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螺母滲碳爐用碳化硅磚表面疏松粉化的原因

添加時間:2022年3月14日  瀏覽次數:

滲碳是指使碳原子滲入到工件表面層的過程,氣體滲碳是將工件裝入密閉的滲碳爐內,通入氣體滲劑(甲烷、乙烷等)或液體滲劑酒精、丙酮等,在高溫下分解出活性碳原子,滲入工件表面,以獲得高碳表面層的一種滲碳操作工藝。螺母滲碳技術是一種常見的熱處理工藝,特別是在重壓、沖擊、腐蝕等情況下具有良好的力學性能,通過表面滲碳技術可有效提高螺母耐腐蝕性、抗氧化性和接觸疲勞強度。

螺母滲碳爐該生產線長期工作溫度為930℃,采用甲醇氣氛為載氣,丙酮為富化氣的滲碳工藝。在氮甲醇氣氛中滲碳,零件表面清潔,表面碳濃度能夠較為理想的滲入表層組織中,有利于起到強化表面的作用。由于滲碳爐還原性氣氛下,采用傳統的高溫耐火纖維模塊為爐襯的結構極易導致纖維高溫粉化,從而影響爐內保溫性能。單純采用保溫磚砌爐襯可解決纖維高溫粉化問題,但因保溫磚固有的蓄熱量大、熱導率高等缺點會使得加熱爐加熱功率過大,升溫時間較慢。為解決以上問題,后選用抗滲型碳化硅磚,在還原性氣氛環境中連續使用2年生產正常,但近期使用的碳化硅磚在使用過程中出現表面質感疏松泛白情況,為此做進一步分析。

碳化硅磚

1:碳化硅磚被損毀的第一方面

滲碳爐為圓柱形截面爐膛,在爐膛兩側采用高溫輻射管對爐內工件加熱,其最高工作溫度為930℃,在此滲碳氣氛中,爐內主要發生以下反應:

CH3OHCO+2H2

CH3COCH3+H2CH3CHCOOH|OH

其中CH2均具有強還原性,易導致碳化硅磚體內鐵的氧化物被還原,產生Fe、Fe3C、C(碳黑)等新生物質而使體積膨脹,從而引起砌體破壞,這也是使用碳化硅磚表面泛白的第一個原因。

碳化硅磚

2:碳化硅磚損毀的第二方面

碳化硅磚的生產是選用Sic含量在90以上的碳化硅原料,外加結合劑通過高溫燒結制成,具有較高的強度和導熱系數,缺點是易氧化不易用在氧化氣氛下,雖然SiC的氧化產物,SiO2保護膜,可以阻止氧化的進一步發生但是約在800℃—1140SiO2膜會因相變而產生體積變化,從而使其結構變得疏松,氧化保護作用驟減:另外,在一定條件下,SiO2保護膜還無法形成。這都將導致碳化硅材料的使用性能降低,影響它的使用壽命。以現場損毀的碳化硅磚表面泛白的疏松結構分析,可以確定為是在還原氣氛下的二次氧化,雖然滲碳爐的工作原理是還原氣氛,但是由上述觀點1可以總結出滲碳爐氣氛中的COH2均來自被分解的燃料中,從而與碳化硅磚的SiC發生二次反應后形成SiO2呈氣體形式脫離碳化硅磚。以下為反應式:

SiC + 2COSiO2 + 3C

如在足夠高的溫度下或較低的氧分壓下,SiC轉化為揮發性的SiO2被環境腐蝕,這將導致碳化硅材料被快速氧化,即產生活性氧化。

總結:①為防止爐襯內 Fe、FeC、C(碳黑)等新生物質的產生,在爐襯材料選擇中必須采用Fe0,含量很低、S含量也極少的抗滲碳耐火材料。②在滲碳爐內的工作氣氛下盡可能不用易氧化的碳化硅磚改用低導熱保溫性能好的產品,比如輕質剛玉磚或者氧化鋁空心球磚。

關鍵詞:碳化硅磚   滲碳爐   
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