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在热处理可控气氛炉上的氧化锆探头
   
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在热处理可控气氛炉上的氧化锆探头

文章作者:高氧分析仪    审核:微量氧分析仪    发布日期 [2011-8-8]    文章阅读 [2951]   来源:www.tgking.net
    氧探头在渗碳、碳氮共渗、保护气氛无氧化加热等热处理工艺上的应用要比在工业炉、汽车上应用复杂得多,因为炉内的气氛控制与氧探头输出的氧量信号没有直接的数学关系。它是通过氧探头测量出热处理炉内气氛中的氧量,再由热处理炉内气氛的化学平衡原理计算出对应的碳势,达到监视或控制炉内的碳势,这就要求在大量生产实践的基础上收集大量**的实验数据,建立起与实际更接的数学模式。
  渗碳炉中气氛碳势的测量与控制,1950年前后主要用氯化锂露点仪,1970年前后大多采用红外线气体分析仪。七十年代中期美国**在热处理行业引进氧探头进行碳势控制,并获得巨大的成功。氧探头直接插入炉内测量,具有结构简单、响应速度快、精度高等优点,得以迅速在发达**推广使用。到八十年代中期,欧、美、日等都已全部改用氧探头测量和控制碳势。

  氧探头的使用范围很广,一般说来适用于高温渗碳、碳氮共渗、非平衡渗碳(或高碳势),以及氮基气氛渗碳等。
  使用氧探头带来的效益是很显著的。首先是产品质量提高,基本上消除了废品;其次是缩短了渗碳时间,减少了渗剂的消耗,节约了能源。据使用厂家反映,利用氧探头可缩短20%工时,减少50~70%的渗剂消耗;再次是可避免碳黑的形成,减轻了清理工作。
多数热处理气氛是含CO、CO2、CH4、H2、H2O等的混合气体,目前发展起来的N2基气氛中,N2只作为载气并不参加反应,这里不予考虑。
  简单地讲,平衡条件下,气氛中CO和H2的含量是稳定的,一般的碳势控制都是比较容易实现的,但到高温或高碳势(>1.2%℃)时,气氛CO和H2O含量非常小,当气氛被引出炉并冷却后,气氛的平衡被严重破坏,这导致CO2红外仪和露点法给出的碳势与实际碳势的偏差经常达到100%以上,而氧探头是直接插入炉中测量的,反映的是炉内真实状况,精度很高。
  利用能斯特公式(6)可推导出氧电势与碳活度、Pco、T之间的关系,它们的关系中碳活度ac=Cp/Cs,Cp为炉气碳势,Cs为T温度下钢中饱和含碳量,Pco为炉气中CO分压。。在平衡条件下,Pco很稳定,利用氧电势和温度就可准确地测出碳势。
  在非平衡条件下或N2基气氛下,Pco和PH2不稳定,红外法和露点法已不适用,而加上Pco(用红外仪测出)补偿,进一步修正(6)式,氧探头仍可以准确地进行碳势控制,这对高温高碳渗碳是非常重要的。

    
 
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