece, nebo zpětná kontaminace kalícího oleje.

Abychom těmto jevům zabránili, musíme ctít určité zásady při konstrukci pece pro LPC

• Musíme mít kvalitní vakuový uzávěr mezi topnou a kalící komorou, zabraňující kontaminaci topné komory kalícím olejem
• Oddělený zavážecí systém do topné komory od výtahu, který zamáčí horkou vsázku do oleje. S každým zajetím transportního systému, kontaminovaného kalícím olejem, můžeme zanést zbytky oleje do topné komory
• Proplach kalící komory dusíkem tak, aby před otevřením vakuového uzávěru topné komory byl omezen přenos olejových par.
• Při samotném kalení musí být nad hladinou oleje určitý tlak dusíku, zlepšující jednak ochlazovací křivku oleje, jednak snižujícímu odpar oleje
• Na vakuových čerpadlech musí být instalovány olejové kondenzátory zachycující olejové páry, bránící jejich recirkulaci do procesní komory.
• Měla by být zajištěna inertizace přívodních plynových potrubí dusíkem tak aby se zabránilo zpětnému znečištění vzduchem
• Mělo by být aplikováno periodické vypalování topné komory při teplotě nad 900 C a tlaku menším jak 10 pascal.
• Měly by být používány kalící oleje s minimální tenzí par, tak, aby se zabránilo jeho odpařování

Z hlediska údržby topné komory se doporučuje:

• Každých 100–150 cyklů: vizuální kontrola vnitřku, měření odporu výhřevů.
• Každých 500 cyklů: „burn-off“ čištění.
• Každých 1000 cyklů: čištění sacího potrubí vývěv.
• Jednou ročně: výměna filtrů a těsnících prvků ve styku s atmosférou pece a výměna trysek

Tento problém zcela odpadá u zařízení typu ECM Flex nebo Jumbo, nebo ModulTherm od ALD s kalením do oleje. Proč? Protože kalící komora s olejem není vázána na komory cementační, transportní systém je vždy 100% oddělen od systému zamáčení do oleje.

Náš problém je tedy vázán spíše na dvou nebo tříkomorová zařízení, kde je jednak vakuové propojení, a jednak komory propojuje transportní systém. Tady lze říct, že každý to má jinak. Pokud tedy chcete vybrat nové zařízení na LPC, musíte asi klást ty správné otázky při zadání. Ne všechno, co vypadá stejně je stejné.

I když budu nařčen z podjatosti, z toho co vím dnes,  jsem si jistý, že ECM má tohle nejlépe rozmyšleno. Vše co jsem uvedl vyplývá i s diskuzí se zákazníky, nebo specialisty od ECM. Problém nastává tehdy, když zákazník tomu má uvěřit. A tady obvykle najednou dojde ke zvratu. Zákazník si raději nakonec koupí pec jen proto, že soused ji má taky. Vždyť přeci jen, LPC je všude stejný. A to že ten soused 2x za rok vyhazuje kompletně topení, no to je přeci jen asi nějaká mimořádnost, která se nás týkat nebude. A ten soused, no ten už se dávno smířil s tím, že s tím problémem bude žít dalších 20 let.

Když tedy pominu vše výše uvedené, ECM se dnes blíží s počtem instalovaných cementačních komor k číslu 2000. To hovoří samo za sebe.

Jiří Stanislav

07. listopadu 2025