可控氣氛熱處理爐設(shè)備概述-wenkub
2023-03-29 11:08:12 本頁面
【正文】 條件下，氣體與鋼進行化學(xué)反應(yīng)。尤其是在可控氣氛的應(yīng)用方面可作為衡量一個國家熱處理技術(shù)發(fā)展水平的重要標志。 (2)實現(xiàn)可控滲碳，可以精確地控制零件表面的含碳量、碳濃度梯度和滲碳層厚度，因而提高了滲碳零件的機械性能，穩(wěn)定滲碳工藝的質(zhì)量。大多數(shù)保護氣氛是由多種氣體 (例如 CO, CO2, H2, CH4, H2O, N2等 )混合組成的，各種氣體與鋼進行的化學(xué)反應(yīng)列于表 101中。 5 鋼件在保護氣氛下加熱不僅可實現(xiàn)無氧化無脫碳熱處理，提高熱處理質(zhì)量，還可以進行滲碳、脫碳等特殊熱處理。 另一種方法是把爐膛內(nèi)空氣抽除，使鋼件在真空狀態(tài)下加熱 167。 四、 可控氣氛熱處理爐的類型、安全操作與發(fā)展。 本次課我們先來了解前兩個 方面的 內(nèi)容。 概 述 3 4 ? 脫碳是鋼加熱時表面碳含量降低的現(xiàn)象。并且可實現(xiàn)機械化和自動化控制，使生產(chǎn)率得到提高、勞動條件得到改善。 6 表 101各種氣體與鐵及其碳化物的化學(xué)反應(yīng) 7 各種氣體與鋼的化學(xué)反應(yīng)和各種氣體之間的化學(xué)反應(yīng)是比較復(fù)雜的，但是可以調(diào)節(jié)保護氣氛中氧化性氣體與還原性氣體的比例、脫碳性氣體與滲碳性氣體的比例，即 CO2/CO、 H2O/HCH4/H2的相對含量，使反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，鋼的氧化速度與還原速度相等，鋼的脫碳速度與滲碳速度相等，這樣就能實現(xiàn)無氧化與無脫碳加熱。 (3)實現(xiàn)特殊的熱處理工藝，如硅鋼片的脫碳退火，軋制鋼材的復(fù)碳退火等。 9 167。 10 一、鋼在爐氣中的氧化還原反應(yīng) 鋼在 CO2CO氣氛中的反應(yīng) 鋼在空氣中加熱將與氧發(fā)生氧化反應(yīng)，在560℃ 以下生成 Fe3O4，在 560℃ 以上形成三種氧化物，內(nèi)層為 FeO，中層為 Fe3O4，外層為Fe2O3，通常認為氧氣對鋼的氧化過程是不可逆的，無法控制。某一溫度下的 kP值，可由實驗測定，也可由熱力學(xué)反應(yīng)自由能計算求得。因此，鋼在 CO2— CO氣氛中是否發(fā)生氧化，取決于（ CO） /（ CO2）的比值，即（ CO）和 CO2的相對量，并不是絕對含量。和、的分壓；和、式中：310][][22222222222222????FeOHHOHHOHHOHHOHHOHHPPOHH15 金屬在氣氛中能否被氧化或其氧化物能否自發(fā)分解，一方面取決于金屬氧化物的穩(wěn)定性，可用金屬的分解壓力來表示 。各種氧化物的分解壓是不相同的，并隨溫度的升高而急劇增大，氧化物處于不穩(wěn)定狀態(tài)。 氣氛中的碳勢 碳勢是指一定成分的氣氛，在一定溫度下，氣氛與鋼的脫碳增碳反應(yīng)達到平衡時，鋼的含碳量。 20 圖中 SE線為飽和奧氏體的平衡曲線，位于其下面的是鋼的不同含碳量的平衡曲線。這是因為在700℃ 以上脫碳反應(yīng)的平衡條件 所需要 CO%含量遠比氧化反應(yīng)為高。鋼在 H2— CH4氣氛中將發(fā)生如下脫碳增碳反應(yīng) CH4與 CO的滲碳能力有所不同 ,CH4的滲碳能力強得多，是一種強滲碳劑 ,而 H2有脫碳能力。 167。木炭氣氛的成分很不穩(wěn)定，只適用于要求不嚴格的工件的保護加熱，如鑄鍛件的退火保護。 各種工業(yè)煤氣由于生產(chǎn)過程的影響，成分不穩(wěn)定，因而制備的可控氣氛也不穩(wěn)定，含硫也較高。 25 含硫量很低（＜ %)，很適于制備吸熱式氣氛。 氨氣是呈液態(tài)瓶裝，貯運方便，要求含水分雜質(zhì)要少。原料氣與空氣的混合氣體在反應(yīng)罐內(nèi)進行化學(xué)反應(yīng)，以丙烷為例，其反應(yīng)式為 2C3 H8+3O2+11 .28N2 → 6CO+8H 2+ Q (1013) 由上式可知，空氣與丙烷的混合比為 (3+):2，當 二、制備氣氛的種類 吸熱式氣氛 27 混合比較低時，只靠混合氣自身燃燒反應(yīng)的熱量不能維持燃燒繼續(xù)進行，需要由外部供熱，因此稱吸熱式氣氛?？諝饨?jīng)過濾器、流量計進入混合器。 氣體管路混合系統(tǒng) 動力系統(tǒng) 反應(yīng)系統(tǒng) 安全系統(tǒng) 29 原料氣 混合比 理 論 反 應(yīng) 式 組 成 (%) 注 釋 CO H2 N2 甲 烷 丙 烷 丁 烷 10 CH4+(O2+4N2)→CO+2H 2+2N2 C3H8+(O2+4N2)→3CO+4H 2+6N C4H10+2(O2+4N2)→4CO+5H 2+8N2 20 23 24 40 31 29 40 46 47 實際氣氛中尚含有 ~%CO2 ~%H2O ~%CH4 3）爐內(nèi)吸熱式氣氛發(fā)生器 日、英、美新研制裝有 爐內(nèi)吸熱式氣氛發(fā)生器的密封箱式爐，如圖 103，省去了重新加熱氣體的工序，所用的催化劑的產(chǎn)氣能力比一般催化劑高 4~5倍，產(chǎn)氣溫度為 800~900℃ ，能保證在通常處理溫度下工作，運行成本降低 20%左右 表 105不同原料氣與混合比形成的吸熱式氣氛的組成 30 ? 4）吸熱式氣氛的特性與應(yīng)用： ? 優(yōu)點： 含 CO和 H2較多且含量比較穩(wěn)定，其碳勢在 ~%，改變混合比容易調(diào)節(jié)碳勢。 31 2．放熱式氣氛 1）制備原理 放熱式氣氛是原料氣與較多的空氣 (n= ~0 . 95)的不完全燃燒產(chǎn)物，所產(chǎn)生的熱量足以維持反應(yīng)進行。當 n值較小 (~)時， CO/CO2值較大，氣氛氧化性和脫碳性較弱，但產(chǎn)氣量也較少； n值較大 ()時， CO
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