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1、燒結鋼燒結過程中的氣氛控制???及其對性能的影響???摘要：燒結氣氛的正確選擇及其控制對燒結后部件的性能至關重要，這里所謂的控制主要是指對氣氛中氧及碳濃度（含量）的控制，因為兩者均對燒結的質(zhì)量及其后部件的力學性能、燒結表面質(zhì)量等具有決定性的作用。本文綜述了PM鋼燒結過程中所用的不同的燒結氣氛，闡述不同氣氛的作用及其影響，著重分析不同氣氛中碳勢及氧濃度的控制，并舉例說明。???關鍵詞：燒結鋼燒結氣氛碳勢氧分壓???燒結氣氛及其選擇???如果僅考慮含碳鋼的燒結，粉末冶金工業(yè)中所使用的燒結氣氛為氫氣、氮氣、氮氣+氫氣（有碳勢或無碳勢）、分解氨、吸熱
2、煤氣、吸熱煤氣+氮氣、合成煤氣以及真空等，正確選擇燒結氣氛，需了解各種燒結氣氛的特點及其性能，按照保證質(zhì)量，降低成本的原則進行選取。???氫氣是一種很強的還原性氣氛，很多人認為氫氣具有一定的脫碳作用，但這在很大程度上取決于所使用的氫氣的純度而不是氫氣本身。一般經(jīng)過電解或催化轉化的氫氣都含有一定量的雜質(zhì)氣體，如H2O，O2，CO及CH4等，有時總量可達0.5%左右。因此，使用前最好能對其進行干燥及純化處理，使其含氧量及露點降低，但是因氫氣的價格較高，除非有特殊理由，一般情況下很少使用純氫作燒結氣氛。???氮氣是一種安全而廉價的惰性氣體，但因純氮
3、氣在燒結溫度下不具備還原性，所以在傳統(tǒng)粉末冶金鋼的生產(chǎn)中很少用純氮氣作燒結氣氛。近年來隨著氮氣純化成本的降低及燒結爐密閉性的提高，氮氣亦開始被用作燒結氣氛燒結含碳鋼。???氮氫混合氣近年來被越來越多地用于含碳鋼的燒結中，氮/氫通常用在95/5-50/50之間，這種混合氣具有一定的還原性，露點可以達到-60℃以下，一般來說，使用這種氣體在1050-1150℃時需要加入一定量的CH4或C3H8以保持一定的碳勢，而在1250℃以上燒結含碳鋼，無需控制碳勢，這種混合氣可以用來在1120℃以下燒結含鉻的鐵基合金而不發(fā)生氧化。???分解氨是使氨氣通過加熱
4、的催化劑分解而成的，包括75%H2和25%N2。但一般來說分解氨中總是殘存少量未分解的氨分子，當它們在高溫下與熱金屬接觸時會分解成活性很強的氫原子及氮原子，從而使金屬氮化。近期的研究表明，如果控制得當，在1120℃時燒結AstaloyCrM，分解氨化90N2/10H2混合氣具有更強的還原性，其主要原因在于這些在燒結過程中剛剛分解的活性氫原子，比90N2/10H2混合氣中的氫氣具有更強的還原性，可以有效還原AstaloyCrM顆粒外的氧化層，要純化分解氨，可以使其通過水后并干燥之，或用活性氧化鋁，或用分子篩將殘留的氨全部除去。???吸熱煤氣是將
5、碳氫化物煤氣（CH4或C3H8）與空氣按一定比例混合，在900-1000℃預熱，再經(jīng)氧化鎳觸媒催化轉化后得到的混合氣體的一種。根據(jù)空氣與煤氣的比例不同，轉化過程伴隨著吸熱或放熱型反應，所得到的混合氣體被相應的稱為吸熱煤氣或放熱煤氣，其反應或如下：???CmHn+m(O2+3.774N2)—mCO+n/H2+1.887mN2???如果要上述反應完全進行，即CmHm中的所有C與空氣中的O2剛好反應完畢，則所需要空氣/煤氣應為m/2(1+3.774)，即2.387m。比如，所使用的碳氫煤氣是CH4，則所需的空氣/煤氣應為2.387，此時所產(chǎn)出的混合
6、氣體中包括40.9%H2，38.6%N2及20.5%CO.圖8給出CH4空氣在不同比例下所得到的混合氣體中不同氣體的配比關系，由圖可見，反應后混合氣體中H2及CO的含量隨著空氣/煤氣的增加而降低，但H2O及CO2的含量隨之而增加，同時也說明反應后的混合氣體中碳勢隨著空氣/煤氣的增加在降低以及氧化性能在增加，這也是為什么燒結含碳鋼時很少用放熱煤氣而大部分用吸熱煤氣的主要原因，一般來講，空氣/煤氣在2.0-3.0之間所產(chǎn)出的混合氣體均被稱為吸熱煤氣，而該比值大于5.0時所產(chǎn)出的混合氣體均被稱為放熱煤氣.圖9給出了以CH4作為原料生產(chǎn)出的吸熱煤氣的
7、露點與空氣/煤氣之間的關系，可見空氣/煤氣僅從2.4升至2.5，產(chǎn)出的混合氣的露點就從-25℃升到0℃以上。因此，如果用戶自己生產(chǎn)吸熱煤氣時，應特別注意控制原料中空氣與煤氣的比例（最好不超過2.4）以得到具有足夠低露點的吸熱煤氣。這里還應該提醒讀者兩點：一是圖8中所給出的反應后的混合氣體中，不同氣體的比例對應的只是反應結束時的溫度一般為（1000-1100℃）下的比例，反應結束后，如果氣體的溫度發(fā)生變化，則混合氣體的碳勢、露點及不同氣體的比例都將發(fā)生變化，很粉末冶金生產(chǎn)廠家都是用一臺放熱煤氣產(chǎn)生器通過管道為幾個燒結爐同時供應所需的燒結氣氛，氣
8、氛在達到燒結爐之前溫度已經(jīng)降低。如果管道的保溫性不好，管道壁的溫度低于800℃，那么混合氣中一部分碳要以碳黑的形式沉積在管道壁上。也就是說，當混合氣在燒結爐中重新被
