用非低溫法所制氮與烴類氣體混合物就地生產熱處理氣氛的製作方法

2023-09-23 18:55:10 5

專利名稱：用非低溫法所制氮與烴類氣體混合物就地生產熱處理氣氛的製作方法
本申請是1991年7月8日提交的美國專利申請07/727，806的部分繼續申請。
本發明涉及製造受控爐膛氣氛，用於對金屬、合金、陶瓷、複合材料等進行熱處理。
自七十年代中期以來，熱處理工業已經將氮基氣氛常規地用在間歇式或連續式加熱爐中。因為露點低和實際上不存在二氧化碳和氧，氮基氣體不具有氧化性和脫碳性能，因此適用於許多熱處理操作。更具體地說，已經廣泛採用氮和氫的混合物對低碳到高碳鋼和合金鋼退火，以及對有色金屬和合金(例如銅和金)退火。氮和烴例如甲烷或丙烷的混合物已經廣泛用來對中碳到高碳鋼進行中性淬火和不脫碳的退火。已研製出一種氮和甲醇的混合物，用於低碳到中碳鋼的滲碳。最後，氮、氫和水汽的一種混合物已用來釺焊金屬、燒結金屬和陶瓷粉末和將玻璃封接在金屬上。
熱處理工業使用的大部分氮是在大型低溫深冷工廠中用空氣分餾法製得的。低溫法製得的氮一般很純和很貴。為了降低氮的成本，近來研製了幾種非低溫空氣分離技術，例如吸附法和滲透法，並已投放市場。這種非低溫法製得的氮的成本較低，但是其中含有0.05%到5%的殘餘氧，使得在某些應用中，即使不是不可能，也很難在連續式退火和熱處理爐中用非低溫法製得的氮直接代替低溫法製得的氮。研究人員曾屢次試圖用非低溫法製得的氮直接取代低溫法製得的氮，但是即使使用過量的還原氣，也只得到有限的成功。問題通常是與受熱處理的部件在爐子的冷卻區和加熱區內嚴重氧化有關，結果造成生鏽，起鱗和不合格的冶金性能。因此，非低溫法製得的氮被限制在許可表面氧化、生鏽和起鱗的場合下使用。例如，非低溫法製得的氮成功地用於碳素鋼部件的氧化退火，它們通常在熱處理後進行機加工。但是，由於氧化皮和鏽的生成，它用於拋光的碳素鋼的光亮退火不成功。
在本案的母案專種申請中，公開了一種利用非低溫法製得的氮和一種還原氣例如氫、烴或它們的混合物在連續式爐內產生適合於對黑色和有色金屬或合金退火和熱處理的廉價氣氛的方法。該母案專利申請詳細敘述了由非低溫法製得的氮和一種還原性氣體特別是氫產生熱處理氣氛的方法。
本發明涉及由非低溫法製得的氮就地生成廉價氣氛的方法，該氣氛適合在連續式加熱爐中對黑色和有色金屬與合金進行退火和熱處理、釺焊金屬、燒結金屬和陶瓷粉，以及將玻璃封接在金屬上。根據此方法，合適的氣氛是通過以下步驟產生的1)將烴類氣體與非低溫法製得的最多含5%殘餘氧的氮混合，2)將氣體混合物以確定的方式或步驟送入連續式加熱爐中，爐內有一個在約700℃至約1250℃溫度操作的加熱區，3)將殘餘的氧轉化成可接受的形式，例如水汽和二氧化碳的混合物，水汽、氫、一氧化碳和二氧化碳的混合物，或是一氧化碳、水汽和氫的混合物。
這種方法採用上述申請中公開的進氣裝置，該裝置促使進料中存在的殘餘氧在與要熱處理的部件接觸之前轉化成可接受的形式。該進料裝置可以包括多種形式，只要它的用來將氣體組分引入到爐內的安置方式能夠促進原料氣中的氧在與部件接觸之前轉化成可接受的形式即可以應用。在某些情形下，進氣裝置可以設計成它不僅有利於進料氣中的氧轉化成可接受的形式，而且也防止帶有未反應氧的進料氣直接撞擊到部件。


圖1是使氣氛進入爐內過渡區或冷卻區的受控氣氛熱處理爐的示意圖。
圖2是使氣氛進入爐內加熱區的受控氣氛熱處理爐的示意圖。
圖3A是根據本發明用來將氣氛引入熱處理爐的一種開口管裝置的示意圖。
圖3B是根據本發明用來將氣氛引入熱處理爐的一種開口管和隔擋裝置的示意圖。
圖3C是根據本發明用來將氣氛引入熱處理爐的一種半多孔裝置的示意圖。
圖3D是根據本發明用來將氣氛引入爐內的另一種構型的半多孔裝置的示意圖。
圖3E和3F是根據本發明用來將氣氛引入熱處理爐的其它半多孔裝置的示意圖。
圖3G是根據本發明用來將氣氛引入熱處理爐的一種同心多孔裝置的示意圖。
圖3H和3I是根據本發明用來將氣氛引入熱處理爐的同心多孔裝置的示意圖。
圖4是根據本發明用來試驗熱處理工藝的加熱爐示意圖。
圖5是熱處理溫度為750℃的爐內溫度與爐的長度作圖，表示實驗爐的爐溫分布。
圖6是與圖5相似的對熱處理溫度為950℃的爐子所作的圖。
圖7是退火溫度對於根據本發明將碳鋼退火所需天然氣作圖。
圖8是退火溫度對於根據本發明將碳鋼退火所需天然氣作圖。
圖9是退火溫度對於根據本發明將碳鋼退火所需丙烷作圖。
本發明涉及用非低溫法製造的氮氣在連續式加熱爐內以低成本產生適合於對黑色及有色金屬和合金進行退火和熱處理的氣氛的方法。本發明的方法是以下述的出人意料的發現為基礎，即，由非低溫法製得的氮出發，將它與一種烴類氣體按預定比例混合，混合物經過一個非常規的裝置送入到爐內的加熱區中，該裝置能促使在非低溫法製得的氮中殘留的氧在與部件接觸之前轉化成可接受的形式和/或防止進料氣直接撞擊到部件，從而能在連續式加熱爐內部產生適合於將黑色和有色金屬及合金熱處理、釺焊金屬、燒結金屬和陶瓷粉末、以及將玻璃封接到金屬上的氣氛。
利用空氣低溫分餾製得的氮氣已廣泛地用於許多退火和熱處理操作。低溫法產生的氮氣實質上不含氧(氧含量一般少於10ppm)並且很貴。因此，尤其是熱處理工業，很需要用廉價的方法生產用於熱處理的氮氣。隨著非低溫空氣分離技術(例如吸附法和滲透法)的出現，現在可以廉價地製造氮氣。但是，這種非低溫法製得的氮氣含有高達5%的殘餘氧，這對於很多熱處理操作是不合需要的。殘餘氧的存在使得用非低溫法製得的氮直接取代用低溫法製得的氮十分困難。
試圖在連續式加熱爐內用非低溫法製得的氮代替用低溫法製得的氮，即使補充加入過量的烴類氣體，也只取得有限的成功。用非低溫法製得的氮處理過的金屬部件總是起鱗，生鏽或被氧化。據信這些問題是由於氣態的原料混合物穿過過渡區(或劇變區)內的開口管所致，過渡區位於連續式加熱爐的加熱區和冷卻區之間。將非低溫法製得的氮與烴類氣體預混並引入到過渡區或冷卻區內不能使進料氣中存在的殘餘氧與烴類氣體反應，結果造成部件在冷卻區內氧化。這是將進料氣引入到連續式加熱爐中的常規方式並且示於圖1中，圖中的10代表有入口端12和排氣端14的爐體。欲處理的部件16利用一個傳送帶式運輸裝置移動穿過爐10。爐10可以裝有入口和出口隔板20和22，以幫助保持爐內氣氛，這是本領域已知的技術。如圖1所示，利用象裝置24那樣的管子向位於加熱區和冷卻區之間的過渡區注入氣體。
為了提高殘餘氧和烴類氣體之間反應的速度和程度，曾試圖用圖2所示的常規的開口進料管24直接向連續式加熱爐10的加熱區注入氣體進料混合物。發現用此方法處理的部件起鱗、生鏽或不均勻氧化。
根據本發明，以特殊的方式將進料氣體混合物送入爐中，使得進料氣中殘餘的氧在與部件接觸之前與一種烴類氣體反應並且轉化成可接受的形式，從而可以防止起鱗，生鏽和不均勻氧化。這是通過採用一種裝置將氣態進料混合物引入爐內加熱區而實現的，該裝置防止進料氣直接撞擊到部件，並且/或者有助於進料氣中存在的殘餘的氧在與部件接觸之前通過與烴類氣體的反應轉化成可接受的形式。用來實施本發明方法的裝置示於圖3A至3I，在上面提到的本申請人的共同未決申請的說明書中有詳細說明。
一種在大氣壓或高於大氣壓操作並且具有分開的加熱區和冷卻區的連續式加熱爐最適合本發明的方法。這種連續式加熱爐可以是網帶型、滾底型、推盤型、步進型或轉底型爐。
在大氣壓或高於大氣壓操作並且具有加熱區和一個同爐子成整體的驟冷區的連續式加熱爐也適合本發明的方法。這種連續式加熱爐可以是網帶型、振動型、滾底型、推盤型或轉底型爐。
在非低溫法製得的氮中，殘餘氧可以從0.05%到約5%變化，以從約0.05%至約3%為宜，最好是從約0.05%到約1.0%。
烴類氣體可以從烴、醇、醚或它們的混合物中選擇。此烴類氣體可以選自烷烴，例如甲烷、乙烷、丙烷和丁烷;烯烴，例如乙烯、丙烯和丁烯;醇，例如甲醇、乙醇和丙醇;醚，例如二甲醚、乙醚和甲基乙基醚。也可以使用商品原料氣作為烴類氣體，例如天然氣、石油氣、炊事用氣、焦爐氣、城市煤氣、放熱性氣體和吸熱性氣體。
選自烷烴、烯烴、醚、醇、商品原料氣、以及它們的混合物的烴類，可以用在操作溫度約為700℃至1250℃的爐中，最好是用在操作溫度在800℃至約1250℃的爐中。烴類氣體用量的選擇取決於處理溫度和烴類氣體的組成及反應活性。例如，低碳到高碳鋼受控氧化退火所需的天然氣量在1100℃為化學計量量的1.0倍至不足約5.0倍;而在同樣溫度對於丙烷則為化學計量量的1.0倍至不足約1.5倍。這是由於丙烷與氧反應的活性比天然氣強(丙烷的自燃溫度為450℃，天然氣為630℃)。化學計量量一詞是指為將非低溫法製得的氮中存在的氧轉化成水汽和二氧化碳的混合物所需的烴類氣體的量。對於氧化退火，所需的烴類氣體的量隨溫度降低而增加。例如，在1050℃所需天然氣的量為化學計量量的1.0倍至不足約6.0倍。在1050℃所需的丙烷的量為化學計量量的1.0倍至不足約1.7倍。類此，在1000℃、950℃和850℃所需的天然氣的量大於化學計量量的1.0倍，但是分別少於約10.0、24.0和40.0倍。同樣，在1000℃和950℃丙烷的量大於化學計量量的1.0倍，但是分別小於約1.9倍和3.2倍。
低碳到高碳鋼的光亮、無氧化物和部分脫碳的退火在約800℃至1250℃進行。為產生適合於低碳到高碳鋼的光亮、無氧化物和部分脫碳的退火的氣氛，所需的烴類氣體的量取決於爐溫和所用烴的反應活性。例如，所需的天然氣量在1100℃為化學計量量的約5倍以上;而同樣溫度丙烷的需要量為化學計量量的約1.5倍以上。進行光亮退火所需的烴類氣體的量隨溫度的降低而增加。例如，在1050℃所需的天然氣的量為化學計量量的約6.0倍以上。在1050℃所需丙烷的量為化學計量量的約1.7倍以上。同樣，在1000℃、950℃和850℃所需的天然氣的量分別為化學計量量的約10.0、24.0和40.0倍以上。類此，在1000℃和950℃所需的丙烷量分別為化學計量量的約1.9和3.2倍以上。
低碳到高碳鋼的光亮、無氧化物和部分脫碳、無氧化物和不脫碳、或是無氧化物和部分滲碳的退火，也在約800℃至1250℃進行。為產生適合於低碳到高碳鋼的光亮、無氧化物和部分脫碳、無氧化物和不脫碳、或是無氧化物和部分滲碳的退火的氣氛，所需的烴類氣體的量也取決於爐溫和所用烴類的反應活性。例如，在1100℃需要的天然氣量為化學計量量的約5.0倍以上;而相同溫度丙烷的需要量為化學計量量的約1.5倍以上。所需烴類氣體的量也是隨溫度的降低而增加。例如，在1050℃需要的天然氣的量為化學計量量的約6.0倍以上。在1050℃需要的丙烷量為化學計量量的約1.7倍以上。同樣，在1000℃、950℃和850℃需要的天然氣的量分別為化學計量量的約10.0、24.0和40.0倍以上。類此，在1000℃和950℃需要的丙烷的量分別為化學計量量的約1.9和3.2倍以上。
金屬釺焊、玻璃與金屬的封接、金屬和陶瓷粉末的燒結、或是有色金屬合金的退火，在約800℃至1250℃進行。這些操作需要的烴類氣體的量取決於爐溫和所用烴的反應活性。例如，天然氣的需要量在1100℃為化學計量量的約5.0倍以上;而相同溫度丙烷需量則為化學計量量的約1.5倍以上。這些操作需要的烴類氣體的量隨溫度降低而增加。例如，在1050℃需要的天然氣量為化學計量量的約6.0倍以上。在1050℃需要的丙烷量則為化學計量量的約1.7倍以上。同樣，在1000℃、950℃和850℃，所需的天然氣的量分別為化學計量量的約10.0、24.0和40.0倍以上。類此，在1000℃和950℃需要的丙烷量分別為化學計量量的約1.9和3.2倍以上。
非低溫法製得的氮或非低溫法製得的氮與烴類氣體原料的混合物可以任選在引入爐內之前預熱到接近熱處理溫度。將氮或氮與烴類氣體的混合物預熱，可使根據本發明將黑色和有色金屬及合金退火、金屬釺焊、金屬和陶瓷粉末燒結、以及玻璃與金屬封接所需的最低溫度降低和減少烴的量。進料氣可以用外加熱器預熱，或是使其通過置於爐內的加熱管在爐內預熱。
在將進料氣引入爐內加熱區之前，可以任選向非低溫法製得的氮與烴類氣體的混合物中加入少量的氫，以便進一步擴大用來將黑色和有色金屬及合金退火、釺焊金屬、燒結金屬與陶瓷粉末、以及將玻璃與金屬燒結的可操作範圍。所加的氫氣量可以是為了將非低溫法製得的氮中存在的殘餘氧轉化成水汽所需化學計量量的約0.1倍到約5.0倍。氫氣可以由氣態或液態氫儲罐供應。任選，可以利用氨解離成氫和氮的混合物就地生成和供應氫。
能夠根據本發明熱處理的低碳和高碳鋼或合金鋼可以從「MetalHandbook」第9版第4卷「HeatTreating」(AmericanSocietyforMetals出版)中提到的第10XX、11XX、12XX、13XX、15XX、40XX、41XX、43XX、44XX、46XX、47XX、48XX、50XX、51XX、61XX、81XX、86XX、87XX、88XX、92XX、93XX、50XXX、51XXX或52XXX各組中選擇。選自AX、DX、OS、MX或SX各組的工具鋼;鐵鎳基合金，如Incoloy;鎳合金，如Inconel和Hastalloy;鎳銅合金，如Mocel;鈷基合金，如Haynes和Stellite，可以根據本發明所公開的方法熱處理。
為了實際說明本發明，在能夠於高達1150℃溫度工作的Watkins-Johnson傳送帶型爐中進行一系列退火和熱處理試驗。爐子的加熱區由寬8.75英寸、高約4.9英寸、長86英寸的Inconel(鉻鎳鐵合金)601馬弗爐膛構成，由外部電阻加熱。冷卻區由不鏽鋼製成，寬8.75英寸、高3.5英寸、長90英寸，從外部水冷。用一條支承在爐子底面上的寬8.25英寸的屈撓性傳送帶把欲熱處理的試樣送入和穿過爐子的加熱區和冷卻區。在所有的實驗中均採用每分鐘約6英寸的固定帶速。圖4中用60表示的爐子在入口區66和出口區68裝有機械隔板62和64以防止空氣進入爐子。進料氣混合物中含有與烴類氣體預混的用非低溫法製得的氮，通過開口管引入裝置70進入過渡區，或是通過位於爐60的加熱區或高溫區中不同位置處的引入裝置72、74和76之一進入。引入裝置72、74和76可以是圖3A至3I中所示這類裝置中的任何一種。這些高溫區進料部位72、74、76分別位於離開過渡區12英寸、30英寸和40英寸處，它們正好處在如圖5和圖6中爐溫分布曲線所示高溫區的最熱部分之中，該曲線是對於正常操作爐溫為750℃和950℃、用流速為350標準立方英尺/小時的純氮流入爐60而得到的。溫度分布曲線顯示出當部件移出加熱區進入冷卻區時被迅速冷卻。部件的快速冷卻通常用於退火和熱處理，以有助於防止部件免遭爐內冷卻區中經常存在的高含量水汽和二氧化碳的氧化。在爐子冷卻區內存在氧化傾向是很可能的，因為在較低的溫度需要較高pH2/pH2O和pCO/pCO2，此時H2和CO的還原性較小，而CO2和H2O的氧化性較高。
選擇熱處理溫度為750℃至1100℃，用來對0.2英寸厚、2英寸寬和約8英寸長的扁平片形低碳鋼試樣進行熱處理。如圖4所示，爐60的加熱區內存在的氣氛組成通過在標為S1和S2的部位處取樣測定，在部位S3和S4處取樣來測定冷卻區的氣氛組成。分析樣品中的殘餘氧、水分(露點)、氫、烴、CO和CO2。
使用與主要含甲烷的天然氣預混的用非低溫法製得的氮，在溫度於750℃至1100℃範圍內變化情況下，進行幾次實驗研究碳鋼的退火。進料氣通過開口直管引入過渡區或加熱區，以模擬將氣體引入爐內的常規方法。這些試驗的結果列在表1中。
表1實例1-1實例1-2實例1-3熱處理溫度℃1,1001,1001,100進氣流速SCFH350350350進氣位置過渡區過渡區過渡區進氣裝置類型開口管開口管開口管進料氣組成氮%99.5099.5099.50氧%0.500.500.50天然氣#(甲烷)%0.250.501.00加熱區氣氛組成氧ppm225一氧化碳%-0.501.00二氧化碳%-0.010.00氫%-1.301.50甲烷%0.030.110.23露點℃--31.0-31.5冷卻區氣氛組成氧ppm5,0005,0005,000一氧化碳%0.000.000.00二氧化碳%0.000.000.01氫%0.000.000.05甲烷%0.250.500.98露點℃-34.0-31.4-27.8熱處理後試樣品質不均勻氧化物不均勻氧化物不均勻氧化物＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
表1續實例1-4實例1-5實例1-6A熱處理溫度℃1,1001,100950進氣流速SCFH350350350進氣位置過渡區過渡區過渡區進氣裝置類型開口管開口管開口管進料氣組成氮%99.5099.5099.50氧%0.500.500.50天然氣#(甲烷)%2.003.000.25加熱區氣氛組成氧ppm247一氧化碳%0.951.000.00二氧化碳%0.000.000.19氫%3.005.000.25甲烷%0.420.530.03露點℃-33.9-44.0-2.9冷卻區氣氛組成氧ppm4,5004,1004,900一氧化碳%0.000.000.00二氧化碳%0.020.040.00氫%0.150.200.00甲烷%1.922.960.24露點℃-21.4-20.1-29.0熱處理後試樣品質不均勻氧化物不均勻氧化物均勻和緻密堆積氧化物＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
表1續實例1-6B實例1-6C實例1-7熱處理溫度℃950950950進氣流速SCFH350350350進氣位置過渡區過渡區過渡區進氣裝置類型開口管開口管開口管進料氣組成氮%99.5099.5099.50氧%0.500.500.50天然氣#(甲烷)%0.501.002.00加熱區氣氛組成氧ppm663一氧化碳%0.050.250.90二氧化碳%0.120.090.00氫%0.200.502.90甲烷%0.250.641.10露點℃1.2--29.3冷卻區氣氛組成氧ppm4,9004,8004,300一氧化碳%0.000.000.00二氧化碳%0.000.000.01氫%0.050.100.15甲烷%0.480.981.96露點℃--27.0-18.0熱處理後試樣品質均勻和緻密均勻和緻密不均勻氧化物堆積氧化物堆積氧化物＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
表1續實例1-8實例1-9A實例1-9B熱處理溫度℃950850850進氣流速SCFH350350350進氣位置過渡區過渡區過渡區進氣裝置類型開口管開口管開口管進料氣組成氮%99.5099.5099.50氧%0.500.500.50天然氣#(甲烷)%3.000.350.50加熱區氣氛組成氧ppm41814一氧化碳%-0.250.25二氧化碳%0.000.110.10氫%5.000.300.35甲烷%1.400.070.20露點℃-34.0-9.3-10.0冷卻區氣氛組成氧ppm4,0004,8004,800一氧化碳%0.000.000.00二氧化碳%0.010.010.02氫%0.200.100.10甲烷%2.960.360.50露點℃-19.0-33.1-29.3熱處理後試樣品質不均勻氧化物均勻和緻密均勻和緻密堆積氧化物堆積氧化物＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
表1續實例1-9C實例1-9D實例1-10A熱處理溫度℃850850750進氣流速SCFH350350350進氣位置過渡區過渡區過渡區進氣裝置類型開口管開口管開口管進料氣組成氮%99.5099.5099.50氧%0.500.500.50天然氣#(甲烷)%1.002.000.25加熱區氣氛組成氧ppm1061,300一氧化碳%0.500.850.00二氧化碳%0.060.030.11氫%1.002.300.10甲烷%0.511.100.16露點℃-12.0-18.4-13.3冷卻區氣氛組成氧ppm4,5004,3004,800一氧化碳%0.000.000.00二氧化碳%0.020.030.01氫%0.400.500.10甲烷%1.001.960.24露點℃-24.6-22.3-40.1熱處理後試樣品質均勻和緻密均勻和緻密均勻和緻密堆積氧化物堆積氧化物堆積氧化物＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
表1續實例1-10B實例1-10C實例1-10D熱處理溫度℃750750750進氣流速SCFH350350350進氣位置過渡區過渡區過渡區進氣裝置類型開口管開口管開口管進料氣組成氮%99.5099.5099.50氧%0.500.500.50天然氣#(甲烷)%0.501.002.00加熱區氣氛組成氧ppm6005518一氧化碳%0.000.100.35二氧化碳%0.150.150.10氫%0.200.400.15甲烷%0.370.771.58露點℃-7.6-4.1-9.1冷卻區氣氛組成氧ppm4,6004,4004,100一氧化碳%0.000.000.00二氧化碳%0.010.020.04氫%0.150.300.65甲烷%0.480.971.95露點℃-34.3-32.1-27.5熱處理後試樣品質均勻和緻密均勻和緻密均勻和緻密堆積氧化物堆積氧化物堆積氧化物＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
表1續實例1-11實例1-12實例1-13熱處理溫度℃1,1001,1001,100進氣流速SCFH350350350進氣位置加熱區加熱區加熱區(位置74)(位置74)(位置74)進氣裝置類型開口管開口管開口管進料氣組成氮%99.5099.5099.50氧%0.500.500.50天然氣#(甲烷)%0.250.501.00加熱區氣氛組成氧ppm757一氧化碳%-0.500.90二氧化碳%0.200.060.00氫%-0.701.70甲烷%0.030.080.17露點℃+2.0-9.4-25.4冷卻區氣氛組成氧ppm7006455一氧化碳%0.000.150.40二氧化碳%0.200.120.06氫%0.000.301.00甲烷%0.030.090.48露點℃7.19.45.2熱處理後試樣品質不均勻氧化物不均勻氧化物不均勻氧化物＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
表1續實例1-14實例1-18熱處理溫度℃1,100950進氣流速SCFH350350進氣位置加熱區加熱區(位置74)(位置76)進氣裝置類型開口管開口管進料氣組成氮%99.5099.50氧%0.500.50天然氣#(甲烷)%3.000.25加熱區氣氛組成氧ppm53一氧化碳%1.000.15二氧化碳%0.000.12氫%5.00.30甲烷%0.340.01露點℃-26.0-8.3冷卻區氣氛組成氧ppm304一氧化碳%1.000.10二氧化碳%0.010.18氫%～5.000.25甲烷%1.900.02露點℃-23.8-3.1熱處理後試樣品質光亮和氧化不均勻氧化物物的混合＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
由以下對列在表1中的數據總結說明本發明的一個方面。
實施例1-1將前面所述的碳鋼試樣在Watkins-Johnson爐內用含有99.5% N2和0.5% O2、流速為350 SCFH(每小時350標準立方英尺，下同)的氮氣在1100℃退火。進料氮氣的組成與通常用非低溫空氣分離法製得的相近。將它與主要由甲烷組成的0.25%的天然氣混合。這一天然氣的量等於為將進料氮氣中存在的殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽混合物所需的化學計量量。將進料氣混合物象熱處理工業中通常採用的那樣經過一根位於過渡區(圖4中位置70)的直徑3/4英寸的管子通入爐內。一部分進料氣混合物穿過過渡區進入加熱區並且經由進口隔板62流出。這部分進料混合物有機會受熱升溫並且引起天然氣和殘餘的氧反應。其餘的進料氣則穿過冷卻區並且通過出口隔板64流出。這部分進料氣沒有機會受熱升溫以引起殘餘氧和天然氣反應。進料氣混合物通過爐子至少1小時，以便在對試樣熱處理之前排氣置換和調理爐子。
發現本實施例中的熱處理過的鋼樣被不均勻地氧化。在穿過加熱區的那部分進料氣中存在的殘餘氧與天然氣反應並且轉化成二氧化碳和水汽的混合物。由於大量殘餘氧的存在，試樣的表面在冷卻區內被不均勻氧化(見表1)。據認為，這種不均勻氧化是由於在加熱區內高溫條件下未受控制的氧化和/或在冷卻區內的高的冷卻速度。
因此，將與化學計量量的天然氣預混的用非低溫法製得的氮通過一根位於過渡區內的開口管引入到連續式熱處理爐內，對於在1100℃鋼的氧化退火或光亮退火是一種不合要求的方法。
實施例1-2重複實施例1-1中所述的碳鋼退火實驗，採用同樣的爐子、溫度、試樣、進料氣位置、進氣裝置類型、進料氣的流速和組成以及退火步驟，不同之處在於，在進料氣中加入0.50%天然氣，該天然氣的量是為將進料氣中存在的殘餘氧轉化成二氧化碳和水分的混合物所需要的化學計量量的2.0倍。
發現根據此步驟熱處理的鋼樣被不均勻氧化。加熱區內高pCO/pCO2(＞2.8)和pH2/pH2O(＞1.3)比的存在可能使試樣表面在加熱區內還原(見表1)，但是試樣在冷卻區內由於大量殘餘氧的存在而不均勻地氧化。因此，將與2倍化學計量量的天然氣預混的非低溫法製得的氮通過位於過渡區內的開口管引入到連續式熱處理爐中，對於在1100℃將鋼氧化退火或光亮退火是一種不合要求的方法。
實施例1-3至1-5重複實施例1-2中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣位置、進氣裝置類型、進料氣的流速和組成、以及退火步驟，不同之處在於，在進料氣中加入1.0%、2.0%和3.0%的天然氣，該天然氣的量分別是為了將進料氮氣中存在的殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的4.0、8.0和12.0倍。
發現用這些步驟熱處理的鋼樣被不均勻氧化。因此，將與4.0、8.0和12.0倍化學計量量的天然氣預混的非低溫法製得的氮氣通過位於過渡區的開口管引入連續式熱處理爐中，對於在1100℃將鋼氧化退火或光亮退火是一種不合要求的方法。
實施例1-6A重複實施例1-1中所述的碳鋼退火實驗，使用相同的爐子、試樣、進氣位置、進氣裝置類型、進料氣的流速和組成，以及退火步驟，但是溫度為950℃。在此實施例中加入的天然氣量等於為將進料氮氣中存在的殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量。
根據這一步驟熱處理的鋼樣的表面上具有均勻緻密的氧化物層。進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區中轉化成二氧化碳和水汽的混合物。加熱區中低pCO/pCO2(＜2.4)和pH2/pH2O(＜1.6)比的存在可能將試樣的表面氧化。試樣的表面在冷卻區內由於大量殘餘氧的存在(見表1)而被進一步氧化，結果造成了試樣表面的均勻和受控氧化。
因此，將與化學計量量的天然氣預混的用非低溫法製得的氮通過位於過渡區的開口管引入連續式加熱爐中，是在950℃對鋼氧化退火的可以採用的方法。但是，用於在950℃鋼的光亮退火還不是合乎要求的方法。
實施例1-6B重複實施例1-6A中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣位置、進氣裝置類型、進料氣的流速和組成以及退火步驟，不同之處在於，在進料氣中加入0.50%天然氣，天然氣的量等於為將進料氮氣中存在的殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量的2倍。
根據這一步驟熱處理過的鋼樣的表面上具有均勻緻密的氧化物層。因此，將與2倍化學計量量的天然氣預混的用非低溫法製得的氮氣通過位於過渡區內的開口管引入到連續式熱處理爐中，對於鋼在950℃氧化退火是一種可以採用的方法。
實施例1-6C重複實施例1-6A中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣位置、進氣裝置類型、進料氣的流速和組成以及退火步驟，不同之處在於，在進料氣中加入1.0%天然氣，天然氣的量等於為將進料氮氣中存在的殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的4.0倍。
根據這一步驟熱處理過的鋼樣的表面上具有均勻緻密的氧化物層。如表1所示，進料氮氣中的殘餘氧在加熱區轉化成一氧化碳、二氧化碳和水汽的混合物。樣品的表面在冷卻區內由於大量殘餘氧的存在(見表1)而均勻氧化，最終造成試樣表面的均勻和受控氧化。
因此，將與4倍化學計量量的天然氣預混的非低溫法製得的氮通過位於過渡區內的開口管引入到連續式熱處理爐中，對於鋼在950℃氧化退火是一種可以採用的方法。但是，於950℃鋼的光亮退火還不是合乎要求的方法。此實施例的結果表明，最好是在加熱區內保持pCO/pCO2比低於2.4或是pH2/pH2O比低於1.6，以便在鋼樣上形成均勻和受控的氧化物表面。
實施例1-7和1-8重複實施例1-6A中所述的碳鋼退火實驗兩次，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣位置、進氣裝置類型、進料氣的流速和組成、以及退火步驟，不同之處在於，在進料氣中加入2.0%和3.0%的天然氣，使天然氣的量分別等於為將進料氮氣中的殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的8.0倍和12.0倍。
結果發現，根據這些步驟熱處理過的鋼樣氧化得不均勻。進料氮氣中殘餘的氧在加熱區中轉化成一氧化碳和水汽的混合物。加熱區中高pCO/pCO2(＞2.4)和pH2/pH2O(＞1.6)的存在可能將試樣表面還原，但是試樣的表面由於冷卻區內大量氧的存在(見表1)而在冷卻區內不均勻地氧化。
因此，將與8.0和12.0倍化學計量量的天然氣預混的用非低溫法製得的氮通過位於過渡區的開口管引入到連續式熱處理爐中，對於鋼在950℃的氧化物退火或光亮退火是不合要求的方法。這些實驗的結果表明，最好是在加熱區內保持低的pCO/pCO2比(＜2.4)或pH2/pH2O比(＜1.6)，以便在鋼樣上形成均勻和受控的氧化物表面。
實施例1-9A重複實施例1-1中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、試樣、進氣位置、進氣裝置類型、進料氣的流速和組成、以及退火步驟，但是使用0.35%的天然氣和850℃的溫度。在此實驗中加入的天然氣量是為將進料氮氣中存在的殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的1.4倍。
根據這一步驟熱處理過的鋼樣表面上有均勻緻密的氧化物層。因此，將與多於化學計量量的天然氣預混的用非低溫法製得的氮通過位於過渡區內的開口管引入到連續式熱處理爐中，對於鋼在850℃的氧化退火是一種可採用的方法。但是，用於在850℃鋼的光亮退火還不是合乎要求的方法。
實施例1-9B重複實施例1-9A中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣位置、進氣裝置類型、進料氣的流速和組成、以及退火步驟，不同之處在於，進料氣中加入0.50%天然氣，天然氣的量等於為將進料氮氣中存在的殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的2.0倍。
根據本步驟熱處理過的鋼樣表面上具有均勻緻密的氧化物層。因此，將由兩倍化學計量量的天然氣預混的用非低溫法製得的氮氣通過位於過渡區內的開口管送入連續式熱處理爐中，是在850℃將鋼氧化退火的可採用的方法。
實施例1-9C重複實施例1-9A中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣位置、進氣裝置類型、進料氣的流速和組成、以及退火步驟，不同之處在於，進料氣中加入1.0%天然氣，天然氣的量等於為將進料氮氣中存在的殘餘氧轉化成二氧化碳和水分的混合物所需化學計量量的4.0倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣表面上具有均勻緻密的氧化物層。因此，將與4倍化學計量量的天然氣預混的用非低溫法製得的氮氣通過位於過渡區中的開口管引入連續式加熱爐中，是在850℃將鋼氧化退火的可採用的方法。但是，用於在850℃下鋼的光亮退火還不是合乎要求的方法。
實施例1-9D重複實施例1-9A中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣位置、進氣裝置類型、進氣的流速和組成、以及退火步驟，不同之處在於，向進料氣中加入2.0%天然氣，天然氣的量等於為將進料氮氣中存在的殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的8.0倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣表面上具有均勻緻密的氧化物層。因此，將與8倍化學計量量的天然氣預混的用非低溫法製得的氮通過位於過渡區的開口管引入到連續式熱處理爐中，對於鋼在850℃的氧化退火是一種可採用的方法。但是，用於鋼在850℃的光亮退火還不是合要求的方法。
實施例1-10A重複實施例1-1中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、試樣、進氣位置、進氣裝置類型、進料氣的流速和組成、以及退火步驟，但是溫度改為750℃。在此實施例中加入的天然氣量等於為將進料氮氣中存在的殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量。
根據這一步驟熱處理過的鋼樣表面上具有均勻緻密的氧化物層。因此，將與化學計量量的天然氣預混的用非低溫法製得的氮通入位於過渡區內的開口管引入連續式熱處理爐中，對於在750℃鋼的氧化退火是一種可採用的方法。但是，用於在750℃下鋼的光亮退火還不是合要求的方法。
實施例1-10B重複實施例1-10A中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣位置、進氣裝置類型、進料氣的流速和組成、以及退火步驟，不同之處在於，進料氣中加入0.50%天然氣，天然氣的量等於為將進料氮氣中存在的殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的2.0倍。
用這一步驟熱處理過的鋼樣表面上具有均勻緻密的氧化物層。因此，將與兩倍化學計量量的天然氣預混的用非低溫法製得的氮通過位於過渡區內的開口管引入到連續式熱處理爐中，對於鋼在750℃的氧化退火是一種可採用的方法。
實施例1-10C重複實施例1-10A中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣位置、進氣裝置類型、進料氣的流速和組成、以及退火步驟，不同之處在於，在進料氣中加入1.0%天然氣，天然氣的量等於為將進料氮氣中存在的殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的4.0倍。
根據這一步驟熱處理過的鋼樣表面上具有均勻緻密的氧化物層。因此，將與4倍化學計量量的天然氣預混的用非低溫法製得的氮通過位於過渡區內的開口管引入到連續式熱處理爐中，對於鋼在750℃的氧化退火是一種可採用的方法。但是，用於鋼在750℃下的光亮退火還不是合要求的方法。
實施例1-10D重複實施例1-10A中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣位置、進氣裝置類型、進料氣的流速和組成、以及退火步驟，不同之處在於，進料中加有2.0%天然氣，天然氣的量等於為將進料氮氣中存在的殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的8.0倍。
根據這一步驟熱處理過的鋼樣表面上具有均勻緻密的氧化物層。因此，將與8倍化學計量量的天然氣預混的用非低溫法製得的氮通過位於過渡區內的開口管引入到連續式加熱爐中，對於鋼在750℃的氧化退火是一種可採用的方法。但是，用於鋼在750℃的光亮退火還不是合乎要求的方法。
實施例1-11用實施例1-1的方法處理碳鋼，不同之處在於，將氣體混合物經過一個帶有直徑3/4英寸肘彎管的直徑1/2英寸的鋼管送入，肘彎管的開口朝下，即，面對試樣，開口進料管穿過冷卻區插入爐中，以便將進料氣在圖4的部位74處引入加熱區中。進入爐子加熱區的進料氣直接撞擊到試樣品，以模擬進料氣經過開口管進入爐子的加熱區。所用的天然氣的量為進料氣的0.25%，這等於為了將進料氮氣中存在的殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水分的混合物所需的化學計量量。
根據這一步驟熱處理過的鋼樣氧化不均勻。進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區中轉化成一氧化碳、二氧化碳和水分的混合物。冷卻區內大量殘餘氧的存在和pCO/pCO2及pH2/pH2O之比等於或小於1.0對於試樣以受控方式氧化是理想的(見表1)。但是，試樣的氧化不均勻。對於爐內流體流動和溫度分布的詳細分樣表明，進料氣以高速度進入，沒有加熱到溫度高到足以引起氧和天然氣在開口進料管附近完全反應，結果使帶有未反應氧的冷氮氣直接撞擊到試樣上，引致氧化不均勻。
因此，用常規的的開口進料管將與化學計量量的天然氣預混的用非低溫法製得的氮引入到連續式熱處理爐的加熱區，不能製得均勻和受控氧化的鋼試樣。
實施例1-12至1-14重複實施例1-11中所述碳鋼退火試驗三次，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣位置、進氣裝置類型、進料氣的流速和組成、以及退火步驟，不同之處在於，在進料氣中加有0.5、1.0和3.0%的天然氣，這分別相當於為將進料氮氣中存在的殘餘氧轉化成二氧化碳與水的混合物所需化學計量量的2.0、4.0和12.0倍。
根據這些步驟熱處理過的鋼樣氧化不均勻。因此，用常規的開口進料管將與2.0、4.0和12.0倍化學計量量的天然氣預混的用非低溫法製得的氮引入連續式熱處理爐的加熱區，不能得到均勻和受控氧化的鋼試樣。
實施例1-15重複實施例1-11中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣位置、進氣裝置類型、進料氣的流速和組成、以及退火步驟，不同之處在於，在進料氣中加有5.0%無然氣，天然氣的量等於為將進料氮氣中存在的殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的20.0倍。
根據這一步驟熱處理過的鋼樣，其表面光潔度是部分光亮和部分被氧化。因此，用常規的開口進料管將與20倍化學計量量的天然氣預混的用非低溫法製得的氮引入連續式熱處理爐的加熱區中，不能製得均勻和受控氧化的或光亮的鋼試樣。
實施例1-16重複實施例1-11中所述的碳鋼退火試驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣位置、進氣裝置類型、進氣的流速和組成、以及退火步驟，不同之處在於，進料氣在圖4的部位76處進入到爐60的加熱區。天然氣的用量等於為將進料氮氣中存在的殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量。
根據這一步驟熱處理過的鋼樣氧化不均勻。因此，用常規的開口進料管將與化學計量量的天然氣預混的用非低溫法製得的氮氣引入到連續式熱處理爐的加熱區，同樣不能製得均勻和受控氧化的鋼試樣。
實施例1-17重複實施例1-16中所述的碳鋼退火試驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣位置、進氣裝置類型、進氣的流速和類型、以及退火步驟，但是進料氣體混合物中加有3.0%的天然氣。所用的天然氣的量是為將進料氮氣中存在的殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的12.0倍。
根據這一步驟熱處理過的鋼樣氧化不均勻。因此，用常規的開口進料管將與12.0倍化學計量量的天然氣預混的用非低溫法製得的氮氣送入連續式熱處理爐的加熱區中，同樣不能製得均勻和受控氧化的鋼試樣。
實施例1-18重複實施例1-11中所述的碳鋼退火實驗，使用同樣的爐子、試樣、進氣位置、進氣裝置類型、進料氣的組成和流速、以及退火步驟，但是如表1所示，溫度採用950℃。所加的天然氣量等於為將進料氮氣中存在的殘餘氧轉化成二氧化碳與水汽的混合物所需的化學計量量。
根據這一步驟熱處理過的鋼樣氧化不均勻。因此，用常規的開口管將與化學計量量的天然氣預混的用非低溫法製得的氮送入連續式熱處理爐的加熱區中，不能製得均勻和受控氧化的或光亮的鋼試樣。
實施例1-19至1-20重複實施例1-18中所述的碳鋼退火試驗兩次，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣位置、進氣裝置類型、進料氣的流速和組成、以及退火步驟，不同之處在於，在進料氣中加入0.5%和1.0%天然氣，使天然氣量分別等於為將進料氮氣中存在的殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽所需化學計量量的2.0倍和4.0倍。
根據這些步驟熱處理過的鋼樣氧化不均勻。因此，用常規的開口進料管將與2.0和4.0倍化學計量量的天然氣預混的用非低溫法製得的氮送入連續式加熱爐內的加熱區中，不能製得均勻和受控氧化的鋼試樣。
對涉及以上實施例的表1數據的分析表明，不能用位於爐子加熱區中的開口直管將與天然氣預混的用非低溫法製得的氮氣送入爐中製備受控氧化和/或光亮的、無氧化物的退火碳鋼試樣。雖然進料氣中存在的氧在爐子的加熱區和冷卻區中轉化成了一氧化碳、二氧化碳和水汽的混合物，但是在進料區域附近沒有完全轉化成上述氣體。這是因為進料氣以高速度進入爐內，因此沒有時間受熱升溫使其中殘餘的氧和天然氣反應。這就導致帶有未反應氧的進料氣撞擊到試樣，結果發生不受控制的氧化。
表1的數據表明，在某些情況下可以用位於爐子過渡區內的開口直管，使用非低溫法製得的氮和天然氣的混合物，以受控方式將碳鋼氧化退火。但是，它不能用於鋼的無氧化物光亮退火。對於鋼的受控和均勻氧化退火，可採用的操作範圍示於圖7。
因為大多數熱處理廠家通常要在受控的氧化退火和光亮(無氧化物)退火之間來回變換，所以研製了使用同一爐子在不作重大工藝改變的情形下，通過向爐子加熱區中引入進料氣體混合物進行碳鋼氧化退火和光亮、無氧化物退火的方法，所加工的試樣的結果示於表2中。
表2實例2-1實例2-2實例2-3熱處理溫度℃1,1001,1001,100進氣流速SCFH350350350進氣位置加熱區加熱區加熱區(位置72)(位置74)(位置76)進氣裝置類型改良的多孔擴改良的多孔擴改良的多孔擴散器(圖3C)散器(圖3C)散器(圖3C)進料氣組成氮%99.5099.5099.50氧%0.500.500.50天然氣#(甲烷)%2.002.002.00加熱區氣氛組成氧ppm234一氧化碳%1.001.100.95二氧化碳%0.000.000.00氫%2.803.002.50甲烷%0.600.400.55露點℃-58.6-58.8-58.3冷卻區氣氛組成氧ppm55057一氧化碳%0.500.900.85二氧化碳%0.040.000.00氫%1.002.602.50甲烷%1.420.710.75露點℃-9.0-27.9-31.8熱處理後試樣品質均勻和緻密均勻光亮均勻光亮堆積氧化物＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
表2續實例2-4實例2-5A實例2-5B熱處理溫度℃1,1001,1001,100進氣流速SCFH350350350進氣位置加熱區加熱區加熱區(位置76)(位置76)(位置76)進氣裝置類型改良的多孔擴改良的多孔擴改良的多孔擴散器(圖3C)散器(圖3C)散器(圖3C)進料氣組成氮%99.5099.5099.50氧%0.500.500.50天然氣#(甲烷)%2.002.002.00加熱區氣氛組成氧ppm234一氧化碳%1.001.100.95二氧化碳%0.000.000.00氫%2.803.002.50甲烷%0.600.400.55露點℃-58.6-58.8-58.3冷卻區氣氛組成氧ppm55057一氧化碳%0.500.900.85二氧化碳%0.040.000.00氫%1.002.602.50甲烷%1.420.710.75露點℃-9.0-27.9-31.8熱處理後試樣品質均勻光亮均勻光亮均勻光亮略帶草黃色＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
表2續實例2-6實例2-7A實例2-7B熱處理溫度℃1,1001,1001,100進氣流速SCFH350350350進氣位置加熱區加熱區加熱區(位置76)(位置76)(位置76)進氣裝置類型改良的多孔擴改良的多孔擴改良的多孔擴散器(圖3C)散器(圖3C)散器(圖3C)進料氣組成氮%99.2099.5099.50氧%0.800.500.50天然氣#(甲烷)%2.500.501.00加熱區氣氛組成氧ppm264一氧化碳%1.550.400.85二氧化碳%0.000.100.05氫%3.500.501.45甲烷%1.100.040.05露點℃-58.2-8.8-11.3冷卻區氣氛組成氧ppm797一氧化碳%1.350.150.60二氧化碳%0.020.350.32氫%3.050.150.90甲烷%0.960.060.07露點℃-19.6+6.4+11.1熱處理後試樣品質均勻光亮均勻和緻密堆均勻和緻密堆積氧化物積氧化物＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
表2續實例2-7C實例2-8實例2-9熱處理溫度℃1,1001,0501,050進氣流速SCFH350350350進氣位置加熱區加熱區加熱區(位置76)(位置76)(位置76)進氣裝置類型改良的多孔擴改良的多孔擴改良的多孔擴散器(圖3C)散器(圖3C)散器(圖3C)進料氣組成氮%99.5099.7599.70氧%0.500.250.30天然氣#(甲烷)%1.502.002.00加熱區氣氛組成氧ppm396一氧化碳%1.000.500.60二氧化碳%0.010.000.00氫%2.402.302.30甲烷%0.080.650.70露點℃-22.3-58.3-58.3冷卻區氣氛組成氧ppm488一氧化碳%1.400.500.60二氧化碳%0.010.000.00氫%2.202.302.25甲烷%0.220.570.65露點℃-3.6-52.6-44.4熱處理後試樣品質均勻光亮均勻光亮均勻光亮＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
表2續實例2-10實例2-11實例2-12熱處理溫度℃1,0501,0501,050進氣流速SCFH350350350進氣位置加熱區加熱區加熱區(位置76)(位置76)(位置76)進氣裝置類型改良的多孔擴改良的多孔擴改良的多孔擴散器(圖3C)散器(圖3C)散器(圖3C)進料氣組成氮%99.6599.6099.60氧%0.350.400.40天然氣#(甲烷)%2.002.002.00加熱區氣氛組成氧ppm664一氧化碳%0.600.750.80二氧化碳%0.000.000.00氫%2.102.102.60甲烷%0.800.800.70露點℃-58.3-58.3-58.3冷卻區氣氛組成氧ppm995一氧化碳%0.600.700.75二氧化碳%0.000.000.00氫%2.202.102.60甲烷%0.690.730.78露點℃-41.3-35.9-41.2熱處理後試樣品質均勻光亮均勻光亮均勻光亮＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
表2續實例2-13實例2-14實例2-15熱處理溫度℃1,0501,0501,050進氣流速SCFH350350350進氣位置加熱區加熱區加熱區(位置76)(位置76)(位置76)進氣裝置類型改良的多孔擴改良的多孔擴改良的多孔擴散器(圖3C)散器(圖3C)散器(圖3C)進料氣組成氮%99.5599.5099.50氧%0.450.500.50天然氣#(甲烷)%2.252.252.00加熱區氣氛組成氧ppm445一氧化碳%0.900.950.90二氧化碳%0.000.000.00氫%2.652.702.40甲烷%0.800.900.80露點℃-58.3-58.3-58.4冷卻區氣氛組成氧ppm576一氧化碳%0.850.900.85二氧化碳%0.000.000.00氫%2.702.702.40甲烷%0.860.900.78露點℃-36.9-33.1-32.6熱處理後試樣品質均勻光亮均勻光亮均勻光亮＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
表2續實例2-16實例2-17A實例2-17B熱處理溫度℃1,0501,0001,000進氣流速SCFH350350350進氣位置加熱區加熱區加熱區(位置76)(位置76)(位置76)進氣裝置類型改良的多孔擴改良的多孔擴改良的多孔擴散器(圖3C)散器(圖3C)散器(圖3C)進料氣組成氮%99.5099.7099.70氧%0.500.300.30天然氣#(甲烷)%1.502.001.50加熱區氣氛組成氧ppm536一氧化碳%1.000.400.60二氧化碳%0.000.000.00氫%2.151.201.20甲烷%0.401.100.40露點℃-29.4-57.7-33.8冷卻區氣氛組成氧ppm699一氧化碳%1.000.400.60二氧化碳%0.010.000.00氫%2.201.601.20甲烷%0.351.020.37露點℃-22.1-57.7-29.1熱處理後試樣品質均勻光亮均勻光亮均勻光亮＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
表2續實例2-17C實例2-18實例2-19熱處理溫度℃1,0001,0001,000進氣流速SCFH350350350進氣位置加熱區加熱區加熱區(位置76)(位置76)(位置76)進氣裝置類型改良的多孔擴改良的多孔擴改良的多孔擴散器(圖3C)散器(圖3C)散器(圖3C)進料氣組成氮%99.7099.7599.80氧%0.300.250.20天然氣#(甲烷)%1.002.002.00加熱區氣氛組成氧ppm～1043一氧化碳%0.350.350.30二氧化碳%0.010.000.00氫%1.051.101.05甲烷%0.401.101.10露點℃-29.1-57.9-57.9冷卻區氣氛組成氧ppm～1176一氧化碳%0.350.350.25二氧化碳%0.010.000.00氫%1.001.701.70甲烷%0.331.021.02露點℃-23.6-57.9-58.0熱處理後試樣品質均勻光亮均勻光亮均勻光亮略帶草黃色＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
表2續實例2-20實例2-21熱處理溫度℃1,000950進氣流速SCFH350350進氣位置加熱區加熱區(位置76)(位置76)進氣裝置類型改良的多孔擴改良的多孔擴散器(圖3C)散器(圖3C)進料氣組成氮%99.8599.90氧%0.150.10天然氣#(甲烷)%2.002.00加熱區氣氛組成氧ppm33一氧化碳%0.200.10二氧化碳%0.000.00氫%0.90.80甲烷%1.121.32露點℃-57.9-58.1冷卻區氣氛組成氧ppm8～10一氧化碳%0.250.15二氧化碳%0.000.00氫%1.601.30甲烷%0.871.18露點℃-57.9-58.1熱處理後試樣品質均勻光亮均勻光亮＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
表2續實例2-22實例2-23熱處理溫度℃950950進氣流速SCFH350350進氣位置加熱區加熱區(位置76)(位置76)進氣裝置類型改良的多孔擴改良的多孔擴散器(圖3C)散器(圖3C)進料氣組成氮%99.92599.95氧%0.0750.05天然氣#(甲烷)%1.751.25加熱區氣氛組成氧ppm23一氧化碳%0.100.10二氧化碳%0.000.00氫%0.500.30甲烷%1.120.60露點℃-57.7-33.8冷卻區氣氛組成氧ppm877一氧化碳%0.100.10二氧化碳%0.000.00氫%0.500.30甲烷%1.100.60露點℃-57.9-58.1熱處理後試樣品質均勻光亮均勻光亮＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
實施例2-1重複實施例1-14中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速和組成以及退火步驟，不同之處在於，進料氣混合物中加有2.0%天然氣，而且進料氣混合物由一個改良的多孔擴散器進入爐的加熱區(圖4中位置72)。安裝了一個(示於圖3C)一般為圓柱形的擴散器40，它由直徑3/4英寸、長6英寸的多孔鉻鎳鐵合金(Inconel)材料構成上一半。這種多孔的Inconel材料每平方英寸上有大約47個直徑0.094英寸的小孔。小孔彼此交錯排列，兩個最近的孔之間的距離約為0.156英寸。這樣的孔的數目及排布使得有供氣體混合物流過的約33%的開口面積。擴散器40的下一半46是不透氣的Inconel材料，擴散器40的一端42封住，另一端43與穿過冷卻端爐前室68插入爐60中的直徑1/2英寸的不鏽鋼進料管相連，擴散器40的下一半46安排成與欲處理的部件16′平行，從而將進料氣的流動基本上引向高溫的爐頂，防止含有未反應氧的進料氣直接衝擊到試樣16′。在此實施例中使用的天然氣的量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的8.0倍。
根據這一步驟熱處理過的鋼樣表面上具有均勻緻密的氧化物層。進料氮中存在的殘餘氧在加熱區內轉化成了一氧化碳和水汽的混合物。高的pCO/pCO2比(＞2.8)和pH2/pH2O(＞1.3)比可能使試樣表面在加熱區內還原。但是，試樣在冷卻區內於大量殘餘氧的存在(見表2)而表面氧化。
因此，將與8.0倍化學計量量的天然氣預混的用非低溫法製得的氮通過位於加熱區(位置72)的改良的多孔擴散器引入連續式熱處理爐中，對於鋼在1100℃的氧化退火是一種可採用的方法。因為改良的多孔擴散器離冷卻區只有12英寸(位置72)，所以在進料氣中存在的殘餘氧在進入冷卻區之前全都沒有和天然氣反應。冷卻區中殘餘氧(550ppm)的存在使試樣以受控方式氧化，其情形如表2所示。因此，只要所用的天然氣或任何其它烴類的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水分的混合物所需的化學計量量，將進料氣體混合物經由一個改良的多孔擴散器引入加熱區中(位置72)總是產生氧化均勻的試樣。
實施例2-2重複實施例2-1中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置類型和退火步驟，但是進料氣混合物由圖4的位置74引入到爐子的加熱區。此實施例中所用的天然氣量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽混合物所需化學計量量的8.0倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣具有均勻光亮的無氧化物的表面。進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區和冷卻區內幾乎完全轉化成一氧化碳和水汽的混合物(＜5ppm)。在加熱區和冷卻區內都有大量一氧化碳和氫存在或是pCO/pCO2(＞2.8)和pH2/pH2O(＞1.3)比值高，導致試樣表面的還原。
因此，將與8.0倍化學計量量的天然氣預混的用非低溫法製得的氮通過位於加熱區(位置74)的改良的多孔擴散器引入連續式熱處理爐中，對於鋼在1100℃的光亮和無氧化物退火是一種可採用的方法。
此實施例表明，將混合物引入爐中的方法是關鍵的工藝步驟。例如，簡單地將改良的多孔擴散器由放置在離冷卻區僅12英寸遠(位置72)處改為30英寸遠(位置74)處，可以將進料氣中存在的大部分殘餘氧轉化成一氧化碳和水汽。因此，將含有用非低溫法製得的氮的進料氣混合物經由一個改良的多孔擴散器引入1100℃的加熱區中(位置74)，總會形成光亮和無氧化物的試樣，只要所用的天然氣或任何其它烴的量多於為了將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量，並且此用量高到足以使加熱區和冷卻區內的pCO/pCO2比大於2.8、pH2/pH2O比大於1.3，加熱區和冷卻區內的殘餘氧含量均小於10ppm。
實施例2-3重複實施例2-1中所述的碳鋼退火實驗，使用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置類型以及退火步驟，但是進料氣體混合物由圖4中的位置76引入爐子的加熱區中。在此實施例中使用的天然氣的量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的8.0倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣具有均勻光亮和無氧化物的表面。此實施例再次顯示了在爐中放置改良的多孔擴散器的關鍵作用。例如，簡單地將改良的多孔擴散器從離冷卻區12英寸(位置72)移至離開40英寸(位置76)處，進料氣中存在的大部分殘餘氧同樣可以轉化成一氧化碳和水汽的混合物。因此，將非低溫法製得的氮經由一個改良的多孔擴散器引入1100℃的加熱區總是形成均勻光亮和無氧化物的試樣，只要所用的天然氣或任何其它烴的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量，而且上述用量高到足以在加熱區和冷卻區內都使pCO/pCO2大於2.8、pH2/pH2O大於1.3，在加熱區和冷卻區內的殘餘氧含量都小於10ppm。
檢驗進爐的鋼材料和經過本實施例熱處理過的鋼樣的脫碳和滲碳程度。進爐鋼料的檢驗表明既沒有脫碳也沒有滲碳，而在與天然氣預混的用非低溫法製得的氮氣氛中熱處理過的鋼樣，發生約0.006英寸的脫碳作用。鋼樣的脫碳可能是冷卻區中存在的高露點引致的。
實施例2-4重複實施例2-3中所述的碳鋼退火實驗，使用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速、進氣裝置類型和位置、以及退火步驟，但是使用含99.4% N2和0.6% O2的用非低溫法製得的氮。在此實施例中使用的天然氣的量約等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的6.7倍。
根據這一步驟熱處理過的鋼樣具有均勻光亮、無氧化物的表面。如表2所示，進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區和冷卻區內完全轉化成一氧化碳和水汽的混合物(小於8ppm)。
此實施例再次表明，可以利用位於在1100℃操作的爐子加熱區內的改良的多孔擴散器，以用非低溫法製得的氮對碳鋼進行光亮、無氧化物退火，只要所用的天然氣或任何其它烴的量大於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量，而且此用量高到足以使加熱區和冷卻區內的pCO/pCO2都大於2.8、pH2/pH2O大於1.3，加熱區和冷卻區內的殘餘氧含量都小於10ppm。
實施例2-5A重複實施例2-3中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速、進氣裝置類型和位置以及退火步驟，但是使用含99.25% N2和0.75% O2的用非低溫法製得的氮氣。此實施例中天然氣的用量約等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量的5.3倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣具有均勻光亮的表面。但是試樣的表面略帶草黃色，使得表面品質勉強合格。進料氮氣中的殘餘氧在加熱區和冷卻區中幾乎完全轉化成一氧化碳和水汽的混在物(約10ppm)。
此實施例再次表明，利用正好位於在1100℃操作的爐子加熱區內的一個改良的多孔擴散器，可以使鋼在用非低溫法製得的氮氣中進行光亮和無氧化物的退火，只要所用的天然氣或其它任何其它烴的量大於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量，而且此用量高到足以在加熱區和冷卻區中都使pCO/pCO2大於2.8、pH2/pH2O大於1.3，加熱區和冷卻區內的殘餘氧含量都小於10ppm。此實施例還表明，為使鋼光亮退火，所需的天然氣最低量約等於為將進料氮中存在的殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的5.0倍。
實施例2-5B重複實施例2-5A中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣的流速和組成、進氣裝置的類型和位置、以及退火步驟，但是天然氣的用量由2.0%改為2.5%。在此實施例中使用的天然氣的量約等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的6.7倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣具有均勻光亮、無氧化物的表面。各試樣的表面也不帶草黃色。進料氮氣中存在的殘餘氧幾乎完全(小於6ppm)在加熱區和冷卻區中轉化成一氧化碳和水汽的混合物。
此實施例再次表明，用一個正好位於在1100℃操作的爐子加熱區內的改良的多孔擴散器，可以使用非低溫法製得的氮進行鋼的光亮、無氧化物退火，只要所用的天然氣或其它任何烴的量大於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量，而且該用量高到足以在加熱區和冷卻區內都使pCO/pCO2大於2.8、pH2/pH2O大於1.3，加熱區和冷卻區內的殘餘氧含量都小於10ppm。
對進爐材料的檢驗表明，沒有發生滲碳或脫碳，而在本實施例中熱處理過的鋼樣發生約0.007英寸的脫碳。此實施例中熱處理試樣的脫碳程度高於在實施例2-3中處理的試樣，可能是由於冷卻區中的露點較高(見表2)。
實施例2-6重複實施例2-3中所述的碳鋼退火實驗，使用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速、進氣裝置的類型和位置、以及退火步驟，但是使用含99.2% N2和0.8% O2的用非低溫法製得的氮。此實施例中使用的天然氣量的等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的6.3倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣具有均勻光亮、無氧化物的表面。進料氮氣中存在的殘餘氧幾乎完全(少於7ppm)在加熱區和冷卻區中轉化成一氧化碳和水汽的混合物。
此實施例再次表明，利用正好位於在1100℃操作的爐子加熱區內的一個改良的多孔擴散器，可以在用非低溫法製得的氮氣中進行碳鋼的光亮、無氧化物退火，只要所用的天然氣或任何其它烴的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量，而且此用量高到足以在加熱區和冷卻區內都使pCO/pCO2大於2.8、pH2/pH2O大於1.3，加熱區和冷卻區內的殘餘氧含量小於10ppm。
實施例2-7A重複在實施例2-3中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置的類型和位置及退火步驟，但是天然氣的用量由2.0%改為5.0%。在此實施例中使用的天然氣量約等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的2.0倍。
根據這一步驟熱處理過的鋼樣具有均勻緻密的氧化物表面層。進料氮氣中存在的殘餘氧在冷卻區和加熱區內幾乎完全轉化成(少於8ppm)一氧化碳、二氧化碳和水汽的混合物，如表2所示。試樣由於冷卻區內低的pCO/pCO2比(＜2.8)和pH2/pH2O比(＜1.3)而被氧化。
此實施例表明，可以利用正好位於在1100℃操作的爐子加熱區內的改良的多孔擴散器，在用非低溫法製得的氮中實現碳鋼的受控氧化退火，只要使用的天然氣或其它任何烴的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量，而且此用量高到足以使冷卻區內的pCO/pCO2小於2.8，pH2/pH2O小於1.3。
實施例2-7B重複實施例2-7A中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置的類型和位置及退火步驟，但是使用1.0%天然氣。此實施例中使用的天然氣量約等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水分的混合物所需化學計量量的4.0倍。
根據這一步驟熱處理過的鋼樣具有均勻緻密的氧化物表面層。進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區和冷卻區內幾乎完全(少於8ppm)轉化成一氧化碳、二氧化碳和水汽的混合物，如表2所示。試樣由於冷卻區內低pCO/pCO2比(＜2.8)和pH2/pH2O比(＜1.3)而被氧化。
此實施例再次表明，利用正好處在於1100℃操作的爐子加熱區內的改良的多孔擴散器，可以在用非低溫法製得的氮氣中將碳鋼氧化退火，只要所用的天然氣或任何其它烴的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量，而且此用量高到足以使冷卻區內的pCO/pCO2低於2.8，pH2/pH2O低於1.3。
實施例2-7C重複實施例2-7A中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置類型和位置及退火步驟，但是使用1.5%天然氣。在此實施例中天然氣的用量約等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的6.0倍。
根據這一步驟熱處理過的鋼樣具有均勻光亮、無氧化物的表面。進料氮氣中殘餘的氧在加熱區和冷卻區內幾乎完全(少於4ppm)轉化成一氧化碳、二氧化碳和水汽的混合物，如表2所示。
此實施例表明，利用正好位於在1100℃操作的爐子加熱器內的改良的多孔擴散器，可以在用非低溫法製得的氮氣中實現鋼的光亮、無氧化物退火，只要所用的天然氣或任何其它烴的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量，而且此用量高到足以在加熱區和冷卻區內都使pCO/pCO2大於2.8、pH2/pH2O大於1.3，加熱區和冷卻區內的殘餘氧含量都小於10ppm。
實施例2-8重複實施例2-3中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、試樣、進氣流速、進氣裝置類型和位置以及退火步驟，不同之處在於，溫度為1050℃，使用含99.75% N2和0.25% O2的用非低溫法製得的氮。此實施例中使用的天然氣的量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的16.0倍。
根據這一步驟熱處理過的鋼樣具有均勻光亮的無氧化物的表面。進料氮中的殘餘氧在加熱區和冷卻區內幾乎完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物(小於9ppm)。
此實施例表明，利用一個正好位於在1050℃操作的爐子加熱區內部的改良的多孔擴散器，可以在用非低溫法製得的氧氣中實現碳鋼的光亮、無氧化物退火，只要所用的氮氣或其它任何烴的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量，而且此用量高到足以在加熱區和冷卻區內都使pCO/pCO2大於2.6、pH2/pH2O大於1.4，加熱區和冷卻區內的殘餘氧含量都小於10ppm。
對進爐材料的檢驗表明，既無滲碳也無脫碳，而在本實施例中在與天然氣預混的用非低溫法製得的氮氣氛中熱處理的鋼樣，發生很低程度的脫碳，脫碳深度約為0.001英寸。因此，此實施例表明，在與天然氣預混的用非低溫法製得的氮氣氛中熱處理的試樣，脫碳程度可以通過控制連續式熱處理爐的冷卻區及加熱區的露點來控制。
實施例2-9至2-15在實施例2-9至2-15中重複實施例2-8中所述的碳鋼退火實驗7次，採用相同的爐子、試樣、進氣流速、溫度、進氣裝置類型和位置以及退火步驟，不同之處在於，天然氣的用量從2.0%到2.25%變化，使用含99.70%至99.50%的N2和0.30%至0.50% O2的用非低溫法製得的氮，如表2所示。在這些實施例中，天然氣的用量從為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的8.0倍至13.3倍變化不等。
在這些實施例中熱處理過的鋼樣具有均勻光亮、無氧化物的表面。進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區和冷卻區內幾乎完全轉化成一氧化碳和水汽的混合物(小於9ppm)。
這些實施例再次表明，利用正好位於在1050℃操作的爐子加熱區內部的改良的多孔擴散器，可以在用非低溫法製得的氮氣中實現碳鋼的光亮、無氧化物退火，只要所用的天然氣或任何其它烴的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量，而且此用量高到足以在加熱區和冷卻區內都使pCO/pCO2大於2.6、pH2/pH2O大於1.4，加熱區和冷卻區內的殘餘氧含量小於10ppm。
對進爐材料的檢驗表明沒有滲碳或脫碳。實施例2-10是在與天然氣預混的用低溫法製得的氮氣氛中熱處理的鋼樣，在此實施例中也是既無滲碳也無脫碳。因此這一實施例表明，小心地控制連續式熱處理爐的加熱區和冷卻區的露點，可以利用與天然氣預混的用非低溫法製得的氮氣氛進行碳鋼的中性淬火。
實施例2-16重複實施例2-15中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、試樣、溫度、進氣流速和組成、進氣裝置類型和位置以及退火步驟，但是使用1.5%天然氣。此實施例中天然氣的用量約等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的6.0倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣具有均勻光亮的無氧化物的表面。
此實施例表明，利用正好位於在1050℃操作的爐子加熱區內部的改良的多孔擴散器，可以在用非低溫法製得的氮氣中實現碳鋼的光亮、無氧化物退火，只要所用的天然氣或任何其它烴的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽所需化學計量量的6.0倍，而且此用量高到足以在加熱區和冷卻區內都使pCO/pCO2大於2.6、pH2/pH2O大於1.4，加熱區和冷卻區內的殘餘氧含量都小於10ppm。
實施例2-17A重複實施例2-3中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、試樣、進氣流速、進氣裝置類型和位置以及退火步驟，不同之處在於，採用100℃的溫度和含有99.70% N與0.30% O2的用非低溫法製得的氮。此實施例中天然氣的用量約等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的13.3倍。
根據此步驟熱處理的鋼樣具有均勻光亮、無氧化物的表面。進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區和冷卻區內幾乎完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物(小於9ppm)。
此實施例表明，利用正好位於在1000℃操作的爐子加熱區內部的改良的多孔擴散器，可以用以非低溫法製得的氮氣進行碳鋼的光亮、無氧化物退火，只要所用的天然氣或任何其它烴的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量，而且此用量高到足以在冷卻區和加熱區內都使pCO/pCO2大於2.5、pH2/pH2O大於1.5，加熱區和冷卻區內的殘餘氧含量小於10ppm。
實施例2-17B重複實施例2-17A中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置的類型和位置以及退火步驟，但是使用1.5%的天然氣。此實施例中天然氣的用量等於將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽混合物所需化學計量量的10.0倍。
根據這一實施例熱處理的鋼樣具有均勻光亮的無氧化物的表面。進料氮中的殘餘氧在加熱區和冷卻區中幾乎完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物(小於9ppm)。
這一實施例表明，利用正好位於在1000℃操作的爐子加熱區內部的改良的多孔擴散器，可以用以非低溫法製得的氮氣進行鋼的光亮和無氧化物退火，只要所用的天然氣或任何其它烴的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽混合物所需的化學計量量，而且該用量高到足以在加熱區和冷卻區內都使pCO/pCO2大於2.5，pH2/pH2O大於1.5，加熱區和冷卻區內的殘餘氧含量小於10ppm。
實施例2-17C重複實施例2-17A中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置的類型和位置以及退火步驟，但是使用1.0%的天然氣。此實施例中使用的天然氣的量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的6.7倍。
根據此步驟熱處理的鋼樣具有均勻光亮的表面。但是，試樣的表面略帶草黃色，這使得表面品質勉強合格。進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區和冷卻區內幾乎完全轉化成二氧化碳、一氧化碳和水汽的混合物(小於11ppm)。
此實施例表明，利用一個正好位於在1000℃操作的爐子加熱區內部的改良的多孔擴散器，可以用非低溫法製得的氮進行鋼的光亮、無氧化物退火，只要所用的天然氣或任何其它烴的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量，而且該用量高到足以使加熱區和冷卻區內都是pCO/pCO2大於2.5，pH2/pH2O大於1.5，加熱區和冷卻區內的殘餘氧含量都小於10ppm。
實施例2-18和2-19重複實施例2-17中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、試樣，進氣流速、溫度、進氣裝置類型和位置以及退火步驟，不同之處在於，使用含99.75%和99.80% N2及0.25%和0.20%氧的用非低溫法製得的氮，如表2所示。在這些實施例中天然氣的用量分別等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的16.0倍和20.0倍。
在這些實施例中熱處理的鋼樣具有均勻光亮的無氧化物的表面。進料氮氣中殘餘的氧在加熱區和冷卻區內幾乎完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物(少於7ppm)。
這些實施例表明，利用一個正好位於在1000℃操作的爐子加熱區內的改良的多孔擴散器，可以用非低溫法製得的氮氣進行鋼的光亮、無氧化物退火，只要所用的天然氣或任何其它烴的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量，而且此用量高到足以使加熱區和冷卻區內都是pCO/pCO2大於2.5、pH2/pH2O大於1.5，加熱區和冷卻區內的殘餘氧都小於10ppm。
實施例2-20重複實施例2-17中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、試樣、進氣流速、溫度、進氣裝置的類型和位置、以及退火步驟，但是使用含99.85% N2和0.15% O2的用非低溫法製得的氮，如表2所示。此實施例中天然氣的用量約等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的26.7倍。
在這些實施例中熱處理的鋼樣具有均勻光亮、無氧化物的表面。進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區和冷卻區內幾乎完全轉化成一氧化碳和水汽的混合物(少於8ppm)。但是發現傳動帶和爐子內部開始輕微積炭，表明在此實施例中所用的工藝條件對於長時間熱處理是不理想的。更具體地說，試驗結果揭示，最好是減少氣體進料混合物中使用的天然氣量，以防止爐內積炭。
此實施例表明，利用一個正好位於在1000℃操作的爐子加熱區內部的改良的多孔擴散器，可以用非低溫法製得的氮氣進行碳鋼的光亮、無氧化物退火，只要所用的天然氣或任何其它烴的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽混合物所需的化學計量量，而且此用量高到足以在加熱區和冷卻區內都使pCO/pCO2大於2.5、pH2/pH2O大於1.5，但是並不高到在爐內開始積炭的程度，另外，加熱區和冷卻區內的殘餘氧含量都要小於10ppm。
實施例2-21重複實施例2-3中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、試樣、進氣流速、進氣裝置類型和位置以及退火步驟，不同之處在於，使用950℃的溫度和含有99.90% N2和0.10% O2的氮氣，如表2所示。此實施例中的天然氣用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽混合物所需化學計量量的40.0倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣具有均勻光亮的無氧化物的表面。進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區和冷卻區內幾乎完全轉化成一氧化碳和水汽的混合物(約10ppm)。
此實施例表明，利用一個正好位於在950℃操作的爐子加熱區內部的改良的多孔型擴散器，可以用非低溫法製得的氮氣進行鋼的光亮、無氧化物退火，只要天然氣的用量約等於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽混合物所需化學計量量的40倍，而且此用量高到足以在加熱區和冷卻區內都使pCO/pCO2大於2.4、pH2/pH2O大於1.6，同時在加熱區和冷卻區內的殘餘氧含量少於10ppm。
對進爐材料的檢驗表明既無滲碳也無脫碳現象。在此實施例中在與天然氣預混的用非低溫法製得的氮氣裡熱處理的鋼樣也是既不滲碳也無脫碳發生。因此這一實施例表明，通過小心地控制連續式加熱爐的冷卻區和加熱區內的露點，可以用與天然氣預混的用非低溫法製得的氮氣氛進行碳鋼的中性淬火。
實施例2-22重複實施例2-21中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、試樣、溫度、進氣流速、進氣裝置類型和位置、退火步驟，不同之處在於，使用含99.925% N2和0.075% O2的用非低溫法製得的氮氣，並加有1.75%天然氣，如表2所示。此實施例中天然氣的用量約等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的46.7倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣具有均勻光亮、無氧化物的表面。進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區和冷卻區內完全轉化成一氧化碳和水汽的混合物。
此實施例表明，利用一個正好位於在950℃操作的爐子加熱區內部的改良的多孔擴散器，可以用非低溫法製得的氮進行碳鋼的光亮、無氧化物退火，只要所用的天然氣或任何其它烴的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的40倍，而且此用量高到足以在加熱區和冷卻區內都使pCO/pCO2大於2.4、pH2/pH2O大於1.6，同時加熱區和冷卻區內的殘餘氧含量少於10ppm。
對進爐材料的檢驗表明既無滲碳也無脫碳發生。在此實施例中在與天然氣預混的用非低溫法製得的氮裡熱處理過的鋼樣也是既無脫碳也無滲碳發生。因此，此實施例說明，通過小心地控制連續式熱處理爐的冷卻區和加熱區內的露點，可以用與天然氣預混的用非低溫法製得的氮氣氛進行碳鋼的中性淬火。
實施例2-23重複實施例2-21中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、試樣、溫度、進料氣流速、進氣裝置類型和位置、退火步驟，但是使用含99.95% N2和0.05% O2並加有1.25%天然氣的氮氣。此實施例中的天然氣用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的50倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣具有均勻光亮和無氧化物的表面。在進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區和冷卻區內完全轉化成一氧化碳和水分的混合物。
此實施例表明，可以使用一個正好位於在950℃操作的爐子加熱區內的改良的多孔擴散器，用非低溫法製得的氮進行碳鋼的光亮、無氧化物退火，只要所用的天然氣或任何其它烴的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水分的混合物所需化學計量量的40倍，而且此用量高到足以在加熱區和冷卻區內都使pCO/pCO2大於2.4、pH2/pH2O大於1.6，另外，加熱區和冷卻區內的殘餘氧含量都小於10ppm。
對進爐材料的檢驗表明既無滲碳也無脫碳作用。在此實施例中在與天然氣預混的用非低溫法製得的氮氣氛裡熱處理的鋼樣也沒有發生脫碳或滲碳。因此，此實施例表明，通過小心地控制連續式熱處理爐的加熱區和冷卻區內的露點，可以用與天然氣預混的用非低溫法製得的氮氣氛進行碳鋼的中性淬火。
在950℃進行了一些補充實驗，以確定鋼的受控氧化退火和光亮、無氧化物退火的操作範圍。這些實驗的結果列在表3中並且在下面詳加討論。
表3實例3-1實例3-2實例3-3A熱處理溫度℃950950950進氣流速SCFH350350350進氣位置加熱區加熱區加熱區(位置76)(位置76)(位置76)進氣裝置類型改良的多孔擴改良的多孔擴改良的多孔擴散器(圖3C)散器(圖3C)散器(圖3C)進料氣組成氮%99.5099.5099.50氧%0.500.500.50天然氣#(甲烷)%0.251.003.00加熱區氣氛組成氧ppm8610一氧化碳%0.00.450.95二氧化碳%0.170.170.00氫%0.001.403.00甲烷%0.030.231.68露點℃1.37.7-22.9冷卻區氣氛組成氧ppm330190140一氧化碳%0.000.450.75二氧化碳%0.200.030.02氫%0.001.203.10甲烷%0.030.402.44露點℃7.7-2.8-14.7熱處理後試樣品質均勻和緻密均勻和緻密光亮和氧化堆積氧化物堆積氧化物物的混合＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
表3續實例3-4實例3-5實例3-6熱處理溫度℃950950950進氣流速SCFH350350350進氣位置加熱區加熱區加熱區(位置76)(位置76)(位置76)進氣裝置類型改良的多孔擴改良的多孔擴改良的多孔擴散器(圖3C)散器(圖3C)散器(圖3C)進料氣組成氮%99.7599.7599.75氧%0.250.250.25天然氣#(甲烷)%0.251.003.00加熱區氣氛組成氧ppm877一氧化碳%0.100.50-二氧化碳%0.050.000.00氫%0.201.503.00甲烷%0.110.281.56露點℃-24.9-30.4-32.8冷卻區氣氛組成氧ppm300140110一氧化碳%0.100.250.45二氧化碳%0.060.010.01氫%0.101.103.40甲烷%0.120.522.40露點℃--15.2-28.7熱處理後試樣品質均勻和緻密光亮和氧化光亮和氧化堆積氧化物物的混合物的混合＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
表3續實例3-7實例3-8熱處理溫度℃950950進氣流速SCFH350350進氣位置加熱區加熱區(位置76)(位置76)進氣裝置類型改良的多孔擴改良的多孔擴散器(圖3C)散器(圖3C)進料氣組成氮%99.9099.90氧%0.100.10天然氣#(甲烷)%0.250.50加熱區氣氛組成氧ppm63一氧化碳%0.000.20二氧化碳%0.090.03氫%0.100.65甲烷%0.160.15露點℃-12.6-18.9冷卻區氣氛組成氧ppm230110一氧化碳%0.000.20二氧化碳%0.040.01氫%0.100.55甲烷%0.130.22露點℃-12.2-23.0熱處理後試樣品質均勻和緻密光亮和氧化堆積氧化物物的混合＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
實施例3-1重複實施例2-21中所述的碳鋼退火實驗，使用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速、退火步驟，不同之處在於，使用含99.5% N2和0.5% O2的用非低溫法製得的氮，在氣體進料混合物中加入0.25%天然氣，氣體進料混合物經由改良的多孔擴散器引入到爐子的加熱區(圖4中位置76)。安裝一個示於圖3C的通常為圓柱形的擴散器40，它包括一個直徑3/4英寸、長6英寸由燒結的鉻鎳鐵合金(Inconel)材料構成的上一半44，其平均孔徑為20微米，開孔率為40%-50%，由Mott Metallurgical公司供應。擴散器40的下一半46是不透氣的Inconel材料，擴散器的一端42封住，另一端43連接到直徑1/2英寸的不鏽鋼進料管上，該管經由冷卻端爐前室68插入爐60中。擴散器40的下一半46安裝成與要處理的部件16′平行，於是將進料氣的流動引向基本上朝著爐子的高溫頂，防止帶有未反應氧的進料氣直接衝擊到樣品16′。此實施例中使用的天然氣的量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量。
根據這一步驟熱處理的鋼樣表面上具有均勻緻密的氧化物層。進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區中轉化成二氧化碳和水汽的混合物，如表2所示。低的pCO/pCO2比(＜2.4)和pH2/pH2O比(＜1.6)有助於在加熱區內將試樣表面氧化。在冷卻區內由於大量氧的存在使試樣表面進一步氧化(見表3)，最終導致試樣表面的均勻和受控的氧化。
因此，經由位於加熱區內的改良的多孔擴散器(位置76)向連續式熱處理爐中引入與化學計量量的天然氣預混的用非低溫法製得的氮氣，對於鋼在950℃氧化退火是一種可採用的方法。
實施例3-2重複實施例3-1中所述的碳鋼退火實驗，使用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置類型、退火步驟，但是在氣體進料混合物中加入1.0%天然氣。此實施例中使用的天然氣量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的4.0倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣在表面上具有均勻緻密的氧化物層。如表3所示，進料氮氣中存在的殘餘氧幾乎完全在加熱區內轉化成一氧化碳、二氧化碳和水汽的混合物(少於6ppm)。加熱區內的低pH2/pH2O比(＜1.6)對於試樣表面的氧化是理想的。試樣的表面在冷卻區內由於大量殘餘氧的存在(見表3)而進一步氧化，導致樣品表面的均勻受控的氧化。
因此，經由一個位於加熱區(位置76)內的改良的多孔擴散器，將與4.0倍化學計量量的天然氣預混的用非低溫法製得的氮引入到連續式熱處理爐中，可以用來在950℃進行鋼的氧化退火。
實施例3-3A重複實施例3-1中所述的碳鋼退火實驗，使用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置類型、退火步驟，但是在氣體進料混合物中加入3.0%天然氣。此實施例中天然氣的用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的12.0倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣表面是部分氧化和部分光亮的。如表3所示，在加熱區中進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區中幾乎完全轉化成一氧化碳和水汽的混合物(小於10ppm)。加熱區和冷卻區內氣體的成分表明，二者的高pCO/pCO2比(＞2.4)和pH2/pH2O比(＞1.6)對於試樣表面的還原是理想的。但是，由於冷卻區內大量殘餘氧的存在，試樣表面被部分氧化(見表3)。
因此，經由一個位於加熱區內的改良的多孔擴散器(位置76)，將與12.0倍化學計量量天然氣預混的用非低溫法製得的氮引入到連續式熱處理爐中，用來在950℃對鋼進行氧化和/或光亮退火不是合要求的方法。
實施例3-3B重複實施例3-1中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置類型以及退火步驟，但是在進氣混合物中加有5.0%天然氣。此實施例中天然氣的用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的20.0倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣表面是部分氧化和部分光亮的。因此，經由一個位於加熱區(位置76)的改良的多孔擴散器，將與20.0倍化學計量量天然氣預混的用非低溫法製得的氮引入到連續式熱處理爐，用於鋼在950℃的氧化和/或光亮退火不是合要求的方法。
實施例3-4重複實施例3-1中所述的碳鋼退火實驗，使用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速、天然氣量、進氣裝置類型及退火步驟，不同之處在於，使用含99.75% N2和0.25% O2的用非低溫法製得的氮。此實施例中的天然氣用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽混合物所需化學計量量的2.0倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣的表面上具有均勻緻密的氧化物層。如表3所示，進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區中幾乎完全(少於8ppm)轉化成一氧化碳、二氧化碳和水汽的混合物。加熱區中高pH2/pH2O比(＞1.6)的存在對於試樣表面還原是理想的。但是，在冷卻區中由於低pCO/pCO2比和大量殘餘氧的存在(見表3)，試樣表面氧化，導致試樣表面的均勻和受控氧化。
因此，經由一個位於加熱區(位置76)的改良的多孔擴散器，將與2.0倍化學計量量天然氣預混的用非低溫法製得的氮引入連續式熱處理爐。對於鋼在950℃氧化退火是一種可採用的方法。
實施例3-5重複實施例3-4中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速、進氣裝置類型和退火步驟，但是使用1.0%的天然氣。此實施例中的天然氣用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的8.0倍。
根據此步驟熱處理的鋼樣表面是部分氧化和部分光亮的。因此，經由一個位於加熱區(位置76)的改良的多孔擴散器向連續式加熱爐中引入與8.0倍化學計量量的天然氣預混的用非低溫法製得的氮，用來在950℃對鋼進行氧化退火和/或光亮退火不是合要求的方法。
實施例3-6重複實施例3-4中所述的碳鋼退火實驗，使用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置類型及退火步驟，但是加有3.0%的天然氣。此實施例中的天然氣用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的24.0倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣是部分氧化和部分光亮的。因此，經由位於加熱區(位置76)的一個改良的多孔擴散器將與24.0倍化學計量量的天然氣預混的用非低溫法製得的氮氣引入連續式熱處理爐中，對於鋼在950℃的氧化退火和/或光亮退火，不是合乎要求的方法。
實施例3-7重複實施例3-4中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速、天然氣量、進氣裝置類型和退火步驟，但是使用含99.9% N2和0.1% O2的用非低溫法製得的氮。此實施例中天然氣的用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的5.0倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣在表面上具有均勻緻密的氧化物層。進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區中幾乎完全轉化成(少於6ppm)二氧化碳和水汽的混合物。加熱區和冷卻區內低pCO/pCO2比(＜2.4)和pH2/pH2O比(＜1.6)的存在以及在冷卻區內存在大量殘餘的氧對於試樣表面的氧化是理想的(見表3)。
因此，經由一個位於加熱區(位置76)的改良的多孔擴散器，將與5.0倍化學計量量的天然氣預混的用非低溫法製得的氮引入到連續式熱處理爐中，對於鋼在950℃氧化退火是一種可採用的方法。
實施例3-8重複在實施例3-7中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置類型和退火步驟，但是使用0.50%天然氣。此實施例中的天然氣用量等於將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽混合物所需化學計量量的10.0倍。
用這一步驟熱處理的鋼樣是表面上部分氧化和部分光亮。因此，經由一個位於加熱區(位置76)的改良的多孔擴散器向連續式爐中引入與10.0倍化學計量量的天然氣預混的用非低溫法製得的氮，用於鋼在950℃氧化退火和/或光亮退火不是合乎要求的方法。
實施例2-1到2-7表明，用非低溫法製得的氮可以用於鋼在1100℃光亮退火，只要使用為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量5.0倍以上的天然氣，而且用改良的擴散器將氣體進料混合物引入到爐子的加熱區。同樣，實施例2-8到2-23表明，用非低溫法製得的氮可以用於鋼在1050℃、1000℃和950℃光亮退火，只要分別使用為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽混合物所需化學計量量約6.0、13.0和40.0倍的天然氣。以上的實施例說明，鋼的光亮退火所需的天然氣的絕對量隨進料氮氣中的殘餘氧含量增加而增加。另外，鋼光亮退火所需的天然氣的絕對量隨熱處理溫度的升高而減少。
實施例3-1到3-8的結果表明，用非低溫法製得的氮可以用於鋼在950℃氧化退火，只要加到進料氮氣中的天然氣量處在為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的1.0倍至7.0倍之間，該結果還說明，加入8.0至24.0倍化學計量量的天然氣會導致不合要求的部分氧化和部分光亮的表面。
實施例2-1至2-23和3-1至3-8涉及用改良的多孔擴散器或改良的進氣裝置進行退火，表明可以用非低溫法製得的氮在950℃至1100℃溫度範圍內對碳鋼退火，只要在進料氣中加入多於化學計量量的天然氣。如圖8所示，本發明的方法採用一種將進料氣引入爐中的方法(例如用改良的多孔擴散器)，使用戶能實現碳鋼的氧化退火和光亮、無氧化物退火。示於圖8的採用本發明方法的操作範圍，比用常規的進氣裝置所提到的要寬得多，這可由圖7和圖8的比較清楚地看出。因此，以上實施例表明，防止含有未反應氧的進料氣直接衝擊到部件的重要性。
使用非低溫法製得的氮和丙烷的混合物進行了一些碳鋼熱處理實驗。這些實驗的結果列在表4中並在下面詳加討論。
表4實例4-1實例4-2實例4-3熱處理溫度℃1,1001,1001,100進氣流速SCFH350350350進氣位置加熱區加熱區加熱區(位置76)(位置76)(位置76)進氣裝置類型改良的多孔擴改良的多孔擴改良的多孔擴散器(圖3C)散器(圖3C)散器(圖3C)進料氣組成氮%99.5099.3099.00氧%0.500.701.00天然氣#(甲烷)%0.200.200.20加熱區氣氛組成氧ppm5104一氧化碳%0.550.450.20二氧化碳%0.000.080.34氫%1.000.700.40甲烷%0.020.010.00露點℃-58.3-10.05.0冷卻區氣氛組成氧ppm684一氧化碳%0.500.400.15二氧化碳%0.000.090.35氫%0.900.650.30甲烷%0.020.010.00露點℃-58.3-10.05.0熱處理後試樣品質均勻光亮均勻光亮均勻和緻密堆積氧化物＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
表4續實例4-4實例4-5實例4-6熱處理溫度℃1,1001,1001,100進氣流速SCFH350350350進氣位置加熱區加熱區加熱區(位置76)(位置76)(位置76)進氣裝置類型改良的多孔擴改良的多孔擴改良的多孔擴散器(圖3C)散器(圖3C)散器(圖3C)進料氣組成氮%99.0099.0099.00氧%1.001.001.00天然氣#(甲烷)%0.250.280.40加熱區氣氛組成氧ppm543一氧化碳%0.450.650.95二氧化碳%0.240.180.11氫%0.060.951.50甲烷%0.000.010.05露點℃5.00.5-4.3冷卻區氣氛組成氧ppm554一氧化碳%0.400.600.90二氧化碳%0.250.180.12氫%0.600.901.40甲烷%0.000.010.05露點℃5.00.50-4.3熱處理後試樣品質均勻和緻密均勻和緻密均勻光亮堆積氧化物堆積氧化物＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
表4續實例4-7實例4-8實例4-9熱處理溫度℃1,0501,0501,050進氣流速SCFH350350350進氣位置加熱區加熱區加熱區(位置76)(位置76)(位置76)進氣裝置類型改良的多孔擴改良的多孔擴改良的多孔擴散器(圖3C)散器(圖3C)散器(圖3C)進料氣組成氮%99.5099.2599.25氧%0.500.750.75天然氣#(甲烷)%0.200.200.25加熱區氣氛組成氧ppm544一氧化碳%0.300.200.40二氧化碳%0.050.180.12氫%0.750.400.80甲烷%0.050.000.01露點℃-13.0-2.2-4.1冷卻區氣氛組成氧ppm745一氧化碳%0.300.200.40二氧化碳%0.050.190.12氫%0.700.400.75甲烷%0.050.000.01露點℃-13.0-2.2-4.1熱處理後試樣品質均勻光亮均勻和緻密均勻光亮堆積氧化物＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
表4續實例4-10實例4-11實例4-12熱處理溫度℃1,0501,0501,050進氣流速SCFH350350350進氣位置加熱區加熱區加熱區(位置76)(位置76)(位置76)進氣裝置類型改良的多孔擴改良的多孔擴改良的多孔擴散器(圖3C)散器(圖3C)散器(圖3C)進料氣組成氮%99.0099.0099.00氧%1.001.001.00天然氣#(甲烷)%0.250.280.40加熱區氣氛組成氧ppm445一氧化碳%0.250.450.80二氧化碳%0.290.220.14氫%0.500.801.40甲烷%0.000.010.04露點℃6.06.1-4.2冷卻區氣氛組成氧ppm455一氧化碳%0.250.450.80二氧化碳%0.290.220.14氫%0.450.801.40甲烷%0.000.010.04露點℃6.06.0-4.1熱處理後試樣品質均勻和緻密均勻和緻密均勻光亮堆積氧化物堆積氧化物＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
表4續實例4-13實例4-14實例4-15熱處理溫度℃1,0001,0001,000進氣流速SCFH350350350進氣位置加熱區加熱區加熱區(位置76)(位置76)(位置76)進氣裝置類型改良的多孔擴改良的多孔擴改良的多孔擴散器(圖3C)散器(圖3C)散器(圖3C)進料氣組成氮%99.5099.5099.25氧%0.500.500.75天然氣#(甲烷)%0.200.250.20加熱區氣氛組成氧ppm645一氧化碳%0.300.500.20二氧化碳%0.090.010.20氫%0.701.100.45甲烷%0.010.040.00露點℃-9.3-35.00.10冷卻區氣氛組成氧ppm875一氧化碳%0.300.450.20二氧化碳%0.070.010.20氫%0.701.050.40甲烷%0.010.040.01露點℃-9.2-35.20.00熱處理後試樣品質均勻光亮均勻光亮均勻和緻密堆積氧化物＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
表4續實例4-16實例4-17實例4-18熱處理溫度℃1,0001,0001,000進氣流速SCFH350350350進氣位置加熱區加熱區加熱區(位置76)(位置76)(位置76)進氣裝置類型改良的多孔擴改良的多孔擴改良的多孔擴散器(圖3C)散器(圖3C)散器(圖3C)進料氣組成氮%99.2599.2599.25氧%0.750.750.75天然氣#(甲烷)%0.250.280.32加熱區氣氛組成氧ppm554一氧化碳%0.400.600.75二氧化碳%0.140.090.06氫%0.801.101.45甲烷%0.010.040.05露點℃-1.5-6.1-15.6冷卻區氣氛組成氧ppm677一氧化碳%0.400.600.75二氧化碳%0.140.090.06氫%0.801.101.40甲烷%0.010.030.06露點℃-1.5-6.2-15.0熱處理後試樣品質光亮和氧化均勻光亮均勻光亮物的混合＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
表4續實例4-19實例4-20實例4-21熱處理溫度℃1,0001,0001,000進氣流速SCFH350350350進氣位置加熱區加熱區加熱區(位置76)(位置76)(位置76)進氣裝置類型改良的多孔擴改良的多孔擴改良的多孔擴散器(圖3C)散器(圖3C)散器(圖3C)進料氣組成氮%99.0099.0099.00氧%1.001.001.00天然氣#(甲烷)%0.280.400.55加熱區氣氛組成氧ppm454一氧化碳%0.500.851.20二氧化碳%0.240.150.07氫%0.801.402.00甲烷%0.010.060.07露點℃5.01.0-9.5冷卻區氣氛組成氧ppm558一氧化碳%0.500.801.15二氧化碳%0.240.150.08氫%0.801.401.95甲烷%0.010.050.10露點℃5.11.5-9.6熱處理後試樣品質均勻和緻密均勻光亮均勻光亮堆積氧化物＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
表4續實例4-22實例4-23實例4-24熱處理溫度℃950950950進氣流速SCFH350350350進氣位置加熱區加熱區加熱區(位置76)(位置76)(位置76)進氣裝置類型改良的多孔擴改良的多孔擴改良的多孔擴散器(圖3C)散器(圖3C)散器(圖3C)進料氣組成氮%99.5099.5099.50氧%0.500.500.50天然氣#(甲烷)%0.200.250.32加熱區氣氛組成氧ppm786一氧化碳%0.300.500.85二氧化碳%0.090.030.00氫%0.651.001.70甲烷%0.020.050.06露點℃-6.0-26.0-58.3冷卻區氣氛組成氧ppm1112～10一氧化碳%0.300.500.80二氧化碳%0.070.020.00氫%0.651.001.60甲烷%0.020.050.07露點℃-6.5-26.2-58.3熱處理後試樣品質均勻和緻密光亮和氧化均勻光亮堆積氧化物物的混合＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
表4續實例4-25實例4-26實例4-27熱處理溫度℃950950950進氣流速SCFH350350350進氣位置加熱區加熱區加熱區(位置76)(位置76)(位置76)進氣裝置類型改良的多孔擴改良的多孔擴改良的多孔擴散器(圖3C)散器(圖3C)散器(圖3C)進料氣組成氮%99.2599.2599.25氧%0.750.750.75天然氣#(甲烷)%0.320.550.63加熱區氣氛組成氧ppm866一氧化碳%0.751.251.25二氧化碳%0.070.000.00氫%1.352.202.30甲烷%0.100.130.20露點℃-15.3-58.3-58.3冷卻區氣氛組成氧ppm151213一氧化碳%0.751.201.20二氧化碳%0.070.000.00氫%1.352.102.20甲烷%0.080.120.15露點℃-15.6-58.0-58.9熱處理後試樣品質光亮和氧化均勻光亮,均勻光亮,物的混合略帶草黃色略帶草黃色＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
表4續實例4-28實例4-29熱處理溫度℃900900進氣流速SCFH350350進氣位置加熱區加熱區(位置76)(位置76)進氣裝置類型改良的多孔擴改良的多孔擴散器(圖3C)散器(圖3C)進料氣組成氮%99.5099.50氧%0.500.50天然氣#(甲烷)%0.200.28加熱區氣氛組成氧ppm1011一氧化碳%0.250.70二氧化碳%0.100.00氫%0.601.30甲烷%0.020.06露點℃-9.6-35.0冷卻區氣氛組成氧ppm1818一氧化碳%0.250.65二氧化碳%0.100.00氫%0.601.25甲烷%0.030.08露點℃-10.0-34.5熱處理後試樣品質不均勻氧化物光亮和氧化物的混合＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
實施例4-1重複實施例2-3中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置類型和位置以及退火步驟，但是使用0.2%的丙烷代替2.0%的天然氣。此實施例中丙烷用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽混合物所需化學計量量的2.0倍。
根據此步驟熱處理的鋼樣具有均勻光亮、無氧化物的表面。如表4所示，進料氮中存在的殘餘氧在加熱區和冷卻區內幾乎完全轉化成一氧化碳和水汽的混合物(少於6ppm)。在加熱區和冷卻區內高pCO/pCO2比(＞2.8)和pH2/pH2O比(＞1.3)的存在，導致試樣表面的還原。
此實施例表明，經由一個改良的多孔擴散器將用非低溫法製得的氮引入到1100℃的加熱區中，會形成均勻光亮、無氧化物的試樣，只要所用的丙烷或任何其它烴的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量，而且此用量高到足以在加熱區和冷卻區內都使pCO/pCO2大於2.8，pH2/pH2O大於1.3，同時在加熱區和冷卻區內的殘餘氧含量都小於10ppm。
對進爐材料的檢驗表明，既無滲碳也無脫碳現象，而本實施例中在與丙烷預混的用非低溫法製得的氮氣氛中熱處理的鋼樣，發生很小程度的脫碳，脫碳深度約為0.0038英寸。
實施例4-2重複實施例4-1中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速、進氣裝置類型和位置、丙烷量和退火步驟，但是使用含99.3% N2和0.7% O2的用非低溫法製得的氮。此實施例中丙烷的用量約等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的1.5倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣具有均勻光亮、無氧化物的表面。如表4所示，進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱和冷卻區內幾乎完全轉化成一氧化碳、二氧化碳和水汽的混合物(小於10ppm)。加熱區和冷卻區內高pCO/pCO2比(＞2.8)和pH2/pH2O比(＞1.3)的存在導致試樣表面的還原。
此實施例表明，經由一個改良的多孔擴散器，將非低溫法製得的氮引入1100℃的加熱區中，會得到均勻光亮、無氧化物的試樣，只要所用的丙烷或任何其它烴的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽混合物所需的化學計量量，而且此用量高到足以使加熱區和冷卻區內的pCO/pCO2大於2.8、pH2/pH2O大於1.3。同時在加熱區和冷卻區內的殘餘氧含量小於10ppm。
實施例4-3重複實施例4-1中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速、進氣裝置類型和位置、丙烷用量及退火步驟，但是使用含99.02% N2和1.0% O2的用非低溫法製得的氮。此實施例中使用的丙烷量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽混合物所需的化學計量量。
根據這一步驟熱處理的鋼樣表面上具有均勻緻密的氧化物層。進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區和冷卻區中轉化成二氧化碳、一氧化碳和水汽的混合物。加熱區和冷卻區中低pCO/pCO2比(＜2.8)和pH2/pH2O比(＜1.3)的存在導致試樣的氧化(見表4)。
因此，經由一個位於加熱區的改良的多孔擴散器將與化學計量量的丙烷預混的用非低溫法製得的氮引入連續式熱處理爐中，對於鋼在1100℃受控氧化退火是一種可採用的方法。
實施例4-4重複實施例4-3中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進料氣流速和組成、進氣裝置位置及類型、退火步驟，但是如表4所示，丙烷的用量由0.2%改為0.25%。此實施例中丙烷的用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽混合物所需化學計量量的1.25倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣具有均勻緻密的表面氧化物層。加熱區和冷卻區內低pCO/pCO2比(＜2.8)和pH2/pH2O比(＜1.3)的存在導致試樣的氧化(見表4)。
因此，經由一個位於加熱區的改良的多孔擴散器，將與1.25倍化學計量量的丙烷引入連續式處理爐中，對於鋼在1100℃受控氧化退火是一種可採用的方法。
實施例4-5重複實施例4-3中所述的碳鋼退火實驗，使用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置類型和位置及退火步驟，但是如表4所示，丙烷用量由0.2%改為0.28%。此實施例中的丙烷用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的1.40倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣同樣在表面上具有均勻緻密的氧化物層。冷卻區和加熱區內低pCO/pCO2比(＜2.8)和pH2/pH2O比(＜1.3)的存在導致試樣的氧化(見表4)。
因此，經由一個位於加熱區的改良的多孔擴散器，將與1.40倍化學計量量的丙烷預混的用非低溫法製得的氮引入連續式熱處理爐中，對於在1100℃鋼的受控氧化退火是一種可採用的方法。
實施例4-6重複實施例4-3中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置類型和位置、退火步驟，但是丙烷用量由0.2%改為0.40%，如表4所示。此實施例中的丙烷用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽混合物所需化學計量量的2.0倍。
根據此步驟熱處理的鋼樣具有均勻光亮、無氧化物的表面。如表4所示，進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區和冷卻區中幾乎完全轉化成一氧化碳、二氧化碳和水汽的混合物(小於4ppm)。加熱區和冷卻區中高pCO/pCO2比(＞2.8)和pH2/pH2O比(＞1.3)的存在，導致試樣表面的還原。
此實施例表明，經由一個改良的擴散器將非低溫法製得的氮引入1100℃的加熱區中，會形成均勻光亮、無氧化物的試樣，條件是所用丙烷或其它任何烴的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量，而且此用量高到足以在加熱區和冷卻區都使pCO/pCO2大於2.8、pH2/pH2O大於1.3，同時在加熱區和冷卻區內殘餘氧含量都小於10ppm。
對進爐材料的檢驗表明，沒有滲碳或脫碳，而本實施例中在與丙烷預混的用非低溫法製得的氮氣氛中熱處理的鋼樣，發生了約0.0055英寸的脫碳。
實施例4-7重複實施例4-1中所述的碳鋼退火實驗，使用相同的爐子、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置類型和位置、退火步驟，但是溫度由1100℃改為1050℃。此實施例中丙烷用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽所需化學計量量的2.0倍。
根據此步驟熱處理的鋼樣具有均勻光亮、無氧化物的表面。如表4所示，進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區和冷卻區內幾乎完全轉化成一氧化碳、二氧化碳和水汽的混合物(小於7ppm)。加熱區和冷卻區內高pCO/pCO2比(＞2.6)和pH2/pH2O比(＞1.4)的存在導致試樣表面的還原。
此實施例表明，經由一個改良的多孔擴散器，將用非低溫法製得的氮引入1050℃的加熱區中，會形成均勻光亮、無氧化物的試樣，條件是，所用的丙烷或任何其它烴的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量，而且此用量高到足以在加熱區和冷卻區內都使pCO/pCO2大於2.6、pH2/pH2O大於1.4，同時加熱區和冷卻區內的殘餘氧含量都小於10ppm。
實施例4-8重複實施例4-7中所述的碳鋼退火實驗，使用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速、進氣裝置類型和位置、丙烷用量及退火步驟，但是使用含99.25% N2和0.75% O2的用非低溫法製得的氮。此實施例中丙烷的用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的1.33倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣在其表面上具有均勻緻密的氧化物層。進料氮中存在的殘餘氧在加熱區和冷卻區中轉化成二氧化碳、一氧化碳和水汽的混合物。加熱區和冷卻區內低pCO/pCO2比(＜2.6)和pH2/pH2O比(＜1.4)的存在導致試樣的氧化(見表4)。
因此，經由一個位於加熱區的改良的多孔擴散器，將與1.33倍化學計量量丙烷預混的用非低溫法製得的氮引入連續式熱處理爐中，對於鋼在1050℃下受控氧化退火是一種可採用的方法。
實施例4-9重複實施例4-8中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置類型和位置及退火步驟，但是丙烷用量由0.2%改為0.25%，如表4所示。此實施例中丙烷的用量約等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的1.7倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣具有均勻光亮、無氧化物的表面。如表4所示，進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區和冷卻區內幾乎完全轉化成一氧化碳、二氧化碳和水汽的混合物(小於5ppm)。加熱區和冷卻區內的高pCO/pCO2比(＞2.6)和pH2/pH2O比(＞1.4)的存在導致試樣表面的還原。
此實施例表明，經由一個改良的多孔擴散器，將用非低溫法製得的氮引入到1050℃的加熱區中，會產生光亮，無氧化物的試樣，條件是，所用的丙烷或任何其它烴的量多於為殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量，而且此用量高到足以在加熱區和冷卻區內都使pCO/pCO2大於2.6、pH2/pH2O大於1.4，同時加熱區和冷卻區內殘餘氧含量均小於10ppm。
實施例4-10重複實施例4-9中所述碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速、進氣裝置類型和位置、丙烷用量及退火步驟，不同之處在於，使用含99.0% N2和1.0% O2的用非低溫法製得的氮，如表4所示。此實施例中的丙烷用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的1.25倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣具有均勻效密的表面氧化物層。進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區和冷卻區內轉化成二氧化碳、一氧化碳和水汽的混合物。加熱區和冷卻區內低pCO/pCO2比(＜2.6)和pH2/pH2O比(＜1.4)的存在導致試樣的氧化(見表4)。
因此，經由一個位於加熱區的改良的多孔擴散器，將與1.25倍化學計量量的丙烷預混的用非低溫法製得的氮引入連續式熱處理爐中，對於鋼在1050℃受控氧化退火是一種可採用的方法。
實施例4-11重複實施例4-10中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置類型和位置及退火步驟，但是丙烷用量由0.25%改為0.28%，如表4所示。此實施例中丙烷的用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的1.40倍。
根據此步驟熱處理的鋼樣其表面上具有均勻緻密的氧化物層。因此，經由一個位於加熱區內的改良的多孔擴散器，將與1.40倍化學計量量的丙烷預混的用非低溫法製得的氮引入到連續式熱處理爐中，對於鋼在1050℃受控氧化退火是一種可採用的方法。
實施例4-12重複實施例4-10中所述碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置類型和位置、退火步驟，但是丙烷用量由0.25%改為0.40%，如表4所示。此實施例中的丙烷用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的2.0倍。
用這一步驟熱處理的鋼樣具有光亮、無氧化物的表面。如表4所示，進料氮氣中殘餘的氧在加熱區和冷卻區內幾乎完全轉化成一氧化碳、二氧化碳和水汽的混合物(少於5ppm)。加熱區和冷卻區內高pCO/pCO2比(＞2.6)和pH2/pH2O比(＞1.4)的存在導致試樣表面的還原。
此實施例表明，經由一個改良的多孔擴散器將非低溫法製得的氮引入1050℃的加熱區中，會形成均勻光亮的無氧化物的試樣，條件是，所用的丙烷或任何其它烴的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽混合物所需的化學計量量，而且此用量高到足以在加熱區和冷卻區內都使pCO/pCO2大於2.6、pH2/pH2O大於1.4，同時加熱區和冷卻區內的殘餘氧含量都小於10ppm。
實施例4-13重複實施例4-1中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置類型和位置、退火步驟，但是溫度由1100℃改為1000℃，如表4所示。實施例中的丙烷用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的2.0倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣具有均勻光亮、無氧化物的表面。如表4所示，進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區和冷卻區內幾乎完全轉化成一氧化碳、二氧化碳和水汽的混合物(小於7ppm)。加熱區和冷卻區內高pCO/pCO2比(＞2.5)和pH2/pH2O比(＞1.5)的存在，導致試樣表面的還原。
此實施例表明，經由一個改良的多孔擴散器將用非低溫法製得的氮引入到1000℃的加熱區中，會形成均勻光亮、無氧化物的試樣，條件是，所用的丙烷或任何其它烴的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量，而且此用量高到足以在加熱區和冷卻區內都使pCO/pCO2大於2.5、pH2/pH2O大於1.5，加熱區和冷卻區內的殘餘氧含量均小於10ppm。
實施例4-14重複實施例4-13中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、試樣、溫度、進氣流速和組成、進氣裝置的位置和類型以及退火步驟，但是丙烷用量由0.20%改為0.25%，如表4所示。此實施例中的丙烷用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的2.5倍。
根據此步驟熱處理的鋼樣具有均勻光亮、無氧化物的表面。因此，經由一個改良的多孔擴散器，將用非低溫法製得的氮引入到1000℃的加熱區，會形成均勻光亮、無氧化物的試樣，條件是，所用的丙烷或任何其它烴的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量，而且此用量高到足以在加熱區和冷卻區內都使pCO/pCO2大於2.5、pH2/pH2O大於1.5，同時加熱區和冷卻區內的殘餘氧含量均小於10ppm。
實施例4-15重複實施例4-13中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速，進氣裝置的類型和位置、丙烷用量及退火步驟，但是使用含99.25% N2和0.75% O2的用非低溫法製得的氮。此實施例中丙烷的用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的1.33倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣在表面上具有均勻緻密的氧化物層。進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區和冷卻區內轉化成二氧化碳、一氧化碳和水汽的混合物。在加熱區和冷卻區內低pCO/pCO2比(＜2.5)和pH2/pH2O比(＜1.5)導致試樣的氧化(見表4)。
因此，經由一個位於加熱區內的改良的多孔擴散器，將與1.33倍化學計量量丙烷預混的用非低溫法製得的氮引入到連續式熱處理爐中，對於鋼在1000℃的受控氧化退火是一種可採用的方法。
實施例4-16重複實施例4-15中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進料氣流速和組成、進氣裝置類型和位置以及退火步驟，但是丙烷的用量由0.20%改為0.25%，如表4所示。此實施例中丙烷的用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的1.67倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣，其表面光潔度是部分光亮和部分氧化。進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區和冷卻區中轉化成二氧化碳、一氧化碳和水汽的混合物。加熱區和冷卻區內高pCO/pCO2比(＞2.5)的存在可能是試樣被還原的原因。但是，在加熱區和冷卻區內pH2/pH2O比都接近於1.5，這導致試樣的部分氧化(見表4)。
因此，經由一個位於加熱區內的改良的多孔擴散器將與1.67倍化學計量量的丙烷預混的氮通入連續式熱處理爐中，用於鋼在1000℃氧化退火或光亮退火不是合乎要求的方法。
實施例4-17重複實施例4-15中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置類型和位置、退火步驟，但是丙烷的用量由0.20%改為0.28%，如表4所示。此實施例中的丙烷用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的1.87倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣具有均勻光亮、無氧化物的表面。如表4所示，進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區和冷卻區內幾乎完全轉化成一氧化碳、二氧化碳和水汽的混合物(小於7ppm)。加熱區和冷卻區內高pCO/pCO2比(＞2.5)和pH2/pH2O比(＞1.5)導致試樣表面的還原。
此實施例表明，經由一個改良的多孔擴散器將用非低溫法製得的氮引入到1000℃的加熱區中，會形成均勻光亮、無氧化物的試樣，條件是，所用的丙烷或任何其它經的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量，而且此用量高到足以在加熱區和冷卻區內都使pCO/pCO2大於2.5、pH2/pH2O大於1.5，同時在加熱區和冷卻區內殘餘氧含量都小於10ppm。
實施例4-18重複實施例4-15中所述的碳鋼退火實驗，使用相同的爐子、溫度、試樣，進氣流速和組成、進氣裝置類型和位置以及退火步驟，但是丙烷用量由0.20%改為0.32%，如表4所示。此實施例中的丙烷用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的約2.1倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣具有均勻光亮、無氧化物的表面。因此，經由一個改良的多孔擴散器將用非低溫法製得的氮引入到1000℃的加熱區中，會形成均勻光亮、無氧化物的試樣，條件是，所用的丙烷或任何其它烴的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量，而且此用量高到足以在加熱區和冷卻區內都使pCO/pCO2大於2.5、pH2/pH2O大於1.5，同時在加熱區和冷卻區內殘餘氧含量都小於10ppm。
實施例4-19重複實施例4-17中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速、進氣裝置類型和位置、丙烷用量和退火步驟，但是使用含有99.0% N2和1.0% O2的用非低溫法製得的氮，如表4所示。此實施例中丙烷的用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的1.4倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣具有均勻緻密的表面氧化物層。因此，經由一個位於加熱區的改良的多孔擴散器將與1.4倍化學計量量的丙烷預混的用非低溫法製得的氮引入連續式熱處理爐，對於鋼在1000℃的受控氧化退火是一種可採用的方法。
實施例4-20重複實施例4-19中所述的碳鋼退火實驗，使用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置類裝和位置、退火步驟，但是丙烷用量由0.28%改為0.40%，如表4所示。此實施例中的丙烷用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的2.0倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣具有均勻光亮、無氧化物的表面。因此，經由一個改良的多孔擴散器將用非低溫法製得的氮引入1000℃的加熱區中，會形成均勻光亮、無氧化物的試樣，條件是，使用的丙烷或任何其它烴的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水的混合物所需的化學計量量，而且此用量高到足以在加熱區和冷卻區中都使pCO/pCO2大於2.5、pH2/pH2O大於1.5，同時在加熱區和冷卻區內殘餘氧含量都小於10ppm。
實施例4-21重複實施例4-20中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置類型和位置、退火步驟，但是丙烷用量由0.40%改為0.55%，如表4所示。此實施例中的丙烷用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的2.75倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣具有均勻光亮、無氧化物的表面。因此，經由一個改良的多孔擴散器將用非低溫法製得的氮引入到1000℃的加熱區中，會形成均勻光亮的無氧化物的試樣，條件是，所用的丙烷或任何其它烴的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需的化學計量量，而且此用量高到足以在加熱區和冷卻區內都使pCO/pCO2大於2.5、pH2/pH2O大於1.5，同時在加熱區和冷卻區內殘餘氧含量都小於10ppm。
實施例4-22重複實施例4-1中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置類型和位置、退火步驟，但是溫度由1100℃改為950℃，如表4所示。此實施例中丙烷的用量等於為將殘餘氧轉化為二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的2.0倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣具有均勻緻密的表面氧化物層。如表4所示，進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區和冷卻區內轉化成二氧化碳、一氧化碳和水汽的混合物。在加熱區和冷卻區內pH2/pH2O比都接近於1.6和冷卻區內約11ppm氧的存在，導致試樣的氧化(見表4)。
因此，經由一個位於加熱區內的改良的多孔擴散器，將與2.0倍化學計量量丙烷預混的用非低溫法製得的氮引入連續式熱處理爐中，對於鋼在950℃的受控氧化退火是可以採用的方法。
實施例4-23重複實施例4-22中所述的碳鋼退火實驗，使用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置類型和位置、退火步驟，但是丙烷用量由0.20%改為0.25%，如表4所示。此實施例中的丙烷用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的2.5倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣，其表面是光亮表面與氧化表面的混合。如表4所示，進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區和冷卻區內轉化成二氧化碳、一氧化碳和水汽的混合物。冷卻區中約12ppm氧的存在導致試樣的部分氧化(見表4)。
因此，經由一個位於加熱區內的改良的多孔擴散器，將與2.5倍化學計量量的丙烷預混的用非低溫法製得的氮引入連續式加熱爐中，用於鋼在950℃光亮退火不是合乎要求的方法。
實施例4-24重複實施例4-22中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置類型和位置以及退火步驟，但是丙烷的用量由0.20%改為0.32%，如表4所示。此實施例中的丙烷用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的3.2倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣具有光亮和無氧化物的表面層。如表4所示，進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區中轉化成為一氧化碳和水汽的混合物。加熱區和冷卻區內都存在高的pCO/pCO2比(＞2.4)和pH2/pH2O比(＞1.6)導致試樣表面的還原。
此實施例表明，經由一個改良的多孔擴散器將用非低溫法製得的氮引入950℃的加熱區中，會形成均勻光亮、無氧化物的試樣，條件是，所用的丙烷或任何其它烴的量多於為將殘餘氧完全轉化成二氧化碳和水汽混合物所需的化學計量量，而且此用量高到足以在加熱區和冷卻區內都使pCO/pCO2大於2.4、pH2/pH2O大於1.6，同時在加熱區和冷卻區內殘餘氧含量均小於10ppm。
對進爐材料的檢驗表明既無滲碳也無脫碳發生，而本實施例在與丙烷預混的用非低溫法製得的氮氣氛中熱處理的鋼樣，發生約0.0048英寸的脫碳。
實施例4-25重複實施例4-24中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速、進氣裝置類型和位置、丙烷用量及退火步驟，但是使用含99.25% N2和0.75% O2的用非低溫法製得的氮。此實施例中的丙烷用量約等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的2.1倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣的表面呈現為光亮和氧化層的混合物。如表4所示，進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區和冷卻區轉化成二氧化碳、一氧化碳和水汽的混合物。冷卻區中存在約15ppm的氧導致試樣的部分氧化(見表4)。
因此，經由一個位於加熱區內的改良的多孔擴散器將與約2.1倍化學計量量的丙烷預混的用非低溫法製得的氮送入連續式熱處理爐中，用於鋼在950℃的氧化退火或光亮退火不是合乎要求的方法。
實施例4-26重複實施例4-25中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置類型和位置以及退火步驟，但是丙烷用量由0.32%改為0.55%，如表4所示。此實施例中的丙烷用量約等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的3.7倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣具有光亮的表面品質。試樣的表面看來略帶草黃色，使得它們勉強合格。如表4所示，進料氮中的殘餘氧在加熱區和冷卻區內轉化成二氧化碳和水汽的混合物。加熱區和冷卻區內的高pCO/pCO2比(＞2.4)和pH2/pH2O比(＞1.6)導致試樣表面的還原。但是，冷卻區內約12ppm氧的存在使得試樣表面略帶草黃色。
此實施例表明，經由一個改良的多孔擴散器將用非低溫法製得的含0.75%氧的氮氣通入950℃的加熱區中，形成勉強合格的光亮試樣。
實施例4-27重複實施例4-25中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置類型和位置以及退火步驟，但是丙烷用量由0.32%改為0.63%，如表4所示。此實施例中的丙烷用量約等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的4.2倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣具有光亮的表面品質。此試樣的表面看起來略有草黃色，使得它們勉強合格。傳送帶和爐膛有積炭跡象，表明使用這樣高的丙烷用量不合乎要求。
此實施例表明，經由一個改良的多孔擴散器將含有0.75%氧的用非低溫法製得的氮與0.63%的丙烷一起送入950℃的加熱區中，用於試樣的光亮退火是不理想的。
實施例4-28重複實施例4-1中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置類型和位置以及退火步驟，但是溫度由1100℃改為900℃，如表4所示。此實施例中的丙烷用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的2.0倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣具有光亮和氧化相混合的表面。如表4所示，進料氮氣中存在的殘餘氧在加熱區和冷卻區內轉化成二氧化碳、一氧化碳和水汽的混合物。冷卻區內約18ppm氧的存在導致試樣的部分氧化(見表4)。
因此，經由一個位於加熱區內的改良的多孔擴散器將與約2.0倍化學計量量丙烷預混的用非低溫法製得的氮引入連續式加熱爐中，用於鋼在900℃的氧化退火或光亮退火不是合乎要求的方法。
實施例4-29重複實施例4-28中所述的碳鋼退火實驗，採用相同的爐子、溫度、試樣、進氣流速和組成、進氣裝置類型和位置以及退火步驟，但是丙烷用量由0.20%改為0.28%，如表4所示。此實施例中的丙烷用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽混合物所需化學計量量的2.8倍。
根據這一步驟熱處理的鋼樣具有光亮和氧化相混合的表面。如表4所示，進料氮氣中的殘餘氧在加熱區和冷卻區內轉化成一氧化碳和水汽的混合物。加熱區和冷卻區內10ppm以上氧的存在導致試樣部分氧化(見表4)。另外，在傳送帶上可見到一些積炭，說明在900℃的爐內使用等於或多於0.28%的丙烷是不合要求的。
因此，經由一個位於加熱區內的改良的多孔擴散器將與2.8倍化學計量量丙烷預混的用非低溫法製得的氮引入到連續式熱處理爐中，用於鋼在950℃氧化退火或光亮退火不是合乎要求的方法。
討論實施例4-1到4-6表明，用非低溫法製得的氮可以用於鋼在1100℃溫度的光亮退火，只要使用為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量1.5倍的丙烷，並且使用改良的擴散器向爐子的加熱區引入氣體進料混合物。由於丙烷的反應活性比天然氣高(丙烷的自燃溫度為468℃、天然氣為556℃)，為使鋼光亮退火所需的丙烷的量比天然氣少得多。實施例4-7到4-24表明，用非低溫法製得的氮可以用於鋼在1050℃、1000℃和950℃光亮退火，只要分別使用為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量1.7、1.9和3.2倍的丙烷。以上的實施例表明，鋼的光亮退火所需丙烷的絕對量隨進料氮氣中的殘餘氧含量的增加而增加。另外，鋼的光亮退火所需的丙烷的絕對量隨熱處理溫度的增高而減少。
以上實施例表明，用非低溫法製得的氮可以用於在1100、1050、1000和950℃進行鋼的氧化退火，只要加到進料氮氣中的丙烷的量分別少於為將進料氮氣中存在的殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽混合物所需化學計量量的1.5、1.7、1.9和3.2倍。利用非低溫法製得的氮和丙烷的混合物對低碳鋼進行氧化退火和光亮、無氧化物退火的操作範圍示於圖9。
使用以非低溫法製得的氮和天然氣的混合物進行了青銅對碳鋼的釺焊實驗。下面詳細討論這些實驗的結果。
表5實例5-1實例5-2實例5-3熱處理溫度℃1,0001,0001,000進氣流速SCFH350350350進氣位置加熱區加熱區加熱區(位置76)(位置76)(位置76)進氣裝置類型改良的多孔擴改良的多孔擴改良的多孔擴散器(圖3C)散器(圖3C)散器(圖3C)進料氣組成氮%99.7099.7099.60氧%0.300.300.40天然氣#(甲烷)%2.002.002.50加熱區氣氛組成氧ppm333一氧化碳%0.500.500.70二氧化碳%0.000.000.01氫%2.002.002.50甲烷%0.700.730.80露點℃-57.7-57.5-57.3冷卻區氣氛組成氧ppm99～10一氧化碳%0.450.500.55二氧化碳%0.000.000.01氫%2.002.002.50甲烷%0.700.750.94露點℃-38.4-37.9-36.7釺焊的試樣品質良好良好良好＊天然氣與氮混合，按非低溫法製得的氮總量的百分數加入。
實施例5-1按照實施例2-17A中所述的熱處理步驟，使用相同的爐子、進料氣流速和組成、溫度、進氣裝置類型和位置，用銅預製件進行青銅對碳鋼的釺焊。如表5所示，在此實施例中使用的用非低溫法製得的氮含有99.70%氮和0.30%殘餘氧。天然氣的加入量為2.0%。它約等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的13.3倍。
在此實施例中將碳鋼與青銅部件成功地釺焊在一起，釺焊料流動良好。壓力交變吸附法(PSA)氮氣-天然氣氣氛提供了最佳的釺焊鋪展和角焊縫形成。另外，在釺焊接頭處看不到有空隙形成。最後，釺焊的碳鋼和青銅部件具有光亮、無氧化物的表面層。
此實施例表明，可以用與烴類氣體預混的用非低溫法製得的氮進行青銅與碳鋼的釺焊。
實施例5-2重複實施例5-1中所述的釺焊實驗，使用相同的爐子、進氣流速和組成、溫度、進氣裝置類型和位置，結果如表5所示。
此實施例中將碳鋼與青銅部件成功地釺焊到一起，釺焊料流動良好。PSA氮氣-天然氣氣氛提供了最佳的釺焊鋪展和角焊縫形成。另外，釺焊接頭處看不到有空隙形成。最後，釺焊的碳鋼和青銅部件具有光亮、無氧化物的表面層。
此實施例再一次表明，可以用與烴類氣體預混的用非低溫法製得的氮進行青銅與碳鋼的釺焊。
實施例5-3重複實施例5-1中所述的釺焊實驗，採用相同的爐子、進氣流速、溫度、進氣裝置類型和位置，但是使用含99.60%氮和0.40%氧的用非低溫法製得的氮並加有2.5%天然氣，如表5所示。天然氣的用量等於為將殘餘氧轉化成二氧化碳和水汽的混合物所需化學計量量的12.5倍。
在此實施例中將碳鋼和青銅部件成功地釺焊到一起，釺焊料流動良好。PSA氮氣-天然氣氣氛提供了最佳的釺焊鋪展和角焊縫形成。另外，釺焊接頭處看不到有空隙形成。最後，釺焊的碳鋼和青銅部件具有光亮、無氧化物的表面層。
此實施例表明，可以用與烴類氣體預混的用非低溫法製得的氮進行青銅與碳鋼的釺焊。
如上說明了申請人的發明之後，在所附的權利要求中陳述了希望由專利證書保護的內容。
權利要求
1.一種用於黑色金屬和合金的受控氧化退火的方法，包括以下步驟將金屬在高溫區溫度保持在至低700℃的爐中加熱；向爐子的高溫區注入含有最多達5%(體積)氧的氮氣和一種烴類氣體，該烴類氣體以約1.0倍至不足40.0倍於將殘餘氧完全轉化成水汽和二氧化碳的混合物所需化學計量量的流速注入爐中，該氣體的注入方式使得在混合物接觸爐內加熱的部件之前氧與烴類氣體已實質上完全反應；將上述部件通過爐子移動一段足夠的時間，使得能在金屬表面上形成所要求的氧化物層和在該部件內形成所要求的熱處理性質。
2.根據權利要求1的方法，其中殘餘氧是轉化成水汽和二氧化碳。
3.根據權利要求1的方法，其中殘餘氧是轉化成水汽、二氧化碳、一氧化碳及它們的混合物。
4.根據權利要求1的方法，其中烴類氣體是主要含甲烷的氣體。
5.根據權利要求1的方法，其中烴類氣體是丙烷，其加入量等於為將殘餘氧轉化成水汽和二氧化碳的混合物所需化學計量量的1.0倍至不足3.2倍。
6.根據權利要求1的方法，其中烴類氣體選自烷烴，包括甲烷、乙烷、丙烷和丁烷;烯烴，包括乙烯、丙烯和丁烯;醇類，包括甲醇、乙醇和丙醇;醚類，包括二甲醚、乙醚和甲基乙基醚;以及商品原料氣，包括天然氣、石油氣、炊事用氣、焦爐氣、城市煤氣、放熱性氣體和吸熱性氣體。
7.根據權利要求1的方法，其中氮是由非低溫法製得。
8.根據權利要求7的方法，其中用非低溫法產生的氮含有最多約5.0%(體積)的氧。
9.根據權利要求7的方法，其中用非低溫法產生的氮含有最高達約1.0%(體積)的氧。
10.根據權利要求1的方法，其中爐子是加熱區與冷卻區構成整體的連續式爐。
11.根據權利要求1的方法，其中爐子是帶有加熱區和驟冷區的連續式爐。
12.根據權利要求1的方法，其中爐子是加熱到700℃至1250℃之間的溫度。
13.一種用於黑色金屬和合金進行光亮、無氧化物和部分脫碳退火、無氧化物和不脫碳退火以及無氧化物和部分滲碳退火的方法，其中包括以下步驟將金屬在高溫區溫度保持在至低700℃的爐中加熱;向爐子的高溫區中注入含有最多達5%(體積)氧的氮氣和一種烴類氣體，該烴類氣體以多於約1.5倍於將殘餘氧完全轉化成水汽和二氧化碳的混合物所需化學計量量的流速注入爐中，該氣體的注入方式使得在混合氣接觸部件之前氧與烴類已實質上完全反應;將上述部件通過爐子移動一段足夠的時間，使得在部件內達到所要求的熱處理性質。
14.根據權利要求13的方法，其中殘餘氧是轉化成水汽和一氧化碳的混合物。
15.根據權利要求13的方法，其中殘餘氧是轉化成二氧化碳、水汽、一氧化碳或它們的混合物。
16.根據權利要求13的方法，其中氮是由非低溫方法產生。
17.根據權利要求16的方法，其中用非低溫法產生的氮含有最多約5.0%(體積)的氧。
18.根據權利要求16的方法，其中用非低溫法產生的氮含有最多約1.0%(體積)的氧。
19.根據權利要求13的方法，其中爐子是加熱區與冷卻區構成整體的連續式爐。
20.根據權利要求13的方法，其中爐子是帶有加熱區和驟冷區的連續式爐。
21.根據權利要求13的方法，其中烴類氣體選自烷烴，包括甲烷、乙烷、丙烷和丁烷;烯烴，包括乙烯、丙烯和丁烯;醇，包括甲醇、乙醇和丙醇;醚，包括二甲醚、乙醚和甲基乙基醚;以及商品原料氣，包括天然氣、石油氣、炊事用氣、焦爐氣、城市煤氣、放熱性氣體和吸熱性氣體。
22.根據權利要求21的方法，其中烴是天然氣或甲烷，以多於為將殘餘氧轉化成水汽和二氧化碳的混合物所需化學計量量的5.0倍至約40.0倍以上的量注入。
23.根據權利要求21的方法，其中烴是丙烷，以多於為將殘餘氧轉化成水汽和二氧化碳的混合物所需化學計量量的1.5倍至約3.2倍以上的量注入。
24.根據權利要求13的方法，其中爐子是加熱到800℃至1250℃之間的溫度。
25.一種就地產生爐內氣氛的方法，該氣氛適用於進行金屬釺焊、玻璃對金屬的封接、金屬和陶瓷粉末的燒結、或是有色金屬和合金的退火加工，該方法包括以下步驟將爐子加熱到700℃以上;向爐子的高溫區注入含有最高達5%(體積)氧的氮氣及與之混合的烴類氣體，該烴類氣體以為將氧完全轉化成水汽和二氧化碳的混合物所需化學計量量的約1.5倍以上的流速注入，氣體的注入方式使得在該混合氣接觸進行指定處理的部件之前，氧和烴類氣體已實質上反應完全;將所述部件在所述溫度及氣氛下暴露足以完成該過程的一段時間。
26.根據權利要求25的方法，其中殘餘氧是轉化成水汽和一氧化碳的混合物。
27.根據權利要求25的方法，其中殘餘氧是轉化成二氧化碳、水汽、一氧化碳或它們的混合物。
28.根據權利要求25的方法，其中氮是用非低溫法產生的。
29.根據權利要求28的方法，其中用非低溫法產生的氮含有最高達5.0%(體積)的氧。
30.根據權利要求28的方法，其中用非低溫法產生的氮含有最高達1.0%(體積)的氧。
31.根據權利要求25的方法，其中爐子是加熱區和冷卻區構成整體的連續式爐。
32.根據權利要求25的方法，其中爐子是帶有加熱區和驟冷區的連續式爐。
33.根據權利要求25的方法，其中烴類氣體選自烷烴，包括甲烷、乙烷、丙烷和丁烷;烯烴，包括乙烯、丙烯和丁烯;醇，包括甲醇、乙醇和丙醇;醚，包括二甲醚、乙醚和甲基乙基醚;和商品原料氣，包括天然氣、石油氣、炊事用氣、焦爐氣、城市煤氣、放熱性氣體和吸熱性氣體。
34.根據權利要求33的方法，其中烴是天然氣或甲烷，以多於為將殘餘氧轉化成水汽和二氧化碳的混合物所需化學計量量5.0倍至約40.0倍以上的量注入。
35.根據權利要求33的方法，其中烴是丙烷，以多於為將殘餘氧轉化成水汽和二氧化碳的混合物所需化學計量量1.5倍至3.2倍以上的量注入。
36.根據權利要求25的方法，其中爐子是加熱到700℃和1250℃之間的溫度。
全文摘要
由含殘餘氧達5％用非低溫法製得的氮在連續式爐內就地產生廉價氣氛的方法，該氣氛適於黑色和有金屬及合金退火和熱處理、金屬釺焊、玻璃與金屬封接和金屬與陶瓷粉的燒結。是將含有殘餘氧的氮氣和預定量的烴類氣體混合，將混合氣經由非常規裝置送入連續熱處理爐的高溫區，殘餘的氧轉化成可接受的形式，如水汽和二氧化碳混合物，水汽、氫、一氧化碳和二氧化碳混合物，或一氧化碳、水汽和氫混合物，將這樣的混合氣用於上列用途中。
文檔編號B22F3/00GK1073723SQ9211289
公開日1993年6月30日 申請日期1992年11月5日 優先權日1991年11月5日
發明者B·B·邦納, D·加格, D·P·艾塞爾保格, D·J·包 申請人:氣體產品與化學公司