[科普中国]-控制气氛电阻炉

控制气氛电阻炉(controlled atmosphere resistance furnace)是指人工控制炉内气体环境的电阻炉，又称可控气氛电阻炉。炉内的气体环境叫气氛。气氛主要分自然气氛和控制气氛两类。自然气氛是指炉子工作过程中自然形成的气氛，主要由空气和炉料处理过程中产生的气体形成。金属在自然气氛中加热，其表面会氧化，钢还会脱碳。控制气氛是由人工从炉外送进某种特定成分的气体或其他物质形成的，在控制气氛中加热，其表面不但不会脱碳，面且根据需要还能渗磷、渗氮或同时渗入碳和氮（碳氮共渗)等，从而可提高零件的硬度、耐磨性、耐蚀性和疲劳强度，因此控制气氛现已得到广泛采用。

简介控制气氛电阻炉(controlled atmosphere resistance furnace)是指人工控制炉内气体环境的电阻炉，又称可控气氛电阻炉。

炉内的气体环境叫气氛。气氛主要分自然气氛和控制气氛两类。自然气氛是指炉子工作过程中自然形成的气氛，主要由空气和炉料处理过程中产生的气体形成。金属在自然气氛中加热，其表面会氧化，钢还会脱碳。控制气氛是由人工从炉外送进某种特定成分的气体或其他物质形成的，在控制气氛中加热，其表面不但不会脱碳，面且根据需要还能渗磷、渗氮或同时渗入碳和氮(碳氮共渗)等，从而可提高零件的硬度、耐磨性、耐蚀性和疲劳强度，因此控制气氛现已得到广泛采用1。

控制气氛控制气氛的种类很多。形成控制气氛的方法主要有：

①利用氢、氮、氨或氨等的高压瓶装气体。

②用氨分解装置分解氨，利用其生成的氢氮混合气体，或再经燃烧处理后所得的气体(主要是氮)。

③利用适量空气与碳氢化合物(天然气、丙烷、丁烷)或煤气等混合，在一定条件下反应生成的气体(其中空气比例小，反应中须从外部吸收热量的叫吸热式气体，空气比例大，反应中释放热量的叫放热式气体)。

④利用直接向炉内送入其他物质(天然气、丙烷、甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇、醋酸乙酷、尿素或煤油等)使之受热分解而形成的气体。以上这些方法常混合使用，以得到所需成分的气氛。如吸热式气体用于“渗碳时常添加富化气—丙烷。使用工业氮时(瓶装氮、用制氮机或分子筛直接从空气中制取的氮等)，常同时向炉内滴注有机液体，形成所谓氮基气氛，等等。

主要用来保护金属免受氧化或脱碳的控制气氛，如氢、氢、氨分解气氛、放热式气氛等叫保护气氛。能对钢件表面进行化学热处理—渗碳、渗氮等的气氛分别叫做渗碳气氛、渗氮气氛等1。

炉体结构和设备配套几乎各种类型的电阻炉都可以做成控制气氛电阻炉，常用的炉型是箱式、井式、罩式、滚桶式、传送带式、推送式、振底式、滚筒式等。炉体结构可分有罐和无罐两类。有罐式炉具有耐热钢炉罐。控制气氛只在炉罐内部，不接触电热元件和炉衬。这类炉子的优点是电热元件和炉衬的结构和所用的材料与普通电阻炉一样，炉气的消耗量较少。也较易一控制，但需耗用耐热钢炉罐，炉子也不能做得太大或太长。另一类，护内没有炉罐。控制气氛直接与电热元件和炉衬等接触忘井式炉、罩式炉、滚桶式炉等多采用有罐结构，箱式炉、推送式炉等则用无罐结构。

与普通电阻炉比，控制气氛电阻护结构上的特点是：

①气密性好，可以减少炉气损失和避免护气污染环境。

②炉内配置风扇，以保证护气均匀。

③凡处于控制气氛中的构件，在材料选择上应考虑气氛的影响，如各种电热合金在控制气氛中的最高使用温度，通常比在空气中使用时要低，与渗碳气氛接触的耐火砖，其氧化铁含量要低于1%等。

④对无罐渗碳炉，为防止碳黑析出使电热元件短路，常采用宽带波形电热元件，并用低电压（10~15V)供电;或采用电辐射管，使与电源连接的电热合金不与炉气接触。

⑤对炉气可燃或有害(主要是CO）的炉子要采取相应的防爆安全措施等等。

在设备配套上，控制气氛电阻炉要配备气源装置，以便在炉内形成所需成分的控制气氛。气源装置有:吸热式气体发生装置，放热式气体发生装置，氨分解装置，瓶装气供应装置(常包括气体干燥器)，有机液体滴注装置等。对采用渗碳(或渗氮)气氛的炉子必要时配备有碳势(或氮势)控制装置。控制气氛电阻炉还常与其他设备配套组成热处理生产线，以提高生产率。井式气体渗碳炉、箱式气体渗碳炉的一种炉体结构和由推送式气体渗碳炉为主组成的一条汽车齿轮气体渗碳生产线及成套机组2。

历史和发展控制气氛早在19世纪中叶就已得到应用。1850年英国出现气体保护无氧化加热技术。1880年提出氢气保护的钢材装箱退火法。1925年英国人H. H.莱克(H. H. Lake)获得木炭气体发生装置的专利。1925年美国在滚桶式电阻炉中进行气体渗碳，在升降式电阻炉中实现铜的蒸汽保护光亮退火。30年代已有连续式无罐气体渗碳炉和碳势露点控制仪。到60年代，随着箱式气体渗碳炉、二氧化碳红外分析仪和滴注式气体渗碳炉等的相继问世，控制气氛电阻炉得到迅速发展，已成为机械零件热处理的最主要炉种。中国从50年代开始制造控制气氛电阻炉。开始是一些简易的碳势不能控制的井式气体渗碳炉和一些保护气氛炉。60年代制成吸热式气体和氛分解气体发生装置，并研制箱式气体渗碳炉。1970年前后制成以推送式电阻炉为主的气体渗碳生产线并掌握碳势自动控制技术。80年代中又制成渗氮炉和氮势控制仪等3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学