工业炉可控气氛选择

 

工业炉可控气氛选择(selection of controlled atmosphere for industrial furnace)

向工业炉中通入可控气氛(又称保护气体)的目的是避免工件的氧化、脱碳或达到一定的工艺目的(如渗碳)。不同的金属和不同的热处理工艺，可能需用不同的可控气氛。

气氛可控原理   金属在火焰炉中加热时，其周围气氛的主要成分是CO₂、CO、H₂O、H₂、O₂及N₂等。其中CO₂、H₂O和O₂对金属有氧化或脱碳作用；H₂和CO则是还原性气体；N。除对特定的金属外，一般是惰性气体，但普通氮源中都含有少量氧化性杂质，直接用于热处理时也会引起氧化。

工业炉中，在高温下，金属和氧之间的化学反应，一般是下式所示的不可逆反应：

 

H₂O及CO₂所造成的氧化则是可逆反应：

 

当炉气中同时存在CO₂、H₂O、CO及H₂时，还存在水煤气反应：

 

此外还可能有其他一些化学反应。每一个可逆反应进行的方向，要根据其化学平衡常数和温度而定。即，炉气是属氧化性或还原性，要看在该温度下炉气中有关气体含量的比值而定。如图为铁的氧化还原图。例如，在825℃时，当CO与CO₂含量的比值以及H₂与H₂O的比值均大于2时，铁是不会氧化的，但燃烧控制很难稳定在这个状态下，即使做到了，当温度降到750℃以下时，这种气氛又是氧化性的了。因此，在一般火焰炉中，气氛是属于氧化性或还原性是不可控的。因此，在热处理时，当不允许发生化学变化，或只允许发生某一种变化(如脱碳或渗碳等)时，只能用辐射管或马弗炉间接加热或改用电加热，并通入预制的、成分合乎要求的可控气氛。