传感器在监测钢铁淬火中的H2和CO浓度中的应用

工件的冷却是在一定的介质中展开的。少见的冷却介质有空气、燃料气体、盐浴和维护气氛。(1)空气。

在普通箱式炉或井式炉中冷却时，其冷却介质就是空气。空气作为冷却介质，其缺点就是其中的氧气、二氧化碳和水蒸气更容易使工件水解和脱碳。水解是指钢表面的铁原子或合金原子与冷却介质中的水解性物质再次发生化学反应，分解氧化物的过程。

氧化铁（又称水解皮）的分解，在冷却时会使工件表面烧损，影响表面粗糙度；在淬火时影响淬火加热的均匀分布性，导致硬度失衡或硬度严重不足。脱碳是指钢件表面的碳与冷却介质中的氧、二氧化碳、水蒸气及氢再次发生化学反应，使表面的碳含量增加的现象。脱碳使工件表面的碳含量减少，造成淬火硬度严重不足，不但减少其耐磨性，而且在表面产生纳形变，使疲劳强度上升。

水解与脱碳相当严重地影响着热处理的质量，在冷却过程中不应引发推崇，不予避免。以空气为冷却介质时，避免水解和脱碳的常用方法有以下几种：1)喷撒法。炉温抵达工作温度后，将工件取出炉中，即向炉内喷气或泼QW-F1钢材冷却保护剂，也可将工件浸泡冷却保护剂后再行入炉。

2)装箱法。将工件取出铁箱中，再行以铸铁屑、木炭或焦炭填满，砖墙密封，然后放进炉中冷却。

3)洗涂法。将质量分数为6%的硼砂与质量分数为94%的酒精混合后，构成硼砂酒精涂料。将工件洗涂其中后，再装入炉中，可避免水解。

4)涂料法。用防氧化涂料涂覆于工件表面，使其与炉气阻隔，起着避免水解和脱碳的起到。

常用防氧化涂料主要由硅酸盐（如硅酸钾等）和一定比例的金属氧化物（如氧化铬、氧化铝、氧化硅、氧化铝等）构成，混合后再行相结合粘合剂（如水玻璃、树脂、硅溶胶等），再行重新加入稀释剂（如水、丙酮等），最后徵成糊状，使用喷涂、涂刷或洗涂等方法使其黏附于工件表面，起着与水解性气，氛隔绝的起到。均可出售配好的成品，如中温防氧化涂料、高温防氧化涂料、110抗氧化涂料、202抗氧化涂料等。(2)燃料气体。冷却时煤气、煤或油在火焰炉中自燃所产生的气体称作燃料气体。

其主要成分是二氧化碳、一氧化碳和氢等气体以及空气中的氮和氧。其中的氢可以使工件脱碳，二氧化碳及氧既可使工件水解，也可使工件脱碳。炉气中氧的体积分数一般掌控在2%~4%之间。

估算的方法是：将一块边长大约20mm的方木块放进炉中，关口好炉门，从炉门上的仔细观察孔仔细观察木块的自燃情况。如果木块没火场，意味着是起火后炭化，则炉气中氧的体积分数大于1.5%；若木块起火且有一闪一闪的蓝色火焰，则氧的体积分数为2.5%~4%；若木块自燃并呈圆形平稳的黄色火焰，且只剩的炭块仍然在闪火，则氧的体积分数在5%或略为低一点。当炉气的氧含量较高时，可以必要增大送风量，以减少炉气的水解性，增加工件的水解和脱碳。

(3)维护气氛。在热处理冷却过程中，能维护工件，使其免遭水解和脱碳的炉气，称作维护气氛。

工件在维护气氛中冷却，可以取得无水解、不脱碳的明亮表面，其外观质量和内在质量都有相当大提升。常用的维护气氛有以下几种：1)高效率气氛。

高效率气氛是所指炉气的成分可以掌控。通过调节炉气中的某种气体的比例，既可以使炉气构建无水解冷却，也可以展开渗碳或碳氮共计井水等。①放热反应式高效率气氛。用液化石油气(主要成分为丙烷C3H8及丁烷C4H10)、天然气（主要为甲烷CH4）或城市煤气等原料气与空气按一定比例混合后，通过自身自燃而取得．由于自燃时释放出大量热量，故称放热反应式高效率气氛。

由于放热反应式气氛中CO2和H2O较多，故无法避免脱碳，多用作中、低碳钢的无水解冷却或容许少量脱碳的无水解冷却。②放热式气氛。将原料气（液化石油气、城市煤气或天然气）与空气按一定比例混合后，由外界对其展开冷却而做成，由于反应过程必须吸取热量，故称放热式气氛。

放热式气氛中的CO和H2较多，而CO2和H2O则很少，所以可以有效地避免工件水解和脱碳。为了使钢在冷却过程中既不脱碳又不减碳，就要精确地掌控炉气成分，使碳原子在炉气与钢之间的互相交换超过均衡。此时，钢的碳含量即为炉气的碳势。

一般来说，炉气的碳势可通过掌控炉气中CO2或H2O的体积分数来掌控，这是因为H2O、CO2的体积分数与CO、H2等气体的体积分数有一定的均衡关系。[φ(CO)φ(H2O)]/[φ(CO2)φ(H2)]=常数。在放热式气氛中，H2和CO大体是恒定的，这样CO2和H2O之间就不存在着相互倚赖制约的关系，告诉其中的一个，就可以确认另一个。

炉气中H2O的含量可通过露点的检测。所谓露点即为炉气中水蒸气开始凝结为水的温度。炉气中H2O越少，则露点越高；反之，则露点就越较低。

露点能用露点仪来测量。CO2的含量可通过红外线CO2分析仪检测，后用电子装置展开掌控。此外，放热式气氛还能用作渗碳或碳氮共计井水等。③滴注式高效率气氛。

将煤油、苯、甲醇等碳氢化合物必要滴高温炉膛内，使其在高温下降解，所构成的炉气中所含CO、H2和CH4等还原性气体，可以维护工件不水解脱碳。甲醇(CH3OH)在高温下降解(CH3OH→CO+2H2)后的产物是很弱碳成分，主要用于稀释剂。而煤油、苯、乙醇、丙酮、醋酸乙酯等有机物，在高温下降解后不会产生大量活性碳原子，作为渗碳剂，以调节炉气的碳势。

稀释剂和渗碳剂的滴量，不应根据工件的材料、渗碳的有所不同阶段、炉膛大小和装炉量等因素确认。2)氨分解成气。氨在高温下分解成为氮和氢，可以替换价格较贵的氢气作为维护气氛，使钢在冷却时不水解脱碳，主要用作含铬较高的合金钢的明亮淬火和热处理等。但氨分解成气中的氢气易燃、易爆，用于中不得与空气混合。

(4)盐浴。将无机盐在高温下熔为液体，用作冷却工件，即为盐浴。

用盐浴冷却时，由于工件与空气阻隔，可以有效地避免工件水解和脱碳。此外，盐浴冷却还有冷却速度快、冷却均匀分布、变形小、可局部冷却等特点。盐浴冷却主要用作工件的淬火冷却或加压。

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