对于高强度紧固件≥8.8级的产品都必须进行调质热处理,调质一般都采用连续式网带炉,而网带炉碳势控制的保护气氛主要由富化剂产生。
选用富化剂原则如下:
1、资源多,储运方便,安全性好,少污染。
2、气氛碳势易于控制,精度高。如以前煤油作富化剂用得很多,因为其便宜,且用量少,但由于其成分复杂(C9-20H20-42),随着煤油成分的变化造成炉气成份的波动,目前应用已大为减少。
又如醋酸乙酯应于滴注式富化剂虽有上速优点,但其裂解性能不如丙酮,所以用丙酮的更多,其原因是前者裂解时首先与炉气中的H2发生复合化学反应生产CO2和CH4的过渡产物,影响炉气控制精度,其反应如下:
C2H5COOC2H5+3H2→CO2+4CH4。
3、经济性好,用量省,裂解化学反应生成活性原子碳多而用量少,即原料气的碳当量要小。
所谓富化剂的碳当量,就是指富化剂在完全裂解条件下,理论上所能产生出1摩尔(mol)当量的活性碳量(12克)所需要的渗碳剂的重量。它可以从化学反应方程式中计算出来,见表1。
表1 常用富化剂热裂化学反应式及有关参数
项 目 序 号 | 渗碳剂名称 | 分子式及其产物炉内裂解最终 | 渗碳剂分子量 | 碳当量 |
1. | 乙醇 | C2H5OH→CO+3H2+[C] | 46 | 46 |
2. | 丙酮 | CH3COCH3→CO+3H2+2[C] | 58 | 29 |
3. | 异丙醇 | C3H7OH→CO+4H2+2[C] | 60 | 30 |
4. | 甲苯 | C7H8→4H2+7[C] | 92 | 13.1 |
5. | 天然气 | CH4→2H2+[C] | 16 | 16 |
6. | 丙烷 | C3H8→4H2+3[C] | 44 | 14.7 |
7. | 丁烷 | C4H10→5H2+4[C] | 58 | 14.5 |
甲醇的碳氧比为1,原则上它不能用于渗碳生产,因为它的碳当量非常大,如在炉温900℃时,要得到0.6%C的碳势,需要500克以上的甲醇,如碳势提高到1.0%C,则甲醇用量将增加到约1800克才能得到1克原子当量的碳量。但甲醇在较低的温度下还具有一定的供碳能力,可以用于二相区(如820℃)的浅层渗碳。随着裂解温度越低,通注入炉内的甲醇量越多,其炉气碳势甚至可以从0.50%C提高到0.90%C以上,当然所析出的碳黑也会越多。
对于每立方的天然气、丙烷气和丁烷气(常温常压下)热裂所能产生的原子碳量可计算出来并列出,如表2。
表2每立方米天然气、丙烷气、丁烷气所能产生的最大原子碳量(克)
原料气名称 | 天然气 | 丙烷气 | 丁烷气 |
可产生的最大碳量(克) | 535.7 | 1607 | 2147 |
采用碳当量小的富化剂不仅用量少,且当输入的碳量相同时,其释放出来的H2量也较少,对碳控精度的影响也较小。
正确使用、选用富化剂对实现节约型、环保型企业,对节能减排有现实意义。