氮甲醇保护气氛工艺在网带炉生产线上的应用探索
氮基气氛渗碳炉内气氛计算
有较高的碳势外，还要有较大的碳传递系数和一定 的可用碳量。在气体渗碳工艺过程中，渗碳气氛中 的 ＣＯ 含量一般认为不应小于 １５％。如果添加 Ｃ３Ｈ８ 作富化气，其添加量为炉内气氛总量的 ３％左右。 ２ 氮基气氛渗碳炉气的计算
氮气 ＋ 甲醇在炉内裂解后气氛成份稳定，采用 氧探头很容易实现气氛碳势的自动控制。
在工艺设计时，需根据零件渗碳的技术要求， 零件形状和渗碳面积，设计炉气组成和气源供给量， 以保证产品质量和降低能源消耗。
我们选用 Ｎ２＋ＣＨ３ＯＨ 添加 Ｃ３Ｈ８ 的气氛，在带马 弗的网带炉中，对用 ＳＰＣＣ（或 Ｓｔ１４）钢制造的滚针 轴承的冲压外圈渗碳作为应用实例进行分析和计算。
网带炉各区温度设定为：一区 ９００℃、二区８７０ ℃、三区 ８５０℃，炉内马弗总容积 ０．３ｍ３，网带在炉 内装载零件的有效面积为 ３．３ × ０．４ｍ３。 ２．１渗碳零件相关数据
为满足前述计算中 ４７．２８ｇＣ／ｈ 的需要，最小的
Ｃ３Ｈ８供气量是４７．２８／１．６＝２９．５５Ｌ／ｈ。考虑到添加进炉 气中的 Ｃ３Ｈ８ 不会全部被利用，其中有少量在气相中 析出成为碳黑，另有少量残留在废气中而泄出炉外，
因此需要另外增加 １５％。即用于零件渗碳的 Ｃ３Ｈ８ 为 ３４．０Ｌ。如果添加 Ｃ３Ｈ８ 量占炉内总气量的 ２．５％， 那么为满足渗碳要求的炉气供应量是 ３ ４ ／ ２ ． ５ ％
要求，每个零件需在炉内停留 １ｈ。 ２．２ 每一个零件经渗碳后，需增加的碳量为：
Ｇ ＝ ２πＤ Ｂ ＨΔｇ 式中：Ｄ —零件外径（ｃｍ ） Ｂ —零件高度（ｃｍ） Ｈ —渗碳层深度（ｃｍ） Δｇ—渗碳层内增加的碳量（ｇ） ［Δｇ＝７．８ｇ／ ｃｍ３ ×（０．７－０．１）％，表面含碳量取平均值］。 这样，Ｇ＝２ × ３．１４ × ３× ２．５ × ０．０１５ × ７．８× ０．００６ｇＣ／个＝０．０３３０６４２ｇＣ／个 由此可算出每小时需要向炉内渗碳件供应的碳 量为： ０．０３３０６４２×１４３０＝４７．２８ｇＣ／ｈ ２．３渗碳气氛中的碳源及供应量 在 Ｎ２＋ＣＨ３ＯＨ 气氛中其主要活性成份有 ＣＯ，Ｈ２ 和 ＣＨ４，从热力学上说渗碳反应有： ２ＣＯ＝［Ｃ］＋ＣＯ２ （１） ＣＯ＋Ｈ２ ＝ ［ Ｃ ］ ＋ Ｈ ２ Ｏ （２ ） ＣＨ４＝［Ｃ］＋２Ｈ２ （３） 但从动力学方面看，３个反应速度不相同，反应 （２）最快，反应（１）次之，反应（３）最慢，而且 相差很多。根据反应动力学的基本原理，系统中如 果同时存在几个反应，那么整个系统受速度最快的 反应控制，这就是说在这种气氛中渗碳是按反应（２） 进行的。随着渗碳过程的进行，气氛中 ＣＯ 和 Ｈ２ 不 断减少，Ｈ２Ｏ 不断增加，气氛的碳势降低，渗碳能 力也随之降低，这时气氛中几乎同时发生下列反应： ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ＝ＣＯ＋３Ｈ２ （４） 从反应（４）可以看出，只要气氛中有足够的ＣＨ４ 就可以将气氛中的 Ｈ２Ｏ 降低，增高 ＣＯ 和 Ｈ２ 恢复气 氛的碳势和渗碳能力。从这里看出 ＣＯ 不是碳源，而 是碳的传递者，ＣＨ４ 才是真正的碳供应者，即碳源。 从炉气稳定性角度考虑，气氛中 ＣＯ 分压应保持恒 定，因此除了要向炉内连续不断供应一个恒定量的
氮气甲醇气氛应用
项目达成情况
安徽星瑞
6、工艺优化
1、早期试验时，为确保安全，选择较小的氮气流量：2～3m³/h,经过工 艺运行试验验证无安全隐患后，开始对氮气流量进行优化。 优化：通过查阅资料显示：炉内气氛最佳比例为氮气：甲醇=1.1:1 我车间现用甲醇为液体，氮气为气体，在相同的温度及炉压下，忽略温 度及压强对气体体积的影响，通过物质的量（摩尔质量）转换计算得出 氮气最佳流量为3.3m³/h。 2、早期试验时，产品进炉后等到运行工艺时才通入氮气，炉内氧分压 大，造成早期内氧化。 优化：加速排气：在产品进炉后立即通入氮气，等到运行工艺时，炉内 气氛已经平稳，氧分压较低，大大降低内氧化，保护产品。
新工艺使用，技术先 进
安徽星瑞
年轻技术人员为主，锻 炼提升工作能力
成果显著，提升返工 产品质量
项目亮点
项目跨部门开展
积累经验，为后期应 用推广奠定基础
设备改造快捷，简单
在项目开展过程中，分工清晰，效率高，理论验证与设备改造同步进行，仅一个月时间就 完成工艺试验前的所有准备工作；各项准备工作充分，工艺试验开展顺利，
非马
脱碳
黑网
项目简介
安徽星瑞
理论论证：论证氮气—甲醇气氛应用的可行性
设备验证：管道、滴注系统排查、改造 项目 主要思 路
工艺验证：氮气—甲醇气氛工艺试验
金相检测：对比分析正常工艺
工艺优化调整：核算最佳氮气流量
项目简介
安徽星瑞
项目 申报
项目辅导员：黄辉 项目组长：周旋 项目成员：袁勃 马季 王平 谢海燕
项目简介
安徽星瑞
问题 分析
1、内氧化：在高温下， 渗碳气氛中的 【O】通过扩散后进入合金内部，与 【O】亲和力较大的元素（Cr、Mn、Si） 等发生氧化作用，形成氧化物的过程；
氮基气氛及其在轴承热处理上的应用
氮基气氛及其在轴承热处理上的应用合肥工业大学(安徽合肥 230009) 张增歧 张崇高洛阳轴承研究所(河南洛阳 471039) 段天慧 保护气氛在热处理行业越来越受重视,应用日益广泛。
目前,我国常用的控制气氛有吸热式气氛、放热式气氛、滴注式气氛、氨基气氛、氮基气氛、氢气、净化煤气和木炭发生气几大类。
木炭发生气、煤气可以减少氮化脱碳,但因煤气中硫对产品与设备不利,且气氛组成受原料影响而不稳定;氨基气氛的原料是液氨,但氨是农业肥料,本身是由合成而得,再将其分解也不太合理,且气味难闻,未能获得推广;氢气一般用蒸馏水电解制取,生产成本高,且危险性大,一般用于特殊场合;吸热式气氛应用较多,技术成熟,质量良好,但因其原料丙烷、丁烷、天燃气等供应较困难,并且安全问题很大,推广应用受到限制。
目前,滴注式气氛和氮基气氛的应用成为保护气氛家庭的两大主力。
氨基气氛的首次提出是在1934年,直到70年代末世界性的石油危机和能源成本的提高使氮基气氛热处理在国外得到进一步的发展,成为一种节能、经济的新技术、新工艺。
1 氮基气氛的优点1.1 气源丰富原材料主要是空气,氮以双原子存在于大气中,它占大气总体积的78.03%。
1.2 安全经济氮气是惰性气体,无毒、不污染环境,没有燃烧爆炸危险性,因此有人称之为绿色热处理气氛。
生产实践证明,采用氮基气氛的运转成本约为吸热式气氛的30%～50%,经济效益显著。
1.3 适用性广N2是中性气体,它易与其他气体搭配,从而组成满足各种钢材和工艺要求的热处理气氛,具有很宽的使用范围,可适用于各类碳钢、合金钢和不锈钢以及铜、铝等有色金属的热处理。
由于氮基气氛中C O2和H2的含量较少,因此可避免或减轻钢在热处理过程中产生的内氧化和氢脆,故很适宜作为氢脆敏感钢的加热保护气氛。
1.4 节约能源据国外文献报道,与吸热式气氛比较,使用氮基气氛可节约有机化合物原料消耗约25%～85%。
如采用N2+CH3OH+天然气进行中等深度渗碳,天然气的消耗量节省25%以上;氮基气氛含氢量大大低于其他气氛,导热小,所以相对地节约能源,据统计,可节约10%～15%。
氮—甲醇气氛热处理工艺初探
从表 ３中对 比反应速 度系数 时可 得 ， ３ Ｋ＝
衰 ３ 表 面反 应式 反应 热 力学数 据 寰 反应 速度 系数 （ － ・ 日Ⅱ） ∞ 铀 Ⅱ ｔ－ Ｋ＿ｌ × ０ ＝ ｌ ４ 反应 速 度 Ⅱ ＾ Ｉ・ ） Ｗ —Ｉ 碳 ：． ｌ ５ ｘ ６
【 稿 日期 ］ ２０ — ２ 越 收 ０１１一
地 盘 ： 京朝 阳 区广渠 路 ３ ｝ Ｉ ６号
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种 可控 气氛 ， 种气 氛 中 的氮气 与 吸热式 此 气氛 中氮 气 的区别在 于 ， 者 的氮气 是 空气 后 中的氮气 ， 而前者 的氮 气 是经 过一 定的 方法
精度 商 ， 艺 操作 过程安 全 等特 点 ． 工 是一 种适 台我 国现状 的热 魁理 工 艺气 氛 。 关缱 词 ： 氮一 甲酵 气泵
前言
七 十 年代 ， 由于 世 界 性石 油 危 机 ． 油 石 产 品 价格 激 增 ， 了降低 成本 ， 到 一 种 传 为 找 统热处 理 保护 气氛 的 替代 品 ， 由美 国机械 加 工 公 司 ｌ开 发 出 了 氮 一 醇 热 处 理 工 艺新 技 】 甲 术 ， 过 这 种 工 艺 气 氛 的 开 发 应 用 ， 现 此 通 发
《 生产 技术与工艺管理》第 １ 卷 ４
ＣＨ Ｈ
一
第１ 期 ２ ０ ０ ２年 ３月
＜ｌ ＞
＞ ６Ｌ ７（ Ｃ０＋２ Ｈ２
从 反 应式 可 以看 出 ， 高温 下 一个 体积 的 甲醇 可裂 解 出一个 体 积的 ｃ 约 占 ３ ％） ｏ（ ３ 和 两个 体 积的 Ｈ （ 占 ６ ％） ｚ 约 ６ 。同时 ， 内还 存 炉 在着如 下 的反应 ：
氮甲醇气氛介质流量的控制
氮甲醇气氛介质流量的控制氮甲醇气氛介质流量的控制工程师朱永新前言氮甲醇气氛渗碳是以氮气为载体添加富化气的一种渗碳方法。
相对于其他形式的可控气氛而言，氮甲醇渗碳具有碳势波动更稳定，产品质量更好，操作更安全等显著的优点。
其缺点是设备需要消耗大量的氮气和甲醇，生产成本和碳排放量较高。
通入过多的氮气和甲醇不仅会造成资源浪费，同时会造成大量的CO2气体排放影响环境。
在不影响渗碳质量和速度的前提下，我厂经过一年多来的生产实践，大幅降低设备指导耗气量30%以上，节能减排大有潜力可以挖掘。
1 渗碳介质比例的设定我厂使用的Aichlin多用炉，是典型的氮气+甲醇+丙烷的氮甲醇渗碳气氛，经高温裂解后主要产生CO,H2,N2等气体。
热力学上，当温度超过700℃时，其主要介质甲醇按下式进行：裂解方程式为：CH3OH－→CO+2H2，每L液态甲醇产气量为1、66m3。
40/60配比是最常用的氮甲醇气氛，实际应用时可以通过调节N2和CH3OH的比例来调整气氛的组成。
设备厂家的指导流量：4、2+0、5L/h甲醇，4、5+1m3/h氮气比例，也是基于这一原则。
根据这一气体组成，我们可以计算出炉膛内CO/H2/N2所占的比例：CH3OH －→ CO +2H24、2*1、66/32*4、2*1、66/3N2:4、5（氮气不参与化学反应）即：CO:H2:N2=2、3:4、6:4、5，气体主要成分组成接近为：20% CO+40% H2+40%N2。
氧探头作为可控气氛在线碳势控制的主要手段，是通过测量炉内的氧分压高低，间接反映碳势的高低，其反应方程式为：CO?［C］+1/2O2。
在气氛中的CO值恒定的前提下，若测出炉气中的可变氧量，可测定出炉气碳势，然后通过加入丙烷或空气的追加，达到控制碳势的目的。
氮-甲醇气氛中，氮气与甲醇的比例不同，co的值也不同。
因此，控制氮气与甲醇的比例、保证co的值的恒定，是稳定碳势的前提。
设备上一般氮气以m3、甲醇以L为单位的流量计，只要保证氮气与甲醇的1、1：1的关系，就可以方便设定氮气与甲醇的比例关系，从而得到CO 为20%基础的氮甲醇气氛。
氮甲醇气氛
取淬火态试样。 各种零件非平衡态组织渗层深度测量结 果列于表 "。
表"
零 件 大 垫 片 分 离 叉 摇 臂 钢 板 销 材 料 #K
各种零件碳氮共渗 （现行工艺） 渗层深度 （ 66）
左 前 右 前 中 左 后 右 后 平均值 技术要求 # 9 $KN # 9 "J % # 9 M# 共渗保温 时间 （分） "##
表7 比较
保温时间 ［分］ +) ) # !’8 ) # !’$ ")) ) # 77+ ) # 77’ "!) ) # 7+ ) # 79’ 层深测定值 ［ ==］! 层深计算值 ［ ==］!! 注!： 淬火态组织法层深
渗零件渗层深度与处理时间的定量关系及以 调节氮与甲醇比例关系为主要内容的渗碳工 艺优化试验。 ! # " 碳氮共渗层深度与共渗保温时间关系的 建立 根据现行工艺分析， 适当缩短钢板销、 大 垫片等部分碳氮共渗零件的共渗保温时间， 为此需建立零件渗层深度与保温时间的定量 关系。 随炉实验 ! # " # "“交叉”
按 /0*-!( 1 ++ 测定各渗后淬火试样的 硬度分布曲线获得硬度法渗层深度 （有效硬
表’ 试样有效硬化层深 （ ""） , $% ( ) *& & $$ ) (, % $! $ ) $$ , ( ) **! $& ( ) *+ % $’ ( ) +* $ + $ ) ($’ ! 工艺号 试样号 层深 平均值
与过共析 . 共析层深） ， 结果列于表 &。
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电石炉尾气制甲醇在DCS上的应用
电石炉尾气制甲醇在DCS上的应用摘要：随着我国社会经济的快速发展和强大，工业上对电石炉的巨大需求使得产业迅猛发展，相应伴随的是大量副产的电石炉尾气，由于主要成分一氧化氮会危害环境，浪费资源，随着本文所述正是基于这一社会背景，针对DCS 系统在电石炉尾气转制甲醇项目工艺的应用控制作了一定的介绍和说明。
关键词：电石炉尾气制甲醇；dcs应用；工艺控制一．项目背景本文以鄂尔多斯市瀚博科技有限公司做背景研究电石炉尾气制甲醇的工艺及应用，由于公司进行战略性变化，将产业链进行一步步的完善优化，铜鼓一系列高新技术，将资源最大化利用，保护环境的同时循环经济位目标，实现经济效益、社会效益和环境效益的协调发展。
该项目是利用棋盘井工业园区硅锰矿热炉产生出的尾气作为原料，通过尾气净化、变换、合成、精馏等工艺生产符合国家标准的甲醇产品。
二．经济效益及社会效益电石炉尾气制甲醇是将资源合理利用，并且将废弃尾气变废为宝的项目，电石炉尾气制甲醇既可有防止危害环境，也避免了二次污染。
节约资源。
目前，国内生产甲醇的技术大多数以煤和天然气为原料而生产的，而电石炉尾气生产甲醇是一项高新技术，虽然对于技术要求较高，但制甲醇带来的的经济效益明显，同时因其有变废为宝的性质故还是社会效益良好的环保工程，能够得到政府方的政策支持。
三．技术要求项目在电石的生产当中。
会产生许多危害的气体和元素，其中必定会产生大量对人体和空气有毒的一氧化碳，必须采取有效的方式净化，现阶段我国大部分通过点燃的方式来将有害气体排除。
而一氧化碳作为一种非常重要的化工原料，但又由于在空气中含有大量的杂质，采用我国传统技术无法将一氧化碳分离。
本项目定制了不同的尾气处理吸附材料。
主要是通过净化及综合利用等技术实现，可将有害气体首先分离出来，同时产生原料—甲醇气体。
这种新型的技术手段与用煤炭生产甲醇的方式做比较，这种方式生产甲醇成本低，带来的效益更加明显。
使用电石炉尾气制作甲醇技术通过为工厂带来效益方式处理污染，对推广废气治理有重要意义。
氮甲醇气氛气体流量的控制
氮甲醇气氛炉气体流量的控制上海汽车变速器有限公司热处理工程师朱永新前言氮甲醇气氛渗碳是以氮气为载体添加富化气的一种渗碳方法。
相对于其他形式的可控气氛而言，氮甲醇渗碳具有碳势控制更稳定，产品质量更好，操作更安全等显著的优点。
其缺点是设备需要消耗大量的氮气和甲醇，生产成本和碳排放量较高。
通入过多的氮气和甲醇不仅会造成资源浪费，同时会造成大量的CO2气体排放影响环境。
在不影响渗碳质量和速度的前提下，我厂经过一年多来的生产实践，大幅降低设备指导耗气量30%以上，取得了良好的效果。
1 介质比例的设定我厂使用的Aichlin多用炉，是典型的氮气+甲醇+丙烷的氮甲醇渗碳气氛，经高温裂解后主要产生CO,H2,N2等气体。
热力学上，当温度超过700℃时，其主要介质甲醇按下式进行：裂解方程式为：CH3OH－→CO+2H2，每L液态甲醇产气量为1.66m3。
40/60配比是最常用的氮甲醇气氛，实际应用时可以通过调节N2和CH3OH的比例来调整气氛的组成。
设备厂家的指导流量：4.2+0.5L/h甲醇，4.5+1m3/h氮气比例，也是基于这一原则。
根据这一气体组成，我们可以计算出炉膛内CO/H2/N2所占的比例：CH3OH －→CO + 2H24.2*1.66/3 2*4.2*1.66/3N2:4.5（氮气不参与还向反应）即：CO:H2:N2=2.3:4.6:4.5,气体主要成分组成接近为：20% CO+ 40% H2+ 40%N2。
氧探头作为可控气氛在线碳势控制的主要手段，是通过测量炉内的氧分压高低，间接反映碳势的高低，CO↔［C］+1/2O2。
在气氛中的CO值恒定的前提下，若测出炉气中的可变氧量，可测定出炉气碳势，然后通过加入丙烷或空气的追加，达到控制碳势的目的。
氮-甲醇气氛中，氮气与甲醇的比例不同，co的值也不同。
因此，控制氮气与甲醇的比例，保证co的值的恒定是稳定碳势的前提。
设备上一般氮气以m3、甲醇以L为单位的流量计，只要保证氮气与甲醇的1.1：1的关系，就可以方便设定氮气与甲醇的比例关系，从而得到CO为20%基础的氮甲醇气氛。
ABARIPSEN箱式可控气氛多用炉的特点及使用
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பைடு நூலகம்
科 技 论坛
ＡＢ ＡＲ Ｉ Ｐ Ｓ Ｅ Ｎ 箱 式可控气 氛 多用炉 的特 点及使 用
赖 啸 赵 凤 李 黎 叶 娜 曾 晗
（ 宜 宾职 业 技 术 学 院 。 四川 宜 宾 ６ ４ ４ ０ ０ ３ ）
摘 要： Ａ Ｂ Ａ Ｒ Ｉ Ｐ Ｓ Ｅ Ｎ 箱式可控 气氛 多用炉代表 了我 国： ｒ － ＿ ， ｌ ｋ Ｃ Ｌ代化 多用炉的发展 水平。其 气氛 系统、 计 算机 系统 、 炉气测量、 控制 系 统 以及安全 防护 系统都有 其显著 的特点 。本文还结合 生产实际介绍 了该设备的使 用、 维护情况 以及 经验 总结。 关键词 ： 气氛 系统 ； 控 制 系统； 多用炉的特 点； 使 用维护情 况 表 １炉 内 ９点定碳片含碳量测量值 襄樊江 山汽 车变速箱 厂是 汽车变速 箱的专业生产 厂家， 主要产 品及生产技 术从 １ ３ 本 日产柴公司引进。产品精度较高 ， 对热处理质 量有较 高的要求 。该 厂近年来 从美 国 Ａ Ｂ Ａ Ｒ Ｉ Ｐ Ｓ Ｒ Ｎ公司引进 了一 条箱式多用炉生产线。其 中箱式可控气氛多用炉 三台， 清洗机一 台， 回火炉一 台， 制 氮机一 台， 装， 卸小 车一 台， 计算机 系统一套 ， 并且配 置 了空压机 、 辅助 间 、 循 环水泵 、 升降料 台等设备 。 组成 了这条生产 线 。该生产线可用于： 渗碳 、 碳氮共渗 、 保 护气氛淬火 、 退火 、 正火等， 高 了 自动化程度： 二增加 了炉子 的密封 性。采用陶瓷纤 维板取代耐 炉膛有效尺 寸： １ ２ ２ ０ ｍｍ×９ １ ５ ｍｍ×７ ６ ２ ｍｍ。 最 大装炉量 １ ３ ６ ０ ｋ ｇ （ ／ Ｏ ＿ ￣ 括 火砖 ， 维修 十分方便 。 夹具） 。 ３ 实际使用与维 护情况 ２ Ａ Ｂ Ａ Ｒ Ｉ Ｐ Ｓ Ｒ Ｎ多用炉 的特点 自设备投入 使用至今 ， 本厂 已使用 了四年 时间 ， 总 的情 况 良好 。 Ａ Ｂ Ａ Ｒ Ｉ Ｐ Ｓ Ｒ Ｎ多用炉具有 国内先进水平 ， 代表 了可控气 氛多用 测 量 炉 子 的有 效 加 热 区炉 温 均 匀 性 ±５ ℃ 。 测 量 炉 内的 碳 势 均 匀 性 炉的发展方 向， 主要有 以下几个特点： 均（ ±０ ． ０ ５ ％， 见表 １ 。 ２ ． １采用氮— —甲醇气 氛。我国 目前采用 的可控气氛大都采用 ３ ． １工件表面硬度均匀， 每炉零件 的硬度差不超过 １ ＨＲ Ｃ 。处理 “ 吸热式气体发生器 ” 或“ 甲醇炉内裂解 ” 做为 载气 。装置 比较复杂 ， 后， 零 件 表 面呈 银 灰 色或 浅 黑 色 。 无积碳 、 无 氧化 脱 碳 层 ， 表 面 光 洁 度 炉气不好控制 。近几年来 出现 了氮—— 甲醇气氛渗碳新 工艺 。甲醇 较好。 在炉 内裂解与氮气在炉 内混合做为载气 ， 丙酮或丙烷在 炉内裂解做 ３ ． ２零件热处理变形较小， 并且有规律性。 为富化气。炉气的成分大致为： Ｎ ｚ ： ４ ０ ％， Ｈｚ ： ４ ０ ％， Ｃ ０ ： ２ ０ ％， 还有少量 的 ４ 经 验 总 结 Ｈ ｚ ０ 、 Ｃ ０ ｚ 、 ０ ｚ 、 Ｃ Ｈ ４等 。 这项新技术 的核心成分 Ｎ ｚ 是 随着制氮技术 的 该厂这条热处理线为柔性线， 只须选择 相应 的工艺程 序， 三 台炉 发展而发展起来 的。我厂采用 一台 Ｋ Ｅ ＭＰ制氮机制 Ｎ ２ 。该机采用 子就可以进行不 同工艺 的热处理彳 艮 灵 活。如果一台炉子有故 障， 只 “ 碳分子筛变压吸附（ Ｓ Ｐ Ａ ） ” 原理， 直接从 空气中提取氮气 。氮气纯度 须修理这台炉子 ， 其 它炉子可正 常工作 。该 厂的这三 台炉子 中， 一 台 达９ ９ ． ５ ％。氮—— 甲醇气氛原料来源广， 成本相对较低 。 氮气为 中性 有顶冷室， 可进行正火； 另一台带有高温油槽， 可进行等温淬火 。这样 气 体， 在遇 紧急 情况时， 可 以用 氮气 将炉 中可燃性气体 吹出来， 提高 更拓宽了该 生产线 的应用范 围， 使 生产 线更 柔。相 比之下， 连续 炉生 了 炉 子 的安 全 性 。 产线却 比较“ 刚” 。 已经调好后彳 艮 难改变工艺参数 。 而且一个 环节出 ２ － ２采用氧探头测量炉 内碳势。较早的测量炉一般都采用露点 故 障， 整个 生产线就要 停 。所 以， 在设备 选型时 ， 要充分 考虑这个 问 仪或红外仪来测 量炉 内碳势 。缺点是反 映时间长 ， 测量精准度较低， 题。 我们感到， 只有批量较大 。 品种单一 的工厂选用连续炉 比较合适， 难 以进行实 时控制 。氧探 头内有一个 氧化锆电极和一根 热电偶， 还 而且不应该只有一台炉子。而比批 量不太大， 品种较 多的工厂， 选用 有一个空气不停 地将 空气通入 氧探 头。氧化 电极 测量炉气 内氧势 。 周期 多用 炉可能会 更好些 。气 氛炉最棘 手 的安 全 问题，以 Ａ Ｂ Ａ Ｒ 在仪表 内， 将 氧势和温 度， 进行 计算机就 得到碳势值 ， 然后 由计算机 Ｉ Ｐ Ｓ Ｅ Ｎ炉为例，炉内有 大量 Ｈ ｚ ， Ｃ Ｏ等易燃 易爆气 体，淬火油槽 内有 控制富化气的通入量 ， 从 而控制炉 内气氛 。为防止氧探头积碳， 影 响 １ １吨淬火油 。稍有不慎 ， 就会 出现故 障。本厂连续使用 四年来， 未 出 测量精度， 由计算机控制， 定期通入空气 ， 将氧探 头上 的积碳烧掉 。氧 现大 的安全故障。 碳头控制炉气精度高， 反 映 时 间短 。 针对 以上 问题， 我们 总结的主要经验有： （ １ ） 认真、 负责 、 技 术过硬 ２ ． ３计算机 系统 。配有 Ａ Ｂ Ａ Ｒ Ｉ Ｐ Ｓ Ｒ Ｎ 公 司 专 利 的 的操 作人 员是 安全的最重要保证 。国 内、 外的大量试验 、 教训 表明： Ｃ ａ ｒ ｂ — Ｏ — Ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ ／ Ｐ ｒ ｏ ｆ 软件 ， 可同时对 四台多用户炉进行控制。 首先将 工 大部 分的事故 都是责任事故， 是违反操作规程 造成 的。（ ２ ） 设 备要定 艺参数输入计算机， 编成工艺程序。 最多可存放 ５ ０ ０ 个工艺程序 。 处 期保养 、 维修， 使设备始终终 于处于完好状态 。Ａ Ｂ Ａ Ｒ Ｉ Ｐ Ｓ Ｅ Ｎ是设备 理 时只需选择 你所需 的程序号， 计算机就 按照程序控 制温度 ， 碳势 ， 说 明书特别强调 了这点， 并给 出了维修 、 保养 的周期表。ｆ ３ ） 安全装置 自动完成进 出后室， 火等机械动作， 计算机还显示现行状 态及 处理历 必须完好 。 安 全装置是一些传感器 、 仪表等 。 如果将这些装置短接起 史 。该 系统还能进行管理， 具有故障 自动诊断功能， 该 系统采 用菜单 来， 设 备也 能工作， 但是一旦 出了问题， 就很难 先察觉， 容易酿成 大祸 。 式， 人机对话十分方便 。 因此应该 总是设法使安全装置完好 ， 防微杜渐。 ２ ． ４安全防护系统 。 该设 备具有健全 的安全 防护系统， 能最大限 结束 语 度地保证运行安全 。 制氮机： 有两个设定点。 氮气不合格时会报警 ， 严 结 合实际使 用情 况来看 ， Ａ Ｂ Ａ Ｒ Ｉ Ｐ Ｓ Ｅ Ｎ箱式可 控气气氛 多用炉 重不合格 时， 自动 停止送气 ， 从 而保 证 了产 品气质量， 保证设备 安全 性能稳定， 可靠， 故 障率较低， 是较 好的热处理炉 ， 代表 了我国工业 现 和零件 的质量 。多用炉： （ １ ） 炉 门、 淬火架 、 内推拉 头的动作 互锁 ， 可防 代化可控气气氛炉 的发展方 向， 在许 多方 面都值得做更 深入 的研究 止误操作 。（ ２ ） 如果没点火帘， 设备 自动停送 甲醇 。（ ３ ） 炉温低于 ７ ６ ０ Ｃ ， 学习。 设 备报警 ， 且甲醇通不进去 。 （ ４ ） 氮气压力低时报警 。 （ ５ ） 甲醇流量低会 参 考 文 献 报警。（ ６ ） 自动氮气吹扫 、 停 电或其他危险故 障时， 氮气 自动对炉膛进 【 １ 】 张永飞． 赴 美考 察报 告— — 自行 车 多级 变速 飞轮 热 处 理 设 备 的 选 行吹扫， 将可燃性气体 吹出， 以保证安全 。另还用两个 １ ０ Ｍ 的储气罐 ２ ０ ０ ０ （ ４ ） ． 和 １ Ｏ瓶液氮供紧急吹扫。（ ７ ） 液化石油气压力过低或过高， 打不开外 择 中 国 自行 车， ｆ ２ 】 莫卫红． Ｈ３ ６ ３ ６真空正压气淬炉的冷却性能研 究ｌ 川 ． 材料 工程． ２ ０ ０ ４ 炉门。所有 的电源开关都有停 电跳 闸装置， 停 电后 ， 必须重新合 闸才 （ ４ ） ． 能通电， 防止意外跑温事故 。 ３ ］ Ｙ － 宝霞． 真空热处理新技术［ Ｊ 】 ． 国外金属热处理， ２ ０ ０ ８ （ ９ ） ． ２ ． ５其他特点 。 该炉采用 内推拉头， 进料时， 只须用装 ／ 卸料小 车 ［ 将工作推入外室， 工件在炉内的转移 由推拉头完成 。其优点是一， 提
氮-甲醇气氛
氮－甲醇气氛在AICHELIN 箱式多用炉上的应用摘要本文主要介绍氮－甲醇气氛的产气原理、特点及应用范围，并结合AICHELIN箱式多用炉的特点，对氮－甲醇气氛的实际应用进行了分析。
关键词氮－甲醇气氛 ；箱式多用炉；实际应用 。
1. 前言随着科学技术特别是计算机和碳势测量技术的发展，可控气氛渗碳热处理技术日趋成熟和完善。
在我国现阶段，常用的渗碳可控气氛种类主要有：吸热式气氛、氮－甲醇气氛、直升式气氛等。
AICHELIN 箱式多用炉具有结构合理、密封可靠、控制准确、安全可靠、工艺完备、产品质量稳定的特点。
实践证明，氮－甲醇气氛在AICHELIN 箱式多用炉上的应用是稳定的、可靠的，经济的，得到了大量用户的肯定和好评。
2. 氮－甲醇气氛氮－甲醇气氛就是将特定比例的氮气和甲醇，直接滴入高温炉内，甲醇在炉内充分裂解并与氮气混合，形成类似于吸热式气氛的稀释保护气氛，同时通入富化气和空气，通过控制富化气和空气的通断调节碳势。
纯氮－甲醇气氛能维持0.4-0.6％的碳势，一般用作中碳钢光亮淬火时的保护气氛或做可控气氛渗碳时的载体气。
2.1产气原理将甲醇、氮气以1升比1.1m 3的比例通入高温炉内，可产生类似于吸热气氛的可控气氛。
反应原理如下：假设滴入炉内1升甲醇，按1-1反应，经计算需要氮气m ＝1382.5克。
已知氮气密度1250克/ m 3，则1382.5克氮气换算成体积正好是1.1 m 3。
CH 3OH ＋2N 2 CO + 2H 2 ＋ 2N 2 (1-1)32 ： 56 20 ：40 : 40 790克 ：m 克炉气中的CO 2、H 2O 、CO 和H 2发生水煤气反应，反应按下式进行：CO + H 2O CO 2 +H 2 (1-2)渗碳时，消耗CO 和H 2，生成CO 2和H 2O ，反应按下式进行：CO + H 2 【C 】+ H 2O (1-3) CO 【C 】+1/2O 2， (1-4)加入富化气丙酮或丙烷时会消耗CO 2和H 2O ，补充CO 和H 2（富化气为丙烷时，丙烷在高温下裂解成甲烷，甲烷再参加渗碳反应）, 反应按下式进行：CH 3COCH 3 2【C 】+ CO+3H 2 (1-5) C 3H 8 2【C 】+2 H 2＋CH 4 (1-6)CH 4 【C 】＋ H 2 (1-7)CH 4＋CO 2 2CO ＋2H 2 (1-8) CH 4＋H 2O CO ＋3H 2 (1-9)2.2介质来源甲醇可从市场上直接采购，要求工业一级；氮气可用制氮机或液氮汽化获得，要求纯度99.95％以上即可。
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2019年 第5期热加工
Q
淬火介质与气氛
uench Medium & Atmospnere
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20M n Ti B 等。
在G B/T3098.1—2010《紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》中规定了碳钢与合金钢螺栓、螺钉和螺柱等产品的螺纹完全脱碳层深度和螺纹未脱碳层高度，由于脱碳对螺纹滑牙失效和疲劳寿命影响较大，生产中对产品的脱碳要求一般会高于国家标准，甚至要求“零脱碳”。
在GB/T3098.2—2015《紧固件机械性能 螺母》中也规定了碳钢与合金钢螺母的表面硬度范围值，这对于淬火+回火处理的高强度螺母脱碳问题也有间接约束作用。
螺栓、螺母在网带炉进行淬火加热时，淬火温度通常会按
Ac 3+30~50℃选取，为保证产品对表面脱碳和增碳的要求，整个淬火加热过程都需要在碳势值与材料碳含量相近的保护气氛内进行。
以我公司现有苏州某厂家生产的R C W-100×1000×10托辊型网带淬火炉（电热型）为例，该设备的淬火炉预热区约2m 、加热区10m 、输送网带宽1m ，采用“甲醇+甲苯”滴注式保护气氛工艺，正常生产时按1.5~2次/h 的换气频率设定滴注流量，经换算后甲醇流量为12~14L/h ，甲苯流量为1~2.5L/h ，碳势值在0.2%~0.4%之间。
高温裂解气经过预热区挡火帘后与空气相遇，会形成一道具有密封作用的火帘门；经过炉尾排气扇抽取，同工件进入淬火槽时产生的废气一起燃烧，保持炉膛微正压和气氛稳定。
工件在网带淬火炉中加热可分为升温和保温两个过程，淬火加热共分为6个加热区，受炉顶
搅拌风机和上排辐射管的影响，炉膛内气氛呈紊流流动。
因炉尾排气扇的流量远小于炉口，碳势较高的裂解气基本是一个从加热5区往加热1区流动的过程，而含有水分、空气是跟随产品入炉方向从加热1区往加热5区流动的过程。
氮气可直接从空气中分离制得，价格较低，高纯氮气为中性气体，是常用的保护气氛气体。
尝试通过在加热1区位置通入氮气，达到减缓裂解气外流和减缓水汽、空气内流的目的。
由于网带炉具有无炉门、工件生产中会带入一些水汽等特点，因此氮气取代裂解气的使用效果需要进行试验验证。
2. 氮气制备
工业上的氮气来源通常有外购液氮气化和自己制氮两种，大部分紧固件企业用量较少，外购液氮不方便。
企业自制氮气主要有三种方式：深冷空分法、膜分离制氮法和变压吸附制氮法，深冷空分法主要适用于专业的制氮企业，产量大，设备投入大，单位氮气成本低，热处理作保护气氛的氮气主要通过膜分离制氮法和变压吸附制氮法制取。
膜分离制氮法是采用干净的压缩空气为原料，利用在一定压力下氧气和氮气在中空纤维膜组内具有不同渗透速度的原理来制氮，具有产气快（≤3min ）、设备小等优点，特别是对氮气纯度≤98%的环境具有一定优势。
变压吸附制氮法是采用干净的压缩空气为原料，利用碳分子筛在一定压力条件下对氧气和氮气的选择性吸附原理来制氮，具有设备自动化程度高（部分可
实现产气免人员值守）、产气成本低、能耗低、维护成本低等优点。
经实际使用数据对比，用氮气（纯度99.9%）量≤500N m 3/h 的场合，制氮气综合总成本≤0.5元/N m 3，变压吸附制氮是当前制氮方法中可获得性和经济性都较好的优选方案。
3. 设备改进
对网带淬火炉进行改进，分两组设定氮气管，在炉顶开设4个氮气注入口，分别安装气体流量计和调节阀门。
氮气注入口开设在炉顶搅拌风机的风叶上方，有利于氮气在炉膛的循环。
将预热区、出料口的挡火帘进行改进，在淬火加热1区增设挡火帘，主要是达到减缓炉膛内裂解气外流和外界空气水汽内流的目的。
4. 工艺验证
根据换气频次，该型网带淬火炉每小时需要的气体16~24N m 3，按1N m 3氮气代替1N m 3裂解气，为保持入炉口形成一道具有密封效果的“火帘”，氮气按占总换气量体积的20%（3.5~5N m 3/h ）、30%（5~7N m 3/h ）、40%（6.5~10N m 3/h ）、50%（8~12N m 3/h ）等多个方案进行，从低到高依次增加。
具体工艺如表1所示。
根据表1验证数据可发现：甲醇流量必须在7L/h 以上，炉口才能形成具有密封效果的“火帘”，这道火帘对炉内气氛、碳势很关键；当甲醇流量较低时，增加甲苯流量对碳势影响较小；当氮气低于8N m 3/h 时，碳势主
要低一些。
在淬火冷却介质为淬火油的网带炉生产线上应用时，只需取消甲苯的使用即可达到同样的效果。
图 1 图 2
用氮气后可减少甲醇、甲苯等有机化活物的消耗，属于一种“绿色环保”的保护气氛热处理工艺。