氧探頭在滲碳、碳氮共滲、保護(hù)氣氛無氧化加熱等熱處理工藝上的應(yīng)用要比在工業(yè)爐、汽車上應(yīng)用復(fù)雜得多,因為爐內(nèi)的氣氛控制與氧探頭輸出的氧量信號沒有直接的數(shù)學(xué)關(guān)系。它是通過氧探頭測量出熱處理爐內(nèi)氣氛中的氧量,再由熱處理爐內(nèi)氣氛的化學(xué)平衡原理計算出對應(yīng)的碳勢,達(dá)到監(jiān)視或控制爐內(nèi)的碳勢,這就要求在大量生產(chǎn)實踐的基礎(chǔ)上收集大量**的實驗數(shù)據(jù),建立起與實際更接的數(shù)學(xué)模式。 滲碳爐中氣氛碳勢的測量與控制,1950年前后主要用氯化鋰露點儀,1970年前后大多采用紅外線氣體分析儀。七十年代中期美國**在熱處理行業(yè)引進(jìn)氧探頭進(jìn)行碳勢控制,并獲得巨大的成功。氧探頭直接插入爐內(nèi)測量,具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快、精度高等優(yōu)點,得以迅速在發(fā)達(dá)**推廣使用。到八十年代中期,歐、美、日等都已全部改用氧探頭測量和控制碳勢。 氧探頭的使用范圍很廣,一般說來適用于高溫滲碳、碳氮共滲、非平衡滲碳(或高碳勢),以及氮基氣氛滲碳等。 使用氧探頭帶來的效益是很顯著的。首先是產(chǎn)品質(zhì)量提高,基本上消除了廢品;其次是縮短了滲碳時間,減少了滲劑的消耗,節(jié)約了能源。據(jù)使用廠家反映,利用氧探頭可縮短20%工時,減少50~70%的滲劑消耗;再次是可避免碳黑的形成,減輕了清理工作。 多數(shù)熱處理氣氛是含CO、CO2、CH4、H2、H2O等的混合氣體,目前發(fā)展起來的N2基氣氛中,N2只作為載氣并不參加反應(yīng),這里不予考慮。 簡單地講,平衡條件下,氣氛中CO和H2的含量是穩(wěn)定的,一般的碳勢控制都是比較容易實現(xiàn)的,但到高溫或高碳勢(>1.2%℃)時,氣氛CO和H2O含量非常小,當(dāng)氣氛被引出爐并冷卻后,氣氛的平衡被嚴(yán)重破壞,這導(dǎo)致CO2紅外儀和露點法給出的碳勢與實際碳勢的偏差經(jīng)常達(dá)到100%以上,而氧探頭是直接插入爐中測量的,反映的是爐內(nèi)真實狀況,精度很高。 利用能斯特公式(6)可推導(dǎo)出氧電勢與碳活度、Pco、T之間的關(guān)系,它們的關(guān)系中碳活度ac=Cp/Cs,Cp為爐氣碳勢,Cs為T溫度下鋼中飽和含碳量,Pco為爐氣中CO分壓。。在平衡條件下,Pco很穩(wěn)定,利用氧電勢和溫度就可準(zhǔn)確地測出碳勢。 在非平衡條件下或N2基氣氛下,Pco和PH2不穩(wěn)定,紅外法和露點法已不適用,而加上Pco(用紅外儀測出)補(bǔ)償,進(jìn)一步修正(6)式,氧探頭仍可以準(zhǔn)確地進(jìn)行碳勢控制,這對高溫高碳滲碳是非常重要的。 |