【摘要】天然氣作為新型介質材料正在逐步替代傳統甲醇+丙酮作為滲碳介質。因為天然氣經凈化后使用狀況較為穩定，滲碳成本較低，使用過程中安全系數高于甲醇+丙酮作為滲碳介質的安全系數。因此，天然氣目前廣泛運用在熱處理多用滲碳爐和連續滲碳爐工藝中，而甲醇+丙酮將逐步退出熱處理工藝，本文就兩種介質優劣性做一簡述。
關鍵詞：熱處理，滲碳介質，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果，但在熱處理爐中使用仍不能達到設備要求，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，滿足設備使用要求。
2.天然氣滲碳介質的原理
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進行分解，大量的天然氣作為滲碳介質通入爐內，在較低的溫度下不能充分裂解，易在爐內產生炭黑。所以，我們采用在爐外進行高溫裂解的方式，即使用氣體發生爐，空氣和天然氣以一定比例混合后，在1035℃左右在氣體發生爐內進行裂解，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節碳勢的作用，使爐內氣氛碳勢滿足工藝要求。由于作為富化氣的天然氣是調節碳勢用氣，正常工作時需供給量較小，所以爐內不易積碳。
3.滲碳工藝及滲碳質量的比較
連續爐滲碳工藝近幾年來隨著技術發展和產品質量要求的提高，連續爐滲碳設備對淬火區域劃分的越來越細，下面是不同時期連續爐工藝方案，最早為3#線，最近為1#線：
下面以1#線為例進行工藝分析，該爐工藝參數見表1，產品處理質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品參數差距不大，但對產品的變形量，不同的設備存在不同的變形量，1#線優于其他滲碳爐。這是在使用過程中，由于1#連續爐分為5個區，升溫區、強滲區、擴散區溫度分別為880℃、880℃、860℃，對于各區作為調節碳勢的天然氣，因進氣量較小，分解相對比較充分，降溫區不通天然氣，保溫區溫度只有820℃，而天然氣在850℃以下分解效果相對較差，導致降溫區碳勢上升較慢，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象。如果保溫區碳勢不能滿足工藝要求，工件滲碳淬火后的表面質量就要受到影響。
在此狀況下，要滿足工藝碳勢的要求，可以有三種方式：
⑴將保溫區溫度提高至850℃，提高天然氣的分解率；
⑵增加保溫區天然氣的流量；
⑶使爐內氣氛形成由高碳勢區向低碳勢區流向。
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品，這就要求熱處理變形量最小，且穩定性最好，而提高保溫區溫度后，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，但是將導致天然氣的分解率更低，進而導致爐內大量的積碳，所以這一方式也不可行。第三種方法是在爐內使氣氛形成由高碳勢區向低碳勢區流向。由于強滲區、擴散區碳勢高于保溫區碳勢，擴散區門和降溫區門都沒有徹底將爐內封死，爐門底部與爐膛底部有約10Cm的縫隙，如果提高強滲區和擴散區RX氣的進氣量，同時通過調整前后廢氣排放口的排氣量，可以使爐內形成氣氛由強滲區流向擴散區再流向降溫區、保溫區得的流向，由于強滲區、擴散區碳勢均高于保溫區碳勢，所以當高碳是氣氛流向保溫區時，降溫區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.天然氣滲碳介質與甲醇+丙酮滲碳介質的比較
4.1.經濟性能比較
下面就1#連續爐同2#連續爐經濟性能進行比較，因為2#連續爐產能大于1#連續爐，為了更加準確的比較天然氣作為滲碳介質和甲醇、丙酮作為滲碳介質的經濟型，現將單位成本細分到加工每公斤產品的成本，設備產能以理論產能計算，見表4和表5。
顯然，使用天然氣作為滲碳介質的成本僅為甲醇+丙酮作為滲碳介質使用成本的1/3左右。
1#連續爐單條生產線年可節約成本（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，就必須有介質儲存罐及介質房，按照安全標準，介質罐最多可儲存400L甲醇、丙酮，介質房現場常規會儲存兩桶甲醇、兩桶丙酮和10罐液化氣，共計650L介質，見表6。且每天需要用介質泵將介質由介質桶抽到高空中的介質罐里，介質儲存量較大，危險系數較高，每天需要補充介質，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，存放一定數量的液化氣，液化氣易燃、易爆且為有毒氣體，危險系數較高。
用天然氣作為滲碳介質，不需要介質房，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，電磁閥后端接入設備用氣，前段埋在地下，如果氣體發生泄漏，氣體泄漏檢測器立即發送信號給電磁閥，可以馬上切斷氣源，所以天然氣相當于零庫存，安全系數較高。且使用天然氣作為滲碳介質，也可用于爐門點火。
5.結論
綜上所述，使用天然氣作為滲碳介質，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，大大減少輸送介質和更換天然氣的工作量，也不需要介質房和介質儲存罐，更不需要建立液化氣房，故安全系數大大提高。使用甲醇+丙酮，不但每天往介質儲存罐輸送介質，而且遇到明火極易產生爆炸危險。通過以上分析說明，天然氣作為滲碳介質無論在經濟性上、產品質量保證上還是在安全性上，大大優于傳統滲碳介質甲醇+丙酮。
作者簡介：
王幫宏，男，1987年安徽電大機械制造專業畢業，機械工程師職稱，安徽省綜合評標專家。現在安徽星瑞齒輪傳動有限公司從事技術和管理工作，曾擔任公司質量管理部部長、技術管理部部長、試制試驗部部長和市場部部長等職務。
王軍，男，助理工程師，2003年7月畢業于長安大學，現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場質量管理、生產管理等工作，現負責熱處理、制齒加工工藝設計等。