[精选]《热处理设备》第五章可控气氛炉.pptx

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1、主讲主讲教师：教师：1课课十二十二 第五章第五章 可控气氛可控气氛热处热处理炉理炉本章我们主要了解以下四个方面的内容：本章我们主要了解以下四个方面的内容：一、可控气氛炉加热的基本原理；一、可控气氛炉加热的基本原理；二、可控气氛的种类、制备流程、特性与应二、可控气氛的种类、制备流程、特性与应用；用；三、可控气氛的碳势测量及氧势控制。三、可控气氛的碳势测量及氧势控制。四、可控气氛热处理炉的类型、平安操作与四、可控气氛热处理炉的类型、平安操作与开展。开展。本次课我们先来了解前两个本次课我们先来了解前两个方面的方面的内容。内容。2 我我们们知道，在一般空气介知道，在一般空气介质电质电阻炉中加阻炉中加热

2、钢热钢件件时时,容易容易发发生氧化和生氧化和脱碳脱碳。要使要使钢钢件加件加热时热时不不产产生氧化和脱碳，可以采用两种方法：生氧化和脱碳，可以采用两种方法：一种是向炉膛内送入保一种是向炉膛内送入保护护气体，使气体，使钢钢件在保件在保护护气氛下加气氛下加热热；为为了使工件外表不了使工件外表不发发生氧化、脱碳、生氧化、脱碳、烧损现烧损现象或象或对对工工件件进进行化学行化学热处热处理，向炉内通以可理，向炉内通以可进进行控制成分的气氛，行控制成分的气氛，称可控气氛。称可控气氛。另一种方法是把炉膛内空气抽除，使另一种方法是把炉膛内空气抽除，使钢钢件在真空状件在真空状态态下下加加热热5.1 概概 述述34脱

3、碳是钢加热时外表碳含量降低的现象。脱碳的脱碳是钢加热时外表碳含量降低的现象。脱碳的过程就是钢中碳在高温下与氢或氧发生作用生成过程就是钢中碳在高温下与氢或氧发生作用生成甲烷或一氧化碳。其化学方程式如下；甲烷或一氧化碳。其化学方程式如下；2Fe3C+O26Fe+2COFe3C+2H23Fe+CH4 Fe3C+H2O3Fe+CO+H2 Fe3C+CO23Fe+2CO这些反响是可逆的，即氢、氧和二氧化碳使这些反响是可逆的，即氢、氧和二氧化碳使钢脱碳，而甲烷和一氧化碳则使钢增碳。钢脱碳，而甲烷和一氧化碳则使钢增碳。5 钢钢件在保件在保护护气氛下加气氛下加热热不不仅仅可可实现实现无氧化无脱碳无氧化无脱碳热

4、处热处理，提高理，提高热处热处理理质质量，量，还还可以可以进进行渗碳、脱碳等行渗碳、脱碳等特殊特殊热处热处理。并且可理。并且可实现实现机械化和自机械化和自动动化控制，使生化控制，使生产产率得到提高、率得到提高、劳动劳动条件得到改善。但其条件得到改善。但其设备设备复复杂杂、投投资较资较大，操作技大，操作技术术要求要求较较高。高。保保护护气氛可以是中性气体气氛可以是中性气体N2或惰性气体或惰性气体Ar,有有时时也可以是复原性气体也可以是复原性气体H2。大多数保。大多数保护护气氛气氛是由多种气体例如是由多种气体例如CO,CO2,H2,CH4,H2O,N2等混等混合合组组成的，各种气体与成的，各种气体

5、与钢进钢进行的化学反响列于表行的化学反响列于表10-1中。中。6表表10-1各种气体与铁及其碳化物的化学反响各种气体与铁及其碳化物的化学反响7 各种气体与钢的化学反响和各种气体之间的化各种气体与钢的化学反响和各种气体之间的化学反响是比较复杂的，但是可以调节保护气氛中氧学反响是比较复杂的，但是可以调节保护气氛中氧化性气体与复原性气体的比例、脱碳性气体与渗碳化性气体与复原性气体的比例、脱碳性气体与渗碳性气体的比例，即性气体的比例，即CO2/CO、H2O/H2、CH4/H2的相的相对含量，使反响处于平衡状态，钢的氧化速度与复对含量，使反响处于平衡状态，钢的氧化速度与复原速度相等，钢的脱碳速度与渗碳速

6、度相等，这样原速度相等，钢的脱碳速度与渗碳速度相等，这样就能实现无氧化与无脱碳加热。就能实现无氧化与无脱碳加热。无氧化加热一般可分为光亮加热和光洁加热，前者无氧化加热一般可分为光亮加热和光洁加热，前者外表未形成氧化膜，仍保持金属光泽；后者有氧化外表未形成氧化膜，仍保持金属光泽；后者有氧化膜生成，失去金属光泽。膜生成，失去金属光泽。可控气氛热处理炉的优越性如下：可控气氛热处理炉的优越性如下：8 1实现无氧化无脱碳与增碳热处理，因而提高钢件实现无氧化无脱碳与增碳热处理，因而提高钢件的外表质量及机械性能，减少零件的加工余量和钢材的烧的外表质量及机械性能，减少零件的加工余量和钢材的烧损量，因此能节省工

7、时及能耗，节约金属材料。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外表的含碳实现可控渗碳，可以精确地控制零件外表的含碳量、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。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，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。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，改善劳实现机械化与自动化，提高劳动生产率，改善劳动条件。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总之，可控气

8、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开展水平的重要标志。处理技术开展水平的重要标志。9102 可控气氛加可控气氛加热热的基本原理的基本原理 在在这这一一节节里，我里，我们们通通过钢过钢在可控气氛中加在可控气氛中加热热所所发发生的化学反响，来了解可控气氛中各种生的化学反响，来了解可控气氛中各种组组分的性分的性质质与作用以及与作用以及对钢对钢在加在加热过热过程中程中发发生生氧化复原、脱碳增碳反响的影响，氧化复原、脱碳增碳反响的影响，进进而确定可而确定可控气氛中的控制控气氛中的控制对对象。象。

9、常用的可控气氛主要由常用的可控气氛主要由CO、H2和少量的和少量的CO2、H2O和和CH4、CnHm等气体等气体组组成。在成。在热处热处理温度条件下，气体与理温度条件下，气体与钢进钢进行化学反响。行化学反响。10一、一、钢钢在炉气中的氧化复原反响在炉气中的氧化复原反响 1、钢钢在在CO2-CO气氛中的反响气氛中的反响 钢钢在空气中加在空气中加热热将与氧将与氧发发生氧化反响，在生氧化反响，在560以下生成以下生成Fe3O4，在，在560以上形成三种以上形成三种氧化物，内氧化物，内层为层为FeO，中，中层为层为Fe3O4，外，外层为层为Fe2O3，通常，通常认为认为氧气氧气对钢对钢的氧化的氧化过过

10、程是不可逆程是不可逆的，无法控制。的，无法控制。钢钢在在CO2-CO气氛中的氧化复原反响气氛中的氧化复原反响则则有有所不同，是可逆的，其反响速度和反响方向决所不同，是可逆的，其反响速度和反响方向决定于定于CO/CO2比比值值和温度。和温度。11 在一定温度下，反响达平衡时，气氛中各种气体浓度在一定温度下，反响达平衡时，气氛中各种气体浓度不再改变，其平衡常数为不再改变，其平衡常数为式中：式中：PCO、PCO2CO和和CO2气体的分压气体的分压;CO、CO2 CO和和CO2气体的浓度；气体的浓度；CO,CO2混合气体中混合气体中CO和和CO2的体积百分含量的体积百分含量.其反响方程式如其反响方程式

11、如10-1，反响方向由平衡常数来判断，反响方向由平衡常数来判断.12 在一定温度状在一定温度状态态下，平衡常数下，平衡常数KP总总保持保持为为定定值值。某。某一温度下的一温度下的kP值值，可由，可由实验测实验测定，也可由定，也可由热热力学反响自由力学反响自由能能计计算求得。如表算求得。如表10-2所示所示 应应用平衡常数用平衡常数KP即可判断反响即可判断反响进进行的方向。如在行的方向。如在1000时时，KP=2.486，即当，即当CO/CO2=2.486时时，氧化复原氧化复原处处于平衡状于平衡状态态，当，当实际实际炉气炉气CO/CO22.486时，反响向左进行，发时，反响向左进行，发生复原作用

12、，钢件不氧化。因此，钢在生复原作用，钢件不氧化。因此，钢在CO2CO气氛中气氛中是否发生氧化，取决于是否发生氧化，取决于CO/CO2的比值，即的比值，即CO和和CO2的相对量，并不是绝对含量。的相对量，并不是绝对含量。2、钢在钢在H2H2O气氛中的反响气氛中的反响 在热处理温度条件下，钢在在热处理温度条件下，钢在H2H2O气氛中的反响气氛中的反响式为式为其平衡常数为其平衡常数为1415 3.3.气氛中的氧气氛中的氧气氛中的氧气氛中的氧势势势势 金属在气氛中能否被氧化或其氧化物能否自金属在气氛中能否被氧化或其氧化物能否自发发分解，分解，一方面取决于金属氧化物的一方面取决于金属氧化物的稳稳定性，可

13、用金属的分解定性，可用金属的分解压压力力来表示来表示;另一方面是气氛中氧的分另一方面是气氛中氧的分压压大小。大小。金属在含氧气氛中加金属在含氧气氛中加热热会会产产生如下反响生如下反响 由此可由此可见见，在，在1000，使，使Fe不氧化不氧化=1.5即可即可.16式中，式中，PO2为化学平衡系中氧的分压，即金属氧化物的分为化学平衡系中氧的分压，即金属氧化物的分解压。当气氛中的氧分压大于解压。当气氛中的氧分压大于PO2时，反响向右进行，金时，反响向右进行，金属被氧化成氧化物；当气氛中的氧分压小于属被氧化成氧化物；当气氛中的氧分压小于PO2时，反响时，反响向左进行，金属氧化物分解。各种氧化物的分解压

14、是不相向左进行，金属氧化物分解。各种氧化物的分解压是不相同的，并随温度的升高而急剧增大，氧化物处于不稳定状同的，并随温度的升高而急剧增大，氧化物处于不稳定状态。态。氧势是指在一定温度下，金属的氧化和氧化物的分解氧势是指在一定温度下，金属的氧化和氧化物的分解处于平衡状态时气氛中氧的分压或氧化物的分解压。处于平衡状态时气氛中氧的分压或氧化物的分解压。点点 当当Me和和MexO2皆皆为为化学化学纯纯的凝聚相，的凝聚相，则则反响平衡常数反响平衡常数为为 KP=1/PO2 10一一6174.钢钢在在CO、CO2、H2、H2O混合气体中的氧化复混合气体中的氧化复原反响原反响 当炉内气氛同当炉内气氛同时时存

15、在存在CO、CO2、H2、H2O 时时，必，必须综须综合考合考虑虑式式101和和103，表示混合炉气中各表示混合炉气中各组组分的分分的分压压。式中：式中：这时这时要到达无氧化加要到达无氧化加热热需需满满足如下条件，即足如下条件，即18二、钢在炉气中的脱碳增碳反响二、钢在炉气中的脱碳增碳反响二、钢在炉气中的脱碳增碳反响二、钢在炉气中的脱碳增碳反响1、钢在、钢在COCO2气氛中的脱碳增碳反响气氛中的脱碳增碳反响钢在钢在COCO2气氛中的反响式如下：气氛中的反响式如下：ac 碳在奥氏体碳在奥氏体一一Fe中的有效中的有效浓浓度，又称奥氏体度，又称奥氏体中碳的活度中碳的活度.ac是在一定温度下是在一定温

16、度下钢钢的含碳量与的含碳量与一一Fe中的中的饱饱和含碳量的比和含碳量的比值值 19例如，含碳例如，含碳0.8%的的钢钢在在1100时时，由于分子，由于分子间间作用力的作用力的影响，只起到影响，只起到 ac 为为0.45%的作用，故称此值为有效浓度。的作用，故称此值为有效浓度。2 2、气氛中的碳势、气氛中的碳势、气氛中的碳势、气氛中的碳势 碳势是指一定成分的气氛，在一定温度下，气氛与钢碳势是指一定成分的气氛，在一定温度下，气氛与钢的脱碳增碳反响到达平衡时，钢的含碳量。的脱碳增碳反响到达平衡时，钢的含碳量。图图10-1是钢在是钢在CO-CO2气氛中化学反响的平衡曲线，气氛中化学反响的平衡曲线，条件

17、是条件是PCO+PCO2=98.066kPa1大气压。曲线上每个大气压。曲线上每个点代表一个平衡状态。例如，在点代表一个平衡状态。例如，在0.1%C的曲线上，当温的曲线上，当温度为度为900时，相应的时，相应的CO为为80%，表示在，表示在80%CO的气氛的气氛中，含碳中，含碳0.1%的钢到达平衡状态，既不脱碳也不增碳、的钢到达平衡状态，既不脱碳也不增碳、那么那么900下含下含80%CO气氛的碳势即为气氛的碳势即为0.1%C。20图图中中SE线为饱线为饱和奥氏体的平衡曲和奥氏体的平衡曲线线，位于其下面的是，位于其下面的是钢钢的不同含碳量的平衡曲的不同含碳量的平衡曲线线。此外，虚此外，虚线线AK

18、表示氧化表示氧化一复原平衡曲一复原平衡曲线线。在。在AK线线下方下方Fe将将发发生氧化反响生氧化反响;在在AK线线上方的气氛是复原性上方的气氛是复原性的，能防止氧化，但不能的，能防止氧化，但不能防止脱碳。防止脱碳。这这是因是因为为在在700以上脱碳反响的平衡以上脱碳反响的平衡条件条件 所需要所需要CO%含量含量远远比氧化反响比氧化反响为为高。也就是高。也就是说说，不，不脱碳的条件比不氧化的条件要脱碳的条件比不氧化的条件要严严格得多。因此，如果格得多。因此，如果进进行行既不氧化又不脱碳的光亮既不氧化又不脱碳的光亮热处热处理理时时，则应则应使气氛中使气氛中CO含含量保持在相量保持在相应应含碳量的含

19、碳量的钢钢的平衡曲的平衡曲线线以上，亦即将气氛的以上，亦即将气氛的碳碳势维势维持在持在钢钢的相的相应应含碳量以上。含碳量以上。213.钢钢在在H2CH4气氛中的脱碳增碳反响气氛中的脱碳增碳反响 在在COCH4气氛中，碳气氛中，碳势较势较低，生低，生产产上往往借助上往往借助COCO2为载为载体，来添加适量增碳体，来添加适量增碳剂剂CH4来增加碳来增加碳势势，或，或者气氛中原来就有者气氛中原来就有H2CH4气氛存在。气氛存在。钢钢在在H2CH4气氛气氛中将中将发发生如下脱碳增碳反响生如下脱碳增碳反响 CH4与与CO的渗碳能力有所不同的渗碳能力有所不同,CH4的渗碳能力的渗碳能力强强得多，是一种得多

20、，是一种强强渗碳渗碳剂剂,而而H2有脱碳能力。有脱碳能力。22 用于热处理的可控气氛种类很多，用于热处理的可控气氛种类很多，按照制按照制备备可控可控气氛的原料气液不同，可控气氛分气氛的原料气液不同，可控气氛分为为四四类类：以原以原料气制料气制备备的、以有机液体制的、以有机液体制备备的、的、别别离空气制离空气制备备的、的、瓶装高瓶装高纯纯气体。气体。目前常见的可控气氛有目前常见的可控气氛有以原料气制取可控气氛分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。氛、氨燃烧气氛、氮基气氛等。接下来首先了解制接下来

21、首先了解制备备可控气氛的各种常用原料，可控气氛的各种常用原料，为为我我们们了解各种气氛的制备方法、特性与应用做铺垫。了解各种气氛的制备方法、特性与应用做铺垫。103 可控气氛的种可控气氛的种类类与制与制备备23一、制一、制一、制一、制备备备备可控气氛的原料可控气氛的原料可控气氛的原料可控气氛的原料1固体原料固体原料 主要是木炭。将空气通入主要是木炭。将空气通入炽热炽热的木炭的木炭层时产层时产生木炭气生木炭气氛，其主要成分是氛，其主要成分是N2和和CO，还还有少量有少量H2和和CO2。木炭气氛木炭气氛发发生装置生装置结结构构简单简单，制取，制取简简易，但木炭消耗易，但木炭消耗量量较较大、大、劳动

22、劳动条件差。木炭气氛的成分很不条件差。木炭气氛的成分很不稳稳定，只适用定，只适用于要求不于要求不严严格的工件的保格的工件的保护护加加热热，如，如铸锻铸锻件的退火保件的退火保护护。2液体原料液体原料 液体原料主要是有机液体，如甲醇液体原料主要是有机液体，如甲醇CH3OH、乙、乙醇醇C2H5OH、丙醇、丙醇C3H7OH、苯、苯C6H6，甲苯，甲苯C7H8、丙、丙酮酮CH3COCH3等。一般做等。一般做为为滴注式可滴注式可控气氛。控气氛。243.气体原料气体原料 气体原料主要有工业煤气，天然气、液化石油气、气体原料主要有工业煤气，天然气、液化石油气、氨气、氮气等，它们各自适于制备不同类型的可控气氛。

23、氨气、氮气等，它们各自适于制备不同类型的可控气氛。各种工业煤气由于生产过程的影响，成分不稳定，因各种工业煤气由于生产过程的影响，成分不稳定，因而制备的可控气氛也不稳定，含硫也较高。而制备的可控气氛也不稳定，含硫也较高。一般液化石油气多一般液化石油气多为为丙烷丙烷C3H8和丁烷和丁烷C4H10的混合物，的混合物，有两种来源：一、有两种来源：一、是开采石油得到的石油气，是开采石油得到的石油气，二、二、炼制石油时别离炼制石油时别离出来的气体。出来的气体。这这两种石油气特点两种石油气特点即把有机液体直接滴入炉内，即把有机液体直接滴入炉内，经经高温反响生成可控气氛。高温反响生成可控气氛。也可将有机液体滴

24、入裂解装置中生成可控气氛，再将其通也可将有机液体滴入裂解装置中生成可控气氛，再将其通入入热处热处理炉中。理炉中。25含硫量很低含硫量很低0.01%，很适于制备吸热式气氛。二者，很适于制备吸热式气氛。二者在常温下加压即可液化，因而可充入容器中运输和贮存。在常温下加压即可液化，因而可充入容器中运输和贮存。制备吸热式气氛的原料气要求含烯烃等杂质在制备吸热式气氛的原料气要求含烯烃等杂质在5%以下，以下，纯度低易在制备气氛过程中产生碳黑，影响气氛质量。纯度低易在制备气氛过程中产生碳黑，影响气氛质量。甲烷甲烷CH4是一种较好的原料气，占天然气达是一种较好的原料气，占天然气达90%以上，纯度很高，但其是一种

25、干性气体，很难液化，不便以上，纯度很高，但其是一种干性气体，很难液化，不便于贮运。于贮运。氨气是呈液态瓶装，贮运方便，要求含水分杂质要少。氨气是呈液态瓶装，贮运方便，要求含水分杂质要少。氮气有工业氮，它是制氧的副产品，含氧较多，另外也可氮气有工业氮，它是制氧的副产品，含氧较多，另外也可用空气别离法制造粗氮和纯氮、气氮和液氮。用空气别离法制造粗氮和纯氮、气氮和液氮。261制制备备原理原理 吸吸热热式气氛是原料气与式气氛是原料气与理理论论空气需要量一半的空气空气需要量一半的空气n0.5在高温及催化在高温及催化剂剂的作用下，不完全燃的作用下，不完全燃烧烧生成的生成的气氛。原料气有天然气、丙气氛。原料

26、气有天然气、丙烷烷、液化石油气主要是丙、液化石油气主要是丙烷烷、丁丁烷烷、城市煤气。原料气与空气的混合气体在反响罐内、城市煤气。原料气与空气的混合气体在反响罐内进进行化学反响，以丙行化学反响，以丙烷为烷为例，其反响式例，其反响式为为2C3 H8+3O2+11.28N2 6CO+8H2+11.28N2-Q 10-13 由上式可知，空气与丙由上式可知，空气与丙烷烷的混合比的混合比为为3+11.28:2，当当二、制二、制二、制二、制备备备备气氛的种气氛的种气氛的种气氛的种类类类类 1 1、吸、吸、吸、吸热热热热式气氛式气氛式气氛式气氛27混合比混合比较较低低时时，只靠混合气自身燃，只靠混合气自身燃烧

27、烧反响的反响的热热量不能量不能维维持燃持燃烧继续进烧继续进行，需要由外部供行，需要由外部供热热，因此称吸，因此称吸热热式气氛。式气氛。制取制取这类这类气氛是借降低空气与原料气的混合比来气氛是借降低空气与原料气的混合比来调调整整气氛中气氛中CO与与CO2、H2与与H2O、H2与与CH4的相的相对对含量，即含量，即调调整气氛的碳整气氛的碳势势。2制制备备流程点流程点 图图10-2为为吸吸热热式气氛的制式气氛的制备备流程流程图图。原料气。原料气经经减减压压阀阀、流量、流量计计和和压压力力调节阀进调节阀进入混合器与空气混合入混合器与空气混合;空气空气经经过滤过滤器、流量器、流量计进计进入混合器。原料气

28、与空气的混合气由入混合器。原料气与空气的混合气由泵泵鼓入反响罐。在管路中鼓入反响罐。在管路中设设有平安装置，如火焰逆止有平安装置，如火焰逆止阀阀等，等，混合气在混合气在l000-1050的反响罐内借助的反响罐内借助镍镍基催化基催化剂剂的作用的作用28进进行化学反响，生成吸行化学反响，生成吸热热式气氛。式气氛。为为防止在防止在400700之之间间生成碳黑，生成碳黑，经经水冷却器冷却到水冷却器冷却到300以下，通入炉内以下，通入炉内使用。使用。气体管路混合系统动力系统反响系统平安系统29 原料原料气气混合比混合比理理 论论 反反 应应 式式组组 成成%注注 释释COH2N2甲甲 烷烷丙丙 烷烷丁丁

29、 烷烷2.57.510CH4+0.5O2+4N2CO+2HCO+2H2 2+2N+2N2 2C3H8+1.5O2+4N23CO+4H3CO+4H2 2+6N+6NC4H10+2O2+4N24CO+5H4CO+5H2 2+8N+8N2 2202324403129404647实际实际气氛中尚含有气氛中尚含有0.3%CO20.6%H2O0.4%CH43炉内吸炉内吸热热式气氛式气氛发发生器生器日、英、美新研制装有日、英、美新研制装有炉内吸炉内吸热热式气氛式气氛发发生器的密封箱式炉，如生器的密封箱式炉，如图图10-3，省去，省去了重新加了重新加热热气体的工序，所用的催化气体的工序，所用的催化剂剂的的产产

30、气能力比一般催化气能力比一般催化剂剂高高45倍，倍，产产气温度气温度为为800900，能保，能保证证在通常在通常处处理温度下工作，运行成本降低理温度下工作，运行成本降低20%左右左右表表10-5不同原料气与混合比形成的吸热式气氛的组成不同原料气与混合比形成的吸热式气氛的组成304吸热式气氛的特性与应用：吸热式气氛的特性与应用：优点：含优点：含CO和和H2较多且含量比较稳定，其碳势在较多且含量比较稳定，其碳势在0.40.6%，改变混合比容易调节碳势。对碳钢来，改变混合比容易调节碳势。对碳钢来说，它是复原性气氛说，它是复原性气氛可用于中、高碳钢光亮热处理，并可做渗碳或碳可用于中、高碳钢光亮热处理，

31、并可做渗碳或碳氮共渗的渗碳剂和载体气在吸热式气氛中参加氮共渗的渗碳剂和载体气在吸热式气氛中参加少量丙烷气可做渗碳可控气氛。少量丙烷气可做渗碳可控气氛。缺点：吸热式气氛中的缺点：吸热式气氛中的CO容易引起钢中的容易引起钢中的Cr氧化，氧化，故大多数不锈钢都不用它做保护气氛。吸热式气故大多数不锈钢都不用它做保护气氛。吸热式气氛中的氛中的H2含量高，为了防止氢脆，一般也不用它含量高，为了防止氢脆，一般也不用它做高强钢的保护气氛。做高强钢的保护气氛。312 2放放放放热热热热式气氛式气氛式气氛式气氛 1制制备备原理原理 放放热热式气氛是原料气与式气氛是原料气与较较多的空气多的空气n=O.5 0.95的

32、不完全燃的不完全燃烧产烧产物，所物，所产产生的生的热热量足以量足以维维持反响持反响进进行。行。放放热热式可控气氛的原料气可以是液化石油气、煤气或式可控气氛的原料气可以是液化石油气、煤气或其它气体燃料。原料气与少于理其它气体燃料。原料气与少于理论论需要量的空气需要量的空气进进行燃行燃烧烧，局部原料气完全燃局部原料气完全燃烧烧，局部原料气不完全燃，局部原料气不完全燃烧烧，以丙，以丙烷烷原原料气料气为为例。例。完全燃完全燃烧烧的反响式；空气与丙的反响式；空气与丙烷烷气比例气比例23.8：1C3H8十十5O2十十18.8N2 3CO2+4H2O十十18.8N2+Q 10-14不完全燃不完全燃烧烧的反响

33、式的反响式为为空气与丙空气与丙烷烷气比例气比例14.28：22C3H8十十3O2+11.28N26CO+8H2十十11.28H2+Q 10-1532 放放热热式可控气氛的成分随所用空气式可控气氛的成分随所用空气过过剩系数剩系数n的大小的大小而不同，可在很而不同，可在很宽宽的范的范围围内内变动变动。当。当n值较值较小小0.50.6时时，CO/CO2值较值较大，气氛氧化性和脱碳性大，气氛氧化性和脱碳性较较弱，但弱，但产产气气量也量也较较少；少；n值较值较大大0.8-0.9时时，CO/CO2值较值较小，氧化小，氧化性和脱碳性也性和脱碳性也较较强强，但，但产产气量气量较较大，成本大，成本较较低。低。为

34、为提高气氛复原性，常再提高气氛复原性，常再经净经净化化处处理，除去其中的理，除去其中的CO2和和H2O。通。通过过改改变变空气与燃料的比和空气与燃料的比和净净化方法，可在化方法，可在较宽较宽的范的范围围内改内改变变气氛的成分和性气氛的成分和性质质，得到，得到CO2含量不同含量不同的气氛，一般又把的气氛，一般又把这类这类气氛分气氛分为为淡型、淡型、浓浓型和型和净净化型。化型。这这类类气氛可能是复原性和增碳性的，也可能是氧化性和脱碳气氛可能是复原性和增碳性的，也可能是氧化性和脱碳性的，性的，视视气氛成分、工件含碳量和工作温度而定。气氛成分、工件含碳量和工作温度而定。332制制备备流程流程 制制备备

35、放放热热式气氛的工式气氛的工艺艺流程流程图图如如图图10-3、4所示。原料所示。原料气与空气按一定比例混合，用气与空气按一定比例混合，用罗罗茨茨泵泵送到送到烧烧嘴，在燃嘴，在燃烧烧室室内内进进行燃行燃烧烧及裂解，未燃及裂解，未燃烧烧的局部原料气通的局部原料气通过过催化催化剂剂完全完全反响。反响反响。反响产产物主要含有物主要含有CO、H2、N2、CO2、H2O和少和少量量CH4。反响。反响产产物物应应通入冷凝器中，使其中的水气冷凝成通入冷凝器中，使其中的水气冷凝成水而排除，必要水而排除，必要时时再再净净化化处处理，理，这样这样就就获获得可供得可供给给用的放用的放热热式气氛。式气氛。气氛气氛发发生

36、装置的管路系生装置的管路系统统主要由四局部主要由四局部组组成。成。1混合系混合系统统:原料气和空气混合后用原料气和空气混合后用罗罗茨茨泵泵送至送至烧烧嘴嘴.2燃燃烧烧系系统统:混合气由混合气由烧烧嘴嘴喷喷入燃入燃烧烧室，用点火器室，用点火器34点燃并在其中燃点燃并在其中燃烧烧。3净净化系化系统统:燃燃烧烧气气经经冷凝器和各种冷凝器和各种净净化器等除去化器等除去其中的水分及其中的水分及CO2等。等。4平安系平安系统统:由由单单向向阀阀、灭灭火器、防爆器和放散火器、防爆器和放散阀阀等部件等部件组组成。成。此外，此外，还还有各种控制有各种控制阀阀，压压力、流量等力、流量等测测量量仪仪表。表。35放放

37、热热式气式气氛的氛的类类型型原料气原料气混合比混合比原料气与空气气体成分气体成分%COCO2H2H2OCH4N2浓浓 型型淡淡 型型丙丙烷烷丙丙烷烷1216162381213571012.5614120.80.80.5其余其余其余其余表表10-4放热式气氛的成分放热式气氛的成分3 3放热式气氛的特性及应用放热式气氛的特性及应用放热式气氛的特性及应用放热式气氛的特性及应用 根据混合比不同，可将放热式气氛分为浓型和淡型两根据混合比不同，可将放热式气氛分为浓型和淡型两种表种表10-4。从气体成分来看，放热式气氛含有较多的。从气体成分来看，放热式气氛含有较多的CO2，它是一种脱碳性较强的气氛，所以只能

38、用做少或无，它是一种脱碳性较强的气氛，所以只能用做少或无氧化加热的气氛。其中浓型气氛可用于低碳钢光洁退火以氧化加热的气氛。其中浓型气氛可用于低碳钢光洁退火以及中碳钢短时加热淬火，淡型气氛可用于铜合及中碳钢短时加热淬火，淡型气氛可用于铜合金光亮退火、金光亮退火、可可锻铸铁锻铸铁退火和粉末冶金退火和粉末冶金烧结烧结。363.3.氨分解气氛与氨燃烧气氛氨分解气氛与氨燃烧气氛氨分解气氛与氨燃烧气氛氨分解气氛与氨燃烧气氛 用氨制备的气氛可分为氛分解气氛和氨燃烧气氛两种用氨制备的气氛可分为氛分解气氛和氨燃烧气氛两种类型，而氨燃烧气氛又分为完全燃烧和不完全燃烧两种。类型，而氨燃烧气氛又分为完全燃烧和不完全燃

39、烧两种。1氨分解气氛的制备氨分解气氛的制备 氨分解气氛是液氨气化后，在氨分解气氛是液氨气化后，在催化剂作用下加热分解生成的气氛，其反响式为催化剂作用下加热分解生成的气氛，其反响式为 10 13如果用净化方法去除放热式气氛中的如果用净化方法去除放热式气氛中的CO2和和H2O，还可，还可以扩大其应用范围。以扩大其应用范围。优点：放热式气氛发生装置结构简单，不用外部能源，优点：放热式气氛发生装置结构简单，不用外部能源，制备方便，产气量大，原料气消耗量少，所以它的生产成制备方便，产气量大，原料气消耗量少，所以它的生产成本较低。本较低。372 2氨分解气氛的制备流程氨分解气氛的制备流程氨分解气氛的制备流

40、程氨分解气氛的制备流程 氨分解气氛的制备流程如图氨分解气氛的制备流程如图10-5所示。原料气自氨瓶所示。原料气自氨瓶流入气化器受热气化，在反响罐中借助高温和催化剂的作流入气化器受热气化，在反响罐中借助高温和催化剂的作用进行分解，分解产物自反响罐出来后再返回气化器，利用进行分解，分解产物自反响罐出来后再返回气化器，利用其余热加热液态氨。冷却后的分解产物经净化，除去残用其余热加热液态氨。冷却后的分解产物经净化，除去残氨和水气，就得到可供使用的分解氨。氨和水气，就得到可供使用的分解氨。383 3氨分解气氛的特性及应用氨分解气氛的特性及应用氨分解气氛的特性及应用氨分解气氛的特性及应用 由由NH3分解反

41、响式可知分解反响式可知点，氨分解气氛的组成为，氨分解气氛的组成为75%H2和和 25%N2,因而其性质与因而其性质与H2基本相同，它不含有基本相同，它不含有CO和和CO2无渗碳和析出碳黑的倾向，当露点很低时具有无渗碳和析出碳黑的倾向，当露点很低时具有强复原性。可用于各种金属的光亮加热，特别适用于高强复原性。可用于各种金属的光亮加热，特别适用于高铬钢、不锈钢、硅钢片的光亮加热。其缺点是耗氨多、铬钢、不锈钢、硅钢片的光亮加热。其缺点是耗氨多、产气量少、生产成本高、有易爆危险、剩余氨未除净对产气量少、生产成本高、有易爆危险、剩余氨未除净对钢件有轻微渗氮作用。钢件有轻微渗氮作用。4 4氨燃烧气氛氨燃烧

42、气氛氨燃烧气氛氨燃烧气氛 为了克服氨分解气氛的缺点，可将氨分解气或氨气混为了克服氨分解气氛的缺点，可将氨分解气或氨气混合一定数量空气进行燃烧，燃烧产物经过除水而得到氮基合一定数量空气进行燃烧，燃烧产物经过除水而得到氮基保护气氛。保护气氛。2NH33H2+N2Q 10一一13394 4、滴注式可控气氛、滴注式可控气氛、滴注式可控气氛、滴注式可控气氛 滴注式可控气氛就是将具有渗碳性的有机液体或其混滴注式可控气氛就是将具有渗碳性的有机液体或其混合物直接滴入密封的炉膛或炉罐中，在高温和隔绝空合物直接滴入密封的炉膛或炉罐中，在高温和隔绝空气条件下进行裂解所产生的气氛。滴注式气氛的组成可根气条件下进行裂解

43、所产生的气氛。滴注式气氛的组成可根据滴入的有机液体种类与数量进行人为控制以满足不同热据滴入的有机液体种类与数量进行人为控制以满足不同热处理工艺的要求。滴控热处理具有设备简单、操作方便、处理工艺的要求。滴控热处理具有设备简单、操作方便、节能等特点，但所用的有机液体原料价格较高。节能等特点，但所用的有机液体原料价格较高。滴控气氛的液体原料滴注有机液体有两大滴控气氛的液体原料滴注有机液体有两大类类：一：一类类是含碳原子是含碳原子较较多的重多的重烃类烃类，例如苯，例如苯 C6H6、甲苯、甲苯C6H5CH3、煤油等，另一煤油等，另一类类是是烃烃的衍生物，例如甲醇的衍生物，例如甲醇CH3OH、乙醇、乙醇C

44、2H5OH、异丙醇、异丙醇C3H7OH、丙、丙酮酮CH3COCCH3、醋酸乙脂、醋酸乙脂CH3COOC2H5等。等。401 1、滴注式气氛的制备原理、滴注式气氛的制备原理、滴注式气氛的制备原理、滴注式气氛的制备原理 滴注式气氛是将甲醇、乙醇、煤油、丙酮、甲酰胺等滴注式气氛是将甲醇、乙醇、煤油、丙酮、甲酰胺等有机液体直接滴人热处理炉内，经裂解后生成可控气氛。有机液体直接滴人热处理炉内，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开展。气氛得到了较大的开展。气氛的性质主要取决于有机液气氛的性质主要取决于有机液体分

45、子式中的体分子式中的C/O，当，当C/O1时为复原性和渗碳性，当时为复原性和渗碳性，当C/O1的有机液为增碳剂，以提的有机液为增碳剂，以提高炉内气氛的碳势。图高炉内气氛的碳势。图10-6为不同渗碳剂与甲醇混合物对为不同渗碳剂与甲醇混合物对炉内气氛中炉内气氛中CO含量的影响，从图中可以看出醋酸乙脂含量的影响，从图中可以看出醋酸乙脂作渗碳剂最好。这作渗碳剂最好。这样的炉气稳定，不样的炉气稳定，不致因渗碳剂滴入量致因渗碳剂滴入量的改变而影响炉气的改变而影响炉气的组分，使操作过的组分，使操作过程中的调节控制简程中的调节控制简单易行。单易行。435 5、氮基气氛、氮基气氛、氮基气氛、氮基气氛 氮基保护气

46、氛在热处理生产中已有较长的使用历史，氮基保护气氛在热处理生产中已有较长的使用历史，最初使用的氮基保护气氛有净化放热式气氛、再处理最初使用的氮基保护气氛有净化放热式气氛、再处理的放热式气氛、氨燃烧气氛等。制备这类氮基气氛要的放热式气氛、氨燃烧气氛等。制备这类氮基气氛要消耗较多的燃料气和氨气，而且制备工艺流程复杂，消耗较多的燃料气和氨气，而且制备工艺流程复杂，设备投资很多，所以它们的应用受到限制。设备投资很多，所以它们的应用受到限制。近些年来，为了节省能源，开展了用氮气为主要近些年来，为了节省能源，开展了用氮气为主要原料制取氮基保护气氛的技术，氮基气氛热处理取得原料制取氮基保护气氛的技术，氮基气氛

47、热处理取得很多成就。很多成就。作作业业思考思考题题44 上述上述总总反响反响为为放放热热反响。但是，反响。但是，仅仅靠靠总总反响反响产产生的生的热热量，缺乏以量，缺乏以维维持吸持吸热热反响区的高温，因而反响区的高温，因而还还需从外部供需从外部供给热给热量，因此量，因此这这种气氛称种气氛称为为吸吸热热式气氛。式气氛。返回返回说说明明45图图中中SE线为饱线为饱和奥氏体的平衡曲和奥氏体的平衡曲线线，位于其下面的是，位于其下面的是钢钢的不同含碳量的平衡曲的不同含碳量的平衡曲线线。46这里必须指出，通入反响灌的丙烷气和空气的混合物，这里必须指出，通入反响灌的丙烷气和空气的混合物，并未到达着火浓度范围，

48、按式并未到达着火浓度范围，按式1013 12.3%这个数值，在丙烷气的着火浓度范围这个数值，在丙烷气的着火浓度范围2.2%9.5%以外，是不能正常燃烧的。仅从这点而论，以外，是不能正常燃烧的。仅从这点而论，反响罐一定要外部加热，否则反响罐最终会降到室温。反响罐一定要外部加热，否则反响罐最终会降到室温。返回返回2C3 H8+3O2+11.28N2 6C0+8H2+11.28N2+Q 101347作业和思考题：1在在热处热处理炉中常用的可控气氛有哪理炉中常用的可控气氛有哪些些类类型型?它它们们的性的性质质和和应应用有何不同用有何不同?48 小小 结 1掌握制掌握制备备可控气氛的原理。可控气氛的原理

49、。2了解可控气氛的了解可控气氛的类类型、特点及用途，可控气氛保型、特点及用途，可控气氛保护护加加热热、可控气氛渗碳、可控气氛碳氮共渗工、可控气氛渗碳、可控气氛碳氮共渗工艺艺所用所用气氛。气氛。49509、静夜四无邻，荒居旧业贫。6月-236月-23Thursday,June 1,202310、雨中黄叶树，灯下白头人。13:50:3213:50:3213:506/1/2023 1:50:32 PM11、以我独沈久，愧君相见频。6月-2313:50:3213:50Jun-2301-Jun-2312、故人江海别，几度隔山川。13:50:3213:50:3213:50Thursday,June 1,2

50、02313、乍见翻疑梦，相悲各问年。6月-236月-2313:50:3213:50:32June 1,202314、他乡生白发，旧国见青山。01 六月 20231:50:32 下午13:50:326月-2315、比不了得就不比，得不到的就不要。六月 231:50 下午6月-2313:50June 1,202316、行动出成果，工作出财富。2023/6/1 13:50:3213:50:3201 June 202317、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。1:50:32 下午1:50 下午13:50:326月-239、没有失败，只有暂时停止成功！。6月-236月-23