第九章热处理炉内气氛及控制2013.2
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第17-18 次课授课学时 4 教案完成时间：2013.2
第九章热处理炉内气氛及控制
研究炉内气氛目的：1）防止工件加热过程氧化、脱碳；2）对工件进行化学热处理。
§9.1热处理炉内气氛种类（P124-129）
热处理炉内气氛即炉内气体介质，主要有空气、真空和可控气氛等。可控气氛指成分和性质可适当控制的气体，包括反应生成气氛、分解气氛和单元素气氛，在热处理炉生产中常用可控气氛包括吸热式气氛、放热式气氛、氨分解气氛、滴注式气氛、氮基气氛和氢气等。P124什么是可控气氛？
一.吸热式气氛
定义：燃料气与少于或等于理论空气需要量一半的空气在高温及催化剂作用下，发生不完全燃烧生成的气氛。因反应产生的热量不足以补偿系统的吸热和散热（即不能维持反应温度），须借助外部热量维持反应的进行，故称为吸热式气氛。
成分：吸热式气氛主要成分是H2、CO和N2，还有少量的CO2和CH4。
用途：1）吸热式气氛碳势约0.4%，对低碳钢是还原性和渗碳性气氛。2）吸热式气氛主要用于渗碳载气、中高碳钢加热时的保护气氛（光亮淬火），但不宜作为高铬钢和高强度钢的保护气氛，因为碳与铬反应生成碳化物会使高铬钢贫铬；气氛中的氢易导致高强度钢氢脆。3）
吸热式气氛经过再处理除去CO和CO
2后获得的以H
2
和N
2
为主的气氛可用于不锈钢和硅钢光亮
加热保护气氛。（见P124表10-2）
二.放热型气氛
定义：原料气与理论空气需要量一半以上的空气不完全燃烧的产物。因反应放出的热量足以维持反应进行而不需外加热源，故称为放热型气氛。
成分：放热型气氛主要成份是N
2、CO、CO
2
。为提高气氛还原性，常再进行净化处理，以
除去其中氧化性成分CO
2和H
2
O。
通过改变空气和燃料气比以及净化处理，可在较宽范围内改变气氛成分和性质，一般又把这类气氛分为淡型（混合气中加入较多空气）、浓型（混合气中加入较少空气）和净化型（净化处理的放热式气氛）三种。
气氛性质：视气氛成分、工件含碳量和工作温度而定。可能是还原型和增碳性的，也可能是氧化型和脱碳性的。
用途：1）浓型放热式气氛是还原性、弱脱碳性气氛，常用于低、中碳钢光亮淬火保护气氛；2）淡型放热式气氛是为微氧化性和脱碳性气氛，常用于低碳钢和铜光洁加热保护气氛；3）净化型放热式气氛由于气氛中氧化性、脱碳性成分CO
2
被去除，主成分由氮气和一定量的CO和H2组成，属于还原性气氛，可用于中高碳钢光亮加热保护气氛；4）净化型气氛再加少量富渗碳气，可用作高碳钢保护气氛和化学热处理介质。
三.氨分解气氛及氨燃烧气氛
分类：分加热分解气氛（吸热式）和燃烧气氛（放热式）两类。燃烧气氛又分完全燃烧和不完全燃烧气氛两种。
制备原理：将无水氨加热到800-900℃，在催化剂作用下，分解成氢气+氮气的气氛。
氨分解气氛（75%H2+25%N2）特点和应用：具有强还原性和弱脱碳性，常用于不锈钢、硅钢、铜和高铬钢光亮加热保护气氛。
完全燃烧气氛组成和应用：主要由氮气（99%）和少量氢气（1%）组成，属于中性气氛，可用于铜和碳钢光洁加热保护气氛。
氨不完全燃烧气氛组成和应用：主要由氮气（76%）和氢气（24%）组成，具有还原性和
弱脱碳性，可用于不锈钢和硅钢光亮加热保护气氛。
四.氢
氢是一种强还原性很气体。多用作铜及其合金退火、硬质合金烧结、不锈钢退火以及钼丝电热元件保护气氛。
氢中常含微量水分，易引起氧化脱碳，要求高纯氢时应进行脱水。
五.氮基气氛
以氮为基本成分的混合气体。可由淡型放热型气氛经净化处理制得或由工业纯氮除去残存氧而制得。由于氮是不活泼气体，不与金属发生化学反应，可用于中、高碳钢退火、正火和淬火加热保护气氛。
六.滴注式气氛
将甲醇、乙醇、煤油、甲酰铵等有机液体直接滴入热处理炉内，经裂解后生成的可控气氛。
滴注气氛的主要成份是H
2、CO和少量的CO
2
、H
2
O、CH
4
等。
气氛性质：取决于有机液体C/O比，C/O比大于1如乙醇、丙酮、异丙酮、醋酸乙酯等，生成气氛强还原性和强渗碳性气氛；C/O比等于1如甲醇，生成气氛为强还原性和弱渗碳性气氛；如果C/O比小于1如蚁酸，则为氧化性和脱碳性气氛。
§9.2可控气氛制备（P125-128）
一.吸热式可控气氛制备原理及流程
1.制备原理
如前所述，吸热式气氛由原料气（天燃气、丙烷、液化石油气、城市煤气等）与小于或等于理论空气需要量一半的空气在高温和催化剂作用下，发生不完全燃烧生成的气氛。
以丙烷为例：
完全燃烧反应式：C3H8+空气（5O2+18.8N2）==3CO2+4H2O+18.8N2+Q，可见，空气与丙烷混合比为(5+18.8):1=23.8:1
制备吸热性可控气氛反应如下：
2C3H8+3O2+11.28N2==6CO+8H2+11.28N2+ 454.94J，可见，空气与丙烷混合比为(3+11.28):2=7.14:1。
对比可见，制备吸热式气氛混合比较低，因混合气自身燃烧放出的热量较少，放出的热量不足以维持燃烧反应持续进行，因此，制备吸热性可控气氛制备需由外部提供热量。
通过降低空气与原料气混合比可调整气氛中CO和CO2、H2和H2O、H2与CH4的相对量，即调整气氛碳势，因此称这种气氛为可控气氛。
2.催化剂（触媒）（补充）
作用：1）降低反应温度。没有催化剂，反应温度必须提高到1200℃。2）加快反应速度，缩短反应时间。
催化剂：主要成份：NiO，通过反应罐中产生的还原性气体还原生成有催化作用的活性镍。
催化剂载体：多孔氧化铝泡沫砖。通过浸泡催化剂溶液后烘干获得。
工业中应防止触媒“中毒”（指触媒表面受某种物理或化学作用而失去催化作用）。
“中毒”通常是由于积聚“碳黑”引起的。可通过燃烧去掉触媒上的碳黑而恢复其催化功能。
恢复中毒催化剂催化功能方法：1）取出放在箱式炉内加热到850℃左右，烧掉碳黑。2）向反应罐通入空气，同时控制反应罐内温度，该温度根据反应罐内碳黑量多少进行调整，当
反应罐内碳黑较多时，反应罐内温度控制在700-800℃左右；而当反应罐内碳黑较少时，则控制在850℃左右。3）烧碳黑时间根据反应罐排出气体中CO、CO2量确定，当排出气体中CO 含量趋近于零、CO2含量小于1%时即可结束烧碳黑。
烧碳黑周期：一般1次/周。
3.制备流程
原料气经减压阀、流量计和压力调节阀进入混合器，同时空气经过过滤器和流量计也进入混合器→在混合器内混合的气体由泵鼓入反应罐→在1000-1050℃的反应罐内在镍基催化剂作用下进行化学反应生成吸热式气氛→吸热式气氛通过冷却器冷却（反应罐出来的高温气体必须快冷到300℃以下，否则在400-700℃之间气氛会发生如下反应：2CO==C+CO2；CH4==C+2H2而产生碳黑，引起气氛成分变化）→通入炉内使用。
4.制备装置构成
制备吸热式气氛系统非常复杂，大致由以下几部分组成：
1）气体管路和混合系统
原料气管路主要有减压阀、压力继电器、电磁开关、零压阀（或压力调节阀）等组成。
零压阀作用：确保原料气和空气压力在混合时保持平衡，从而保证混合比例稳定。
压力继电器作用：确保原料气压力不低于某一要求值，当低于该要求值时，压力继电器将断开，关闭管路。
混合系统中设有混合器，确保原料气和空气在容器内混合均匀。
2）动力系统
动力系统作用：通过泵将混合气供入反应罐内。
泵通常是罗茨泵，它是一种定量泵，不能根据管路气体压力调整流量，因此常设一旁通回路，跨在泵的进、出气端管路上，由旁通阀控制。当输出端压力增大到一定值时，旁通阀即自行开启，使泵鼓出的气体经旁通阀返回供气端，以防泵因气压过大而着火。
泵有时也使用叶片泵。
3）反应系统：由反应罐、加热炉和冷却器组成。
4）安全系统
主要有单向阀、放散阀、防爆阀和火焰逆止阀等。
单向阀起限定混合气体单向流动作用。
放散阀起排除管道内过量气体作用。当气体压力过大时，放散阀自行开启。
防爆阀是混合气体燃烧爆炸时的应急阀门，爆炸气体可将该阀鼓开，从而保护管路。
火焰逆止阀的作用是当管道发生回火时，自动截止气体管道。
5.炉内吸热式气氛发生器
近年来，日本中外炉公司、英国Wellman和美国Surface公司成功研制了用于密封箱式炉炉内吸热式气氛发生器。该发生器直接装在工艺温度在800-950℃热处理炉上，由于催化剂
产气能力高、避免了保护气体二次加热，因而使运行成本降低20%左右。
二.放热式可控气氛
1.制备原理
如前所述，放热型气氛是由原料气（液化石油气、煤气或其它气体燃料）与较多的空气（n=0.5-0.95）不完全燃烧产生。
以丙烷为例：
完全燃烧：C3H8+5O2+18.8N2==3CO2+4H2O+18.8N2+Q，1份丙烷产气（3+18.8）=21.8气体（H2O在冷凝中除去）。
不完全燃烧：2C3H8+3O2+11.28N2==6CO+8H2+11.28N2+Q，产气量为2：（6+8+11.28）=1：12.64。
根据上述反应式可见：1）通过改变空气加入量，可以获得不同CO/CO2比值的气氛。空气加入量少时，CO/CO2比值大，制得的气氛氧化性、脱碳性弱；反之，如果空气加入多，CO/CO2比值小，气氛氧化性、脱碳性强。2）空气加入量越多，发生完全燃烧的比例越高，单位体积丙烷气产生的气体量越多，反之越少。
2.制备流程
原料气与空气混合→罗茨泵送到烧嘴→在燃烧室内燃烧及裂解，未燃烧部分与原料气通过催化剂完全反应→反应产物通入冷凝器中除水→视情况决定是否净化→放热型气氛。
§9.3碳势和氧势测量与控制
一.钢在炉气中的氧化还原反应（P121）
1.钢在CO2-CO气氛中的反应
1）氧化还原反应
钢在CO2-CO气氛中将发生如下可逆氧化-还原反应：Fe+CO2==FeO+CO，其反应速度和方向取决于CO/CO2比值和温度，反应方向可用平衡常数来判断。
2）平衡常数表示方法
设一定温度下反应达到平衡时气氛中各气体浓度不再发生变化，
则反应平衡常数K P1=P CO/P CO2 =[CO]/[CO2]=（CO）/（CO2），
式中：P CO、P CO2分别为气氛中CO和CO2气体分压；[CO]、[CO2]分别为气氛中CO和CO2气体浓度；（CO）、（CO2）分别为气氛中CO和CO2气体体积百分含量。
3）平衡常数确定方法
平衡常数与温度有关，一定温度下的K P1是个定值，有下述两种确定方法：
方法一：通过实验测定P CO、P CO2 ，[CO]、[CO2]或（CO）、（CO2），通过计算得到。
方法二：通过热力学反应自由能计算得到：
假设某温度下上述反应自由焓变为ΔG0，则由ΔG0=-RTlnK P1可计算出K P1，研究表明，K P1可用下述公式计算，即：lgK P1=-966.7/T+1.155
4）用平衡常数判定反应方向
根据某温度下K P1和混合气中CO和CO2实际浓度比，可判别反应方向：
即当（CO）/（CO2）>K P1时，气氛为还原性气氛，上述反应向左进行；当（CO）/（CO2） 例：已知实际气氛中CO和CO2的体积百分浓度分别为60%和40%，根据表中数据判别钢在700和1000℃上述气氛中反应进行的方向，并说明气氛是氧化性气氛还是还原性气氛。 2.钢在H2-H2O气氛中的反应 钢在H2-H2O气氛中发生的可逆氧化-还原反应为：Fe+H2O ==FeO+H2，平衡常数K P2为：K P2= P H2/P H2O = [H2]/[ H2O] =（H2）/（H2O）。 同理，根据某温度下的平衡常数、混合气中H2和H2O浓度比，可判别反应进行方向或气氛是氧化性气氛还是还原性气氛。 3.金属加热时气氛中的氧势 1）氧化内因和外因 不管是金属在氧化性气氛中氧化还是氧化物在还原性气氛中被还原，主要取决于金属氧化物稳定性（内因，用氧化物分解压表示）及气氛中氧分压（外因）。 2）氧分压 金属在含氧气氛中氧化反应为：xMe+O2==Me x O2，当Me和Me x O2均是凝聚相（固相）时，K P=1/P O2，式中P O2为化学平衡时氧分压，即金属氧化物分解压。当气氛中氧分压大于P O2时，金属发生氧化，反之金属氧化物被还原或发生分解。 氧化物分解压不仅与金属本身有关，还与温度有关，随着温度升高，氧化物分解压急剧增大。 2）氧势 氧势指在一定温度下，金属的氧化和氧化物的分解处于平衡状态时气氛中的氧分压或氧化物的分解压。 4.钢在CO、CO2、H2、H2O混合气体中的氧化还原反应 当炉内气氛同时存在CO、CO2、H2、H2O时，这时下述两个反应均可能发生，即： Fe+CO2==FeO+CO，Fe+H2O==FeO+H2，也即：2Fe+CO2+H2O=2FeO+CO+H2， 此时要达到无氧化加热须满足如下条件：（P H2/P H2O）（P CO/P CO2）≥K P1K P2 二钢在炉气中的脱碳增碳反应 1.钢在炉气中脱碳增碳反应（补充） 钢在含O2、H2O、CO2、H2气氛中加热会发生下列脱碳增碳反应： [C]γ-Fe+O2==2CO， [C]γ-Fe+H2O==CO+H2 [C]γ-Fe+CO2==2CO， [C]γ-Fe +2H 2==CH 4 [C]γ-Fe 表示钢中碳，反应向右进行表示脱碳，向左进行表示增碳。 2.钢在CO-CO 2气氛中脱碳增碳反应 钢在CO-CO 2气氛中脱碳增碳反应为：[C]γ-Fe +CO 2==2CO 反应平衡时有：K 1=c CO a P P CO 22或a c =2 12CO CO P K P ，a c 称为碳在γ-Fe 中的有效浓度或奥氏体中碳活度。 需注意的是，①碳浓度和碳活度是两个不同概念，如含碳0.8%的钢在1000℃时其活度只有0.45%。②钢脱碳可在无氧化状态下发生，即脱碳反应常优先于氧化。 3.气氛中的碳势 碳势指一定成分的气氛，在一定温度下，气氛与钢的脱碳增碳反应达到平衡时，钢的含碳量。 下图是P CO +P CO2=1atm 条件下，钢在CO-CO 2气氛中化学反应（[C]γ-Fe +CO 2==2CO ）的平衡曲线。曲线上每个点代表一个平衡状态。例如，根据图中0.1%C 曲线可知，当温度为900℃，气氛中CO 浓度为80%时，含碳0.1%的钢脱碳增碳反应达到平衡，此时气氛的碳势为0.1%C 。含碳低于0.1%C 的钢在该气氛中发生增碳，而含碳高于0.1%C 的钢在该气氛中发生脱碳。 P123曲线图10.1 4.钢在H 2-CH 4气氛中脱碳增碳反应 在CO-CO 2气氛中，碳势较低，生产上往往借助CO-CO 2为载体，添加适量增碳剂CH 4来增加碳势（即增加一部分富化气）。 在H 2-CH 4气氛中脱碳增碳反应为：[C]γ-Fe +2H 2==CH 4，平衡常数K= 2 2 4H c CH P a P 。 三.碳势和氧势控制原理（P130） 1.碳势控制原理 气氛碳势控制：通过控制气氛中CO/CO 2和H 2/H 2O 组分之间的相对量，使炉中气氛碳势与钢表面要求的含碳量相平衡。 实际生产中，渗碳气氛通常同时存在H 2O 、CO 2、H 2、CO ，此时存在两个脱碳-增碳反应： [C]γ-Fe +H 2O==CO+H 2 [C]γ-Fe +CO 2==2CO 两式相减得：CO 2+H 2== H 2O+CO （称为水煤气反应），其平衡常数为：K 2= 2 22H CO O H CO P P P P 或者 2 222H O H CO CO P K P P P = 。 根据CO-CO 2气氛中脱碳增碳反应[C]γ-Fe +CO 2==2CO 将2 222H O H CO CO P K P P P = P H 2、P CO 为恒量（在渗碳气氛中，CO%、H 2%含量 远大于CO 2%、H 2O%含量，CO 、H 2的微小变化对碳势影响很小，可近似看作常数），K 1、 K 2为定值，因此，通过测量气氛中H 2O 浓度（或CO 2浓度，因为根据2 222H O H CO CO P K P P P =可得H 2O 和CO 2浓度比为常数）即可求得气氛中的a c 。 因为s P c C C a = ，式中C P 为与C s 同温度下γ-Fe 中的不饱和含碳量（即钢的含碳量），C s 为一定温度下γ-Fe 中的饱和含碳量（为恒量），由于a c 和C P 间存在上述关系，因此可通过测量计算a c 知道气氛中的碳势C P 。 2.碳势测量与控制方法 碳势的测量方法有热丝电阻法、露点法和红外线分析仪表法等。其中热丝电阻法为直接测量法，其它方法为间接测量法。 1）热丝电阻法 电阻丝通常是直径为0.1mm 左右纯铁丝。电阻丝绕在绝缘磁柱上，放在炉内气氛中，由于电阻丝很细，电阻丝内含碳量能与炉内碳势时刻保持一致。因为电阻丝含碳量与其电阻间具有线性关系，因而通过测量电阻丝的电阻即可知道炉内碳势。 为精确测量炉内碳势，常需对炉内碳势进行标定。标定通常用纯铁箔或08钢箔。用称重法进行标定。 2）红外线分析法 测量原理：基于各种气体对红外线的不同吸收效应而测量气体成分（在气体中，单原子气体和同原子的双原子气体如氢气和氮气均不吸收红外线，其他气体如一氧化碳、二氧化碳和甲烷等对红外线有选择性吸收效应，如二氧化碳在波长为 4.25微米处有一个很强的吸收带，而一氧化碳和甲烷分别在4.6微米和3.4微米处具有强烈的吸收带。由于各种气体吸收红外线波长各不相同，而每一种气体对红外线吸收程度又与气体浓度和吸收层厚度存在如下定量关系：lg(I 0/I)=kcd 或I=I 010-kcd ，式中：c 为欲测气体浓度，d 为欲测气体吸收层厚度，k 为吸收系数，I 0为入射红外线强度，I 为透过红外线强度，因此，如果固定I 0和d ，那么I 与c 具有指数关系，当吸收气体浓度较低和吸收层厚度较薄时，c 与I 具有近似线性关系，故通过测量透过红外线强度即可确定该气体浓度）。 红外气体分析仪工作原理如下图所示： 红外线分析法特点：反应快、精度高，但仪器复杂、价格昂贵。 3）露点法 在工业上，常用露点表示炉气中含水量。所谓露点，指气体中水蒸汽凝结成水雾的温度，即在一定压力下（通常指在105Pa 下）气体中水蒸气达到饱和状态下的温度。含水量越低，露点越低。因此，通过测量露点可知炉内气氛碳势高低（依据：a c =K 2P H2P CO /K 1P H2O ）。 露点杯法：（补充） 测试原理：将待测气体通入玻璃容器，然后连续向丙酮中投入小粒干冰，同时用温度计不断搅拌，使铜杯温度不断下降，当铜杯温度下降到和待测气氛露点相平衡时，水汽就开始在铜杯表面上凝结成细小的露点而失去光泽，此时迅速从温度计读出温度，该温度及待测气体的露点。 根据露点与气氛中水含量关系和水含量与碳势关系即可知道炉内碳势。 露点杯缺点：不能进行连续测量和控制。 氯化锂露点仪法： 装置：在一端封闭玻璃管上包一层玻璃丝带，然后绕上两条螺旋状的平行铂丝组成一对电极，经浸涂氯化锂溶液并干燥后，至于密闭的玻璃气室中，电极两端加24V 的交流电压，在外电路中串联一只限流灯泡。 测试原理：待测气体进入玻璃气室，氯化锂吸收气氛中水分使电阻下降（氯化锂是吸湿性盐类，干燥氯化锂不导电），使流经铂丝的电流增大，随即又引起元件温度升高，吸收的水分一部分被蒸发掉，又使氯化锂电阻升高，电流减小，温度下降，于是元件吸湿性又增大，如此反复直至平衡，这时装在感湿元件内的电阻温度计指示出的温度称为平衡温度，它反映了相应气氛中的水分含量。氯化锂感湿元件的平衡温度与气氛中的水汽露点存在近似直线关系，因此，根据平衡温度与露点关系、露点与碳势关系即可知道气氛的碳势。 露点仪法有何缺点：反应慢、对管路要求严、不得有积碳。 3.氧势测量与控制方法 1）氧势的控制（碳势）原理 在渗碳气氛中，存在如下反应：CO+1/2O 2==CO 2，K 3=212 2O CO CO P P P ，将该式代入 得 P CO 为恒量、K 1和K 3为定值，因此a c 和2O P 存在一定的平衡关 系，也即C P 和2O P 存在一定的关系，因此可利用氧势来控制炉内碳势。 2）氧势检测装置——氧探头（又称氧分析仪） （氧势测量原理） 氧势检测装置是根据固体电解质氧浓差电池原理制成的。 氧化锆是金属氧化物陶瓷，在高温下具有传导氧离子特性。在氧化锆中掺入一定量的氧化钇或氧化钙杂质，可使其内部形成“氧空穴”，而形成的“氧空穴”是传导氧离子通道。 在氧化锆管（电解质）封闭端内外两侧涂一层多孔铂作电极，在高温下（>600℃），当氧化锆两侧氧浓度不同时，高浓度侧氧分子夺取铂电极上自由电子，以离子形式通过“氧空穴”达到低浓度侧， 从而形成氧离子流,在氧化锆管两侧产生氧浓差电池2-，阳极：2O 2--4e -→O 2，两极间产生的浓差电势E R 为气体常数（8.314J.mol -1.K -1），n 为参加反应电子数（n=4），F 为法拉第常数（96500J.V -1.mol -1 ），T 绝对温度（氧化锆氧浓差电池的 实际工作温度），P O2Ⅰ为参比气体氧浓度（采用空气时=0.21×105Pa ），P O2Ⅱ为待测气体氧浓度。因此，T （探头的温度）一定时，根据测得的电动势E ，即可求得被测气体的氧分压P O2Ⅱ。 根据氧分压与碳势的关系，即可获得气氛的碳势。下图为丙烷为原料气的吸热型气氛氧探头输出量与碳势的关系示意图。 3）氧探头特点 结构简单，灵敏度高，反应迅速（一般小于1s ），可以测量由于气体成分变化而引起的微小碳势变化。（但氧探头寿命短，成本较高。——工程师认证书） 本章小结 1.什么是可控气氛？在热处理炉生产中常用可控气氛有哪些？ 可控气氛指成分和性质可适当控制的气体，包括反应生成气氛、分解气氛和单元素气氛（或通过降低空气与原料气混合比可调整气氛中CO和CO2、H2和H2O、H2与CH4的相对量，即调整气氛碳势，因此称这种气氛为可控气氛）。 在热处理炉生产中常用可控气氛包括吸热式气氛、放热式气氛、氨分解气氛、滴注式气氛、氮基气氛和氢气等。 2.什么是吸热式气氛？吸热式气氛有哪些用途？ 燃料气与少于或等于理论空气需要量一半的空气在高温及催化剂作用下，发生不完全燃烧生成的气氛。因反应产生的热量不足以补偿系统的吸热和散热（即不能维持反应温度），须借助外部热量维持反应的进行，故称为吸热式气氛。 用途：1）吸热式气氛碳势约0.4%，对低碳钢是还原性和渗碳性气氛。2）吸热式气氛主要用于渗碳载气、中高碳钢加热时的保护气氛（光亮淬火），但不宜作为高铬钢和高强度钢的保护气氛，因为碳与铬反应生成碳化物会使高铬钢贫铬；气氛中的氢易导致高强度钢氢脆。3）吸热式气氛经过再处理除去CO和CO2后获得的以H2和N2为主的气氛可用于不锈钢和硅钢光亮加热保护气氛。 3.什么是放热式气氛？放热式气氛有何用途？ 原料气与理论空气需要量一半以上的空气不完全燃烧的产物。因反应放出的热量足以维持反应进行而不需外加热源，故称为放热型气氛。 1）浓型放热式气氛是还原性、弱脱碳性气氛，常用于低、中碳钢光亮淬火保护气氛；2）淡型放热式气氛是为微氧化性和脱碳性气氛，常用于低碳钢和铜光洁加热保护气氛；3）净化型放热式气氛由于气氛中氧化性、脱碳性成分CO2被去除，主成分由氮气和一定量的CO和H2组成，属于还原性气氛，可用于中高碳钢光亮加热保护气氛；4）净化型气氛再加少量富渗碳气，可用作高碳钢保护气氛和化学热处理介质。 4.什么是滴注式气氛？滴注式气氛性质与C/O比有何关系？ 将甲醇、乙醇、煤油、甲酰铵等有机液体直接滴入热处理炉内，经裂解后生成的可控气氛称为滴注式气氛。 滴注式气氛性质取决于有机液体C/O比，C/O比大于1如乙醇、丙酮、异丙酮、醋酸乙酯等，生成气氛强还原性和强渗碳性气氛；C/O比等于1如甲醇，生成气氛为强还原性和弱渗碳性气氛；如果C/O比小于1如蚁酸，则为氧化性和脱碳性气氛。 5.能根据平衡常数和实际炉内气氛判别气氛性质（CO2-CO气氛和H2-H2O气氛是氧化型气氛还是还原性气氛）及反应方向（Fe+CO2==FeO+CO；Fe+H2O ==FeO+H2）。 6.什么是氧化物分解压、氧势、碳势和露点？ 7.碳势测量方法有哪些？哪种测量方法是直接测量法？ 8.红外线分析法有何特点？ 9.氧探头有何特点？ 10.阐述氧探头控制碳势原理（工程师认证上题目）。 南京工程学院教案【末页】 注：教案首页和末页中间为授课内容 Guide operators to deal with the process of things, and require them to be familiar with the details of safety technology and be able to complete things after special training.热处理电炉安全操作规程 正式版 热处理电炉安全操作规程正式版 下载提示：此操作规程资料适用于指导操作人员处理某件事情的流程和主要的行动方向，并要求参加施工的人员，熟知本工种的安全技术细节和经过专门训练，合格的情况下完成列表中的每个操作事项。文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用。 1. 热处理工人在进行各种工艺操作前必须穿戴好规定的安全防护用品。 2. 加热炉在使用前需要检查其电源接头和电源线路的绝缘是否良好。 3. 操作工在进行装炉前，首先要检查炉膛后面及小车下面的几组接线铝夹头是否有熔化现象，如有，应找电工马上更新。 4. 在合上闸后，应观察炉膛后面及小车下面几组铝夹头上的固定螺栓是否发红，若发红，应找电工拧紧。合上闸后，操作工用手晃几下热电偶传导线，看表盘 上的黑针和红划线针是否上下摆动幅度较大，若大，应找电工拧紧表盘后的螺栓或拧紧热电偶上的螺栓。 5. 每次装炉前应先设定一个低温数值，来验证表盘上黑针指出的数是否和设定的温度值相符。然后按照黑针指出的数值来修正设定温度的红指针。到达恒温阶段还要摇起炉门观察小车上各炉板温度是否接近均匀，如发现个别炉板温度过高，先立即找电工查明原因。 6. 工件的装炉与出炉均不能触及电垫元件，以免断电装置失效时发生触电事故。 7. 进行热处理操作时，操作工不得离开现场，切实注意观察温度和设备运转情 “钢的热处理原理及工艺”作业题 第一章固态相变概论 1、扩散型相变和无扩散型相变各有哪些特点？ 2、说明晶界和晶体缺陷对固态相变成核的影响。 3、说明相界面和应变能在固态相变中的作用，并讨论它们对新相形状的影响。 4、固－固相变的等温转变动力学曲线是“C”形的原因是什么？ 第二章奥氏体形成 1、为何共析钢当奥氏体刚刚完成时还会有部分渗碳体残存？亚共析钢加热转变时是否也存在碳化物溶解阶段？ 2、连续加热和等温加热时，奥氏体形成过程有何异同？加热速度对奥氏体形成过程有何影响？ 3、试说明碳钢和合金钢奥氏体形成的异同。 4、试设计用金相－硬度法测定40钢和T12钢临界点的方案。 5、将40、60、60Mn钢加热到860℃并保温相同时间，试问哪一种钢的奥氏体晶粒大一些？ 6、有一结构钢，经正常加热奥氏体化后发现有混晶现象，试分析可能原因。 第三章珠光体转变 1、珠光体形成的热力学特点有哪些？相变主要阻力是什么？试分析片间距S与过冷度△T的关系。 2、珠光体片层厚薄对机械性能有什么影响？珠光体团直径大小对机械性能影响如何？ 3、某一GCr15钢制零件经等温球化退火后，发现其组织中除有球状珠光体外，还有部分细片状珠光体，试分析其原因。 4、将40、40Cr、40CrNiMo钢同时加热到860℃奥氏体化后，以同样冷却速度使之发生珠光体转变，它们的片层间距和硬度有无差异？ 5、试述先共析网状铁素体和网状渗碳体的形成条件及形成过程。 6、为达到下列目的，应分别采取何热处理方法？ （1）为改善低、中、高碳钢的切削加工性； （2）经冷轧的低碳钢板要求提高塑性便于继续变形； （3）锻造过热的60钢毛坯为细化其晶粒； （4）要消除T12钢中的网状渗碳体； 第四章、马氏体转变 网带炉产品生产工艺规 范 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08] 网带炉热处理工艺规范 网带炉热处理工艺规范 1 适用范围 本标准规定了GCr15、GCr15SiMn、65Mn等钢制轴承零件的淬回火及SPCC、 St14、SCM415、20#、10#、08F、20CrMo、20Cr、15CrMo等低碳钢制轴承零件的渗碳淬回火工艺规范。 本标准适用于上述钢制轴承零件的热处理。 2引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。所引用标准的最新版本适用于本标准。 GB/T338-1992 工业甲醇 SHO553-1993 工业丙烷 GB/T536-1998 液氨 3 要求 进入托辊炉内的各类零件应清洁、干燥（即无锈、无水、无油、及其它污物、杂物）。 GCr15钢制套圈和滚针（子）淬火后硬度不小于HRC63，GCr15SiMn钢制套圈和滚针（子）淬火后硬度不小于HRC62；回火后硬度应符合产品图要求； 65Mn钢制推力垫片淬火后硬度不小于HRC62；回火后硬度应符合产品图要求；内径20mm以上的推力垫片，必须用专用夹具夹平整后回火。 低碳钢制轴承零件渗碳淬火后硬度应不小于HV700；回火后硬度应符合产品图要求。 4 工艺过程 准备工作 每周一生产作业前，用直流电子电位差计校验炉温；停炉或大修后开炉时必须校验。 每半年清理炉膛一次。 每天每班检查下列项目： —100℃） 温度设定 根据不同材料、不同的零件、不同的热处理方式，参照炉温校验记录，进行炉温设定（详见表1） 表1 网带炉温度设定 气氛流量（详见表2） 表2 通入网带炉炉内的气氛流量 第1章绪论 1.1 综述 在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。 在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。 1.2 加热炉温度控制系统的研究现状 随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速，一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。单片机温度控制系统是数控系统的一个简单应用，在冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各类工业中，广泛使用于加热炉、热处理炉、反应炉等。 温度是工业对象中的一个重要的被控参数。由于炉子的种类不同，因而所使用的燃料和加热方法也不同，例如煤气、天然气、油、电等;由于工艺不同，所需要的温度高低不同，因而所采用的测温元件和测温方法也不同;产品工艺不同，控制温度的精度也不同，因而对数据采集的精度和所采用的控制算法也不同。 传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。不仅如此，传统的控制方式不能满足高精度，高速度的控制要求，如温度控制表温度接触器，其主要缺点是温度波动范围大，由于它主要通过控制接触器的通断时间比例来达到改变加热功率的目的，受仪表本身误差和交流接触器的寿命限制，通断频率很低。近几年来快速发展了多种先进的温度控制方式，如：PID控制，模糊控制，神经网络及遗传算法控制等。这些控制技术大大的提高了控制精度，不但使控制变得简便，而且使产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了生产效 工作行为规范系列 热处理炉安全操作规程（标准、完整、实用、可修改） ?I. 编号: 热处理炉安全操作规程 Safety operati on rules for heat treatme nt furn ace 说明：为规范化、制度化和统一化作业行为，使人员管理工作有章可循，提高工作效率和责任感、归属感，特此编写。 1. 操作人员应注意防火、防爆、防毒、防烫、防触电，了解有关救护知识。工作场地应配备必要的消防器材。 2. 操作人员在工作中不得任意离开工作岗位，临时离开应向代管人交待清楚。 3. 工作前应检查电气设备、仪表及工具是否完好，抽风系统是否完好。工作完毕后应做好工作场地及设备清扫工作。 4. 应尽量采用无氰工艺，化学物品应有专人管理，并严格按有关规定存放。 5. 工作中配制各种化学药剂、试剂时，应严格执行化学试验安全操作规程。 6. 禁止无关人员进入氰化室、化学药品储藏室、中频发电机室和高频淬火室。各室内应保持清洁，不堆放无关物品。 7. 工件进入油槽要迅速。淬火油槽周围禁止堆放易燃易 爆物品。 8. 使用行车（或单轨吊车）时应有专人指挥，并执行有关行车使用的安全操作规程。井式炉及盐浴炉的吊车电机应防 爆，钢丝绳应经常检查，定期更换。 9. 各种废液、废料应分类存放统一回收和处理。禁止随意倾入下水道和垃圾箱，防止污染环境。 10. 采用煤炉、煤气炉、油炉加热进行热处理，应遵守有关炉型司炉工安全操作规程，入炉工件、工具应干燥。 11. 大型热处理炉及连续热处理炉采用炉子机械输送工件和燃料，使用前必须检查炉子机械关键传动部件有无烧损、腐蚀，机械运行轨道上有无障碍物，工作堆放高度和宽度是否超过规定，堆放平稳与否，工件出炉卸车时应注意防止烫伤和砸伤事故。 请输入您公司的名字 Foon shi on Desig n Co., Ltd 深圳市中达电炉厂产品使用说明书 连 续 式 隧 道 炉 说 明 书 电话: 0755— 33353798 4008 – 163 - 588 传真: 0755— 81700525 网址: https://www.360docs.net/doc/8f8661700.html, 一、公司介绍 深圳市中达电炉厂于2008年通过ISO9001质量管理体系认证。是一家集专业设计、生产非标环保节能工业电炉，控制软件开发及生产于一体的专业电炉厂，尤其在高温电炉领域有着丰富的经验，并有过很多成功案例。我们长期着力于改变生产和工艺存在的难题，不断学习、研发以满足客户的需要。改变了传统电炉设计对电网造成的干扰和损耗。在原有的基础上节约了能源。我厂通过引进国际先进电炉设计技术、采用正规厂家生产的优质新型耐火、隔热及发热材料，从而使产品具有使用寿命长、性能可靠、高效节能、升温快、控温精度高等优点。 主要生产：硅钼棒、硅碳棒高温箱式电阻炉，陶瓷推板窑，隧道窑、网带炉、真空烧结炉、真空回火炉、真空热处理炉、台车炉、铝合金炉，蒸气炉、实验炉、高低温烘箱、烘房、ED 涂装线、熔金炉、金属熔练炉，温度可达范围：室温——2500℃。 产品适应范围和用途：中达电炉广泛应用于加工热处理等作业上，如各类陶瓷、玻璃、琉璃、氮化硅、纳米材料、氧化铝等烧结及脱蜡；五金塑胶模具、特殊金属等淬火、回火及热处理；丝印、电镀、金银珠宝、五金塑胶、纳米、变压器、电机、线路板、电器等烘烤脱水及老化测试；铝合金、固溶及时效热处理；碳纤维复合材料二次烧结、ED途装及精细烘干。 技术支持：我厂特请经验丰富的电炉专家吉林工大研究生赵宏哲先生任总工程师，拥有一批经验丰富的设计技术人才、先进的生产检测设备及完善的管理体系，结合深圳特区效率高、速度快、公平、公正、公开的经营模式、资源齐等特点及完善的售后服务体系，产品远销国内外。 铝合金热处理工艺 作者:中国铝板带箔信息中心日期:2006-12-16 点击数:284 3.1铝合金热处理原理 铝合金铸件的热处理就是选用某一热处理规范，控制加热速度升到某一相应温度下保温一定时间并以一定得速度冷却，改变其合金的组织，其主要目的是提高合金的力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工型能，获得尺寸的稳定性。 3.1.1铝合金热处理特点 众所周知，对于含碳量较高的钢，经淬火后立即获得很高的硬度，而塑性则很低。然而对铝合金并不然，铝合金刚淬火后，强度与硬度并不立即升高，至于塑性非但没有下降，反而有所上升。但这种淬火后的合金，放置一段时间(如4,6昼夜后)，强度和硬度会显著提高，而塑性则明显降低。淬火后铝合金的强度、硬度随时间增长而显著提高的现象，称为时效。时效可以在常温下发生，称自然时效，也可以在高于室温的某一温度范围(如100,200?)内发生，称人工时效。 3.1.2铝合金时效强化原理 铝合金的时效硬化是一个相当复杂的过程，它不仅决定于合金的组成、时效工艺，还取决于合金在生产过程中缩造成的缺陷，特别是空位、位错的数量和分布等。目前普遍认为时效硬化是溶质原子偏聚形成硬化区的结果。 铝合金在淬火加热时，合金中形成了空位，在淬火时，由于冷却快，这些空位来不及移出，便被“固定”在晶体内。这些在过饱和固溶体内的空位大多与溶质原子结合在一起。由于过饱和固溶体处于不稳定状态，必然向平衡状态转变，空位的存在，加速了溶质原子的扩散速度，因而加速了溶质原子的偏聚。硬化区的大小和数量取决于淬火温度与淬火冷却速度。淬火温度越高，空位浓度越大，硬化区的 数量也就越多，硬化区的尺寸减小。淬火冷却速度越大，固溶体内所固定的空位越多，有利于增加硬化区的数量，减小硬化区的尺寸。 沉淀硬化合金系的一个基本特征是随温度而变化的平衡固溶度，即随温度增加固溶度增加，大多数可热处理强化的的铝合金都符合这一条件。沉淀硬化所要求的溶解度,温度关系，可用铝铜系的Al,4Cu合金说明合金时效的组成和结构的变化。图3,1铝铜系富铝部分的二元相图，在548?进行共晶转变L?α，θ(Al2Cu)。铜在α相中的极限溶解度5.65,(548?)，随着温度的下降，固溶度急剧减小，室温下约为0.05,。 在时效热处理过程中，该合金组织有以下几个变化过程: 3.1.2.1 形成溶质原子偏聚区,G?P(?)区 在新淬火状态的过饱和固溶体中，铜原子在铝晶格中的分布是任意的、无序的。时效初期，即时效温度低或时效时间短时，铜原子在铝基体上的某些晶面上聚集，形成溶质原子偏聚区，称G?P(?)区。G?P(?)区与基体α保持共格关系，这些聚合体构成了提高抗变形的共格应变区，故使合金的强度、硬度升高。 3.1.2.2 G?P区有序化,形成G?P(?)区 随着时效温度升高或时效时间延长，铜原子继续偏聚并发生有序化，即形成G?P(?)区。它与基体α仍保持共格关系，但尺寸较G?P(?)区大。它可视为中间过渡相，常用θ”表示。它比G?P(?)区周围的畸变更大，对位错运动的阻碍进一步增大，因此时效强化作用更大，θ”相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。 3.1.2.3形成过渡相θ′ 随着时效过程的进一步发展，铜原子在G?P(?)区继续偏聚，当铜原子与铝原子比为1:2时，形成过渡相θ′。由于θ′的点阵常数发生较大的变化，故当其形成时与基体共格关系开始破坏，即由完全共格变为局部共格，因此θ′相周围基 目录 第一章设计背景及设计意义 (2) 第二章系统方案设计 (3) 第三章硬件 (5) 3.1 温度检测和变送器 (5) 3.2 温度控制电路 (6) 3.3 A/D转换电路 (7) 3.4 报警电路 (8) 3.5 看门狗电路 (8) 3.6 显示电路 (10) 3.7 电源电路 (12) 第四章软件设计 (14) 4.1软件实现方法 (14) 4.2总体程序流程图 (15) 4.3程序清单 (19) 第五章设计感想 (29) 第六章参考文献 (30) 第七章附录 (31) 7.1硬件清单 (31) 7.2硬件布线图 (31) 第一章设计背景及研究意义 机械制造行业中，用于金属热处理的加热炉，需要消耗大量的电能，而且温度控制是纯滞后的一阶惯性环节。现有企业多采用常规仪表加接触器的断续控制，随着科技进步和生产的发展，这类设备对温度的控制要求越来越高，除控温精度外，对温度上升速度及下降速度也提出了可控要求，显而易见常规控制难于满足这些工艺要求。随着微电子技术及电力电子技术的发展，采用功能强、体积小、价格低的智能化温度控制装置控制加热炉已成为现实。 自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。对工件的处理温度要求严格控制，计算机温度控制系统使温度控制指标得到了大幅度提高。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。 ， 热处理电阻炉安全操作规程 1、箱式电阻炉 1、1作业前检查： 1、1、1测温仪表、热电偶、电气设备接地线等是否完好； 1、1、2炉膛内是否有遗留工件，炉底板电阻是否完好。 1、2工件进出炉时应断电操作，不允许工件或工具与电阻丝相碰撞或接触。 1、3箱式电阻护使用温度不允许超过额定值。 1、4电炉通电前应首先合闸，再开控制柜电钮。停炉时应先关控制柜电钮，再拉闸。 1、5每日清理设备各部位（包括炉底板下部）的氧化物和杂物。 1、6工作完毕应整理工作场地，并向下一班次操作负责人交待设备情况。 2、井式电阻炉 2、1管理者应指定炉前操作负责人。 2、2使用前检查设备及炉盖提升装置、工件吊具是否缺损，设备接地、风扇是否良好。 2、3装、出炉工件时应切断电源，不允许带电操作。吊装工件时应注意不应碰撞或接触电阻丝，工件重量不允许超过吊具规定负荷。 2、4开炉过程中，温度不允许超过额定值。 2、5吊装工件时，炉子平台上、下不允许站人。 3、气体渗碳炉 3、1 指定炉前操作负责人。 3、2工作前准备： 3、2、1检查设备的接地情况，并将测量仪表按工艺规范调整正确； 3、2、2 检查炉盖的升降机构是否正常； 3、2、3风扇转动平稳、无噪音，风扇的冷却水管应完好无堵塞，工作中的冷却出水温度不允许大于60℃； 3、2、4输油管道应完好畅通无渗漏，排气管、滴油器应畅通； 3、2、5炉罐内应无碳黑之类杂物，炉子应密封良好； 3、2、6检查吊车的吊放工具是否良好，工件起吊后吊钩下不允许站人。 3、3先给风扇轴迷宫装置通冷却水，然后给设备通电。 3、4温度在3600℃以上时不允许关掉风扇。 3、5温度在750℃以下时不允许向炉内滴注煤油，以防爆炸。 3、6 RJJ 系列气体渗碳炉最高工作温度不允许超过950℃。各设备装置量及最大工件尺寸应符合设备的技术要求。 3、7工件进出炉时设备应断电；吊车的升降速度应缓慢，起吊工件时应将吊钩对中。 3、8在渗碳过程中应点燃从炉内排出的废气。 3、9渗碳工作完毕应立即用辅助炉盖将渗碳炉罐盖好。 3、10液体渗碳剂、甲醇等均属易燃易爆物品，应严格保管，注意防火防爆。 3、11定期检查设备，清洁环境卫生。 4、气体氮化炉 4、1指定炉前操作负责人。 4、2氨瓶应放置在阴凉通风的地方，距离工作场地5m 以上，不允许靠近热、电源，或受日光曝晒，以防气体受热膨胀爆炸。 4、3氨瓶应在指定地点立放，不准用吊车运送，不准摔碰、涂油脂和卧放。 4、4冬季存放氨瓶，环境气温应保持在20℃左右。如液氨冻结，只能用水冲淋化冻，不允许用火或电炉烘烤。 4、5液氨用完后，应在瓶上标注“已用完”，并集中堆放。 4、6氮化炉装好料后，应仔细检查氨气管道、炉盖是否有泄漏，以免污染环境，氨气中毒；严防氨分解出来的氢气遇火自燃，引至氮化包内引起爆炸。 文件编号：TP-AR-L5258 There Are Certain Management Mechanisms And Methods In The Management Of Organizations, And The Provisions Are Binding On The Personnel Within The Jurisdiction, Which Should Be Observed By Each Party. （示范文本） 编制：_______________ 审核：_______________ 单位：_______________ 盐浴炉热处理工安全操作规程正式样本 盐浴炉热处理工安全操作规程正式 样本 使用注意：该操作规程资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的管理机制和管理原则、管理方法以及管理机构设置的规范，条款对管辖范围内人员具有约束力需各自遵守。材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。 1．工作前要指定炉前操作负责人，遵守一般热 处理工安全操作规程。并做好如下准备： (1)必须穿戴好工作服、工作帽、皮鞋、眼镜或 防护面罩； (2)仔细检查测温仪表、仪器、电气设备接地线 等是否完好正确； (3)检查抽风装置是否正常，液体氰化炉应单独 抽风； (4)检查汇流铜板，主、辅电极是否短路。 (5)清除盐炉炉面的凝固盐层和抽风口附近的污 物，击碎凝固盐层，避免熔盐爆出； (6)入炉的工件、工具、夹具和挂具等均应干燥无水，必须经过烘烤或预热。 2．调节电流时应先将变压器断电。 3．盐炉启动时应采用低电压，以后逐渐升压。 4．工件不准与热电偶，电极相接触。 5．工件应捆扎牢靠，若掉入炉内应断电后捞取。 6．添加的盐类及脱氧刑，必须经过烘烤并应缓慢加入。加盐量应控制在规定范围内。 7．中温盐炉应每班脱氧、捞渣一次。高温盐炉连续工作4小时即应脱氧。 8．每次停炉前应检查辅助电极是否完好、干燥，放入时应首先断电。 9．高温盐炉使用温度一般不超过1300℃，中温 课程设计设计题目: 退火炉温度控制系统 学院： 专业： 班级： 姓名: 学号: 指导老师： 日期: 摘要 退火炉是金属热处理中的重要设备,它把压力容器加热到一定温度并维持一段时间，然后让其自然冷却。其目的在于消除压力容器的整体压力。提高压力容器的使用寿命。温度是退火炉的主要被控变量,是保证其产品质量的一个重要因素。退火炉温度控制的稳定性和控制精度直接影响产品的质量。 本文以AＴ89Ｃ51单片机为控制核心，采用模块化的设计方案，包括硬件设计与软件设计两部分。硬件设计包括温度检测模块，按键模块,执行模块,LED显示模块,单片机最小系统。本设计要求采用电热丝加热,通过A/D转换将采集到的温度数据输入单片机中，与系统给定值比较,从而对退火炉的温度进行控制,通过按键输入控制信号，三位LED显示炉温。最后设计出最少拍无纹波控制器，通过MATＬAB 仿真检验是否有纹波。 目录 第1章绪论 (3) 1．1设计背景与算法 (3) 第2章课程设计的方案?5 2.１概述?５ 2．2系统组成总体结构 (5) 第3章程序设计与程序清单 (7) 3.1单片机最小系统设计 (7) 3.1．1单片机选择 (7) 3.１.2时钟电路设计 (8) 3.1.3复位电路设计?9 3.２程序清单与电路图 (11) ３.3温度控制电路................................ 错误!未定义书签。第４章控制算法?18 4．1程序框图? 18 4.2算法设计 (19) 第5章课程设计总结?错误!未定义书签。 第1章 绪论 1.1 设计背景与算法 背景:退火炉是冶金和机械行业常用的热处理工业设备。一般说来，退货处理工艺师冶金和机械产品的最后处理工序，它的处理效果将直接影响产品的质量。因此,对退火炉的基本要求就是根据退火处理工艺曲线,提供准确的升温，保温及降温操作，同时保证颅内各处的温度均匀。在目前实际生产中，退火炉的种类很多,按燃料分有燃油炉、燃气炉、电炉等。电炉按台数计算占80％,燃油炉和燃气炉占20%。 退火是金属热处理中的重要工序，它是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间,然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。目的是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善其塑性和韧性，使其化学成分均匀化，并去除其参与应力,或得到预期的物理性能。温度控制是热处理质量控制的重要技术措施，是退火控制的核心。智能温控将大大提高热处理质量，消除认为的不稳定因素,提高温度控制的精确程度,满足特殊材料的热处理要求。 同时,退火炉采用自动化技术控制温度，对保护生态环境方面也具有重要意义。退火炉的炉温动态特性直接影响产品的质量，生产过程中对钢材的温升曲线有较高的要求,温度过低，达不到退火的预期目的;温度过高将导致过热,甚至过烧。通过对退火炉中生产过程的优化控制和自动工艺管理控制，不但可以缩短生产周期，提高产量和质量,还可以减少人为因素造成的废品率。热处理后产生的废气对自然环境的污染很大,退火炉的燃料如果是欠氧燃烧，燃料燃烧不充分，则会产生大量黑烟，而过氧燃烧又会产生氮氧化合物等有害气体。若通过对燃烧过程进行有效控制,使燃烧在合理的空燃比下运行，则可以极大的减少退火炉对周边环境的污染，对构建科持续发展型社会就有积极的意义。 目前世界各国对能源消耗和大气环境的污染越来越重视,而我国既是钢铁大国又是能源大国，因此研究高性能退火炉温度控制系统具有极为重要的现实意义。 算法:在数字随动控制系统中，要求系统的输出值尽快地跟踪给定值的变化,最少拍控制是满足这一要求的一种离散化设计方法。 最少拍控制是一种直接数字设计方法。所谓最少拍,就是要求闭环系统对于某种特定的输入在最少个采样周期内达到无静差的稳态,是系统输出值尽快地跟踪期望值的变化。 闭环Ｚ传函具有形式 z z z z N N ---+++=Φφφφ 221)(1 The Daily Operation Mode, It Includes All The Implementation Items, And Acts To Regulate Individual Actions, Regulate Or Limit All Their Behaviors, And Finally Simplify Management Process. 编订：XXXXXXXX 20XX年XX月XX日 煤气发生炉(锻件热处理炉)安全操作规程简易版 煤气发生炉(锻件热处理炉)安全操 作规程简易版 温馨提示：本操作规程文件应用在日常的规则或运作模式中，包含所有的执行事项，并作用于规范个体行动，规范或限制其所有行为，最终实现简化管理过程，提高管理效率。文档下载完成后可以直接编辑，请根据自己的需求进行套用。 1、做好点火前的各项准备工作： ①检查管路是否畅通，阀门是否灵活，各 种零件是否齐全，位置是否正确。 ②检查各种电气、仪表的开关是否完好， 指示是否正确。 ③检查各部分的安全防爆装置是否有效。 2、点火时必须关小一次风，人必须站在点 火孔（或炉门）侧面一米以外，以防煤气或炉 火穿出伤人。 3、当遇到突然停火时，应立即打开放气烟 囱，以防止回火。 4、要经常检查煤气管道和净化设备，防止焦油堵塞或煤气泄漏。 5、定时检查热处理炉子的除硫情况，每个两个小时检查一次PH值，确保PH值在7以上，检查时发现PH小于7时，需要添加石灰水80公斤量，PH值达到7才允许继续使用。每次设备维修时煤气发生炉需要将循环水全部更换，更换下来的废水经沉淀池沉淀后排出，每次维修时需要记录。 6、每次检查均需记录，记录的内容包括PH 值，有无添加石灰水，添加的量 7、打扦时应关小一次风，将专用的打扦盖放在钎孔上。同时，操作人员应戴好石棉手套和防护眼睛，并不能对准观察孔，以免烫伤。 8、停炉时一定要打开放气烟囱，放散蒸 简述常用热处理工艺的原理与特点。 热处理是指材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。 热处理工艺原理 1、正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。 2、退火：将亚共析钢工件加热至AC3以上20—40度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却(或埋在砂中或石灰中冷却)至500度以下在空气中冷却的热处理工艺。 3、淬火：将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工件在横截面内全部或一定的范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺。 4、回火：将经过淬火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺。 5、调质处理：一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。调质处理广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。调质处理后得到回火索氏体组织，它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织更优。它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火稳定性和工件截面尺寸有关，一般在HB200—350之间。 特点：金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，金球的热处理工艺与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。 比较钢材与非金属材料热处理的异同点。 热处理有金属材料热处理和非金属材料热处理 相同点：热处理的原理基本一样，都是一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。 不同点： 1.钢的表面热处理有两大类：一类是表面加热淬火热处理，另一类是化学热处理。 非金属材料的表面热处理：喷漆、着(染)色、抛光、化学镀后再电镀(如ABS)等。 2.金属材料热处理包括：退火、正火、淬火和回火。 非金属材料热处理包括碳纤维预氧化、碳化、石墨化设备，石墨化烧结等；复合材料成形以及空间环境模拟，包括热压罐，热压机，KM系列模拟罐，用户分布于汽车、模具、工具、碳纤维加工和其他高端应用领域。 网带炉详细说明 网带炉介绍和特点：经过半个多世纪的发展，第一代网带炉从氧化气氛下加热逐步发展到第二代保护气氛、少无氧化加热，又进步到第三代可控气氛加热，第四代计算机管理，在廿一世纪的今天，网带炉是如何发展的网带炉的特点 今天热处理网带炉发展的动力和其它产品一样源自市场的需求，发展的成果来自技术的进步。我国改革开放政策正大大地推动并加速了热处理行业发展过程。 廿一世纪的网带炉技术将带有鲜明的时代特征，具有四大特点：智能化热处理、高质量热处理、低成本热处理、清洁的热处理 ■网带炉的发展方向： 网带炉生产线采用无污染DX气体回火发黑技术、无污染利用回火余热染黑技术取代了传统有污染的发黑工艺。网带炉热污染为零。 ■网带炉的详细介绍： 经过半个多世纪的发展，第一代网带炉从氧化气氛下加热逐步发展到第二代保护气氛、少无氧化加热，又进步到第三代可控气氛加热，第四代计算机管理，在廿一世纪的今天，网带炉是如何发展的网带炉的特点? 今天热处理网带炉发展的动力和其它产品一样源自市场的需求，发展的成果来自技术的进步。我国改革开放政策正大大地推动并加速了热处理行业发展过程。 廿一世纪的网带炉技术将带有鲜明的时代特征，具有四大特点：智能化热处理、高质量热处理、低成本热处理、清洁的热处理. 1智能化热处理 研究发展人员运用最新CAD程序和热处理数据库，计算机模拟仿真技术和控制技术，采用高度柔性化、智能化的综合控制和管理系统于网带炉及其生产线。 未来的网带炉操作者仅需将待处理的工件数量、图纸输入计算机，整套设备将自行处理出高质量的产品。 目前已实现了整个系统实时多项目操作控制。如控制装料厚度、网带速度、温度、碳势等。可全屏幕监视及控制分批进料之移动。能完全工艺程序控制，可储存9999个工艺。能完全记录设备运行状况中所检测到的工艺参数(零件号、材料、温度、碳势等)送计算机进行处理并存储记录。可随时调阅和打印。可贮存十年的记录。密码分层控制，完全分层。含有新炉升温程序，停炉升温程序可有效执行升温过程等. 2高质量的热处理 质量分散率为零，热处理畸变为零。质量控制措施： 上料控制系统：重量、数量、均匀性可控。实现翻斗式、吸盘式、磁带性、阶梯式、震动式料系统普遍推广采用。上料节奏自动控制、变频调速。零件方向自动排列。加料厚度实现实时监控。从源头上为热处理工艺的准确执行提供保证。 设备温度控制：炉温稳定性±1℃、炉温均匀性±10℃，冷处理温度均匀性±5℃，开关式温控将被淘汰。 热处理原理与工艺课程试题 热处理原理与工艺课程试题,一, 一、术语解释(每题4分，共20分) 1(分级淬火: 2(淬透性: 3(TTT曲线: 4(Ms温度: 5(调质处理: 二、填空(每空1分，共20分) 1(大多数热处理工艺都需要将钢件加热到相变临界点以上。 2((在钢的表面同时渗入碳和氮的化学热处理工艺称为，其中低温，最初主要用于中碳钢的耐磨性及疲劳强度的提高，因为硬度提高不多，故又称为。 3(奥氏体中的碳浓度差是奥氏体在铁素体和渗碳体相界面上形核的必然结果，也是相界面推移的驱动力。 4(钢中产生珠光体转变产物的热处理工艺称为退火或正火。 5(马氏体相变区别于其他相变最基本的两个特点是: 相变以切变共格方式进行和无扩散性。 6(贝氏体相变时随着钢中碳含量的增加，贝氏体相变速度减慢，等温转变C曲线向右移。 7(回火第一阶段发生马氏体的分解。 8(钢件退火工艺种类很多，按加热温度可分为两大类，一类是在临界温度(Ac1或AC3)以上的退火，又称相变重结晶退火。 9(有物态的淬火介质淬火冷却过程可分为三个阶段: 蒸气膜阶段、沸腾阶段和对流阶段。 10. 几乎所有的合金元素(除(Co )、(Al)以外)，都使Ms和M点( 降低 )。 f11.随着合金含量的增加(Co等个别元素除外)，钢的等温转变曲线右移，淬透性( 提高 )，比碳钢更容易获得( 马氏体 )。 三、选择题(每题2分，共20分) 1、下面对“奥氏体”的描述中正确的是: ( ) A(奥氏体是碳在α,Fe中的过饱和固溶体 B(奥氏体是碳溶于α,Fe形成的固溶体 C(奥氏体是碳溶于γ,Fe所形成的固溶体 D(奥氏体是碳溶于γ,Fe所形成的过饱和固溶体 2、45钢经下列处理后所得组织中，最接近于平衡组织的是:( ) A(750?保温10h后空冷 B(750?保温10h后炉冷 C(800?保温10h后炉冷 D(800?保温10h后空冷 3、对奥氏体实际晶粒度的描述中不正确的是:( ) A(某一热处理加热条件下所得到的晶粒尺寸 B(奥氏体实际晶粒度比起始晶粒度大 C(加热温度越高实际晶粒度也越大 D(奥氏体实际晶粒度与本质晶粒度无关 4、钢的淬硬性主要取决于() A(含碳量 B(含金元素含量 C(冷却速度 D(保温时间 5、防止或减小高温回火脆性的较为行之有效的方法是() 电炉温度控制系统设计 摘要 热处理是提高金属材料及其制品质量的重要技术手段。近年来随工业的发展，对金属材料的性能提出了更多更高的要求，因而热处理技术也向着优质、高效、节能、无公害方向发展。电阻炉是热处理生产中应用最广泛的加热设备，加热时恒温过程的测量与控制成为了关键技术，促使人们更加积极地研制热加工工业过程的温度控制器。 此设计针对处理电阻炉炉温控制系统，设计了温度检测和恒温控制系统，实现了基本控制、数据采样、实时显示温度控制器运行状态。控制器采用 51 单片机作为处理器，该温度控制器具有自动检测、数据实时采集处理及控制结果显示等功能，控制的稳定性和精度上均能达到要求。满足了本次设计的技术要求。 关键词：电阻炉，温度测量与控制，单片机 目录 一、绪论.......................................................................................................................................- 1 - 1.1 选题背景...................................................................................................................- 1 - 1.2电阻炉国内发展动态...............................................................................................- 1 - 1.3设计主要内容...........................................................................................................- 2 - 二、温度测量系统的设计要求...................................................................................................- 3 - 2.1 设计任务.....................................................................................................................- 3 - 2.2 系统的技术参数.........................................................................................................- 3 - 2.3 操作功能设计.............................................................................................................- 4 - 三、系统硬件设计.......................................................................................................................- 5 - 3.1 CPU选型......................................................................................................................- 5 - 3.2 温度检测电路设计........................................................................................................- 5 - 3.2.1 温度传感器的选择.............................................................................................- 5 - 3.2.1.1热电偶的测温原理...............................................................................- 6 - 3.2.1.2 热电偶的温度补偿..............................................................................- 7 - 3.2.2 炉温数据采集电路的设计...............................................................................- 7 - 3.2.2.1 MAX6675芯片...................................................................................- 7 - 3.2.2.2 MAX6675的测温原理.......................................................................- 8 - 3.2.2.3 MAX6675 与单片机的连接.................................................................- 8 - 3.3 输入/输出接口设计 ....................................................................................................- 9 - 3.4 保温定时电路设计................................................................................................... - 10 - 3.4.1 DS1302 与单片机的连接 .............................................................................. - 11 - 3.5 温度控制电路设计..................................................................................................... - 11 - 系统硬件电路图................................................................................................................ - 13 - 四、系统软件设计.................................................................................................................... - 15 - 4.1 软件总体设计............................................................................................................. - 15 - 4.2 主程序设计................................................................................................................ - 15 - 4.3 温度检测及处理程序设计......................................................................................... - 16 - 4.4 按键检测程序设计..................................................................................................... - 18 - 4.5 显示程序设计............................................................................................................. - 20 - 4.6 输出程序设计............................................................................................................. - 21 - 4.7中值滤波..................................................................................................................... - 22 - 五、结论.................................................................................................................................... - 23 - 参考文献.................................................................................................................................... - 24 -热处理电炉安全操作规程正式版
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