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热处理工艺中两种渗碳介质的比较

时间:2013-08-10 08:35:26  来源:安徽星瑞齿轮传动有限公司  作者:王帮宏 王军

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【摘要】天然气作为新型介质材料正在逐步替代传统甲醇+丙酮作为渗碳介质。因为天然气经净化后使用状况较为稳定,渗碳成本较低,使用过程中安全系数高于甲醇+丙酮作为渗碳介质的安全系数。因此,天然气目前广泛运用在热处理多用渗碳炉和连续渗碳炉工艺中,而甲醇+丙酮将逐步退出热处理工艺,本文就两种介质优劣性做一简述。kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

        关键词:热处理,渗碳介质,比较kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

        1.天然气使用技术要求:kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

        一般情况下天然气指标硫(包括有机硫和无机硫)含量≤10mg/m3,甲烷含量≥95%,水含量:无游离水。这是天然气公司将天然气送至用户前已进行过一次净化处理的结果,但在热处理炉中使用仍不能达到澳门银河手机版要求,因此在使用前再进行一次净化处理,处理过后的天然气可达到如下指标:硫含量≤4mg/m3,甲烷含量≥97%,水含量:无游离水,满足澳门银河手机版使用要求。kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

        2.天然气渗碳介质的原理kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

        天然气的完全裂解需在1000℃以上,而一般的工件热处理渗碳温度均在900℃左右,如果直接将天然气通入炉内进行分解,大量的天然气作为渗碳介质通入炉内,在较低的温度下不能充分裂解,易在炉内产生炭黑。所以,我们采用在炉外进行高温裂解的方式,即使用气体发生炉,空气和天然气以一定比例混合后,在1035℃左右在气体发生炉内进行裂解,生成RX气(H2、CO、N2的混合气),用天然气制备吸热式气氛的公式为:CH4+2.38空气——>CO+2H2+1.88N2,Ni为催化剂,反应温度≥1000℃。kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

        由于,RX气含碳量较低,而天然气分解后含碳量较高。所以大量的RX气作为载体气形成渗碳气氛,少量的天然气作为富化气起到调节碳势的作用,使炉内气氛碳势满足工艺要求。由于作为富化气的天然气是调节碳势用气,正常工作时需供给量较小,所以炉内不易积碳。kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

        3.渗碳工艺及渗碳质量的比较kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

        连续炉渗碳工艺近几年来随着技术发展和产品质量要求的提高,连续炉渗碳澳门银河手机版对淬火区域划分的越来越细,下面是不同时期连续炉工艺方案,最早为3#线,最近为1#线:kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

201203261444052982.jpgkLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

        下面以1#线为例进行工艺分析,该炉工艺参数见表1,产品处理质量通过九点试验均满足要求,见表2。通过与其他渗碳炉对比四项产品参数差距不大,但对产品的变形量,不同的澳门银河手机版存在不同的变形量,1#线优于其他渗碳炉。这是在使用过程中,由于1#连续炉分为5个区,升温区、强渗区、扩散区温度分别为880℃、880℃、860℃,对于各区作为调节碳势的天然气,因进气量较小,分解相对比较充分,降温区不通天然气,保温区温度只有820℃,而天然气在850℃以下分解效果相对较差,导致降温区碳势上升较慢,不能达到工艺要求的碳势,这也反映了在较低温度下天然气分解不充分的现象。如果保温区碳势不能满足工艺要求,工件渗碳淬火后的表面质量就要受到影响。kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

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201203261446175341.jpgkLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

 在此状况下,要满足工艺碳势的要求,可以有三种方式:kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

        ⑴将保温区温度提高至850℃,提高天然气的分解率;kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

        ⑵增加保温区天然气的流量;kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

        ⑶使炉内气氛形成由高碳势区向低碳势区流向。kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

        显然,第一种方式可以解决碳势问题,但是对于精度要求较高的产品,这就要求热处理变形量最小,且稳定性最好,而提高保温区温度后,工件的淬火变形量将会增加。所以,第一种方式不可行;第二种方式也可以解决碳势问题,但是将导致天然气的分解率更低,进而导致炉内大量的积碳,所以这一方式也不可行。第三种方法是在炉内使气氛形成由高碳势区向低碳势区流向。由于强渗区、扩散区碳势高于保温区碳势,扩散区门和降温区门都没有彻底将炉内封死,炉门底部与炉膛底部有约10Cm的缝隙,如果提高强渗区和扩散区RX气的进气量,同时通过调整前后废气排放口的排气量,可以使炉内形成气氛由强渗区流向扩散区再流向降温区、保温区得的流向,由于强渗区、扩散区碳势均高于保温区碳势,所以当高碳是气氛流向保温区时,降温区就只需进很少量的天然气即可满足碳势的工艺要求,且由于天然气的通入量非常少,所以不会造成保温区积碳。所以第三种方式可以有效地解决碳势不能满足工艺要求的问题。kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

        4.天然气渗碳介质与甲醇+丙酮渗碳介质的比较kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

        4.1.经济性能比较kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

        下面就1#连续炉同2#连续炉经济性能进行比较,因为2#连续炉产能大于1#连续炉,为了更加准确的比较天然气作为渗碳介质和甲醇、丙酮作为渗碳介质的经济型,现将单位成本细分到加工每公斤产品的成本,澳门银河手机版产能以理论产能计算,见表4和表5。kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

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显然,使用天然气作为渗碳介质的成本仅为甲醇+丙酮作为渗碳介质使用成本的1/3左右。kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

        1#连续炉单条生产线年可节约成本(每年按照300天计算):kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

        (0.14-0.05)*100*60*300=162000元。kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

        4.2.安全性能的比较kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

        甲醇+丙酮作为渗碳介质,就必须有介质储存罐及介质房,按照安全标准,介质罐最多可储存400L甲醇、丙酮,介质房现场常规会储存两桶甲醇、两桶丙酮和10罐液化气,共计650L介质,见表6。且每天需要用介质泵将介质由介质桶抽到高空中的介质罐里,介质储存量较大,危险系数较高,每天需要补充介质,不方便。炉门点火和废气排放口点火还需要用液化气,这就需要建一个液化气房,存放一定数量的液化气,液化气易燃、易爆且为有毒气体,危险系数较高。kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

        用天然气作为渗碳介质,不需要介质房,气源接口是通过管道接入,接口处有用于安全控制的电磁阀,电磁阀后端接入澳门银河手机版用气,前段埋在地下,如果气体发生泄漏,气体泄漏检测器立即发送信号给电磁阀,可以马上切断气源,所以天然气相当于零库存,安全系数较高。且使用天然气作为渗碳介质,也可用于炉门点火。kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

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  5.结论kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

        综上所述,使用天然气作为渗碳介质,有效地降低了热处理渗碳淬火成本,由于天然气采用管道输送,大大减少输送介质和更换天然气的工作量,也不需要介质房和介质储存罐,更不需要建立液化气房,故安全系数大大提高。使用甲醇+丙酮,不但每天往介质储存罐输送介质,而且遇到明火极易产生爆炸危险。通过以上分析说明,天然气作为渗碳介质无论在经济性上、产品质量保证上还是在安全性上,大大优于传统渗碳介质甲醇+丙酮。kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

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   作者简介:
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        王帮宏,男,1987年安徽电大机械制造专业毕业,机械工程师职称,安徽省综合评标专家。现在安徽星瑞齿轮传动有限公司从事技术和管理工作,曾担任公司质量管理部部长、技术管理部部长、试制试验部部长和市场部部长等职务。kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

        王军,男,助理工程师,2003年7月毕业于长安大学,现就职于安徽星瑞齿轮传动有限公司工艺工程部,从事过热处理、齿轴类机加工艺研究和现场质量管理、生产管理等工作,现负责热处理、制齿加工工艺设计等。kLN中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

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