2022年材料工程师热处理设备讲稿.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 材料工程师讲稿第三部分 热处理设备3.1 概述3.1.0 考核学问点重点把握：炉子传热的三种方式（对流、传导、辐射）；一般把握：热处理设备的分类；3.1.1 热处理设备分类热处理设备定义：完成热处理工艺操作所需的装置,称为热处理设备；热处理生产的最基本工艺过程：加热、冷却、表面清理、回火、校正、检验；热处理设备分主要设备和帮助设备；3.1.1.1 主要设备 通常把能完成热处理工艺操作（或投资价值较大）的设备,称其为主要设备；明白教材中,第 290 页所列 8 种情形；3.1.1.2 帮助设备 通常把与主要设备配套和爱护生产所需的设备,称为帮助设

2、备；明白教材中,第 290 页所列 6 种情形；3.1.2 热处理炉的分类热处理炉的分类,可依据热处理件、热处理工艺和批量要求进行划分；依据热处理炉的特性因素分类,见教材 291 页,表 31 3.1.3 炉子传热原理 （重点）定义：热量从一个物体传至另一个物体,或由同一物体的这一部分传至另一部分的过程称为传热；条件：只有两个物体间或同一物体内部存在温差时,才会发生热量的传递过程；方向：热量都是从高温部分向低温部分传递；1） 传导传热：在各种温度下,只要两物体间或同一物体内部有温差存在时,无论是在固体、液体仍是在气体中均可发生传导传热；传导传热只有热量的传递过程,没有宏观的质点移动过程；2）

3、对流换热：热对流是指流体（气体或液体）中温度不同的各部分之间发生相对位移,使不同部分的质点相互混合而引起的热量传递过程；当不同温度的流体和固体表面接触时,相互间发生的热量传递过程称为对流换热；热处理炉温在 显；回火炉装有循环风扇就是为了增强设备的对流换热作用；700以下时,对流换热作用明3） 辐射换热：辐射换热是由热辐射而发生的换热过程；具有肯定温度的物体总以电磁场的形式不断地向外发射辐射能,当把电磁波投射到与其不相接触的另一物体时,电磁波被吸取并转化成热能,这种传热过程称为辐射换热；热处理炉温在 作用明显；700以上时,辐射换热真空炉装载工件时,为使工件加热温度匀称必需充分考虑电磁波光线的遮

4、挡问题； 仍应明白的其它几个基本概念1） 热流量（ Q） 单位时间内由高温物体传给低温物体的热量,称为热流量；Q = K （T1T2）F 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2） 传热系数（ K ）表示温度差1时,每秒钟通过1 传热面积所传递的热量；3） 热量密度（ W/ ） 表示单位时间内,通过单位传热面积所传递的热量；q =K T1 T2 = t / 1/K = t / R 3.2 热处理常用设备3.2.0 考核学问点：重点把握：箱式电阻炉的工作原理,中温箱式电阻炉的结构特点、操作要点；箱式电阻炉的功率运算要点；

5、电阻炉的性能试验工程；一般把握：井式电阻炉（高温、中温、低温）的结构特点、操作要点；浴炉（外热式、内热电极式盐浴炉）的结构特点、操作要点；3.2.1 箱式电阻炉 电阻炉的工作原理：是利用电流通过电热元件时所产生的热效应,实行热辐射和炉膛 内 气体对流作用的形式将热量传导到被加热的工件上,使工件加热；箱式电阻炉的分类：箱式电阻炉依据炉膛温度可分为高温炉、中温炉和低温炉三种；3.2.1.1 中温箱式电阻炉（重点）1 结构及特点 箱式电阻炉的构成：箱式电阻炉由炉体、测温系统和电控系统所组成；箱式电阻炉的结构：炉体由炉架、炉壳、炉衬、耐热钢炉底板、电热元件、炉门及炉门提升机构组成；电 热 元件布置在炉

6、底和炉膛两侧内壁的搁丝砖上,热电偶由炉顶插入炉膛内部,插入深度约150 毫 M ；为观看炉膛内部的加热忱形,炉门中心开有窥视孔；为保证操作安全,炉门及 炉门提升机构设置有电源的限位开关；箱式电阻炉的用途及特点：用途：中温箱式电阻炉主要用于碳钢及合金钢（包括铸、锻件）的退火、正火、淬火 等常规热处理；特点：箱式电阻炉的电热元件常用Gr20Ni80 或 0Gr25A15 电热合金制造,炉内温度的匀称状态受电热元件布置、炉门密封及炉衬的保温性能所影响；由于设备的最高工作温度 为 950,工件加热主要靠电热元件和炉膛内壁表面的热辐射；工件处在空气介质中加 热,表面极易发生氧化；该设备通常没有机械扮装出

7、料装置,劳动强度较高；2 箱式电阻炉的操作要点 1） 开炉前的预备,除 P293 页的三条内容外,仍应检查炉门及炉门提升机构电源限位开关 的工作是否正常；2） 开炉生产,除 P293页的五条内容外,仍应留意：为保证工件的加热匀称,箱式电阻炉靠近炉口的约 300 毫 M 区域内不答应摆放工件；工件不要直接摆放在炉底板上加热；名师归纳总结 3） 停炉,除P293 页的内容外,仍应进行工件、工具的定置、有序码放和工作场地的清第 2 页,共 37 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 扫；3 操作留意事项在 P293页的七条内容中,要特殊牢记第六条（炉衬烘烤）的

8、内容； 为保证操作人员的人身安全,在工件的装、出炉过程中,不答应带电操作；4 电炉爱护,除 P293 页 P294 页的五条内容外,仍应：对炉门及炉门提升机构的电源限位开关进行爱护； 应留意对热电偶、控温外表按标准规定要求进行周期鉴定；一般情形下,控温外表的鉴 定周期为一年；热电偶的鉴定周期,应依据其使用的重要程度可分别规定为：三个月、六 个月或一年；3.2.1.2 高温箱式炉（一般把握）1 结构与特点 高温箱式炉主要用于高铬模具、高速钢刃具的热处理,按最高工作温度可分 1200和 1350两种；由于加热温度高,工件极易氧化脱碳；因此,必要时应通入爱护气氛或实行 其它爱护措施；高温箱式电阻炉同

9、样由炉体、测温系统和电控系统所组成；1200高温箱式炉的电热元件采纳0Cr25AL7Mo2高温铁铬铝电热材料制造,炉底板用碳化硅板制造,其它部分的炉体结构与中温箱式电阻炉相近；只是因炉膛工作温度更 高,要求的炉门壁厚度和炉衬的厚度更厚,保温性能更好；1350高温箱式炉采纳非金属碳化硅棒电热元件,因其电阻系数大、使用过程中易老 化,为稳固功率和便于调剂,需配置调压装置；2 操作要点 294 页 11 条内容；3.2.1.3 滚底式炉及台车炉；均为箱式电阻炉的变种形式,可简洁明白；3.2.1.4 电阻炉的功率运算（重点） 热平稳运算法1 运算总的热量 Q总Q总 = Q1+ Q2+ Q3+ Q4+

10、Q5+ Q6+ Q7 1）运算工件加热所需的热量 Q1Q1 =P件（C22C11）2）运算加热辅具构件所需的热量 Q2 =P 辅（C22C11）3）运算加热掌握气体所需的热量Q2 Q3 Q3 =控（21）4）运算通过炉衬的散热缺失 QQ总名师归纳总结 注：热流的数值与炉表面状况及炉壁温度有关；刷银粉漆的炉壳温度低于50时,数第 3 页,共 37 页值取 1250；壳温度高于50时,数值取2500；5）运算炉门开启时的辐射热缺失QQ5.675 （T14（T24 3.6 1001006）运算炉门开启时的溢气热缺失Q6 Q6 = VC（t22t 1） - - - - - - -精选学习资料 - -

11、- - - - - - - 7）运算其它热缺失Q7 Q7可按炉衬散热缺失的0.5 倍 1.0 倍运算,即 Q7 = （0.5 1.0 ） Q；2 将总热量转换胜利率 P总=Q总 /3600 （KW）其中 Q总 = Q1+ Q2+ Q3+ Q4+ Q5+ Q6+ Q7 3 运算炉子的设计功率P设 = K P总式中： K（功率储备系数）=1.3 1.5 P 设 = （1.3 1.5 ）（ Q1+ Q2+ Q3+ Q4+ Q5+ Q6+ Q7）/ 3600 体会运算法 P =K3V 式中： P 功率（千万）V 炉膛体积（ M 3 ）K 修正系数炉膛温度范畴箱式电阻炉的K值1200 1300120 1

12、000 110080100 900 10007080 800 9005565 700以下4045 3.2.1.5 电阻炉的供电电压及接线方式 除特殊情形外,电阻炉的供电电压一般为 220 伏 380 伏；电阻炉功率 25KW时,常采纳 220 伏或 380 伏单相供电；电阻炉功率 25KW75KW,常采纳380 伏“ 星接” 或“ 角接” 的三相供电形式；当电阻炉功率75KW时,通常把电热元件编成如干组,然后再采纳三相380 伏电源,以“ 星接” 或“ 角接”形式进行并联供电； 特殊需要留意的是：1 电热元件使用时,必需留意它的使用电压；“ 星接” 时,每组电热元件的使用电压为 220 伏；“

13、 角接” 时,每组电热元件的使用电压为 380 伏；2 为保证供电安全,在三相供电线路中,应尽可能保证电源的三相负载平稳；3 并应采纳三相五线制的供电方式；即：在供电线路中,除三相电源线外,将设备的电气接零（即：零线）与设备的接地（即：地线）分开；3.2.1.6 电阻炉的性能测试工程（设备验收、鉴定常常用；应把握其测试方法及要求）1 电热元件冷态直流电阻的测定,考核电热元件的设计与制造质量；2 额定功率的测定,考核炉子的设计功率是否合理、是否满意规定要求；3 空炉升温时间的测定,考核炉子的设计功率是否充分、炉衬设计是否合理；4 空载功率的测定,考核炉子的整体保温性能；5 炉温匀称性的测定,是炉

14、子的重要考核指标,打算着工件的热处理质量好坏与稳固；6 设备表面温升的测定,考核热处理炉炉衬的设计与制造质量及保温性能是否良好；3.2.1.7 常用电热元件材料及性能 电热元件材料应具备的特殊性能1）具备良好的耐热性和较高的高温强度 电热元件是高温条件下的工作器件,因而电热元件材料应具有良好的耐热性和高温强度；即：要求电热元件材料的工作表面在高温条件下不易发生氧化起皮,且在以后的较长 时间工作中不易发生显著变形；2）具有较高的电阻系数 用电阻系数较大的材料制作电热元件,有利于功率的获得；在获得同等必需功率的条 件下,使用电阻系数较大的材料制作电热元件可以有效地节省材料、简化结构、便利安装 使用

15、；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3）具有良好的抗蚀性能4）具有较低的电阻温度系数 使用电阻温度系数很大的材料制造电热元件时,需配备调压器,以便调整设备功率；5）具有较低的热膨胀系数 6）具有良好的可加工性能 电热元件材料的可加工性能,主要指：成形加工、绕制、焊接及返修的可能性和难易程度；镍铬系电热材料与铁铬铝系电热材料相比较具有更好的可加工性能；硅碳棒、硅钼棒,材料的性质很脆,不易成形加工,使用、操作和修理过程中易断裂,应特殊当心；1 铁铬铝电热合金优点 见 P299 页 缺点 见 P299 页 常用的铁铬铝系

16、电热材料性质 / 名称1Cr13AL4 0Cr25AL5 0Cr27AL7Mo2 主要化学成分Cr：1315 Cr：2327 Cr： 27 比重 （克 /立方厘 M ）AL ：3.55.5 AL ： 4.56.5 AL ：6.5 Mo ： 2 7.4 7.1 7.1 抗拉强度（公斤 /平方毫 M ）60 75 6580 70 80 电阻系数（欧 平方毫1.26 1.40 1.50 M/M ）1450 15001520 熔点（）正常工作温度（）900950 10501200 1200 1300 最高工作温度（）1100 1300 1400 2 镍铬电热合金优点见 P299 页Cr20Ni80 C

17、r15Ni60 缺点见 P299 页常用的镍铬系电热材料性质 / 名称 主要化学成分比重 （克 /立方厘 M ）抗拉强度（公斤 /平方毫 M ）电阻系数（欧 平方毫 M/M ）熔点（）正常工作温度（）最高工作温度（）Cr：2023 Cr： 1518 Ni ：7578 Ni： 5561 8.4 8.2 65 80 6580 1.11 1.10 1400 13901050 950 1150 1050 3纯金属电热元件材料钼钨铂使用环境 使用温度 使用条件 4 非金属电热元件材料使用环境 使用温度 使用条件氢气、氨分解气、真空空气、真空1800 2400 12001600电阻率小、电阻温度系数很大,

18、需配备调压器使用 见 P300 页, 4、5、6；碳化硅二硅化钼石墨空气、真空真空1350 1700 14002500电阻温度系数很大,需配备调压器使用注：碳化硅电热元件在使用中易发生老化现象；因此,新旧电热元件不答应混用；硅碳棒、硅钼棒,材料的性质很脆,不易成形加工,使用、操作和修理过程中易断名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 裂,应特殊当心； 使用电热合金线材的电热元件的简易运算（补充内容,实际工作中常用,可明白把握） 确定设备加热区段电热元件的功率及工作电压 为保证电网供电平稳,热处理炉加热一般均采纳三相供电方

19、式；其电热元件的承载功 率与加热区段内的电热元件数量有关；当三个电热元件采纳“ 星接” 方式时,电热元件的 1/3；采纳“ 角接” 方式时,工作电压为 220 伏,电热元件的功率为设备该加热区段功率的 电热元件的工作电压为 380 伏,功率亦为设备该加热区段功率的 1/3；确定热处理炉额定温度下电热元件的电阻值 R =U 2/ 1000 N 式中： R 电热元件电阻（欧） N 电热元件功率（瓦） U 电热元件工作电压（伏） 依据电热元件的功率及工作电压,运算电热元件的工作电流N = U I 式中： N 电热元件功率（瓦） U 电热元件工作电压（伏） I 电热元件工作电流（安培）依据电热元件的工

20、作电流,确定电热丝的截面积和直径 S = 3.14 D 2/4 式中： S 电热丝截面积（平方毫 M ） D 电热丝直径（毫 M ）注：一般情形下,依据体会可挑选每平方毫 M 截面积通过 4 安培电流； 运算电热丝的长度 L =R S / 式中： L 电热丝长度（ M ）电热材料额定温度下的电阻系数（欧 平方毫M/ M）核算电热元件的表面功率负荷 W =1000 N/F 式中： W 表面功率负荷（瓦/ 平方厘 M） F 电热元件的表面积（平方厘M）注：电热元件的表面功率负荷应等于或小于下表中的给定数值；电热元件材料 / 工作温度7008009001000110012001300Cr20Ni80

21、 2.5 2.0 1.5 1.1 0.5 0.81.0 0.50.7 Cr15Ni60 2.0 1.5 0.8 1.62.0 1.21.5 0Cr25AL5 3.03.7 2.63.2 2.12.6 电热元件的结构尺寸设计 线状电热元件通常绕成螺旋形布置在炉膛内炉衬的阁丝砖上,其结构尺寸应满意：工程铁铬铝丝电热元件大于 950镍铬丝电热元件750950大于 1000小于 1000小于 750螺旋体节径D（毫 M）（ 4 6）d （ 68） d （5 6）d （8 12） d （68） d 螺旋体节距h（毫 M ）（ 2 4）d （ 24） d （2 4）d （ 24）d （24） d 对于高温

22、强度较低的电热元件,应适当削减螺旋体节径 度,用于补救其高温强度低、易于倒塌的使用缺陷；螺旋柱体长度D 的数值,以增加其结构刚 Lo （M L h /3.14 D）取决于炉衬的结构尺寸,可以通过调剂螺旋体节距尺寸实现与炉衬的要求相吻合；3.2.2 井式电阻炉井式电阻炉同样分为：高温井式电阻炉、中温井式电阻炉和低温井式电阻炉；井式电阻炉特殊适用于轴类工件的加热,淬火变形小；为使工件的加热温度匀称,炉内的工件装炉位置应留意与炉口和炉底均需保留有肯定空间,约 100mm200mm；运算井式电阻炉的设计功率名师归纳总结 P =K3 V式中 P 功率（ KW ）V 炉膛体积（ M3） K 修正系数第 6

23、 页,共 37 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 炉膛温度范畴井式电阻炉的K 值1200 13008090 1000 11005565 900 10005055 800 9004045 700以下 35 为使井式电阻炉的炉膛温度匀称,在进行功率安排设计时应留意：相同区域空间的功率安排比例 相同功率安排的区域空间比例炉口区域部位 2 1/2 中部区域部位 1 1 炉底区域部位 3/2 3/4 3.2.2.1 低温井式电阻炉1 操作要点 见 P301页2 使用留意事项及爱护 见 P301 页 P302 页；3.2.2.2 中温井式电阻炉3.2.2.3 高

24、温井式电阻炉 见 P302 页 P303 页；3.2.3 浴炉浴炉的定义：浴炉是利用液体介质进行工件加热或冷却的一种热处理设备；3.2.3.1 浴炉的特点： 优点：1 浴炉的工作温度范畴宽（60 1350）,可完成多种热处理工艺操作（随炉冷却的退火工艺除外）；如：淬火、回火、分级淬火、等温淬火、正火、局部加热和化学热处理等；2 因工件在液体介质中加热,因此,加热速度快、温度匀称、变形小、不易氧化和脱碳 等；特殊适用于：尺寸不大、外形复杂、表面质量要求较高及精密零件的热处理；3 浴炉结构简洁、制造便利,炉口向上、便于操作,简洁实现机械化； 缺点：1 装料少,不相宜处理较大工件；2 炉口向上放开,

25、热缺失大；3 劳动条件差,简洁污染环境；4 因使用的有些盐类有毒,需进行妥当保管,盐浴残渣亦需妥当处置；5 处理后的工件需要认真清洗,否就工件表面易发生腐蚀；6 内热式盐浴炉的启动、脱氧操作比较麻烦；3.2.3.2 浴炉的分类 依据使用的介质不同,浴炉可分为：盐浴炉、碱浴炉、油浴炉、铅浴炉等；依据热源的供应方式不同,浴炉可分为：外热式浴炉、内热式浴炉（亦称：电极式盐 浴炉）、管状电热元件加热的浴炉；1 外热式浴炉 外热式浴炉,由炉体和坩埚组成；坩埚的底部支撑在炉体加热室内的耐火材料上；炉体的设计可参照井式电阻炉的设计方法；坩埚的制备,可用10 15mm的耐热钢板焊接,也可使用耐热钢铸造成壁厚约

26、20mm的铸件；坩埚应设置有耳环,以便于吊装；坩埚的上边缘与炉体的重叠尺寸应大些,且与炉 体应紧密接触,以防止浴液流入炉体的加热室内而损坏设备；外热式浴炉的特点：外热式浴炉主要用于碳钢、合金钢的回火；液体化学热处理；铝 合金熔化等；外热式浴炉不需要变压器,启动操作便利；因坩埚的热惰性大,使坩埚内外的温差大（体会上：温差在150左右）、耗能高,一般情形下,其使用的工作温度在名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 700以下（随工作温度的上升,坩埚的使用寿命将急剧降低）；2 管状电热元件加热的浴炉 管状电热元件加热的浴炉,由

27、管状电热元件、坩埚、炉衬（炉壳和保温材料）所组成；管状电热元件加热的浴炉使用的介质,主要有：硝盐、碱、油；工作温度在 550以 下；常用于工件的回火和等温淬火；因管状电热元件加热的浴炉使用温度较低,其炉体结构（炉衬）只需在炉壳内充填 100mm200mm厚的保温材料即可；坩埚的制备,一般情形下,可用10mm厚的低碳钢板焊接；亦可使用不锈钢板或耐热钢板焊接制造；为便于吊装,坩埚应设置有耳环；管状电热元件是定型产品,有U型、 W型、 L 型等多种形式和规格尺寸,管壁有碳钢和不锈钢之分,我们可依据使用的要求进行选购；在使用管状电热元件时,其加热部分必需有效地浸入在介质内,以确保它的使用安全；3 内热

28、式电极盐浴炉 内热式电极盐浴炉由炉体、工作电极、启动电阻、坩埚、盐浴炉变压器所组成；内 热 式 电 极 盐 浴 炉 , 按 工 作 温 度 可 分 为 ： 低 温 （ 650 ） 、 中 温 （ 650 1000）、高温（1000 1300）三种；按电极的安装形式又可分为：插入式和埋入式 两种；内热式电极盐浴炉的坩埚,是使用厚度为10mm的低碳钢板,采纳连续焊接形式将钢板焊接成炉胆；再在炉胆内,使用重质耐火砖（或耐火泥）砌筑工作室空间；内热式电极盐浴炉,是以熔盐本身为电阻,电流通过熔盐而发热的热处理设备；内热 式电极盐浴炉,在冷炉条件下进行开炉时,必需第一使用启动电阻将工作电极间的凝聚的 盐进

29、行熔化,然后再使用工作电极进行熔盐加热升温；内热式电极盐浴炉的启动电阻,是 使用 20mm的低碳钢绕制的螺旋体；工作电极是规格尺寸依据需要制定的低碳钢锻件；3.2.3.3 常用浴剂 见表 32 3.2.3.4 浴炉的使用、修理及安全操作 1 外热式浴炉使用和修理技术要点 2 电极盐浴炉使用和修理技术要点（重点）3 盐炉的安全操作要求 浴炉的安全操作,除 P307 页的六条内容外,仍应特殊留意以下内容： 严防水的带入而引发的熔盐爆炸； 生产用盐必需妥当保管；一般情形下,盐类储存箱应进行两个人的分锁（即：每人一把锁）保管； 生产过程中产生的盐渣,必需进行妥当处置 生产过程中产生的盐渣,应集中储存并

30、统一交给专业处理机构进行处置；不得随便抛 弃 和掩埋,以防对环境造成污染；4 使用硝盐浴炉时,必需留意安全防爆等安全措施（重点）使用硝盐炉的安全防爆措施,应严格遵守 3.3 可控气氛炉3.3.0 考核学问点P307页的四项条款内容；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 把握气氛制备原理、不同可控气氛的特点,可控气氛爱护加热、渗碳、碳氮共渗工艺,可控气氛热处理设备的安全操作；熟识可控气氛热处理炉的设备结构、安全设施、安全操作与爱护保养；3.3.1 可控气氛的类型与特点常用的掌握气氛按大类可分为：吸热式气氛XQ 、甲醇裂解

31、气氛YLQ 、放热式气氛、氨分解气氛FAQ、氮基气氛、氢气气氛QQ 等；见下表；气氛名称 中国基标分类代号 美国煤协会分类代号 日本中外炉分类代号一般放热式气氛 PFQ 100 DX 净化放热式气氛 JFQ 200 DX 吸热式气氛 XQ 300 RX 甲醇裂解气氛 YLQ 氮甲醇气氛 DQ 丙 酮 + 空 气 裂 解 气 氛 （ 直 生式）氨气裂解气氛FAQ 601 AX 氨气燃烧气氛RAQ 621、 622 SAX 氢气QQ （重点）可控气氛的制备方法3.3.1.1 吸热式可控气氛的制备方法吸热式气氛,是将自然气（主要成分是甲烷）或丙烷气按肯定比例与空气混合后通入气体发生炉的反应罐内,在高

32、温（1050）下经触媒（镍触媒）作用,反应生成的气氛；由于反应过程需要吸取热量,故称其为吸热式气氛；吸热式发生炉装置一般采纳电加热形式,最高工作温度为1200；炉膛内置有布满镍触媒的耐热钢（常用 Cr25Ni20 耐热钢制作）反应罐,自然气或丙烷气与空气按肯定比例 混合后经火焰逆止阀通入反应罐,在镍触媒的作用下反应生成主要成分为：CO、 H2、N2 和 微量 CO2、H2O、O2 的气氛；气氛经快速冷却（为保证气氛稳固）,并进行降压、稳压后 送入可控气氛热处理炉；使用自然气或丙烷气制备可控气氛,必需严格掌握硫的含量；见 P309 页内容；1 使用甲烷（自然气）制备的吸热式可控气氛2CH4 +

33、空气（ 21 O2 、79 N2） 2CO + 4H2 + N 2 N2 1.88M3反应物生成物甲烷空气3CO 3 1MH2 3 2M1M32.38M生成物比例20.54138.52 使用丙烷制备的吸热式可控气氛2C3H8 + 空气（ 21 O2 、79 N 2） 6CO + 8H2 + N 2 N2 5.64M3反应物生成物丙烷空气3CO 3 3MH2 3 4M1M37.14M生成物比例23.731.644.63.3.1.2 滴注式气氛最常用的是甲醇滴注裂解气氛；名师归纳总结 将甲醇（工业1 级）直接滴入炉内裂解获得；第 9 页,共 37 页CH3OH CO + 2H2 其中： CO 33

34、.33 、H2 66.67；当裂解温度800以上时,在甲醇裂解产物中CO的含量已经达到30以上,且甲烷- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 含量已经低于 2,气氛具有较好的碳势可控性,是较为抱负的载体气氛；渗碳过程需通入富化气甲烷或丙烷或渗碳介质煤油；因甲醇裂解气的CO和 H2的含量较高,特殊是在低温（ 700时,可能发生如下反应：2CH3OH 2H2O+CH4+C ）条件下,甲烷的含量很高,特别简洁显现炭黑；因此,该种气氛不相宜作低温下的爱护加热光亮淬火使用；随着时间推移和技术的进步,不少单位讨论出：在较高温度（900以上使用）下,使用乙醇（ C2H5O

35、H）+水（ H2O）替代甲醇使用的方法获得胜利,较大的降低了生产成 本；C2H5OH +H2O 2CO + 4H2 气体组分同样是：3.3.1.3 氮甲醇气氛的制备方法按肯定比例,在甲醇的裂解气中通入氮气（氮气纯度CO 33.33 、H2 66.67；99.5 ）,就可获得氮甲醇气氛；通常实行：将甲醇和氮气（比例为：1 升甲醇 : 1 立方 M 氮气）直接通入炉内进行 裂解的方法,获得氮甲醇气氛；该种气氛的组分与使用自然气制备的吸热式气氛的组分特别接近,同样可作为载体气使用,渗碳过程需通入富化气甲烷或丙烷；但生产过程省 却了炉气发生炉装置,降低了设备及操作的复杂程度,目前使用极为广泛；在氮甲醇

36、气氛中,通入不同比例的氮气,可获得不同 CO和 H2含量的氮基气氛；当气 氛中的 H2 含量低于 4时,没有爆炸危急；常用于钢铁零件（高碳钢、轴承钢）的爱护加 热光亮淬火；3.3.1.4 直生式气氛 将渗碳介质（自然气、或丙烷气、或丙酮、或异丙醇等）与空气按肯定比例混合后直接通入炉内,在高温（大于900）下反应,直接生成渗碳气氛；气体的主要组分为：CO、H2、N2；微量组分为：CO2、H2O、O2 ；气氛的碳势通过空气混入量的多少进行调剂；3.3.1.5其它掌握气氛2NH3 2N + 3H2 （ 1）1 氨分解气氛氨气的分解反应：2NH3 N2 + 3H2 （2）氨气在不同温度下的分解率：裂解

37、温度500 600 700 800 900 分解率30 99.95 99.978 99.989 99.993 在不同温度下,氨气的两种裂解反应同时进行；氨的分解率越高,活性氮原子越少,气氛的氮势越低；在氮化温度时,氨气经钢铁表面的催化作用产生活性氮原子被钢铁工件表面吸取,完 成渗氮过程；因此,可以通过调整氨气的分解率来掌握炉气的氮势；为加速氨气的裂解,普遍采纳镍触媒,并在较高温度（850左右）下进行；氨分解气氛经净化去水后,可作为钢铁件的铜焊、有色金属热处理或烧结的爱护气氛；亦可作为载 体气使用,进行可控氮化处理；2 氮基气氛以氮气为基础的爱护气氛,叫做氮基气氛；在氮气中通入1 2的丙烷或自然

38、气,使制备的气氛中的 爱护加热；3 放热式气氛的制备H2 含量低于,没有爆炸危急；常用于高碳钢或轴承钢的可燃气与空气按肯定比例混合后,通入发生器燃烧炉进行不完全燃烧；反应后生成具 有肯定 CO2、CO、H2、H2O、N2 含量的混合气体,这种反应依靠可燃气的自身燃烧放热爱护,不需外部供热,因此,叫做放热式气氛；放热式气氛依据原料气和空气的混合比例不同,燃烧反应的程度也不同,生成的气体名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 37 页精选学习资料 - - - - - - - - - 成分也不同；当放热式气氛中的 H2含量低于 4时,称为淡型,没有爆炸危急；当放热式 气氛中的 H2

39、含量高于 4时,称为浓型,应留意安全使用；放热式气氛经去除 H2O、CO2 的净化后（ CO2 含量 0.01、露点在 -60 以下）,常用于航空业的光亮淬火；3.3.1.6 碳势的测量与掌握 炉内气氛掌握系统包括：温度掌握系统在内,并由氧探头（或红外仪、或露点仪）等 炉气测量外表及压力表、流量计、阀门等传感元件组成的、对可控气氛的制备过程及炉内 气氛的主要构成进行检测和掌握的一整套系统；碳势用表示,是可控气氛中的重要指 标；1） 氧探头 氧探头测量分析法,因其具有其它测量方法不行替代的优点,因此,目前使用特别广 泛；使用氧探头测量炉气碳势时,空气来源便利,无需购置,成本低廉；空气中氧的含量

40、占空气的 21,特别稳固,是抱负的标准气体；氧探头测量炉气中氧电势线性好、特别灵 敏、速度快、没有明显的滞后现象,炉气的碳势掌握精度高,波动小；氧探头结构简洁,便于使用和爱护；氧探头测定的是：炉气气氛中的氧电势；参比气是空气,核心元件是氧探头； 氧探头的结构：氧探头的结构形式有两种,一种是氧探头的单一结构；一种是氧探头和热电偶的组装结 构；氧探头的基本结构形式是：锆球表面与套管的坡口严密接触,坡口将锆球表面分割成 两个区域,即富氧区和贫氧区；贫氧区与炉气相通,富氧区与空气相通构成氧差电池；阳极（贫氧炉气）反应：阴极（富氧空气）反应：1/2 O2 + 2e = O-2e；O-2e - 2 e =

41、 1/2 O 2 氧探头的工作原理：氧探头是利用ZrO2（二氧化锆）在肯定的温度（600以上）下,在不同氧浓度的气氛中会产生肯定的直流电势（称为氧电势）；碳势掌握外表将氧探头输入的氧电势转换成碳 势,并与外表设定的碳势进行比较和运算；再以电讯号的形式输出,作用到渗碳剂管路的 电磁阀上,从而达到对炉气碳势的掌握； 氧探头的爱护与保养：氧探头在使用过程中,最常见的问题是碳黑和灰尘的沉积；在碳势掌握的电路中,均安排有以炉次生产为单元的氧探头积碳的自动吹扫过程,每次吹扫时间大约连续20 秒钟；同时,仍安装有手动进行氧探头碳黑的吹扫程序开关,便于在生产过程中随时对氧探 头的积碳进行吹扫；应留意的是：对氧探头碳黑的吹扫不能过于频繁,且每次吹扫的时间 不能过长,以免造成氧探头损坏；特别必要时可进行氧探头的拆解清理,锆球、套管等电极构件可使用酒精棉球轻轻擦 拭（留意：不得损耗锆球表面和套管坡口）,构件干燥后按序组装；2） 红外仪红外仪测定的是：炉气气氛中的CO2 含量；参比气是纯洁的CO2气,核心元件是远红外线气体分析仪； 二氧化碳红外仪气相分析法的测量原理：红外线是一种不行见的辐射光线,不同的气体对红外线有不同的吸取效应；二氧化碳 气,对波长为 4.25 微 M 的红外线有很强的吸取,且对红外线的吸取程度与气体浓度和吸取 层的厚度存在定量关系；当入射的红外线的强度和二氧化碳气体的吸取