氧探头在可控气氛加热炉中使用的要点及常见故障

1

．在可控气氛加热炉中氧探头的使用要点

（

1

）氧探头属于一种高精度、高灵敏感的传感仪器，其核心元

件氧化锆头是球状或管状结构陶瓷件，

很容易受冲击破碎。

在新的氧

探头使用之前，

应仔细检查氧探头是否受过碰撞，

氧探头是否有弯曲，

氧探头外管有无裂纹，

探头部位氧化锆是否有裂纹或破裂、

或有陶瓷

状碎片；轻轻摇动氧探头，听听氧探头内部是否有响声。如有响声，

可能是氧探头的氧化锆头已经破裂。

（

2

）

氧探头在安装时要注意安装位置须插入炉膛

50

～

100mm

，

安

装在炉气较稳定的区域内。不要靠近各种渗剂的滴注口、风扇附近；

不要安装在炉内口、角落、

振动大的的部位。如安装在井式炉炉盖等

处时，应在氧探头前端加保护套并注意气氛流通良好。

（

3

）注意氧探头安装座与炉壳保持良好的密封性，不要漏气。

氧探头联线使用屏蔽信号线，屏蔽不要接地，注意接线的正负极，zui

好屏蔽信号线单独走线，防止信号干扰。

（

4

）氧探头在室温装入炉内，随炉升温到使用温度，避免

急冷、急热。安装时注意轻拿轻放。如遇特殊情况，在高温状态下需

要拔出或插入氧探头时，拔出或插入速度控制在

30mm/min

以内，并

且在氧探头拔出加热炉时，应停供可燃气氛，降低炉压，以避免高温

氧探头拔出引燃气氛被火苗烫伤。

（

5

）初次使用氧探头，需对氧探头进行预渗碳

8

～

24h

，建议不

要在新炉刚开始预渗碳时就安装氧探头。

因为在新炉预渗碳时，

炉中

可能还存在较多水分等杂质，

气氛不稳定，

会对氧探头的使用造成不

良影响；

一般在新加热炉烘炉结束，

用甲醇预渗碳

24h

以上再安装氧

探头较好。

（

6

）氧探头上的参比气管、烧炭空气管安装位置要正确，不能

接反。确认参比气管、烧炭气管接头、电磁阀、流量计等密封良好，

不漏气。氧探头使用的参比气、烧炭空气应保证纯洁无杂质，尽可能

选用微量空气泵，在微量空气泵出气端加空气过滤装置。

（

7

）正确设定氧探头的参比气、烧炭空气流量、烧炭时间、烧

炭周期、烧炭时碳势保持时间等参数。

（

8

）根据气氛种类选择适当的

CO

比率（如标准的氮甲醇气氛

CO

比率为

20

％，滴注式气氛

CO

比率为

33.3

％）

，不同厂家的氧探头

对应有不同的

CO

双率、碳势、氧探头毫伏值以及相应的对照表。通

过多次定碳，修正炉气实际碳势。在修正炉气实际碳势时，注意不要

简单根据测量结果，直接偏移氧探头毫伏值或改变

CO

比率等修正。

尤其是新渗碳设备，

炉膛气氛渗入耐火材料，

达到饱和状态有个过程，

实际控制碳势会略低于设定值。

一般渗碳设备需连续运行

15

天以上，

耐火材料方达到气氛饱和状态。

建议在气氛达到饱和状态后，

再做碳

势的zui终修正。

（

9

）氧探头有效测量范围，应选择在气氛温度

750

℃以上，在许

多碳控仪中有测量起始温度的选择。

起始温度过低，

对碳势的控制已

经失去实际意义。

（

10

）注意氧探头烧炭时的烧炭时间和碳势的变化情况，一般在

正常运行工艺中可设置固定周期烧炭，时间在

3

～

8h

。也可以选择在

工艺结束后，每次自动烧炭；观察烧炭时的碳势是否下降很快，是否

能下降到

0.01

％左右。如果自动烧炭时，碳势下降很慢，可能是氧

探头上积炭较多，可增加一到两次手动烧炭。

（

11

）定期用定碳片检查校正炉内碳势，正常情况下每周进行一

次。一般氧探头在使用一段时间后，所测量的毫伏值会衰减，可按定

碳片检查结果进行补偿。正常使用三个月左右，在

820

℃以上，检查

阻抗值，通常在

0.1

～

50k

Ω

。

2

．氧探头常见故障及处理

（

1

）

在

可控气氛加热炉中，要首先确认设备本身是否存在影响

碳势控制的因素。要检查、

排除了其他因素后，再来确认氧探头是否

存在故障。

（

2

）氧探头测量的毫伏值偏高。观察碳势记录曲线是否正常，

正常的碳势记录曲线是锯齿状波动曲线，

在碳势达到设定控制要求稳

定受控时，富化气通入量基本稳定。可能是周期烧炭时，空气通入量

不足，

氧探头积炭较多，

影响碳势的测量。

处理方法是手动烧炭一次，

时间控制在

1min

之内，

使碳势降到

0.01

％以下。

若未降到

0.01

％以

下，可再手动烧炭一次。但切忌反复多次烧炭，因为过多的手动烧炭

会缩短氧探头的使用寿命，甚至会直接烧坏氧探头。

（

3

）氧探头测量的毫伏值偏低或不变。

A

先检查可控气氛加热

炉是否漏气，包括各种密封门、接头是否密封良好；

B

通向炉内的管

路、阀门等是否通畅；

C

各种气体的流量是否正常；

D

炉内压力是否

在正常范围、是否稳定；

E

观察废气排放火焰是否稳定、颜色是否正

常等；

F

循环水是否泄漏到炉膛中；

G

气氛中是否有氧化性气氛进入；

H

富化气、载气中水等氧化性杂质含量是否超标，工艺氮气、氨气等

的纯度是否符合要求；

I

氧探头的安装位置是否正确；

J

检查氧探头

的阻抗，在

820

℃以上，检查阻抗值，通常在

0.1

～

50 k

Ω

;K

电极短

路检查，

氧探头被短路

15S

，

测量恢复到原来的毫伏值读数的

99

％所

需的时间，如果超过

60s

，说明氧探头灵敏度有问题。

（

4

）氧探头测量的毫伏值波动较大。

A

富化气、载气流量不稳定

造成炉内气氛不稳定；

B

可控气氛加热炉密封不好，存在泄漏现象；

C

氧探头氧化锆探头损坏。

关闭参比气流量后观察氧探头毫伏值变化，

正常情况下，氧探头毫伏值下降不超过

5mv

。如果在关闭或打开参比

气时，

氧探头毫伏值变化很快，

基本上可以断定氧化锆探头已经损坏。

——摘自

《热处理》

（

2007

，

No

．

5

）

氧探头的

PID

的数值应该是三个数值，

即：

比例

（

P

）

，

积分

（

I

）

，

微分（

D

）

，氧探头的数值（

P=2.5

，

I=:10

，

D=5

）一般是不会变动的，

其调整的原则是：如果碳势长时间在一个方向偏离（偏低或偏高）

，

可以适当减小

I

的参数；

反之，

当长时间在设定值上下大幅度震荡而

久久不能稳定在设定值范围的±

0.05%

的范围时，可加大

I

的值。

P

和

D

的参数一般不动，否则会造成失控。