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氨分解气氛在不锈钢管材光亮退火炉上的应用

文档作者：樊立奎文档来源：锦州市焊管厂		点击数：	更新时间： 2025年03月16日
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●热处理
氨分解气氛在不锈钢管材光亮退火炉上的应用
樊立奎
(121000　锦州市焊管厂)
摘　要　介绍了氨分解气氛的工作原理、氨分解工艺及其分解后的精制工艺, 同时介绍了氨
分解气氛在连续式不锈钢管材光亮退火炉上的安全操作与控制。
关键词　氨分解气氛　不锈钢管　光亮退火炉　应用
US E OF AMMONIA RESOLV ING ATMOS PHERE IN BRIGHT ANNEALING
FURNACE FOR S TA INLESS S TEEL TUBULAR PRODUCTS
Fan L ikui
(J inzhouM unicipalW eld Tube P lant)
Abstract　Th is article describes thework ing p rincip le of ammonia resolving atmosphere, p rocess
of ammonia resolution and the refining p rocess after the resolution. A lso introduced here is how to
operate the continuous brigh t annealing furnace for stainless steel tubular p roductsw ith an ammonia
resolving atmosphere in a safe and controlled w ay.
Key words　Ammonia resolving atmosphere　Stainless steel tubular p roduct　B righ t annealing
furnace　App lication
前言
氨分解气氛是一种成分、性能可适当控
制并能适应热处理工艺要求的气氛, 根据工
艺要求把适当的氨分解气氛引入热处理炉
内, 使产品在该气氛中进行热处理, 对提高
产品质量起着关键的作用。
我厂用于不锈钢薄壁管材退火的气体保
护光亮退火炉由日本引进, 其先进的工艺性
能及炉内的氨分解气氛, 能保证不锈钢管材
退火后外表面光亮无氧化。为了更好地开发
研究气体保护退火, 了解和使用氨分解气氛,
在此对其应用作简要介绍, 同时介绍了根据
多年的生产实践总结出的连续式不锈钢管材
退火炉在氨分解气氛上的安全操作与控制等
　作者　男　1953年12月出生　高级工程师
方面的经验。
1　氨分解气氛的工作原理
目前, 热处理采用的可控气氛有放热式
气氛、吸热式气氛和氨分解气氛。吸热式气氛
和放热式气氛中都含有二氧化碳、水和一氧
化碳等, 对铬镍奥氏体不锈钢管材的退火是
不理想的。气氛中的水、二氧化碳使钢中的铬
氧化, 变成氧化铬; 一氧化碳、甲烷易与铬形
成碳化铬, 可导致晶间贫铬。但是, 如果采用
氨分解气氛, 情形就不同了。氨分解气氛由
H2和N 2组成, 在退火时氨分解气氛可对铬镍
奥氏体不锈钢管材进行保护, 使其达到良好
的光亮、无氧化效果。
氨分解气氛是由液氨通过加热的触媒层
经完全分解而得。无水氨原是干燥的, 分解时
第28 卷第5 期钢　　管Vol128, No15
1999 年10 月STEEL P IPE Oct11999
不加空气, 故分解出的气氛也是干燥的。在
20℃, 101 325Pa 的条件下, 1kg 液态氨可以
气化为1139m3的气态氨, 分解后可得2178m3
的(H2+ N 2) 混合气体。
液氨的分解程度取决于适宜的反应温度
和催化剂。如果分解率低, 氨分解气氛中往
往含有少量的残留氨, 这些残留氨若进入退
火炉内则会引起热解而产生微量的原子氮,
使金属发生轻微的氮化, 导致不锈钢管材发
脆报废。所以应尽量提高氨分解率, 并在氨分
解后采取精制(净化) 措施, 以保证氨分解气
氛的纯度。
我厂的液氨分解炉的反应温度为
900℃, 在最大输出量时也能分解99198% 的
氨, 仅含少量残留氨, 经干燥后露点可达
- 60℃, 此时含H2O 仅为55×10- 6。氨分解
的反应式为2NH3 →3H2+ N 2, 由反应式可
知, 氨分解气氛的组成为75%H2和25%N 2。
由于N 2是中性气体, 因而氨分解气氛的性质
与H2基本相同, 但比使用纯氢经济、方便。
2　退火炉及氨分解、精制装置的主要技术参
数
211　主要技术参数
退火炉氨分解装置及精制(净化) 装置
的技术参数分别列于表1、表2、表3。
表1　退火炉主要技术参数
项　目　　内　容　　
产品规格ömm
退火管材长度
生产方式
保护方式
加热形式
加热温度ö℃
冷却方式
< 5 10. 0
无限制
直线(4线) 连续式
氨分解气氛
硅碳棒
1 050 (最高1 150)
循环水
表2　氨分解装置技术参数
分解量
öm
3õh- 1
反应温度
ö℃
压力öM Pa
一次二次
气体组成(体积)%
H2 N 2
平衡分解
%
露点ö℃
5 900 215 015 75 25 99198 - 20
表3　精制(净化) 装置技术参数
精制能力
öm
3õh- 1
加热温度
ö℃
入口条件
压力
öM Pa
露点
ö℃
未分解氨
(×10- 6)
出口条件
露点
ö℃
未分解氨
(×10- 6)
标准切换时间
öh
流量öm 3õh- 1
炉内管内
5 300 015 - 20 100 - 60 5 12 0135～ 0. 70 0. 12～ 0. 20
212　氨分解工艺
氨分解工艺流程见图1。原料液氨由高压
瓶装供给, 经调整阀压力减至015M Pa, 送入
热交换器兼汽化器被加热汽化, 然后进入反
应室借助高温和触媒的作用进行分解。分解
后自反应室出来再返回汽化器, 利用分解后
气氛的余热加热汽化器中的液氨。反应室用
硅碳棒作加热元件, 加热温度900℃, 经高温
分解并冷却后的气氛进入精制(净化) 装置。
213　精制(净化) 工艺
精制(净化) 工艺流程见图1。经高温分解
后的氨分解气氛中还含有微量的残氨和水蒸
气, 必须经过精制(净化) 处理后才能使用。精
制在装有专用吸附剂的干燥筒内进行。按传
统工艺, 吸附剂使用一段时间后会达到饱和
状态, 必须经过再生处理才能继续使用; 而新
的工艺流程增加了干燥筒的加热功能, 加热
温度300℃, 特设的两个干燥筒可自动切换
30 第28卷第5期
www.bzfxw.com
(12h) , 所以吸附剂一直处在最佳状态, 效果
很好。精制后的残留未分解氨仅为5×10- 6。
精制后的氨分解气氛通过流量计调整送
入退火炉内。
氨分解及精制装置操作方便, 能在不同
的流量下间歇或连续运行, 一经启动即完全
自动调整。自动安全控制装置能防止系统中
过压和降压, 并设有信号自动报警。
图1　氨分解(a)、精制(b) 流程图
1- 反应室　2- 安全阀　3- 压力计　4- 外出口　5- 热交换器　6- 原料氨入口　7- 一次压力计　8- 压力阀
9- 二次压力计　10- 排出口　11- 分解气体出口　12- 干燥筒　13- 流量计　14- 气体出口　15- 入炉
214　退火炉结构
21411　加热部分
退火炉加热采用四段整体连续式, 每段
均设12根硅碳棒作发热体, 加热温度最高可
达1 150℃, 炉体结构如图2所示。炉内水平设
置4根不锈钢管作退火保护管(称炉心管) , 退
火管材从炉心管内通过并加热, 氨分解气氛
同时送入炉心管内。炉内各段加热均匀, 加热
效果好, 退火管材在炉心管内通过时, 对加热
硅碳棒不产生振动和冲击。炉体为全封闭结
构, 不设置炉门, 只有4根炉心管贯通全炉, 热
损失少, 保温好。
21412　冷却部分
为使退火管材迅速冷却, 退火炉设置两
段冷却器, 内用4根不锈钢管作冷却管, 冷却
管内通过退火管材和保护气氛, 冷却器内用
循环水冷却。退火管材通过冷却, 可获得过饱
和不锈钢固溶体, 达到工艺要求的硬度和光
亮度。退火炉冷却器断面图见图2。
21413　精整部分
退火后的管材为便于贮存和下道工序生
产, 在退火炉的后部设置了特殊卷取机构。退
火后管材可盘式卷取, 内设防止管材内孔氧
化的氢气保护输入装置, 在卷取的同时向管
材内孔送入氢气进行保护。
21414　控制系统
退火炉4段加热均设置热电偶, 并与控制
盘相联, 以实现自动控制和温度调整, 此外还
设置了压力、温度自动报警及时钟控制功能。
该系统安全可靠, 易于操作。
3　氨分解气氛的控制与操作
氨气和分解后的H2+ N 2混合气体都是
易燃气体, 在有空气的条件下能燃烧, 并放出
大量的热, 所以在使用过程中必须严格控制。
(1) 为保证退火炉的使用性能, 要对购入
钢　　管 樊立奎: 氨分解气氛在不锈钢管材光亮退火炉上的应用 31
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图2　不锈钢气体保护光亮退火炉结构示意
A - 炉内断面图　B- 冷却器断面图　C- 管材入炉　D- 气体入炉　E- 报警灯　F- 控制盘　G- 管材出炉
H- 配重　I, J , K, L - 1～ 4段加热　M - 调压器　N - 电力: 单相, 13kW , 4回路　N
1- 引导架　2- 托架　3- 炉心管　4- 炉体　5- 热电偶　6- 硅碳棒　7- 一段冷却水入口　8- 一段冷却器
9- 一段冷却水出口　10- 二段冷却水入口　11- 二段冷却器　12- 二段冷却水出口　13- 冷却管
14- 气体流量计　15- 冷却水调整阀
的原料氨进行检验, 使各项技术指标符合炉
用液氨标准(见表4) , 并要求液氨充装压力
波动值在±5% 范围内, 以保证安全。
表4　液氨主要技术参数
纯度% 水分% 油分% 压力öM Pa
> 9919 < 011 < 011 215
(2) 严格执行液氨分解及精制操作规程,
按规定的工艺参数进行调整和监控, 并随时
观察退火后不锈钢管材的质量, 发现问题及
时调整处理, 防止误操作造成管材质量事故。
(3) 控制分解氨中的残留氨含量。分解氨
中残留氨过多的原因: ①分解温度太低; ②
超负荷生产; ③催化剂活性衰退或失效; ④
反应罐(室) 漏气, 氨气渗入分解氨中。
(4) 安全操作。退火炉升温时, 在引入氨
分解气氛前, 应先送入氮气(含氧量< 1% ) ,
以吹除炉心管内空气, 防止产生爆炸, 停炉
时也应送入氮气。当没有氮气时, 采用在炉温
低于400℃时不断输入分解氨的方法, 使在炉
温达到分解氨着火温度前没有空气存在, 也
可有效地避免发生爆炸。停炉时也应在炉温
降到400℃以下时中断输入分解氨。
4　结语
应用氨分解气氛的不锈钢管材专用退火
炉, 可使退火后的不锈钢管表面光亮、无氧
化, 且其韧性、塑性也可得到提高, 具有更
好的耐腐蚀性能。与其他气氛相比, 氨分解气
氛耗量较大, 成本较高, 但随着我国石油化
工工业的发展, 液氨产量将会大幅度增加, 成
本也将大大降低, 因此, 采用氨分解气氛是
有发展前途的。

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