滴注式气氛的制备原理及碳势
几种可控气氛的产气原理碳势调节和安全事项

几种可控气氛的产气原理、碳势调节和安全事项一、原理介绍1. 氧化3Fe+2O2→Fe3O4(570℃以下) ※预氧化2Fe+O2→2FeO(570℃以上)4Fe+3O2→2Fe2O3(氧化皮) 2. 脱碳Fe3C+O2→3Fe+CO2 C(γ-Fe)+O2→CO2 3. 氧化还原反应Fe+H2O←→FeO+H2 3FeO+H2O←→Fe3O4+H2 ① ※高速钢刀具蒸气处理K1=[H2]/[H2O] [H2]/ [H2O]>K1 逆向进行; [H2]/ [H2O]<K1 正向进行LgK=△F°/4.575T,K:平衡常数,T:反应温度, △F°:反应在标准状态下自由能的变化4. 脱碳增碳反应C(γ-Fe)+CO2 ←→2CO ② K②=[CO]2/[CO2 ]ac ac=[CO]2/ K②[CO2]C(γ-F e)+H2O ←→CO+H2 ③ K③=[CO][H2] /[H2 O]ac ac=[CO][H2]/K③[H2O]C(γ-Fe)+2H2 ←→CH4 ④ K④=[CH4]/[H2 ]2ac ac=[CH4]/ K④[H2] 2C(γ-Fe)+1/2O2 ←→CO ⑤ K⑤=[CO] / [O2 ] 1/2ac ac=[CO]/K⑤[O2]1/2 ac-碳在奥氏体中的相对浓度,又称碳活度 5. 炉气氛内部的化学反应:水煤气反应CO2+H2←→CO+H2O ⑥ K⑥=[CO] [H2O]/[CO2][H2]※ 因此,只要控制气氛组分的分压或体积百分浓度,就可控制反应进行的方向.不仅保护工件不氧化、不脱碳而且还可以实现增碳(渗碳),故此类气氛叫可控气氛为妥.所谓碳势控制就是控制这些炉气组分间的相对量.如在Rx气氛中由于燃料气体和空气的比例实际上在一个很小的范围内变化,所以H2、CO2的量基本不变,要控制炉气的碳势只须改变其中的微量组分CO2、H2O有一定的对应关系,因此只要控制H2O或CO2或者O2(因为O2与H2O、CO2也有对应关系).控制任意一个因子的分压即可达到控制碳势的目的。
滴注式气氛在连续气体渗碳工艺中的应用

C OH- C +2 H3 - O -  ̄ H2
液体的滴注量, 从而调整、控制炉内的Fra bibliotek势。液体直接
滴人炉膛 ,液体在炉 内滴注 口的位 置至关重要 ,液体 滴 人炉内 ,如果不 能立 即分解或分解 不充分 ,将会导致 炭 黑的形成及零件渗层 的不均匀 。将滴注 口设 计在风扇 的 上方, 利用 风扇将液体打散 ,使有机液 体迅速 、充分 的
液体渗碳剂 的储液 罐及通 到 炉前 的管 路选 用 不锈 钢材 料, 这样一方面耐腐蚀 ,另一 方面避免 因管路 锈蚀而导 致 的液体流动不畅 ,造成炉内滴注不稳定的缺陷。 ()设备改造 2 对于连续气体渗碳炉 ,过去采用 的
并保证 炉内为正压力 。要缩 短此阶段 的时间 , 要在较 需 低的温度开始滴 注,故裂解温 度一定要低 ,形成 炭黑 的 倾 向一定要小 ,在高温下分解产物主要是 c O和 H ,并 2
1 试验方法及设备 .
()配套设 施的设计 与安装 1 此项 目很重要 的一部 分工作就是丙烷气站 的改造 。新方案设计选 用两种 液体 渗碳剂 的储备 装置 ,利用 自身压 力滴 人 炉 内的 管路设
2 滴注剂的选择 .
()分解后作为稀释气氛液体 的选择 1 分解后作 为
稀释气氛的液体,其碳与氧原子之比应 ≥1 ,最好是等
有机化合物 , 这类化合物有醇、酮、酯和醚。其化学反
应式 如下 : 乙醇 c 5 l ] H +c 2 O H c +3 2 O
异丙醇
cHO 2 c + H + 0 37 [ ] 4 2 c
目 星 z 塑 垒 旦
w w . 埔 脚 . on 口’ H 疗 ci.
缸槭l  ̄n J j - r
保护气氛

小结
可控气氛热处理炉的优越性如下: (1)实现无氧化无脱碳与增碳热处理,因而提高钢件的表 面质量及机械性能,减少零件的加工余量和钢材的烧损量, 因此能节省工时及能耗,节约金属材料。 (2)实现可控渗碳,可以精确地控制零件表面的含碳量、 碳浓度梯度和渗碳层厚度,因而提高了渗碳零件的机械性 能,稳定渗碳工艺的质量。 (3)实现特殊的热处理工艺,如硅钢片的脱碳退火,轧制 钢材的复碳退火等。 (4)实现机械化与自动化,提高劳动生产率,改善劳动条 件。 总之,可控气氛热处理炉目前已成为一种先进的加热设 备。尤其是在可控气氛的应用方面可作为衡量一个国家热 处理技术发展水平的重要标志。
吸热式气氛原料理论反应式组成注释co甲烷丙烷丁烷257510ch102o202324403129404647实际气氛中尚含在发生器中把天然气液化石油气等气体与一定比例的空气混合当空气量较少时混合气体先部分燃烧再通过加热到高温1000以上的催化剂使混合气体的未燃部分热裂解吸热反应而制得
一、可控气氛热处理简史。
可控气氛的种类与制备
用于热处理的可控气氛种类很多,按照制备可控气氛的原 料气(液)不同,可控气氛分为四类:以原料气制备的、以 有机液体制备的、分离空气制备的、瓶装高纯气体。 目前常见的可控气氛有(以原料气制取可控气氛分)放热 式气氛、吸热式气氛、滴注式气氛、氨分解气氛、氨燃烧气 氛、氮基气氛等。
吸热式气氛
滴注分解气氛
使钢表面的碳浓度可以控制的滴注式渗碳所产生的分解气也属于可控气 氛。这就是60年代初期提出的卡博马格法。其原理是:往炉中滴入两种有机 液体,在炉中发生热裂解,以一种液体(如甲醇)的热裂解气作为运载气体, 以另一种(如醋酸乙酯)的热裂解气作为富化气体来实现钢的渗碳,并靠调 节第二种液体的滴入量来达到控制炉气碳势的目的。这种方法的优点是不用 气体发生炉,设备结构简单,适于批量生产。
热处理炉内气氛控制

南京工程学院教案【教学单元首页】第17-18 次课授课学时 4 教案完成时间:2013.2第九章热处理炉内气氛及控制研究炉内气氛目的:1)防止工件加热过程氧化、脱碳;2)对工件进行化学热处理。
§9.1热处理炉内气氛种类(P124-129)热处理炉内气氛即炉内气体介质,主要有空气、真空和可控气氛等。
可控气氛指成分和性质可适当控制的气体,包括反应生成气氛、分解气氛和单元素气氛,在热处理炉生产中常用可控气氛包括吸热式气氛、放热式气氛、氨分解气氛、滴注式气氛、氮基气氛和氢气等。
P124什么是可控气氛?一.吸热式气氛定义:燃料气与少于或等于理论空气需要量一半的空气在高温及催化剂作用下,发生不完全燃烧生成的气氛。
因反应产生的热量不足以补偿系统的吸热和散热(即不能维持反应温度),须借助外部热量维持反应的进行,故称为吸热式气氛。
成分:吸热式气氛主要成分是H2、CO和N2,还有少量的CO2和CH4。
用途:1)吸热式气氛碳势约0.4%,对低碳钢是还原性和渗碳性气氛。
2)吸热式气氛主要用于渗碳载气、中高碳钢加热时的保护气氛(光亮淬火),但不宜作为高铬钢和高强度钢的保护气氛,因为碳与铬反应生成碳化物会使高铬钢贫铬;气氛中的氢易导致高强度钢氢脆。
3)吸热式气氛经过再处理除去CO和CO2后获得的以H2和N2为主的气氛可用于不锈钢和硅钢光亮加热保护气氛。
(见P124表10-2)二.放热型气氛定义:原料气与理论空气需要量一半以上的空气不完全燃烧的产物。
因反应放出的热量足以维持反应进行而不需外加热源,故称为放热型气氛。
成分:放热型气氛主要成份是N2、CO、CO2。
为提高气氛还原性,常再进行净化处理,以除去其中氧化性成分CO2和H2O。
通过改变空气和燃料气比以及净化处理,可在较宽范围内改变气氛成分和性质,一般又把这类气氛分为淡型(混合气中加入较多空气)、浓型(混合气中加入较少空气)和净化型(净化处理的放热式气氛)三种。
气氛性质:视气氛成分、工件含碳量和工作温度而定。
滴注式渗碳气氛组成与碳势的关系

滴注式渗碳气氛组成与碳势的关系
使用滴注式渗碳(Drop-by-drop Carbonation)的气氛组成与碳
势的关系是一个有趣的研究课题,并也是若干领域中最主要使用的技
术之一。
碳势是指碳对质子(CH₃)的结合可能性,通过在碳影响下通过
在气氛中添加滴注式渗碳时,气体组成会发生不同的变化。
由于气体
的分子结构,当碳沉积是气体中的温度会上升,而在有限的温度范围内,随着温度的增加,吸附的气态分子间的拉力就会减弱。
此外,滴
注式渗碳进程下碳(CH₂)作用于温度上限也会降低,因此会增加气
体的体积,这样就会改变气氛的组成。
此外,滴注式渗碳会增加气氛中氧气的含量,从而影响碳势,使
气体中碳分子结合尽可能地达到最大值。
由于气体温度和压力有关,
随着温度的升高,气体会改变状态,这就使滴注式渗碳与碳势之间的
关系发生变化。
综上所述,滴注式渗碳的气氛组成与碳势的关系由温度、添加的
碳以及氧气含量等多种因素决定,因此,要正确预测两者之间的关系,需要对各因素之间有全面的理解。
由此可见,滴注式渗碳对碳势以及
气氛组成的影响是显著的,对于研究其中的机理以及预测未来影响具
有重要意义。
滴注式气氛在热处理中的应用研究

钢铁 零 件 在 一 般空 气 炉 中加 热 , 会发 生 氧化 和 脱碳 。加热时 的 氧化 不 仅 造成 材料 的 损耗 , 而且 影
使用的设备有管式裂解炉和气体渗碳炉。裂解 炉( 1的裂化管由 1 r8 i钢制成 , 图 ) C lN 9 触媒用废 的 c — 电阻丝和碎高铝砖块。甲醇和乙醇按一定配 r 比混合后滴入温度为 90 3 ℃的裂化管内, 裂化气体 出 炉后迅速经水冷套冷至室温通人渗碳炉内。渗碳炉 风扇轴采用水冷迷宫 式密封装置。试 验用钢种 有 2 、5和 1 04 ’ 。滴 注 剂 选 用工 业 甲醇 ( 度 > 8钢 纯 9 %) 8 和工业用乙醇( 纯度>9 %) 5 。
c n e t t nm y b o t ld. o cn r i a o a ecn r l oe
K yw0出 : D一 [e ig am op ee cr o oe t lonm L beclo t sh r e tt O n t e r d) e dn t s h r ;a b n p tn i o t ] aJ n amo p eeh a / f e a L a o  ̄ n
响零件的表面质量 ; 脱碳使零件 的耐磨性 、 强度 、 尤 其是疲 劳强度显著 降低 . 缩短 了零件 的使用寿命 。
可 控 气氛 在 热处 理 中 的应 用 , 有 效 地 防止 零件 在 能
加热过程 中的氧化脱碳 , 对零件在热处理 中的变形 和开裂倾 向也有所改善 , 并且在化学热处理中采 用 可控气氛还 可以准确控 制表面渗入元素的浓度 , 提 高渗件质量。可控气氛热处理 目前在我 国使用 尚不
滴注式气体渗碳碳势控制_王晨
渗碳是使钢铁表面硬化的一种化学热处 凿 岩 机 械 气 动 工 具 ,2009(1)
理工艺。气体渗碳,特别是滴注式气体渗碳在
工业生产中应用最广。
钢件在吸热式气氛中加热时, 会产生如
下的可逆反应
2CO →Feγ(C) + CO2 CO + H2→Feγ(C) + H2O CH4 → Feγ(C) + 2H2 所谓气氛的碳势, 是指在一定温度下气
热处理质量的在线控制技术中温度、时间 和炉气成分是最基本的控制参数。 在温度控制 方面, 国内外已广泛采用可控硅控温技术,结 合 PID 仪表可使加热过程的温度控制在相当 精确的范围。 在炉气控制方面,国内外都经历 了 一 个 露 点 法— — —红 外 仪— — —氧 探 头 的 发 展 过程。 目前在滴注式气氛中渗碳,利用氧探头 作传感器,在严格控制炉温和炉气良好循环的 前提下可以使炉气碳势(钢表面含碳量)达到± 0.05~0.02%的精度。 利用微处理机,现在国内外 都可以实现表面碳含量、渗层深度、渗层碳浓 度梯度按一定规律分布的在线控制。
如果此值与给定值不相符合则二次仪表就能通过调节器使执行机构可逆马达和调节阀改变流人发生炉的气体混合比调节二次空气量或二次原料气量使反应气成分发生变化达到所要求的给定值这样就实现了碳势自动控制
滴注式气体渗碳碳势控制
王晨
(西北矿冶研究院 钎具厂,甘肃 白银 730900)
摘要:介绍了碳势控制原理,论述了目前国内使用的碳势测量与控制仪原理,
阴极 O2 + 4e -→2O2阳极 2O2- - 4e -→O2 这样,由于氧的浓度差,在两极间产生电 动势 E。 在一定温度下,根据所检测出的电动势, 即可求出被检测炉气中的氧分压或氧势。 如果采用氮基气氛做保护气氛,这时就 不是进行炉气的碳势控制,而是控制炉气的 氧化还原反应,亦用氧传感器监测或控制炉 气的氧势。 图 3 是应用氧传感器的控制系统。 氧传 感器有端部开孔的碳化硅保护套管,状似热 电偶形状,由于它能直接插入炉内测出炉气 的氧势,因此能迅速地了解炉气的渗碳性或
密封箱式多用炉炉气成份分析与碳势控制
学位论文作者签名: 梁海林
指导7 日
日期: 2007 年 2 月 27 日
密封箱式多用炉炉气成份分析与碳势控制
第一章 绪论
第一章 绪论
1.1 引言
热处理制造技术是制造业中十分重要的基础工艺技术。随着计算机的发展,人 们利用计算机参加热处理过程的自动控制,模型计算和工艺,结果的预测和模拟,使 得热处理这门古老的艺术又焕发了青春。人所共知,由相同材料所制成的零件在性能 上有可能存在很大的差异。而这就是热处理的奥妙所在。 “搞好热处理零件一项顶几” 的事例屡见不鲜。21 世纪制造业已经非常发达,各种仪器,汽车,机械零件的热处理 已经被视为制造业提高竞争力的核心要素。在国外,很多公司均是投入大量的人力, 物力,研究新的热处理工艺,美国能源部甚至提出在 2020 年实现热处理零畸变的远 景规划。 然而国外对研究成果的高度保密, 所以自主研究更加具有经济意义。 在国内, 厂家重产品、轻工艺,重产能、轻质量,重控形、轻控性。热处理与表面改性被视为 “很小的行业”而被边缘化。这样造成的结果是:标准件高速冷镦机模具寿命只及国 外几分之一,几乎全部依赖进口。并且各种加工中心的刀具几乎全部依赖进口。高档 轿车中的传动齿轮依赖进口或根据国外提供的技术和设备进行热处理。 国产重载减速 箱齿轮早期损坏事故不断。国产石油机械整机重量比国外重 20%。国产注塑机螺杆寿 命仅及进口的几分之一,以致整机售价仅及进口的 1/8。由此可见,提升我国热处理 质量,不仅有着重要的现阶段经济发展利益,而且为我国提供未来在工业领域的核心 竞争力量。[1] 近 10 年来,可控气氛热处理是我国热处理行业发展的主要趋势之一。随着热处 理要求进一步提高,现在国内密封箱式炉已经应用广泛,有取代传统井式炉的趋势, 但是密封箱式多用炉核心技术却一般由国外公司掌握。 国内可控气氛研究讨论的关键 点集中在渗碳气氛,碳氮共渗气氛中的炉气碳势计算,包括理论上碳势控制的碳势计 算,气体平衡和非平衡反应的碳势计算等。然而由于实际炉气成分的复杂性,使得控 制精度有一定的限制。[2,3]在这样的情况下,急需对现有的这些应用普遍的可控气氛 密封箱式炉型炉气成份以及碳势进行深入的研究。
第十章 可控气氛热处理炉
§10-2 可控气氛的控制方法
一、气氛的选择与搭配
实现可控气氛热处理,除必要的热处理炉外,选择合理的可 控气氛及其控制是十分重要的。 针对具体工艺科学地设计和选用适当的炉用气氛通常的出发 点: 加速工艺过程 提高产品质量
1、气氛的选择
热处理气氛已有很多,选择时应考虑: 1)选择能加速化学热处理过程的气氛 渗碳过程中,碳的传递系数随 CO %×H2 %的含量而增大, 因此,适宜的渗碳气氛要求含有足够数量的 CO和H2,能满足该 要求的渗碳气氛常用的有吸热式气氛、甲醇裂化气、煤油和空 气等。
可控气氛主要由CO、H2、N2和少量的CO2,H20和CH4、CnHm 等气体组成。其中, CO、H2、 CH4、CnHm属还原形气体;CO2, H20属氧化性气体,会引起钢的脱碳;N2属中性气体。 体系中氧化性气体与还原性气体、增碳性气体与脱碳性气 体组分间的数量关系,即CO/ CO2、 H2/ H20、CH4/ H2、(CO) ×(H2)/ H20等,决定了体系中反应进行的方向。 碳势控制,也就是控制这些炉气组分间的相对量。
Fe氧化生成FeO,CO2浓度降低,同时CO浓度增加,钢件氧化。 KP>2.486,即 (CO)/(CO2)>2.486 ;反应向左进行,发生还原作用,钢件不氧 化。
结论:钢在CO2-CO气氛中是否发生氧化,取决于(CO)/(CO2) 的比值,即CO和CO2的相对量,并不是绝对含量。
3、钢在H2-H2O气氛中的氧化—还原反应
2)选择资源丰富和少无公害的气氛
能满足这一要求的最佳气氛就是氮气。
注意,纯氮是惰性气体,主要应用于密封性很好的炉子或应用于低温保护或 工件允许形成很薄的氧化膜,而该膜能起保护自身作用的工艺,如铝的退火。 氮气常应用于使炉子维持正压,以防炉外空气侵入。 事实上,高纯氮难以获取,成本很高,工业用氮又含有0.5~5%O2,,会使 加热工件氧化,所以一般不能单独用于热处理保护,而且,对从炉缝等处侵 入的空气没有反应消除的能力,因此,通常的做法是:根据处理工件的要求 和工艺参数,在炉气中添加某些还原性气体组成氮基气氛。
HT7000
HT7000 可编程碳势控制箱技术文件1 HT7000 可编程碳势控制箱使用说明书2 HT7000 可编程碳势控制箱电气原理图3 HT7000 可编程碳势控制箱外部接线表4 HT9841 可编程碳势控制仪使用说明书(另册)北京市培特永昌机电技术有限责任公司2004 年 4 月HT7000可编程碳势控制箱使用说明书北京市培特永昌机电技术有限责任公司2004 年 5 月谢谢您选用本公司的HT7000可编程碳势控制箱在使用本系统前,务请认真阅读本使用说明书HT9841智能数显可编程氮势/温度控制仪的使用详见该仪表使用说明书HT999系列氧探头的使用详见该仪器使用说明书目录一 概 述 ---------------------------------------------------------------------- 1二 主要技术特性--------------------------------------------------------------- 1三 面板及按钮功能------------------------------------------------------------- 21 前面板图-------------------------------------------------------------------- 22 按钮及指示灯---------------------------------------------------------------- 2四 安 装 ---------------------------------------------------------------------- 21 安装控制柜 ---------------------------------------------------------------- 22 接线----------------------------------------------------------------------- 23 安装空气气管道------------------------------------------------------------2五 使 用 ---------------------------------------------------------------------- 31 启动HT7000碳势控制箱------------------------------------------------------32 出炉操作------------------------------------------------------------------- 33 停机操作------------------------------------------------------------------- 34 启动氧探头烧碳黑的两种方法------------------------------------------------ 3六 系统的维护与保养 ----------------------------------------------------------- 4七安全注意事项 ---------------------------------------------------------------- 4一概述HT7000 可编程碳势控制箱由HT9841 智能数显碳势可编程控制仪、氧探头、氧探头维护系统(含参比气/烧碳黑空气泵及空气流量控制等)、炉气用空气泵及空气流量控制等组合而成,适用于各种工业炉炉气碳势的可编程自动PID控制。
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滴注式气氛的制备原理及碳势
1.滴注式气氛的制备原理
滴注式气氛是将甲醇、乙醉、煤油、丙酮、甲酰胺等有机液体直接滴入热处理炉内,经裂解后生成可控气氛。
近年来,特别是在密封箱式炉上的成功应用,滴注式气氛得到了较大的发展。
气氛的性质主要取决于有机液体分子式中时为还原性和渗碳性,当氧化性和脱碳性。
有机液体在高温下的裂解过程是个复杂反应,如果按其理论反应式反应只能生成CO、H2,但气体产物中也存在着相互作用,因此,在裂化气氛中还会存在少量的ca、h2o等。
2.碳势的测量与控制方法
碳势的测量有热丝电阻法、露点法、红外线分析仪表等。
热丝电阻法是直接测量方法,其它均为间接测量方法。
(1)红外线分析法
红外线气体分析仪的工作原理是基于各种气体对红外线的不间吸收效应而测定气体成分,常用来测定和控制可控气氛中的CO2含量,借以控制碳势。
因此检测室轮流地吸收两束强度不同的脉冲红外线,检测器是一个密闭气室,装有一由固定金属极板和金属薄膜组成的电容器。
当两束不同强度的脉冲红外线轮流射入时,造成室内气体热膨胀的不同,引起薄膜振动,从而导致电容量的变化。
电容量的变化经过前置放大器和主放大器后,给出电讯号,指示仪表给出测量气体的浓度,并通过二次仪表来控制气氛的碳势。
其特点是反应快、精度高,但仪器复杂,价格昂贵。
(2)露点法
工业上常用露点来表示炉气中的含水量。
所谓露点,是指气体中水蒸气凝结成水的温度,即在一定压力下气体中水蒸气达到饱和状态时的温度。
在反应平衡时,含量成正比,所以C02含量越高,气氛露点也越高。
露点越低,碳势越高。
中国冶金行业网气化锂露点仪就是根据氣化锂的吸湿性和导电性之间关系制成的,气化锂是一种吸湿性盐类,能吸收气体中的水分而潮解,干燥氣化锂晶体不导电,吸水后导电性增强。
在一端封闭玻璃管(或薄金属管)上,包一层玻璃丝,然后绕上两条螺旋状的平行铂丝(或银丝),组成一对电极,经浸涂氣化锂溶液,干燥后置于密闭的玻璃气室中。
电极两端加上24V的交流电压。
为了防止电流过大烧坏元件,在外电路中串联一只限流灯炮。
工作时,待测气体不断地流入玻璃气室,气化锂吸湿电阻下降,使流经铂丝的电流增大。
随即又引起元件温度升高,吸收的水分一部分被蒸发掉,又使氣化锂的电阻升高,电流减小,温度下降,于是元件吸湿性又增大,如此反复逐渐达到平衡。
这时装在感湿元件内的电阻温度计1上指示出的温度称为平衡温度,它反映了相应气氛中的水分含量。
气化锂感湿元件的平衡温度与气氛中的水气的露点存在着近似直线关系。
因此,测出了平衡温度就可以得出气氛的露点,露点仪的环境温度不能高于感湿元件的平衡温度,否则会使元件吸收的水气蒸发,故夏季常需采取冷却措施;也不能低于气氛的露点,否则将引起水气在元件上结露。
露点仪的缺点是反应慢,对管路要求严,不得有积碳。