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[설비/장비]저항가열로에 사용되는 분위기 가스의 종류

2012-08-24 10:58:36

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※ 저항가열로에 사용되는 분위기 가스의 종류

1. 분위기 가스의 종류

침탄, 질화, 진공, Brazing, Nickellizing, Metallizing, 연료전지 열처리 및 광휘 열처리 등 광범위한 분위기 열처리에 사용되어지는 분위기 가스는 크게 단체가스 및 변성 가스로 구분되며 그 성능 및 제법은 아래와 같다.

▣ 단체가스

종 류	성 질	제 법	순 도
질 소 Nitrogen	고 순도 불활성	공기 ( 0₂ -20% / N₂ -80%)를 압축 액화시켜, 비점차를 이용하여 N 2 를 분리	99.99% 이상
질 소 Nitrogen	불활성	공기를 3kg/cm 3 으로 압축시켜 수분과 O₂ 를 제거 한 뒤 탄소분자로 다시 O₂ 를 제거하여 얻는다.	95-99.5% 이상
수 소 Hydrogen	강 환원성	탄화수소가스의 수증기 재질 또는 수소분해에 의해 얻는다.	99.9% 이상
수 소 Hydrogen	초강 환원성	강 환원성 H₂ 를 함유한 미량의 O₂ 를 촉매를 사용하여 H₂O 로 만들고 다시 활성 Alumina로 제거하여 얻는 제법	99.99% 이상
Argon	초고 순도 불활성	공기를 냉각 분리 할 때 얻어진 95-98% Ar보다 O₂ N₂ H₂를 Zeolite 사용으로 제거 정재하여 얻는 제법	99.999% 이상

▣ 변성가스

종 류	가스의 성질	가스 성분, 순도	용 도
암모니아 분해가스	강 환원성	H₂75% (체적) N₂25% 나머지 NH₃10ppm 이하 노점 -50 ℃에서 -70 ℃	중 고탄소강 합금강의 광휘처리, 소 순 소결, 스테인레스 강의 광휘 소순 및 각종 은(Silver) 열처리
흡습형 변성가스	강 환원성 강 침탄성	H₂ 30-38% CO 20-23% CO₂ 0.1 - 0.5% N₂ 나머지 노점 10 ℃에서 5 ℃	중 고탄소강의 소순, 침탄, 강의 침 탄 및 각종 광휘처리
발열형 변성가스	약 환원성	H₂ 9.5-12.5% CO 7.5-10.5% CO₂ 5 - 7.5% N₂ 나머지 노점 10 ℃에서 5 ℃	저탄소 합금강의 소결 및 동합금강의 열처리
발열형 변성가스	중성/불활성	H₂ 1.5-2.5% CO 1.5-2.5% CO₂9 - 15% N₂나머지 노점 15 ℃에서 10 ℃	동 및 동합금강의 무산화 소순 및 불 활성가스 이용하여 爐內 분위기 치환 등 각종 화학 Process에 사용

▣ 주요가스의 물질적 성분

	OXYGEN ( O₂)	NITROGEN ( N₂)	ARGON ( Ar )	HELIUM ( He )	CARBON DIOXIDE ( Co₂)	HYDROGEN ( H₂)
분자의무게 Molecular Weight	32.000	28.013	39.948	4.003	44.01	2.016
색상 Color	없음	없음	없음	없음	없음	없음
비중 Spec. Gravity	1.105	0.9669	1.395	0.138	1.53	0.0695
밀도 Density	0.08281	0.07247	0.1034	0.01034	0.1146	0.005209
끓는점 Boiling Point	-297.32	-320.45	-302.55	-452.13	-109.35	-423.0
Heat of Vaporization	91.7	85.85	70.19	8.99	246.6	191.7
위험 압력 Critical Pressure ( psi )	736	429.9	710.4	33.2	1071.6	190.8

2. 가스의 분류

- 물리적인 상태에 따른 분류 : 압축가스, 액화가스, 용해가스 
- 가스의 성질에 따른 분류 : 가연성가스, 조연성가스, 불연성가스
- 유해성 여부에 따른 분류 : 독성가스, 비독성가스

∎ 물리적 상태에 따른 분류

가스란 기체상태의 물질을 말하는데 저장·취급하는 상태에 따라서 압축가스, 액화가스, 용해가스의 3가지 종류로 구분한다. 즉 가스가 저장 또는 존재하고 있는 가스의 형상으로 분류한 것이다.

압축가스

압축가스는 상용의 온도에서 압력이 1MPa 이상이 되는 가스가 실제로 1MPa 이상이거나, 35℃에서의 압력이 1MPa 이상이 되는 가스로, 수소(H₂), 산소(O₂), 질소(N₂), 메탄(CH₄)과 같이 비점(끊는점)이 낮기 때문에 상온에서 압축하여 액화하기 어려운 가스를 단지 상태변화 없이 압축한 것을 말한다. 압축가스를 판매할 목적으로 용기에 충전할 때, 이들 압축가스의 압력은 약 12MPa 이다.
액화가스

액화가스는 상용의 온도 또는 섭씨 35도의 온도에서 0.2㎫이상이 되는 가스가 실제로 그 압력이 0.2㎫ 이상이거나 0.2㎫이상이 되는 경우의 온도가 35℃이하인 가스로, 프로판(C₃H8 ), 염소(Cl₂), 암모니아(NH₃), 탄산가스(CO₂), 산화에틸렌(C₂H₄O) 등과 같이 상온에서 압축하면 비점(끊는점)이 다른 가스에 비해 높아 압력을 가하면 쉽게 액화되는 가스이다. 액화가스는 액화시켜 용기에 충전한 것을 말하며, 용기 내에서는 액체 상태로 저장되어 있다. 단, 액화가스중 액화시안화수소, 액화브롬화메탄 및 액화산화에틸렌은 35℃에서의 압력이 0㎩을 초과함
용해가스

용해 가스는 15℃에서의 압력이 0㎩을 초과하는 가스로, 아세틸렌(C₂H₂)을 예로 들 수 있다. 매우 특별한 경우로서 압축하면 분해 폭발하는 성질 때문에 단독으로 압축하지 못하고, 용기에 다공물질의 고체를 충전한 다음, 아세톤과 같은 용제를 주입하여 이것에 아세틸렌을 기체 상태로 압축한 것을 말한다.

∎ 가스의 성질에 따른 분류

가연성 가스

가연성 가스란 공기(산소)와 일정량 혼합되어 있는 경우 점화원에 의해 점화되어 연소 및 폭발이 일어나는 가스이다. 가연성 가스의 종류에는 아크릴로니트릴ㆍ아크릴알데히드ㆍ아세트알테히드ㆍ아세틸렌ㆍ암모니아ㆍ수소ㆍ황화수소ㆍ일산화탄소ㆍ이황화탄소ㆍ메탄ㆍ염화메탄ㆍ브롬화메탄ㆍ에탄ㆍ염화에탄ㆍ염화비닐ㆍ에틸렌ㆍ산화에틸렌ㆍ프로판ㆍ싸이크로프로판ㆍ프로필렌ㆍ산화프로필렌ㆍ부탄ㆍ부타디엔ㆍ부틸렌ㆍ메틸에테르ㆍ모노메틸아민ㆍ디메틸아민ㆍ트리메틸아민ㆍ에틸아민벤젠ㆍ에틸벤젠 등이 있다.

가연성가스는 폭발한계(공기와 혼합된 경우 연소를 일으킬 수 있는 공기 중 가스농도의 한계를 말함)의 하한이 10% 이하인 것과 폭발한계의 상한과 하한의 차가 20% 이상의 것을 말하며, 하한이 낮을수록 상한과 하한의 폭이 클수록 위험한 가스라 할 수 있다. 가연성 가스는 산소와 같은 조연성 가스가 있어야 연소나 폭발로 이어질 수 있다. 순수한 천연가스나 LP가스는 점화원이 있어도 연소나 폭발이 일어나지 않는다. 이러한 가연성 가스가 조연성 가스와 적당히 혼합되면 연소, 폭발이 일어날 수 있는데, 이 범위를 연소범위, 연소한계, 폭발범위라고 한다. 이 범위(한계)는 공기와 가연성 가스의 혼합물 중의 가연성 가스의 부피(용량)%로 표시되며, 연소할 수 있는 가장 높은 농도 범위를 상한이라 하며, 최저 농도를 하한이라 한다.
조연성 가스

조연성 가스는 산소, 공기 등과 같이 다른 가연성물질과 혼합되었을 때 폭발이나 연소가 일어날 수 있도록 도움을 주는 가스를 말합니다.
불연성 가스

불연성 가스는 질소, 아르곤, 탄산가스 등이며, 그 특징을 보면 스스로 연소하지 못하며, 다른 물질을
독성가스

독성 가스는 인체에 유해성이 있는 가스를 말하며, 법적으로 허용농도가 100만분의 200 ppm 이하인 가스를 말한다.
예로는 아크릴로니트릴ㆍ아크릴알데히드ㆍ아황산가스ㆍ암모니아ㆍ일산화탄소ㆍ이황화탄소ㆍ불소ㆍ염소ㆍ브롬화메탄ㆍ염화메탄ㆍ염화프렌ㆍ산화에틸렌ㆍ시안화수소ㆍ황화수소ㆍ모노메틸아민ㆍ디메틸아민ㆍ트리메틸아민ㆍ벤젠ㆍ포스겐 등이 있다.

3. 소재의 열처리별 추천 분위기 가스 ( Powder Metallurgy )

■ Recommended Atmosphere For Powder Metallurgy Applications

	MATERIAL	H₂	N₂	Disso- ciated Ammonia	Reformed Hydro- Carbon	Argon	He	Vacuum	Air
Annealing	Copper	■	■	■	■	■	■
	Iron Carbon	■	■	■
	Iron- Electrolytic	■	■	■
	Steels - Low Carbon	■	■	■	■
	Steels- Medium Carbon		■		■
Carburizing	Iron				■
Heat Treatment	Steel Carbon		■		■
Heat Treatment	Steel Copper		■		■
Reducing Oxides	Cobalt	■	■	■
	Iron	■	■	■
	Molybdenum	■	■	■
	Nickel	■	■	■
	Steels- Carbon & Alloy		■		■
	Steels-Stainless	■	■	■	■
	Tungsten	■	■	■
Sintering	Beryllium					■	■	■
	Brass	■	■	■	■
	Bronze	■	■	■	■
	Carbide Of Refractory	■	■			■	■	■
	Copper	■	■	■	■
	Iron	■	■	■	■			■
	Iron-Copper	■	■	■	■			■
	Aluminium	■	■	■		■	■	■	■
	Metal Ceramic Combination					■	■	■
	Molybdenum	■	■	■		■	■	■
	Nickel	■	■	■	■
	Silver	■	■	■	■
	Steels Carbon-Alloy		■		■			■
	Steels-Stainless	■	■	■		■	■
	Tantalum					■	■	■
	Titanium					■	■	■
	Thorium					■	■	■
	Tungsten	■	■	■		■	■	■
	Tungsten Alloy	■	■	■		■	■	■
	Uranium	■				■	■	■
	Zirconium					■	■	■

* 자료발췌 - Metal Powder Industries Federation In USA

4. 저항가열시 각종 분위기 하에서의 최대 허용온도

	Source	Dew Point	발열체별 최고 사용온도 0 F
	Source	Dew Point	35 Ni 20 Cr 45 Fe	80 Ni 20 Cr	Moly	Tungsten	Silicon Carbide	Graphite
H 2	H 2 O (Water) 전해가스 Purified	-80	1800	2050	3400	4500	2100	4000
	압축가스 Purified	-80	1800	2050	3400	4500	2100	4000
	Hydrocarbon 촉매가스 Dried	-100	1800	2050	3200	4500	2100	4000
	액화가스	-84	1800	2050	3400	4500	2100	4000
N 2	Bottled	-60	1800	2100	3000	3000	2400	5000
N 2 /H 2 Mixtures	Dissociated D교	-51 to -	1800	2050	3200	4500	2100	4000
	Burned Dissociated	+70 to +90	1800	2150	3000	3000	2350	N/R
	촉매가스 Ammonia & Air	+70 to +90	1800	2100	3000	3000	2350	N/R
Reformed Hydro- Carbon	Exothermic Gas	+40 to +60	1800	2150	N/R	N/R	2350	N/R
Reformed Hydro- Carbon	Endothermic Gas	-10 to + 10	1800	2000	N/R	N/R	2350	N/R
Argon	Bottled	-73	1800	2100	3200	4100	2600	5000
Helium	Bottled	-73	1800	2100	3200	4100	2600	5000
Air			1700	2100	N/R	N/R	2600	N/R

NR : Not Recommended : 추천하나 수명이 짧아질 수 있음  : O2가 없는 상태일 경우
* 자료발췌 - Metal Powder Industries Federation In USA

[출처 : 템프 ] 저항가열로에 사용되는 분위기 가스의 종류


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