Nei processi di trattamento termico, il controllo della concentrazione di idrogeno rappresenta un parametro strategico. I forni per il trattamento termico utilizzati in metallurgia per la ricottura, la tempra o la brasatura funzionano con miscele gassose composte principalmente da idrogeno (H₂) e azoto (N₂).
In questo contesto complesso, una soluzione di analisi adeguata diventa indispensabile per garantire qualità, sicurezza e conformità normativa.
L'uso dell'idrogeno nei forni per il trattamento termico è rigorosamente regolamentato da norme europee e internazionali volte a prevenire i rischi di esplosione e a proteggere gli operatori.
Ad esempio, la norma NF EN 746-3 relativa agli impianti termici industriali impone requisiti specifici per l'utilizzo dei gas combustibili, tra cui l'idrogeno. In particolare, essa definisce:
Questi requisiti garantiscono che l'immissione di idrogeno nel forno avvenga secondo procedure rigorosamente controllate, documentate e verificabili.
Ciò implica inoltre che il gestore garantisca la tracciabilità delle concentrazioni, la conformità degli strumenti di misurazione e la formazione del personale, al fine di mantenere un livello di sicurezza conforme agli obblighi normativi.
La misurazione dell'idrogeno in un forno per il trattamento termico deve affrontare un ambiente particolarmente estremo, con temperature che possono superare i 1000 °C, un'atmosfera ricca di polveri e notevoli variazioni di pressione. Queste condizioni rendono qualsiasi misurazione diretta difficilmente utilizzabile a lungo termine a causa delle sollecitazioni termiche e meccaniche a cui sono sottoposti i sensori.
A questi vincoli si aggiungono le variazioni dinamiche di concentrazione nel corso del ciclo termico. Ad esempio, un ciclo può iniziare con una concentrazione del 100% di H2 per poi essere progressivamente diluito fino al 10%, con l'azoto che contribuisce in tal caso alla stabilità e alla sicurezza del processo. La strumentazione deve quindi seguire queste transizioni con precisione, senza derive né tempi di risposta eccessivi.
Infine, l'affidabilità della misurazione dipende dalla capacità di prelevare un campione rigorosamente rappresentativo dell'atmosfera del forno, senza condensa né alterazioni della composizione.
Il prelievo e il trattamento del campione consentono di garantire che il gas analizzato rientri nei limiti operativi dell'analizzatore, assicurando così una misurazione precisa, stabile e realmente rappresentativa della concentrazione di idrogeno presente nel forno.
La padronanza di questa linea di campionamento rappresenta quindi una fase determinante e porta naturalmente a privilegiare una misurazione mediante un sistema estrattivo, di tipo «cold dry», specificamente adattato alle esigenze del processo.
Per rispondere a queste sfide, Fuji Electric adotta un approccio strutturato che si basa sull'analisi preliminare del processo e sull'integrazione di una soluzione completa di analisi dei gas, specificamente adattata al forno.
Ogni progetto inizia con un'analisi approfondita dei parametri di processo: composizione della matrice gassosa, intervalli di concentrazione dell'idrogeno, condizioni termodinamiche (temperatura, pressione) e vincoli di installazione.
Questa fase di progettazione consente di dimensionare la catena di campionamento, selezionare materiali compatibili con l'ambiente ad alta temperatura e definire le modalità di condizionamento che garantiscano la rappresentatività metrologica.
L'obiettivo è quello di progettare un sistema di misurazione ottimizzato che garantisca stabilità, ripetibilità e affidabilità durante l'intero ciclo termico.
La soluzione di analisi si basa su una sonda per alte temperature in grado di resistere fino a 1300 °C e di garantire un prelievo affidabile dal cuore del forno. È dotata di un filtro riscaldato e di un sistema di controflusso (aria o gas inerte) per ambienti fortemente polverosi.
Il gas prelevato viene quindi trattato da un sistema di condizionamento di tipo «cold dry» che comprende filtrazione fine, essiccazione e regolazione della portata. Questa fase garantisce che il campione rispetti rigorosamente i limiti operativi dell'analizzatore e mantenga una composizione rappresentativa dell'atmosfera reale del forno.
L'analisi viene effettuata mediante un analizzatore a conducibilità termica ZAF, tecnologia di riferimento per la misurazione dell'idrogeno, che offre una precisione del ±1% e un'eccellente ripetibilità, caratteristiche indispensabili per un monitoraggio affidabile delle variazioni di concentrazione durante il processo.
Grazie quindi a una progettazione su misura abbinata a strumenti ad alte prestazioni, la soluzione Fuji Electric garantisce una misurazione dell'idrogeno affidabile, continua e perfettamente adatta alle condizioni estreme dei forni per il trattamento termico industriale.
Prezzo al pubblico
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Progettazione e collaudo a cura dei nostri team tecnici
Assemblato a Clermont-Ferrand
messa in servizio da parte dei nostri team tecnici
Misura stabile e ripetibile
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