【摘要】天然氣作為新型介質(zhì)材料正在逐步替代傳統(tǒng)甲醇+丙酮作為滲碳介質(zhì)。因為天然氣經(jīng)凈化后使用狀況較為穩(wěn)定，滲碳成本較低，使用過程中安全系數(shù)高于甲醇+丙酮作為滲碳介質(zhì)的安全系數(shù)。因此，天然氣目前廣泛運用在熱處理多用滲碳爐和連續(xù)滲碳爐工藝中，而甲醇+丙酮將逐步退出熱處理工藝，本文就兩種介質(zhì)優(yōu)劣性做一簡述。
關(guān)鍵詞：熱處理，滲碳介質(zhì)，比較
[Abstract]:Naturalgasasakindofnewmediamaterialsisgraduallyreplacetraditionalmethanol+acetoneascarburizingmedium.Becausethenaturalgaspurificationtheusesituationmorestable,carburizingwithlowcostandprocessintheuseofsafetycoefficienthigherthanmethanol+acetoneascarburizingmediumsafetycoefficient.Therefore,naturalgasisnowwidelyusedinheattreatmentfurnacemulti-purposecarburizingandcontinuouscarburizingfurnaceprocess,andmethanol+acetonewillgraduallyexitheattreatmentprocess,thispapertheadvantagesanddisadvantagesoftwokindsofmediumabrieflyreviewed.
Keyword:heattreatment，carburizingmedium，comparison
1.天然氣使用技術(shù)要求：
一般情況下天然氣指標硫（包括有機硫和無機硫）含量≤10mg/m3,甲烷含量≥95%，水含量：無游離水。這是天然氣公司將天然氣送至用戶前已進行過一次凈化處理的結(jié)果，但在熱處理爐中使用仍不能達到設(shè)備要求，因此在使用前再進行一次凈化處理，處理過后的天然氣可達到如下指標：硫含量≤4mg/m3，甲烷含量≥97%，水含量：無游離水，滿足設(shè)備使用要求。
2.天然氣滲碳介質(zhì)的原理
天然氣的完全裂解需在1000℃以上，而一般的工件熱處理滲碳溫度均在900℃左右，如果直接將天然氣通入爐內(nèi)進行分解，大量的天然氣作為滲碳介質(zhì)通入爐內(nèi)，在較低的溫度下不能充分裂解，易在爐內(nèi)產(chǎn)生炭黑。所以，我們采用在爐外進行高溫裂解的方式，即使用氣體發(fā)生爐，空氣和天然氣以一定比例混合后，在1035℃左右在氣體發(fā)生爐內(nèi)進行裂解，生成RX氣（H2、CO、N2的混合氣），用天然氣制備吸熱式氣氛的公式為：CH4+2.38空氣——>CO+2H2+1.88N2，Ni為催化劑，反應(yīng)溫度≥1000℃。
由于，RX氣含碳量較低，而天然氣分解后含碳量較高。所以大量的RX氣作為載體氣形成滲碳氣氛，少量的天然氣作為富化氣起到調(diào)節(jié)碳勢的作用，使爐內(nèi)氣氛碳勢滿足工藝要求。由于作為富化氣的天然氣是調(diào)節(jié)碳勢用氣，正常工作時需供給量較小，所以爐內(nèi)不易積碳。
3.滲碳工藝及滲碳質(zhì)量的比較
連續(xù)爐滲碳工藝近幾年來隨著技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，連續(xù)爐滲碳設(shè)備對淬火區(qū)域劃分的越來越細，下面是不同時期連續(xù)爐工藝方案，最早為3#線，最近為1#線：
下面以1#線為例進行工藝分析，該爐工藝參數(shù)見表1，產(chǎn)品處理質(zhì)量通過九點試驗均滿足要求，見表2。通過與其他滲碳爐對比四項產(chǎn)品參數(shù)差距不大，但對產(chǎn)品的變形量，不同的設(shè)備存在不同的變形量，1#線優(yōu)于其他滲碳爐。這是在使用過程中，由于1#連續(xù)爐分為5個區(qū)，升溫區(qū)、強滲區(qū)、擴散區(qū)溫度分別為880℃、880℃、860℃，對于各區(qū)作為調(diào)節(jié)碳勢的天然氣，因進氣量較小，分解相對比較充分，降溫區(qū)不通天然氣，保溫區(qū)溫度只有820℃，而天然氣在850℃以下分解效果相對較差，導(dǎo)致降溫區(qū)碳勢上升較慢，不能達到工藝要求的碳勢，這也反映了在較低溫度下天然氣分解不充分的現(xiàn)象。如果保溫區(qū)碳勢不能滿足工藝要求，工件滲碳淬火后的表面質(zhì)量就要受到影響。
在此狀況下，要滿足工藝碳勢的要求，可以有三種方式：
⑴將保溫區(qū)溫度提高至850℃，提高天然氣的分解率；
⑵增加保溫區(qū)天然氣的流量；
⑶使爐內(nèi)氣氛形成由高碳勢區(qū)向低碳勢區(qū)流向。
顯然，第一種方式可以解決碳勢問題，但是對于精度要求較高的產(chǎn)品，這就要求熱處理變形量最小，且穩(wěn)定性最好，而提高保溫區(qū)溫度后，工件的淬火變形量將會增加。所以，第一種方式不可行；第二種方式也可以解決碳勢問題，但是將導(dǎo)致天然氣的分解率更低，進而導(dǎo)致爐內(nèi)大量的積碳，所以這一方式也不可行。第三種方法是在爐內(nèi)使氣氛形成由高碳勢區(qū)向低碳勢區(qū)流向。由于強滲區(qū)、擴散區(qū)碳勢高于保溫區(qū)碳勢，擴散區(qū)門和降溫區(qū)門都沒有徹底將爐內(nèi)封死，爐門底部與爐膛底部有約10Cm的縫隙，如果提高強滲區(qū)和擴散區(qū)RX氣的進氣量，同時通過調(diào)整前后廢氣排放口的排氣量，可以使爐內(nèi)形成氣氛由強滲區(qū)流向擴散區(qū)再流向降溫區(qū)、保溫區(qū)得的流向，由于強滲區(qū)、擴散區(qū)碳勢均高于保溫區(qū)碳勢，所以當高碳是氣氛流向保溫區(qū)時，降溫區(qū)就只需進很少量的天然氣即可滿足碳勢的工藝要求，且由于天然氣的通入量非常少，所以不會造成保溫區(qū)積碳。所以第三種方式可以有效地解決碳勢不能滿足工藝要求的問題。
4.天然氣滲碳介質(zhì)與甲醇+丙酮滲碳介質(zhì)的比較
4.1.經(jīng)濟性能比較
下面就1#連續(xù)爐同2#連續(xù)爐經(jīng)濟性能進行比較，因為2#連續(xù)爐產(chǎn)能大于1#連續(xù)爐，為了更加準確的比較天然氣作為滲碳介質(zhì)和甲醇、丙酮作為滲碳介質(zhì)的經(jīng)濟型，現(xiàn)將單位成本細分到加工每公斤產(chǎn)品的成本，設(shè)備產(chǎn)能以理論產(chǎn)能計算，見表4和表5。
顯然，使用天然氣作為滲碳介質(zhì)的成本僅為甲醇+丙酮作為滲碳介質(zhì)使用成本的1/3左右。
1#連續(xù)爐單條生產(chǎn)線年可節(jié)約成本（每年按照300天計算）：
（0.14-0.05）*100*60*300=162000元。
4.2.安全性能的比較
甲醇+丙酮作為滲碳介質(zhì)，就必須有介質(zhì)儲存罐及介質(zhì)房，按照安全標準，介質(zhì)罐最多可儲存400L甲醇、丙酮，介質(zhì)房現(xiàn)場常規(guī)會儲存兩桶甲醇、兩桶丙酮和10罐液化氣，共計650L介質(zhì)，見表6。且每天需要用介質(zhì)泵將介質(zhì)由介質(zhì)桶抽到高空中的介質(zhì)罐里，介質(zhì)儲存量較大，危險系數(shù)較高，每天需要補充介質(zhì)，不方便。爐門點火和廢氣排放口點火還需要用液化氣，這就需要建一個液化氣房，存放一定數(shù)量的液化氣，液化氣易燃、易爆且為有毒氣體，危險系數(shù)較高。
用天然氣作為滲碳介質(zhì)，不需要介質(zhì)房，氣源接口是通過管道接入，接口處有用于安全控制的電磁閥，電磁閥后端接入設(shè)備用氣，前段埋在地下，如果氣體發(fā)生泄漏，氣體泄漏檢測器立即發(fā)送信號給電磁閥，可以馬上切斷氣源，所以天然氣相當于零庫存，安全系數(shù)較高。且使用天然氣作為滲碳介質(zhì)，也可用于爐門點火。
5.結(jié)論
綜上所述，使用天然氣作為滲碳介質(zhì)，有效地降低了熱處理滲碳淬火成本，由于天然氣采用管道輸送，大大減少輸送介質(zhì)和更換天然氣的工作量，也不需要介質(zhì)房和介質(zhì)儲存罐，更不需要建立液化氣房，故安全系數(shù)大大提高。使用甲醇+丙酮，不但每天往介質(zhì)儲存罐輸送介質(zhì)，而且遇到明火極易產(chǎn)生爆炸危險。通過以上分析說明，天然氣作為滲碳介質(zhì)無論在經(jīng)濟性上、產(chǎn)品質(zhì)量保證上還是在安全性上，大大優(yōu)于傳統(tǒng)滲碳介質(zhì)甲醇+丙酮。
作者簡介：
王幫宏，男，1987年安徽電大機械制造專業(yè)畢業(yè)，機械工程師職稱，安徽省綜合評標專家。現(xiàn)在安徽星瑞齒輪傳動有限公司從事技術(shù)和管理工作，曾擔任公司質(zhì)量管理部部長、技術(shù)管理部部長、試制試驗部部長和市場部部長等職務(wù)。
王軍，男，助理工程師，2003年7月畢業(yè)于長安大學(xué)，現(xiàn)就職于安徽星瑞齒輪傳動有限公司工藝工程部，從事過熱處理、齒軸類機加工藝研究和現(xiàn)場質(zhì)量管理、生產(chǎn)管理等工作，現(xiàn)負責(zé)熱處理、制齒加工工藝設(shè)計等。