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工業(yè)(yè)爐可控氣氛選擇(selection of controlled atmosphere for industrial furnace)

向工業(yè)(yè)爐中通入可控氣氛(又稱(chēng)保護氣體)的目的是避免工件的氧化、脫碳或達到一定的工藝目的(如滲碳)。不同的金屬和不同的熱處理工藝，可能需用不同的可控氣氛。

氣氛可控原理   金屬在火焰爐中加熱時(shí)，其周?chē)鷼夥盞鬧饕煞質(zhì)荂O₂、CO、H₂O、H₂、O₂及N₂等。其中CO₂、H₂O和O₂對金屬有氧化或脫碳作用；H₂和CO則是還原性氣體；N。除對特定的金屬外，一般是惰性氣體，但普通氮源中都含有少量氧化性雜質(zhì)(zhì)，直接用于熱處理時(shí)也會(huì )引起氧化。

工業(yè)(yè)爐中，在高溫下，金屬和氧之間的化學(xué)反應，一般是下式所示的不可逆反應：

 

H₂O及CO₂所造成的氧化則是可逆反應：

 

當爐氣中同時(shí)存在CO₂、H₂O、CO及H₂時(shí)，還存在水煤氣反應：

 

此外還可能有其他一些化學(xué)反應。每一個(gè)可逆反應進(jìn)行的方向，要根據(jù)其化學(xué)平衡常數(shù)和溫度而定。即，爐氣是屬氧化性或還原性，要看在該溫度下?tīng)t氣中有關(guān)(guān)氣體含量的比值而定。如圖為鐵的氧化還原圖。例如，在825℃時(shí)，當CO與CO₂含量的比值以及H₂與H₂O的比值均大于2時(shí)，鐵是不會(huì )氧化的，但燃燒控制很難穩(wěn)定在這個(gè)狀態(tài)(tài)下，即使做到了，當溫度降到750℃以下時(shí)，這種氣氛又是氧化性的了。因此，在一般火焰爐中，氣氛是屬于氧化性或還原性是不可控的。因此，在熱處理時(shí)，當不允許發(fā)(fā)生化學(xué)變化，或只允許發(fā)(fā)生某一種變化(如脫碳或滲碳等)時(shí)，只能用輻射管或馬弗爐間接加熱或改用電加熱，并通入預制的、成分合乎要求的可控氣氛。