熱處理設(shè)備第五章可控氣氛爐(編輯修改稿)
2025-03-31 17:49 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 件的退火保護(hù)。 2．液體原料 液體原料主要是有機(jī)液體，如甲醇（ CH3OH）、乙醇（ C2H5OH）、丙醇（ C3H7OH）、苯（ C6H6），甲苯（ C7H8）、丙酮（ CH3COCH3）等。一般做為滴注式可控氣氛。 24 氣體原料主要有工業(yè)煤氣，天然氣、液化石油氣、氨氣、氮氣等，它們各自適于制備不同類型的可控氣氛。 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。 一般液化石油氣多為 丙烷（ C3H8）和丁烷（ C4H10）的混合物， 有兩種來源：一、 是開采石油得到的石油氣，二、 煉制石油時分離 出來的氣體。這兩種石油氣特點 即把有機(jī)液體直接滴入爐內(nèi)，經(jīng)高溫反應(yīng)生成可控氣氛。也可將有機(jī)液體滴入裂解裝置中生成可控氣氛，再將其通入熱處理爐中。 25 含硫量很低（＜ %)，很適于制備吸熱式氣氛。二者在常溫下加壓即可液化，因而可充入容器中運(yùn)輸和貯存。制備吸熱式氣氛的原料氣要求含烯烴等雜質(zhì)在 5%以下，純度低易在制備氣氛過程中產(chǎn)生碳黑，影響氣氛質(zhì)量。 甲烷（ CH4） 是一種較好的原料氣，占天然氣達(dá) 90%以上，純度很高，但其是一種干性氣體，很難液化，不便于貯運(yùn)。 氨氣是呈液態(tài)瓶裝，貯運(yùn)方便，要求含水分雜質(zhì)要少。氮氣有工業(yè)氮，它是制氧的副產(chǎn)品，含氧較多，另外也可用空氣分離法制造粗氮和純氮、氣氮和液氮。 26 1）制備原理 吸熱式氣氛是原料氣與 ≤理論空氣需要量一半的空氣(n≤)在高溫及催化劑的作用下，不完全燃燒生成的氣氛。原料氣有天然氣、丙烷、液化石油氣 (主要是丙烷、丁烷 )、城市煤氣。原料氣與空氣的混合氣體在反應(yīng)罐內(nèi)進(jìn)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(dāng) 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(jìn)行，需要由外部供熱，因此稱吸熱式氣氛。 制取這類氣氛是借降低空氣與原料氣的混合比來調(diào)整氣氛中 CO與 CO H2與 H2O、 H2與 CH4的相對含量，即調(diào)整氣氛的碳勢。 2）制備流程 （點） 圖 102為吸熱式氣氛的制備流程圖。原料氣經(jīng)減壓閥、流量計和壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)入混合器與空氣混合 ?？諝饨?jīng)過濾器、流量計進(jìn)入混合器。原料氣與空氣的混合氣由泵鼓入反應(yīng)罐。在管路中設(shè)有安全裝置，如火焰逆止閥等，混合氣在 l0001050℃ 的反應(yīng)罐內(nèi)借助鎳基催化劑的作用 28 進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成吸熱式氣氛。為防止在 400~700℃之間生成碳黑，經(jīng)水冷卻器冷卻到 300℃ 以下，通入爐內(nèi)使用。 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(yùn)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。對碳鋼來說，它是還原性氣氛 ? 可用于中、高碳鋼光亮熱處理，并可做滲碳或碳氮共滲的滲碳劑和載體氣 (在吸熱式氣氛中加入少量丙烷氣可做滲碳可控氣氛 )。 ? 缺點： 吸熱式氣氛中的 CO容易引起鋼中的 Cr氧化，故大多數(shù)不銹鋼都不用它做保護(hù)氣氛。吸熱式氣氛中的 H2含量高，為了避免氫脆，一般也不用它做高強(qiáng)鋼的保護(hù)氣氛。 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(jìn)行。 放熱式可控氣氛的原料氣可以是液化石油氣、煤氣或其它氣體燃料。原料氣與少于理論需要量的空氣進(jìn)行燃燒，部分原料氣完全燃燒，部分原料氣不完全燃燒，以丙烷原料氣為例。 完全燃燒的反應(yīng)式；（ 空氣與丙烷氣比例 ： 1） C3H8十 5O2十 → 3CO 2+4H2O十 +Q (1014) 不完全燃燒的反應(yīng)式為（ 空氣與丙烷氣比例 ： 2） 2C3H8十 3O2+→6CO+8H 2十 +Q (1015) 32 放熱式可控氣氛的成分隨所用空氣過剩系數(shù) n的大小而不同，可在很寬的范圍內(nèi)變動。當(dāng) 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/CO2值較小，氧化性和脫碳性也較強(qiáng)，但產(chǎn)氣量較大，成本較低。 為提高氣氛還原性，常再經(jīng)凈化處理，除去其中的CO2和 H2O。通過改變空氣與燃料的比和凈化方法，可在較寬的范圍內(nèi)改變氣氛的成分和性質(zhì)，得到 CO2含量不同的氣氛，一般又把這類氣氛分為 淡型、濃型和凈化型
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