热处理设备课件可控气氛炉部分

热处理车间设备与设计任慧平孙昊内蒙古科技大学材料与冶金学院可控气氛热处理设备大纲对本章要求的内容概述掌握可控气氛热处理设备的一般特点可控气氛的种类与制备掌握可控气氛的种类和制备可控气氛的碳势和氧势控制了解可控气氛的碳势和氧势控制方法可控气氛热处理炉了解可控气氛热处理炉的一般特点概述保护气氛：保护钢件在加热时不产生氧化和脱碳的气氛.气氛组成：实际中可调节保护气氛中的氧化性气体与还原性气体的比例、脱碳性气体与渗碳性气体的比例，即CO2/CO、H2O/H2、CH4/H2的相对含量，使反应处于平衡状态。概述概述可控气氛炉：采用可控气氛的热处理炉。可控气氛炉的优点：（1）可提高钢件的表面质量及机械性能；（2）能节省工时及能耗，节约金属材料；（3）提高了渗碳零件的机械性能，稳定渗碳工艺质量；（4）可实现特殊的热处理工艺；（5）实现机械化与自动化．提高劳动生产率，改善劳动条件。可控气氛的种类与制备气氛种类：一、制备原料1、固体原料原料主要是木碳2、液体原料原料主要是有机液体空气通过炽热的木炭层时产生的木炭气氛，主要成分是N2和CO，还有少量H2和CO2。甲醇、乙醇、丙醇、苯、甲苯、丙酮等。将有机液体滴入炉内，经过高温反应生成。可控气氛的种类与制备3、气体原料气体原料有工业煤气、天然气液化石油气、氨气、氮气等。二、放热式气氛原料：液化石油气、天然气、工业煤气、柴油定义：制备时，由于反应温度是靠自身燃烧发热来维持的，无需外部供热，故称之。制备流程：可控气氛的种类与制备制备原理以丙烷为例：第一步：C3H8+5O2+19N2→3CO2+4H2O+19N2+Q可控气氛的种类与制备第二步，C3H8+3CO2→6CO+4H2-Q1C3H8+3H2O→3CO+7H2-Q2其中：Q＞Q1+Q2，反应自动进行。空气与丙烷的混合比范围：24：1~12：1放热式气氛的特性及应用：可控气氛的种类与制备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金光亮退火、可锻铸铁退火和粉末冶金烧结。净化与再处理：一种是化学法，它通过10％NaOH水浴液或乙醇胺吸收气氛中的CO2；。另一种是用冷冻法除水，使气氛的露点达到2～4℃，水分含量为0.7％～0.8％，再用气体干燥剂（硅胶或铝胶）进一步除水，使气氛的露点下降到-40℃。可控气氛的种类与制备三、吸热式气氛原料：常用液化石油气或天然气制备流程：可控气氛的种类与制备制备原理：放热：3C3H8+15（O2+3.762N2）→9CO2+12H2O+56.4N2+Q1···①吸热：7C3H8+9CO2+12H2O→30CO+40H2-Q2···②总反应：2C3H8+3O2+11.3N2→6CO+8H2+11.3N2+Q···③结果是Q小，不能持续反应。可控气氛的种类与制备应用：可用于中、高碳钢光亮热处理，并可做渗碳或碳氮共渗的渗碳剂和载体气。四、滴注式可控气氛生成：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中，在高温和隔绝空气的条件下进行裂解所产生的气氛。原料：重烃类和烃的衍生物可控气氛的种类与制备五、氨分解与氨燃烧气氛1、氨分解气氛的制备2NH3→3H2+N2-Q可控气氛的种类与制备2、氨分解气氛的特性及应用性质：与H2基本相同，它不含有CO和CO2，无渗碳和析出碳黑的倾向，当露点很低时具有强还原性。作用：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。缺点：耗氨多、产气量少、生产成本高、有易爆危险、残余氨末除净对钢件有轻微渗氮作用。3、氨燃烧气氛将氨分解气或氨气温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。可控气氛的种类与制备六、氮基气氛氮源：(1)深度冷冻空气分离法制氮；(2)分子筛空气分离法制氮。氮基气氛的制备：A炉外净化法1)木炭法。特工业氮送入发生炉的木炭罐中，炉温920℃。当工业氮通过炽热的木炭时，发生如下的反应C+O2→CO2,CO2+C→2CO,H2O+C→CO+H2可控气氛的种类与制备2)加氢催化法。在工业氮中加少量氢，通入盛有催化剂的反应罐中，发生如下的化学反应:2H2+O2→2H2O3)甲烷法。工业氮混合少量天然气(CH4)，在反应中用镍质催化剂于950℃进行不完全燃饶反应:2CH4+O2+N2→CO+H2+N2再加水蒸气除去COCO+H2O→CO2+H2可控气氛的种类与制备B炉内直接混合法氮—氢混合气体氮—甲烷混合气体氮—甲醇混合气体氮—甲烷—二氧化碳渗碳气体七、其它保护气体氮气氢气氩气可控气氛的碳势和氧势控制一、碳势的控制原理碳势：指在一定温度下气氛与钢(奥氏体)中的含碳量达到平衡时，钢的含碳量。钢在吸热气氛加热时的反应：2COFeγ(C)+CO2········①CO+H2Feγ(C)+H2O······②CH4Feγ(C)+2H2·········③对与①式,其平衡常数为:可控气氛的碳势和氧势控制21)(2COCOCppK奥氏体中碳的活度(有效浓度),值为:SPCCC/在某一温度下奥氏体的饱和含碳量在同一温度下奥氏体的实际含碳量,即气氛碳势可控气氛的碳势和氧势控制气氛中还有反应:CO2+H2CO+H2O平衡常数:最终有:2222HCOOHCOppppKOHCOHCpppKK2221在吸热气氛中二者接近为恒量可控气氛的碳势和氧势控制故有:控制单一参数H2O或CO2的含量就能控制气氛的碳势。二、碳势的测量与控制方法热丝电阻法露点法红外线分析法所谓露点就是指气氛中水蒸气开始凝结成雾的温度，即在一定压力下气氛中水蒸气达到饱和状态时的温度。气氛中含水蒸气愈多，其露点就愈高，而碳势就愈低。可控气氛热处理炉一、可控气氛热处理炉的结构特点炉膛的密封性炉衬的化学稳定性加热元件的耐久性气氛的流动与均匀性炉子的安全性工艺的再现性二、可控气氛热处理炉小结本章重点是可控气氛热处理设备的一般特点和可控气氛的种类与制备。主要是该类设备优缺点和可控气氛的种类、特点与简单制备了解控制气氛的碳势与氧势控制知识。思考题试述吸热式气氛与放热式气氛的制备流程。它们的气体组成有什么特点?为什么在吸热式气氛中只控制气氛中CO2、Ｈ２Ｏ、或Ｏ２含量就可以实现碳势的单参数控制？