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[金屬復(fù)合線] 退火的保護(hù)氣體用哪種？
P:2010-01-19 16:07:56
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看篇文章吧，本想上傳原文，可是手頭上沒有PDF版本的，所以把文字貼上來吧。看了你就明白了。
《保護(hù)氣氛在銅材退火中的選擇及應(yīng)用》
哈爾濱松江電爐廠 賴春林 孫長波 張琦 郭崇文
摘 要 介紹了銅材實現(xiàn)無氧化或少氧化退火時,所選用的可控氣氛種類及各類保護(hù)氣氛的制取原理和應(yīng)用特點,尤其是氮基氣氛應(yīng)用較廣。
關(guān)鍵詞 銅材 退火 可控氣氛 保護(hù)氣氛
中圖分類號:TF805.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號:1009-3230(20001)01-0005-02
銅材在空氣中加熱,由于爐氣中含有大量的O2,CO2,H2O使銅材表面氧化甚至燒損,采用可控氣氛加熱可使?fàn)t內(nèi)氧氣含量及含氧化性氣氛的含量大大降低。實現(xiàn)銅材的無氧化或少氧化加熱,使退火后的銅材表面質(zhì)量有很大提高,還可去除酸洗工序,既節(jié)約了能源,又能提高生產(chǎn)效率。因此,目前在銅加工行業(yè)中保護(hù)加熱得到越來越廣泛的應(yīng)用。
1 可控氣氛中常見氣體
在可控氣氛中常見的氣體有O2,CO2,CO,H2,H2O及N2,其N2氣在熱處理溫度可認(rèn)為是惰性氣體不參加化學(xué)反應(yīng),而O2,CO2,H2是氧化性氣體,CO,H2是還原性氣體。在反應(yīng)中使銅材表面氧化的主要成份是O2和H2O。各氣體的作用如下:
1.1 O2
氧和銅,鋅等反應(yīng)生成金屬氧化物,其反應(yīng)式:4Cu+O2=2Cu2O氧氣是使銅氧化的主要成份,氣氛中極微量的氧氣就足以使銅鋅氧化,并且由于氣氛中氧氣的存在使氣氛有爆炸危險。
1.2 H2O
水蒸氣是一種氧化性氣氛。在氣氛中由于水蒸氣的存在可使含鋁、鉛、錫、鈹?shù)你~合金及含鋅的銅合金在加熱中氧化,且隨著使用溫度降低,氧化作用的作用越明顯。
1.3 CO2
干燥后的含N2保護(hù)氣體由于CO2的存在,進(jìn)入高溫后使一定量的CO2和H2O反應(yīng),反應(yīng)后生成水蒸氣和CO,其反應(yīng)式為:CO2+H2=CO+H2O反應(yīng)后生成的CO及H2對爐內(nèi)氣氛及工件表
面質(zhì)量將產(chǎn)生一定的影響。
1.4 CO
CO是一種含氧氣氛。CO能使Cr,Mn,Si等元素氧化,但對其它元素起還原作用。大氣中CO濃度達(dá)37.5mg/m3時,對人體的機(jī)能將產(chǎn)生嚴(yán)重影響,并且CO在低溫時,大量析出碳黑,影響工件質(zhì)量。2CO=CO2+[C]
1.5 H2
氫氣是無色,無味,可燃的還原氣體。在高溫時氫能從許多氧化物中奪取氧,使氧化物還原。但是氫氣是易燃易爆氣體。因此對熱處理設(shè)備的結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。
隨著我國銅加工行業(yè)的不斷發(fā)展,保護(hù)氣氛的應(yīng)用種類越來越多,目前生產(chǎn)中主要應(yīng)用的有:高純氮氣、凈化放熱式氣氛、氮基氣氛、氨分解氣等。
2、現(xiàn)將各主要氣氛的應(yīng)用情況介紹如下:
2.1 高純氮氣
氮是一種惰性氣體,具有無毒,不燃燒,不爆炸,應(yīng)用廣泛的保護(hù)氣。高純氮氣是將含N2:95%~99%普氮(主要是制氧的付產(chǎn)品)經(jīng)過除氧,干燥過程制成99.9995%的高純氮氣,由于高純氮氣本
身并無還原能力,因此,工作爐內(nèi)的氧很難被徹底置換。另外工件入爐時帶進(jìn)的空氣也將影響到爐內(nèi)的氮氣的純度。當(dāng)爐內(nèi)氣氛的氧氣含量超0.001%就將使產(chǎn)品表面氧化。因此高純氮氣目前只適用帶有真空室的周期式爐或半連續(xù)爐使用。對于連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備單一高純氮氣并不是理想的保護(hù)氣氛。
2.2 凈化放熱式氣氛
凈化放熱式氣氛是將原料氣(液化石油氣、天然氣、煤油)與空氣按一定比例混合后,不完全燃燒所產(chǎn)生的氣體。經(jīng)過二級凈化處理,將氣體中的二氧化碳和水凈化到一定程度后所得到的一種氣氛,其主要成份為:CO1%~3%,CO20~0.01%,H20~4%,其余為N2。露點為-40℃~-60℃。該設(shè)備 雖然結(jié)構(gòu)簡單,制作成本較低,但是由于在使用中受到原料氣的供應(yīng)、安全及運輸不便等因素的限制,因此在實際生產(chǎn)中在很大程度上受到制約。
2.3 氮基氣氛
氮基氣氛是70年代為應(yīng)付國際及國內(nèi)能源危機(jī),以節(jié)能經(jīng)濟(jì)為宗旨而發(fā)展起來的一項新技術(shù)、新工藝。由于氮基氣氛中,可燃成份較少,沒有燃燒和爆炸的危險,并且氮的雙分子存在于大氣中易于分離,它占大氣總體積的78%左右,因此,大氣是最大的貯氮原料貯藏庫,為氮氣氛的發(fā)展提供取之不盡,用之不竭的原料。氮基氣氛是一種以氮為基體并加入適量的添加劑制備而成的保護(hù)氣氛。氮基氣氛的成份及添加劑的種類可根據(jù)不同的材料,不同的工藝而選取。目前,我國制取氮氣所主要方法有深冷室分法和分子篩空分法等。
2.3.1 深冷室分法是先將空氣液化,然后根據(jù)空氣中O2和N2等成份的沸點不同,將液體空氣在精塔中進(jìn)行多次蒸發(fā)和冷凝。并通過傳質(zhì)和傳熱過程,從而達(dá)到氧氮分離的目的。由于空氣的液化和精餾是在低溫(<-120℃)下進(jìn)行的,所以稱之為深冷室分法。該方法工藝結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造成本較高,操作復(fù)雜,適用于產(chǎn)氣量較大(大于200ml/h),并且將氧或氮作為付產(chǎn)品使用的用戶。
2.3.2 分子篩法制氮目前在我國常用的有兩種方法,即碳分子篩制氮法和沸石分子篩制氮法。
a·碳分子篩制氮原理是利用O2和N2在碳分子篩微孔內(nèi)擴(kuò)散速度不同,將O2和N2分離。其流程是一種高壓吸附、常壓解吸的雙塔PSA工藝過程,裝填碳分子篩的A、B兩塔并聯(lián)交替轉(zhuǎn)換進(jìn)行
加壓吸附,產(chǎn)氮和減壓解吸,再生,操作,從而實現(xiàn)氧氮分離,并連續(xù)生產(chǎn)氮氣,每個循環(huán)周期約為120秒鐘。產(chǎn)氣量及產(chǎn)氣濃度可隨時調(diào)整。由于循環(huán)時間短,閥門切換頻繁,目前普遍選用微機(jī)程序控制。電磁先導(dǎo)閥氣動薄膜閥的切斷控制方式使操作更方便。隨著我國國產(chǎn)碳分子篩的質(zhì)量的提高及工藝的不斷改進(jìn),更多制氮裝置采用了高壓吸附常壓解吸的方法。另外使其結(jié)構(gòu)簡單,維修費用降低。常壓解吸的方法不用真空泵,因此不存在真空管道,接火等處泄漏問題,從而減少了對產(chǎn)品氮氣的污染。
b·沸石分子篩制氮原理:沸石分子篩是由陰離子和帶負(fù)電荷的硅鋁氧骨架所構(gòu)成的一種極性吸附劑。由于N2誘導(dǎo)力大于O2的誘導(dǎo)力,因此N2優(yōu)先被沸石分子篩吸附,并在分子篩微孔內(nèi)富集,
而O2除少量被吸附外,大部分富集于不吸附極中。當(dāng)減壓解吸時,由真空泵把N2抽出,從而完成N2和O2的分離。其工藝流程是由原料空氣預(yù)處理和空氣分離,由三個交替進(jìn)行吸附,解吸,回氮吸附塔組成,操作周期為4分鐘,即每80秒切換工作狀態(tài)一次兩部分組成。由于沸石分子篩制氮法的氮氣是由真空泵抽出,容易受到機(jī)油的玷污,與碳分子篩制氮法相比,其流程較復(fù)雜且要增設(shè)后處理除油設(shè)備,使裝置變的龐大,維修難度加大。
3 銅加工行業(yè)氮基氣氛
滿足銅加工行業(yè)的氮基氣氛其主要成份為:N2 95%~99%,H2 1%~5%,含氧量<5PPm,露點-40℃~-60℃。該氣氛的制備是由制氮機(jī)制備的普氮(其純度98%~99%)進(jìn)行加氫催化除氧和吸附干燥的凈化處理。
用于除氧的氫源除用純氫氣外,也可用氨分解氣作為代用氫。氨分解氣是由液態(tài)氨氣化后在催化劑作用下加熱分解而成。
氨分解氣經(jīng)加氫催化除氧并除去殘余氨后,可作為氮基氣氛中氫源。氨分解氣中其主要成分為H275%,N225%,氨分解氣是一種易燃易爆氣體,在有空氣的條件下,能燃燒放出大量的熱量,由于氨分解裝置出口壓力較低,僅為0.05MPa,當(dāng)用氨分解氣作為氮氣加氫催化除氧的氫氣源時,必須先用氫氣壓縮機(jī)將其加壓至0.4MPa~0.5MPa,才可以和一般的氮氣純化裝置相匹配。
目前,在我國銅加工行業(yè),對銅材的退火,基本上都采用可控氣氛,以防止摒化,提高其表面質(zhì)量。各單位可根據(jù)自己的實際情況,選用保護(hù)氣氛的種類,以滿足生產(chǎn)的需要。總之,選用保護(hù)氣氛對銅材進(jìn)行熱處理,不僅可以提高工件熱處理質(zhì)量,還可以大大減少工件的氧化或燒損,減少了材料損失,這為我國銅材熱處理技術(shù)的發(fā)展,起到很大的推進(jìn)作用。
［cuijiude 在 2010-1-19 20:12:17 編輯過］
［mickan 在 2010-1-20 8:23:22 編輯過］
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