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在氣相滲碳法中，利用富含烴氣的低碳承載氣體來提高和控制氣氛的碳有效率，例如丙烷或甲烷（天然氣體）。載體氣體通常是吸熱型氣體，這類氣體是由烴類和空氣組成的低當(dāng)量混合氣，在催化劑作用以及溫度逐漸升高的環(huán)境中產(chǎn)生。吸熱型氣體的生產(chǎn)一般都是在外部氣體發(fā)生器中進(jìn)行的。或者，將氮－甲醇混合物注入熔爐，也可產(chǎn)生合成吸熱型氣體。根據(jù)使用的烴類類型和混合比率，載體氣體的典型化學(xué)組成是：

CO 15-25%，H2 35-45%，其余的是 N2，

外加少量的 CO2、H20、CH4

CO 和 CH4 是滲碳的，H2、H2O 和 CO2 是

脫碳的。為了控制氣氛的碳有效率
－碳勢，用來濃縮載體氣體的氣態(tài)烴
，根據(jù)反應(yīng)減少 H2O（露點(diǎn)）：

CH4 + H2O CO + 3 H2   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2)

并根據(jù)反應(yīng)減少 CO2：

CH4 + CO2 2 CO + 2 H2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (3)

并允許發(fā)生下列滲碳反應(yīng)：

CH4 CFe + 2 H2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (4)

除了反應(yīng) (4) 之外，另一個 CO 中主要的滲碳反應(yīng)－
 
CO2 – H2 – H2O – CH4 氣氛是：

CO + H2 CFe + H2O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (5)

2 CO CFe +CO2  .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (6)

（在所述的氣體反應(yīng)中，CFe 是來自氣氛的有效碳，用于擴(kuò)散到鋼表面）
 
反應(yīng) (5) 和反應(yīng) (6) 是碳轉(zhuǎn)移到鋼表面的基本方法的總平衡反應(yīng)。假設(shè)滲碳是氣氛中存在 CO 成分的直接后果。但是，氧探頭無法測量 CO 百分比。因此碳勢控制器中必須以工藝要素或 CO 因子的形式（參見下文）采用固定值。而且，熔爐中幾個小時之內(nèi)都不存在平衡狀態(tài)－實(shí)際 CO 百分比將會比預(yù)期值低很多。
 
已經(jīng)證明，反應(yīng) (5) 比反應(yīng) (4) 和反應(yīng) (6) 快 10 到 100 倍，因此是速度決定的。
 
在大部分系統(tǒng)中，氣態(tài)烴的附加物可用于碳勢的控制，例如甲烷。如果所有甲烷都被反應(yīng) (2) 和反應(yīng) (3)“裂解”，則氣氛將保持平衡，并且預(yù)期的碳勢將是順向的。令人遺憾的是，這些反應(yīng)都以非常慢的速度發(fā)生，只能接近催化表面，而無法達(dá)到平衡。
 
在自由甲烷水平較高的氣氛中，
按照反應(yīng) (4) 會發(fā)生一些滲碳，但是未反應(yīng)甲烷水平的提高將導(dǎo)致 CO 濃度稀釋。由于碳計算中沒有計量和包含自由甲烷的作用，因此無法得知?dú)夥盏恼鎸?shí)勢能。

使用氧探頭的碳勢計算

氣體的平衡組成由“水－氣”反應(yīng)決定：

H2 + CO2 CO + H2O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (7)

混合反應(yīng) (5) 和 (7)：

2 CO CFe +CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(6)

通過對上述反應(yīng)使用熱化學(xué)平衡常數(shù)，可以計算氣氛的碳活度：

ac = p CO2 K6  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (8)

        p  CO2

由于 K6 僅隨溫度而變化，可知碳活度可由 CO 和 CO2 計算得到，并且由于 CO 相對固定，因此只能使用 CO2。

我們已經(jīng)知道，氧探頭利用下列反應(yīng)得到的 CO 和 CO2 來測量平衡狀態(tài)中的少量氧。

2 CO + O2 2 CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (9)

混合反應(yīng) (6) 和 (9)，并使用平衡常數(shù)計算碳活度，

ac = p CO K10  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (10)

        p O2  0.5

因此氧探頭可用來確定氣氛的碳活度，碳勢可由碳活度 (ac)、溫度和鋼成份 (q) 的函數(shù)表示。

因此：

Cp = f (T, V, CO, q) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (11)

其中

Cp 是碳勢 (%)                 T 是溫度 (K)    

V 是探頭電壓 (v)             CO 是一氧化碳 (%)

q 是合金鋼因數(shù)

更穩(wěn)定的碳化物，即 Cr、Mo，但強(qiáng)度小于前面的 Ni、Si ，有效碳勢減少。

用來確定氣氛碳勢所必需的復(fù)雜數(shù)學(xué)計算已被嵌入大部分控制器內(nèi)。探頭電壓 (mV) 和溫度直接被輸入到儀器，同時將 CO 和合金因數(shù)結(jié)合成一個常數(shù)，用于給定的稱之為“工藝因數(shù)”（PROCESS FACTOR，RF）或 CO 因數(shù)的負(fù)荷狀態(tài)，這里：

29 (PF) + 400 = 945.7 q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (12)

利用上面的等式可以計算，對于普通碳鋼 (q=1) 來說，由甲烷生成吸熱型氣體 (CO = 20)，則工藝因數(shù)將為 147。但是，實(shí)踐經(jīng)驗已經(jīng)證明，在這個條件下工藝因數(shù)會根據(jù)爐況在 150 到 250 之間變化。由于
已經(jīng)證明 20 個小時之后，鋼表面仍無法在氣體氣氛中與達(dá)到平衡，因此在確定工藝因數(shù)時，一個重要的因素是循環(huán)時間。如果碳勢控制在 0.8%，則鋼表面在 4 個小時之后只能達(dá)到 0.7%。

對于不平衡氣氛或在循環(huán)期間 CO 為常數(shù)時，可以通過輔助輸入，從紅外分析器輸入 CO 值。

對于絕對碳控制準(zhǔn)確度來說，可以根據(jù)由 3 種氣體（CO、CO2、CH4）的 ULTRACARB 1000 紅外系統(tǒng)計算得到的碳勢連續(xù)更新工藝因數(shù)。該系統(tǒng)給出了 3 氣體碳計算的絕對精度，以及氧探頭控制的響應(yīng)速度。