液氮和现场制氮比较

液氮在材料热处理中的应用（液氮的用途）一、液体状态的氮液氮即液体状态的氮。

液氮可以通过专门的设备制取，也可以在制取液氧的过程中作为副产品而得到。

液氮具有很低的温度，其沸点为-195.8℃，可以用作深冷剂。

液氮还可以从液态变为气态，成为氮气，可以作为保护气体通人热处理炉内。

在空气中，氮气所占的比例最大。

液氮也不像液氧那样易燃、易爆，所以，液氮具有资源丰富、安全性较好等优点，存材料热处理方面有着以下主要用途。

二、液氮在真空热处理中的应用真空热处理是国内外正在采用的比较先进的热处理方法，在真空热处理中，往往离不开使用氮气。

例如，当钢铁件在真空炉中加热时，若真空程度过高，则为防止工件材料中的合金元素挥发，需对炉中回充适量的氮气，以提离炉内微量气体的压力。

又如，在真空加热油淬的真空淬火过程中，有时为了保证或提高淬火油的冷却能力，需在工件冷却之前，向真空炉中回充足够的氮气。

在高压气淬时，需要快速向真空炉中充入高于一个大气压的氮气。

在钢件真空回火时，在抽真空后需回充氮气以实现炉内保护气体循环均匀加热，以及实现回火后的快速冷却。

真空热处理所需的氮气，有各种不同的来源。

由于液氮的密度远比氮气大，体积远比氮气小，便于运输和贮藏，而且在大量供应时价格也较便宜。

所以，液氮是真空热处理所用氮气的重要来源之一。

在国外和我国上海等地，有不少厂家就使用较大的专用储存罐，存放由液氮供应厂商专车运送来的液氮，并将由液氮逐渐汽化而成的氮气用于真空热处理。

他们认为，使用液氮比使用瓶装氮气或采用制氮机制氮经济合算。

当然，是用液氮合算，还是用瓶装氮气或制氮机供氮合算，这与当地的气源条件、以及热处理生产厂用氮气量的大小等具体情况有关。

液氮的价格不仅与其纯度的高低有关，与一次购入量的多少也有关。

例如在2003年春季和夏季，湘潭有一家制氧厂生产销售的液氮，一次购1000L以上时，售价为每升1元；若零售，则每升4元。

三、液氮在材料深冷处理中的应用精密量具和一些精密器件，要求其组织稳定，在使用和储存中不变形。

工业制取氮气的方法一、引言氮气是一种广泛应用于工业领域的气体，常用于气体保护、制冷、气体填充等方面。

本文将介绍工业制取氮气的常见方法。

二、常见的工业制取氮气的方法1. 空分法空分法是工业制取氮气最常用的方法之一。

该方法基于空气中氧气和氮气的分子质量不同，通过分离和纯化空气中的氮气来制取。

具体步骤如下：（1）压缩空气：将自然界中的空气经过压缩机进行压缩，使其达到一定的压力。

（2）冷却空气：将压缩空气通过冷却器进行冷却，使其温度降低。

（3）分离空气：将冷却后的空气通过分离器进行分离，利用分子筛或膜分离技术将其中的氧气和杂质分离出来，得到纯净的氮气。

2. 液氮蒸发法液氮蒸发法利用液态氮气的低沸点，将液态氮气放置在容器中，通过自然蒸发将氮气释放出来。

具体步骤如下：（1）制备液态氮气：将空气通过压缩机和冷凝器进行冷却压缩，使其变为液态氮气。

（2）蒸发氮气：将液态氮气装入容器中，放置在适当的环境条件下，使其自然蒸发释放氮气。

3. 膜分离法膜分离法是一种利用气体在膜上的渗透性差异来分离气体的方法。

该方法通过选择性渗透膜，使氮气可以通过而其他气体无法通过，从而实现氮气的制取。

具体步骤如下：（1）选择合适的膜：根据氮气和其他气体的渗透性差异，选择适合的膜材料和膜结构。

（2）膜分离：将压缩空气通过膜分离设备，利用膜的渗透性差异，将其中的氮气分离出来。

4. 活性炭吸附法活性炭吸附法是一种利用活性炭对氮气和其他气体的吸附性差异来分离气体的方法。

具体步骤如下：（1）选择合适的活性炭：根据氮气和其他气体的吸附性差异，选择适合的活性炭材料。

（2）吸附氮气：将压缩空气通过活性炭吸附装置，利用活性炭对氮气的高选择性吸附，将其中的氮气吸附下来。

（3）脱附氮气：通过改变温度或压力等条件，使活性炭释放吸附的氮气。

三、总结工业制取氮气的常见方法包括空分法、液氮蒸发法、膜分离法和活性炭吸附法。

这些方法各有优劣，选择合适的制取方法可以提高氮气的纯度和制取效率。

现场制氮原理概述：现场制氮是一种将空气中的氮气分离出来，以满足特定需求的技术。

通过现场制氮，可以实现高纯度的氮气供应，广泛应用于工业生产、实验室试验等领域。

本文将介绍现场制氮的原理及其应用。

一、原理现场制氮的原理主要基于空气分离技术，利用空气中氧气和氮气的物理特性差异进行分离。

其主要步骤包括压缩、冷却、分离和净化。

1. 压缩将周围的空气通过压缩机进行压缩，使其达到所需的工作压力。

在这一过程中，空气中的氧气和氮气被一同压缩，形成高压空气。

2. 冷却高压空气进入冷却器，通过冷却器的冷却作用，使空气中的水分子和其他杂质凝结成液态，从而净化空气。

3. 分离冷却后的空气进入分离器，在分离器中，利用氮气和氧气的沸点差异进行分离。

由于氮气的沸点较低，因此在适当的温度下，氮气会先转化为液态，而氧气则保持气态。

通过这种方式，可以将氮气从空气中分离出来。

4. 净化分离出的氮气还需要经过净化处理，以去除残余的杂质和水分。

通过过滤、吸附等技术，可以获得高纯度的氮气。

二、应用现场制氮广泛应用于各个领域，以满足不同行业的需求。

1. 工业生产在许多工业生产过程中，需要使用氮气。

例如，在化工、电子、石油等行业，氮气常被用作惰性气体，用于防止氧化、防爆等作用。

通过现场制氮，可以方便地获得高纯度的氮气，满足生产过程中的需求。

2. 实验室试验在科学研究和实验室试验中，有时需要使用纯净的氮气。

现场制氮设备可以提供高纯度的氮气，用于实验室试验中的气氛调节、样品保护等目的。

3. 食品行业在食品行业中，氮气常被用于包装，以延长食品的保质期。

通过现场制氮，可以获得高纯度的氮气，用于食品包装过程中的气氛调节，有效地防止食品氧化、变质。

4. 医疗行业在医疗行业中，氮气被广泛应用于麻醉、呼吸机等设备中。

通过现场制氮，可以获得纯净的氮气，用于医疗设备的正常运行。

总结：现场制氮是一种通过空气分离技术，将氮气从空气中分离出来的技术。

其原理主要基于空气中氧气和氮气的物理特性差异，通过压缩、冷却、分离和净化等步骤，可以获得高纯度的氮气。

制氮机使用成本计算规则1、瓶氮的运行成本：一般市场上纯度为99.999%的氮气的价格是50元/瓶,一瓶氮气在12Mpa压力下标准体积是40升，实际上每瓶只有5M3左右，也就是每立方米普通氮气价格是10元左右。

用气方式只适用于用气量非常小的用户。

使用钢瓶氮的费用：30Nm3/h×10元=300元/小时，年使用费用：300×8000小时/年=240万元/年、液氮的运行成本,市场上纯度为99.999%液氮的价格是1500元/吨，一吨的液氮可汽化得到600立方左右的气态氮，每立方米氮气价格是2. 5元左右。

（不含先期投入的液氮储糟、汽化器、每年的保养、人工的费用）,使用液氮的费用：30Nm3/h×2.5元=75元/小时,年使用费用：75×8000小时/年=60万元/年,3、现场制氮机的运行成本（按贵公司制氮项目30Nm3/h计算）。

系统的运行成本主要由以下几个方面组成：1、电能的消耗；2、人工；3、设备维护费用；4、设备的折旧。

电能的消耗主要来自以下几个方面：空压机：空压机的额定功率为15kw,因为在系统选型时就考虑到空压机的卸载和适当的压缩空气余量，所以空压机的实际消耗功率约为额定功率的60%左右，即为：9kw左右。

冷冻干燥机：冷冻干燥机的额定功率为0.58kw.制氮机：制氮机的原料是压缩空气，而制氮机本身基本不耗电，其主要是仪表用电，额定功率大约为0.6kw。

氮气纯化功率：功率6Kw；综合以上。

整个制氮机系统的使用功率为：17kw；假设电费按：0.7元/kwh,那么每小时耗电17×0.7=12元，折合成每立方成品氮气耗电：12÷30=0.4元，使用费用：30Nm3/h×0.4元=12元/小时（电费），年使用费用：12×8000小时/年=9.6万元/年（电费），人工费：因设备无须专人职守，只须作定期和不定期的巡视，所以该套制气设备在计算运行成本时，人工费可按照20元每天计算。

氮气在各行业中的应用1）冶金、金属加工行业用于退火保护气、烧结保护气、氮化处理、洗炉及吹扫用气等。

广泛应用于金属热处理、粉末冶金、磁性材料、铜加工、金属丝网、镀锌线、半导体、粉末还原等领域。

这些行业有的需要纯度大于99.5%的氮气，有的则要求纯度大于99.9995%、露点低于-65℃的高品质氮气。

金属生产和加工制造业钢、铁、铜、铝制品退火、炭化，高温炉窑保护，金属部件的低温装配和等离子切割等。

金属热处理在光亮退火、光亮淬火等热处理工艺过程中，为工业炉提供保护气与安全气，以防止产品的氧化。

光亮淬火、光亮退火、渗氮、氮碳共渗、软碳化等热处理的氮气源,焊接及粉末冶金烧结过程中的保护气等氮气在金属热处理应用中，用于合金钢、高碳钢退火保护气氛、金属粉末烧结保护气氛、氮化处理、洗炉及吹扫用气等，杜尔气体为此提供的高品质氮气，纯度大于99.9995% ，露点低于-65 ℃。

以氮气味基本成份的氮基气氛热处理，是为了节能、安全、不污染环境和充分利用自然资源的一种新科技、新工艺。

业已表明，几乎所有的热处理工艺，包括淬火、退火，渗碳、碳氮共渗、软氮化及复碳等工艺都可以采用氮基气气氛来完成，所处理的金属零件在质量上可与传统的吸热式气氛处理相媲美。

铝加工业铝制品、铝型材加工，铝薄轧制等气体保护。

粉末冶金粉末烧结，磁性材料烧结中的氮气保护。

合成纤维充氮压料，拉丝防氧化。

充氮无铅锡焊为回流焊和波峰焊配套。

冶金工业：连铸、连轧、钢材退火的保护气；转炉顶底复合吹氮炼钢，转炉炼钢的密封，高炉炉顶的密封，高炉炼铁煤粉喷吹用气等。

金属深加工氮气在钢铁中的应用主要是用作保护气，如轧钢、镀锌、镀铬、连续铸造等都要用氮气作保护气，而且氮气纯度要求99.99% 以上，杜尔气体为此提供的用气解决方案，氮气纯度可达99.9995% 。

中高压电缆生成需要用氮气惰性气体交联采用加入过氧化合物交联剂的聚乙烯绝缘材料，通过三层共挤完成导体屏蔽层――绝缘层―― 绝缘屏蔽层的挤出后，连续均匀地通过充满高温、高压氮气的密封交联管完成交联过程。

1 序言磁性材料中高性能MnZn铁氧体（高μi和功率铁氧体）的烧结和NdFeB等稀土永磁合金生产中的细粉碎工序都需要高纯氮气进行保护，以防止磁体（粉）在工艺过程中的氧化。

众所周知，MnZn铁氧体是由Fe、Mn、Zn的氧化物在高温烧结时产生固相反应生成的。

Mn、Fe极易变价，在不同的温度和气氛（氧分压）条件下，Mn、Fe的价态是不同的，要使MnZn铁氧体达到所要求的磁性能，必须保证其中各金属离子处于特定的价态和适宜的晶体结构，除有合适的配方外，关键是应在平衡气氛条件下进行烧结，而保护气体则是实施平衡气氛烧结的基本物质条件之一。

氮窑清洗仓的氮中氧含量希望在50×10－6以下，故要求氮气的纯度在99．995％以上，且对杂质气（O2、H2）的量有较严格的限制：一条年产1000吨左右的MnZn铁氧体生产线，一般氮耗量在100～120Nm3／h。

NdFeB等稀土永磁合金中的稀土金属即使是在常温条件下，也很易氧化而导致稀土永磁合金性能降低，过量氧化将使合金性能大为恶化。

因为1份氧能使6份（重量）的稀土元素氧化而失去作用。

以NdFeB为例，要制得N45的磁体必须保证其生产工艺环境中的氧含量≤0．01％，最终产品中的氧含量为0．09±0．02％（质量分数）〔1〕。

若用氮气作为工艺环境气体其氮气纯度必须在99．99％以上。

目前国内外大规模工业化生产稀土永磁合金的制（细）粉工序都采用一种名为“氮气流磨”的设备，它是利用高速氮气流带动物料相互碰撞而达到研磨效果的，制得的粉料粒径要求在3～5μm，有很大的表面积，极易氧化，故氮气必须是高纯级，对O2、H2等杂质气量也有严格要求。

年生产100吨左右的NdFeB生产线通常要消耗60Nm3／h左右的高纯氮气。

2 磁性材料生产用氮气的技术要求从使用着眼，氮气有四个基本参数需要注意，即纯度、流量、露点和压力，参数值因用途不同而异，供需双方为取得共识，有必要先简单介绍一下四个技术参数的概念。

1、瓶氮的运行成本：一般市场上纯度为99%的氮气的价格是15元/瓶,一瓶氮气在12Mpa压力下标准体积是40升，实际上每瓶只有5M3左右，这样计算出来，也就是每立方米普通氮气价格是3元左右。

该种用气方式只适用于用气量非常小的用户。

使用液氮的费用：20Nm3/h×3元=60元/小时，年使用费用：60×8000小时/年=48万元/年2、液氮的运行成本：市场上纯度为99%液氮的价格是1350元/吨，一吨的液氮可汽化得到840立方左右的气态氮，每立方米氮气价格是1.588元左右。

（不含先期投入的液氮储糟、汽化器、每年的保养、人工的费用）使用液氮的费用：20Nm3/h×1.6元=32元/小时，年使用费用：32×8000小时/年=25.6万元/年3、现场制氮的运行成本（按贵公司制氮项目20Nm3/h计算）系统的运行成本主要由以下几个方面组成：1、电能的消耗2、人工3、设备维护费用4、设备的折旧电能的消耗主要来自以下几个方面：空压机：空压机的额定功率为7kw,因为在系统选型时就考虑到空压机的卸载和适当的压缩空气余量，所以空压机的实际消耗功率约为额定功率的80%左右，即为：5.6kw左右。

冷冻干燥机：冷冻干燥机的额定功率为0.58kw.制氮机：制氮机的原料是压缩空气，而制氮机本身基本不耗电，其主要是仪表用电，额定功率大约为0.6kw.综合以上，整个制氮系统的使用功率为：8kw假设电费按：0.7元/kwh,那么每小时耗电8×0.7=5.6元折合成每立方成品氮气耗电：5.6÷20=0.28元使用费用：20Nm3/h×0.28元=5。

6元/小时（电费）年使用费用：5.6×8000小时/年=4.48万元/年（电费）人工费：因设备无须专人职守，只须作定期和不定期的巡视.设备维护及保养费用：2、空气过滤器滤芯：每4000小时更换一次单价：445元/只，3、油气过滤器滤芯：每8000小时更换一次单价：480元/只，4、油过滤器滤芯：每2000小时更换一次单价：346元/只，5、润滑油：每2000小时更换一次单价：350元/次，6、压缩空气过滤器C、T、A三级过滤每4000小时更换一次：600/3只，制氮机：氧分析仪探头：每两年更换一次单价：580元/只，活塞无油空压机：整台设备无须更换零部件只须经常检查各部件的稳定性即可。

SMT行业中两种氮气源的比较在SMT行业中，随着无铅化的推进，越来越多的回流焊和波峰焊使用氮气作为焊接保护气，以防止焊锡氧化、减少焊渣、提高焊接的牢固程度和美观度。

目前一般采用两种方式提供氮气：一种是PSA制氮机现场制氮，另一种是购买液氮供氮。

笔者现将这两种供氮方式作一比较，希望对SMT生产商在选择氮气方式上有所帮助。

一、本质、原理与效果从本质上来说，不管采用液氮还是PSA制氮机供氮，都是利用氮气是惰性气体，一般情况下不与其他物质发生反应这一特性。

由于氮气的存在，将波峰焊或回流焊炉内的氧气浓度控制在100ppm以下，大大降低了液态的焊锡氧化的机会。

从这个角度看，采用液氮或PSA制氮机供氮，使用效果是一样的。

不同的是，PSA制氮又叫常温空分制氮，它所提供的氮气是常温的气态氮，直接进入炉内形成保护气氛。

而液氮本身的物理状态是液态，温度是零下193度以下，它需经过蒸发器汽化后进入炉内，进入炉内时的温度也非常低，而炉内的温度是要使焊锡能够熔化，液氮汽化后要达到炉内相同的温度，需要消耗一定的能量。

二、安全性PSA制氮机的主体与液氮罐都是压力容器，其安全性都是应该引起高度重视的。

PSA 制氮机的工作压力一般都是0.8MPa左右，吸附塔、储气罐的压力一般不会超过1.0MPa，设备的安全按照国家I类容器的标准管理。

而液氮罐里的液氮在汽化时会产生很高的压力，所以液氮罐在安全管理上有更高的要求，液氮罐与生产车间要留出足够的安全距离，要定期接受监督管理部门的检查与监督。

三、经济性能两种供气方式的经济性能往往是SMT生产商考虑采用哪种方式时考虑的重点内容。

液氮的供应由于运输的远近、方便程度、用量等不同价格差异很大，一般在1000~1600元/m3,每m3液氮汽化为气态氮后的体积是680m3（不考虑损耗），那么换算成气态氮的价格约是1.5~2.5元/m3。

PSA制氮机原材料就是空气，由于是物理的方式制氮，不用消耗其他物质，运行是的消耗主要是电，使用成本基本只有电费。

氮气纯度的基本要求 The manuscript was revised on the evening of 2021氮气纯度的基本要求目前市场上的瓶装氮气纯度一般为99%,一瓶氮气在12Mpa压力下标准体积是40升，实际上每瓶也只有5M3左右，而对于一些对纯度要求比较高的客户来说，则选用纯度较高的液氮，一般液氮的纯度是%.但在实际的应用当中，由于各个行业的不同，所使用的氮气的纯度也会有所不同，而变压吸附制氮机恰恰可以根据客户的不同需求，选配制取不同纯度的氮气。

一、化工、新材料行业（一般要氮气纯度≧98%）化工、新材料行业的氮气主要用于化工原料气、管道吹扫、气氛置换、保护气氛、产品输送等。

主要应用于化工、氨纶、橡胶、塑料、轮胎、聚氨脂、生物科技、中间体等行业。

要求纯度不低于98%。

二、电子行业（≧%或%或通过纯化装置制取≧%的高纯氮）电子行业所使用的氮气一般用于电子产品的封装、烧结、退火、还原、储存等。

主要应用于波峰焊、回流焊、水晶、压电、电子陶瓷、电子铜带、电池、电子合金材料等行业。

所以又根据用途不同对纯度的要求也有所变化，通常要求不能低于%，或者更高，也有采用%纯度的，更有甚者会采用氮气纯化设备得到纯度大于%、露点低于-65℃的高品质氮气。

三、食品、医药行业（（≧98或%）通过除菌、除尘、除水等处理，得到高品质的氮气，满足该行业的特殊要求。

主要应用于食品包装、食品保鲜、医药包装、医药置换气、医药输送气氛。

通过制取纯度大于98%或纯度为%的氮气。

四、冶金、金属加工行业（≧%）用于退火保护气氛、烧结保护气氛、氮化处理、洗炉及吹扫用气等。

广泛应用于金属热处理、粉末冶金、磁性材料、铜加工、金属丝网、镀锌线、半导体、粉末还原等领域。

通过制取到纯度大于%的氮气，通过和氮气纯化设备的联合使用纯度大于%、露点低于-65℃的高品质氮气。

五、其他使用领域在煤炭、石油、油品运输等众多领域也得到广泛使用。

随着科技的进步和社会的发展，氮气的使用领域也越来越广泛，现场制气（制氮机）以其投资省、使用成本低、使用方便等优点已经逐渐取代液氮蒸发、瓶装氮气等传统供氮方式。