可控氣氛的守護神！氧探頭使用過程中注意問題

可控氣氛熱處理爐在我國熱處理行業已經廣泛應用，目前在實現滲碳氣氛可控過程中，絕大多數設備采用了氧傳感器（也稱為氧探頭）來監測和控制碳勢，氧探頭的信號輸出情況直接影響到碳勢控制的精度。由于氧探頭自身結構特性和使用工作環境特點，使氧探頭的正確安裝使用成為一個不可忽視的問題。

在熱處理碳勢控制技術中，碳勢的精確監測和控制已成為熱處理的重要技術問題。采用氧傳感器（也稱為氧探頭）來監測和控制碳勢，它能顯示可靠的氧電勢輸出以表明爐氣的運行狀況。

由于氧探頭的正常使用受到很多因素的影響，下面將對氧碳頭的正確使用應注意的幾點進行一些討論。

1.氧探頭質量問題

目前我國自行生產的氧探頭主要有兩種類型，一種是球狀氧化鋯，利用其球面與瓷管或不銹鋼管端面緊密配合達到密封效果。另一種是柱狀氧化鋯與瓷管焊接成一體達到密封效果。兩種類型產品有的由進口零件組裝，有的采用國產氧化鋯產品組成成品氧探頭。

由氧化鋯球組成的氧探頭，因其鋯球與瓷管（或金屬管）端面緊密配合，因此當球面受污染時，可以拆卸進行清理后繼續使用，缺點是鋯球與管端面接觸處易漏氣，從而造成氧毫伏值輸出有時會有偏差。

由柱狀氧化鋯與瓷管焊接一體裝配成的氧探頭，接觸端不易漏氣，從而氧毫伏值輸出較穩定，但該產品只能一次使用，無現場修復的可能，所以該類產品用戶不可自行拆開。

2.氧探頭的安裝注意問題

（1）氧探頭的裝卸

氧探頭最好在爐子冷態時裝卸，如必須在高溫下進行裝卸，應該緩慢拔出或慢慢插入，一般裝拆速度掌握在30～40mm/min之間。否則會產生探頭核心部件爆裂導致損壞。

（2）探頭的插入深度

氧探頭的插入深度應以探頭頭部的通氣孔在爐內的位置計算，一般通氣孔離爐膛50～150mm為好，與插入角度無關。如果插入較淺，通氣孔貼近爐壁或未伸出爐膛時，會使氣氛交換不良，影響測量精度。如深入過長，容易碰到工件，造成探頭損壞。

（3）參比氣和燒炭黑管路的安裝

由于多數熱處理設備供應的參比氣和燒炭黑空氣氣源采用的是微型氣泵，并且使用了流量計進行流量調節，所以要求氣管管路不能過長，尤其是采用軟管作氣路時，要求流量計距離探頭位置不超過2～3m，否則應考慮用硬管連接。

如果參比氣不能順利到達探頭，會造成探頭輸出毫伏值大幅度降低，影響控制精度。若燒炭黑氣不通暢，會使除碳黑過程失效，時間長了會損害探頭的使用壽命，影響測量精度。

3.設備對探頭的影響

（1）新設備的安裝問題

初次使用的新滲碳爐一定要經過烘爐和對爐膛預滲碳后才可插入氧探頭。一般烘爐從室溫到額定溫度一周左右，對空爐預滲碳一般有馬弗需24h以上，無馬弗則需48h以上才能安裝碳頭，否則有可能對碳頭造成損壞。

（2）氧探頭安裝位置 

氧探頭對安裝的角度沒有特殊要求，但氧探頭在爐子中的安裝位置對氧探頭的準確測量有較大影響。一般氧探頭安裝位置應距離介質通入孔有一定距離，在連續爐中定位在2只介質通入孔的中間比較合適。由于爐膛結構影響到爐內氣氛的循環及氣氛流向，所以在安裝氧探頭時還要充分考慮爐膛結構選擇合適的安裝位置。

（3）設備的新舊程度

新設備密封性相對較好，只要爐子預滲碳充分，以后每次平衡氣氛的時間也較短，探頭的反應速度較快。但對于舊設備，一般會出現這樣那樣的問題，尤其是碳黑較多時會影響探頭控制精度。

4.其他應注意問題

氧探頭的電極材料一般采用的是鉑或合金，實驗表明鉑是作為氧探頭電極材料中氧勢反應最快精度最高的材料之一。但鉑電極也有兩個弱點，其一就是積碳后靈敏度會降低，從而影響探頭使用壽命，再就是在爐氣中會被某些重金屬污染，在短時間內造成電極損壞，有害金屬主要是鋅，鋅對鉑有很明顯的腐蝕，很容易造成氧探頭失效。所以引起氧探頭早期失效的主要因素是碳黑和鋅。因此應盡量減少碳黑的形成并控制鋅元素的含量。

5.結語

熱處理爐碳勢控制中，氧探頭的正確使用是一個不可忽視的問題，在氧探頭的使用中要注意氧探頭的安裝問題，并盡量減少碳黑的形成和鋅元素的含量，這是防止氧探頭早期損壞的關鍵。