Устройство для регулирования углеродного потенциала печной атмосферы

 

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к устройствам для термической обработки изделий в контролируемой атмосфере, а более конкретно к устройствам для химико-термической обработки изделий (например, цементации или нитроцементации), применяемым, например , в машиностроении. Сущность изобретения: твердоэлектролитный датчик углеродного потенциала предварительно нагревают до температуры, которая определяется следующим соотношением: Т,|р-а1+Сзал«а2+аз(М,0), где ,2 К; ,4 К/мае. %; ,7 К; f - коэффициент легирования, б/р; измеряют его температуру и ЭДС, по величине которых определяют величину углеродного потенциала печи, и в случае отклонения этой величины от заданной изменяют состав атмосферы. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s С 21 D 1/76

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4863072/02 (22) 31.08,90 (46) 30.09.92. Бюл, N. 36 (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт электротермического оборудования (72) Ф.С.Полойко и А.Г.Быкова (56) Авторское свидетельство СССР

М 1199809, кл. С 21 D 1/76, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

УГЛЕРОДНОГО ПОТЕНЦИАЛА ПЕЧНОЙ

АТМОСФ Е Р Ы (57) Изобретение относится к неорганической химии, в частности к устройствам для термической обработки изделий в контролиИзобретение относится к неорганической химии, в частности к устройствам.для термической обработки изделий в контролируемой атмосфере, а более конкретно к устройствам для химико-термической обработки изделий (например, цементации или нитроцементации), применяемых, например, в машиностроении.

Известно устройство для регулирования углеродного потенциала, содержащее твердоэлектролитный датчик, регулятор состава газа, исполнительный механизм с регулирующим органом. Устройство также снабжено термопарой и блоком деления, к входам которого подключены электроды термопары и датчика, а выход подключен к входу регулятора состава газа, при этом термопара установлена в трубке датчика и один из ее электродов использован в качестве электрода датчика. руемой атмосфере, а более конкретно к устройствам для химико-термической обработки изделий (например, цементации или нитроцементации), применяемым, например, в машиностроении. Сущность изобретения: твердоэлектролитный датчик углеродного потенциала предварительно нагревают до температуры, которая определяется следующим соотношением:

Тпр-— - а1+Сзвд.а +аз(1-1,0), где а1=796,2 К; а2=306,4 К/MBc.%; аз=283,7 K; f — коэффициент легирования, б/р; измеряют его температуру и ЭДС, по величине которых определяют величину углеродного потенциала печи, и в случае отклонения этой величины от заданной изменяют состав атмосферы. 1 ил, И звестно устройство для регулирования углеродного потенциала печной атмосферы, выбранное в качестве прототипа, содержащее датчик температуры печи, выносной твердоэлектролитный датчик углеродного потенциала, соединенный с вычислителем углеродного потенциала, задатчик углеродного потенциала, регулятор Ь3 углеродного потенциала, соединенный с pe- ( гулирующим органом через исполнитель- @ ный механизм.

Недостатком известного устройства является низкий срок службы выносного твердоэлектролитного датчика.

Целью изобретения является повышение срока службы выносного твердоэлектролитного датчика, Поставленная цель достигается тем, что устройство для регулирования углеродного потенциала печной атмосферы, содержа1765204 щее датчик температуры печи, выносной твердоэлектролитный датчик углеродного потенциала, соединенный с вычислителем углеродного потенциала, задатчик углеродного потенциала, регулятор углеродного по- 5 тенциала, соединенный с регулирующим органом через исполнительный механизм,. снабжено блоком сравнения и сигнализации, регулятором температуры, сумматором, задатчиком легирования, первым 10 усилителем, вторым усилителем, источником напряжения, а твердоэлектролитный датчик снабжен нагревателем и термопарой, причем датчик температуры соединен с первым входом блока сравнения и сигна- 15 лизации, второй вход которого соединен с выходом сумматора, первый вход сумматора соединен с задатчиком углеродного потенциала через первый усилитель, второй вход сумматора соединен с задатчиком ле- 20 гирования через второй усилитель, третий вход сумматора соединен с источником напряжения, регулятор температуры соединен первым входом с сумматором, вторым входом — с термопарой, первым выходом— с нагревателем, а вторым выходом — с вы- 25 числителем углеродного потенциала, выход которого соединен с первым входом регулятора углеродного потенциала, второй выход которого соединен с задатчиком углеродного потенциала. 30

Ка чертеже представлена блок-схема устройства для регулирования углеродного потенциала печной атмосферы.

Устройство для регулирования углеродного потенциала печной атмосферы содер- 35 жит датчик 1 температуры печи 2, выносной твердоэлектролитный датчик 3 углеродного потенциала, соединенный с вычислителем 4 углеродного потенциала, задатчик 5 углеродного потенциала, регулятор 6 углерод- 40 ного потенциала, соединенный с регулирующим органом 7, 8 через исполнительный механизм.

Устройство для регулирования углеродного потенциала печной атмосферы снаб- 45 жено блоком 9 сравнения и сигнализации, сумматором 10, задатчиком легирования 11, первым 12 и вторым 13 усилителем, источником напряжения 14. Твердоэлектролитный датчик 3 содержит нагреватель 15 и 50 термопару 16, а также чувствительную ячейку 17 и два электрода 18, 19. Кроме того, устройство содержит регулятор температуры датчика 20.

Устройство для регулирования углерод- 55 ного потенциала печной атмосферы работает следующим образом, Процесс химико-термической обработки стальных деталей (например, цементация, нитроцементация, закалка и спекание) проводят в печи 2 при 800-1250 С, при этом используют атмосферы на базе эндогаза с углеводородной добавкой, состав которой

0-1,0 С02; 15-20 СО с углеродн ым потенциалом от 0,5 до предела растворимости углерода в легированном аустените.

Углеродный потенциал в печи 2 измеряется с помощью выносного твердоэлектролитного кислородного датчика 3, принцип действия которого основан на изменении температуры и ЭДС, возникающей между двумя электродами l8, 19 вследствие диффузии ионов кислорода, Регулятор температуры 20 предназначен для поддержания температуры выносного твердоэлектролитного кислородного датчика 3 на уровне, определяемом сигналом Тпр. Этот сигнал поступает на входе регулятора температуры 20 от сумматора t0. Сигнал термопары 16, пропорциональный температуре выносного твердоэлектролитного кислородного датчика 3 (Тд), поступает на вход регулятора температуры

20 и преобразуется им в информативный, Сигнал с сумматора 10 (T>p) сравнивается с сигналом температуры выносного твердоэлектролитного кислородного датчика 3 (Тд).

B случае неравенства этих двух сигналов с первого управляющего выхода регулятора температуры 20 производится коррекция мощности нагревателя 15 по одному из известных способов, в частности позиционным или ПИ-регулированием.

Информативный сигнал, пропорциональный температуре выносного твердоэлектролитного кислородного датчика 3, поступает на второй вход вычислителя 4 углеродного потенциала, на первый вход которого поступает ЭДС с выносного твердоэлектролитного кислородного датчика 3, Сигнал вычислителя 4 углеродного потенциала пропорционален значению углеродного потенциала печи 2.

Сигнал с датчика 1 температуры печи 2 при Т<Т р формирует логический сигнал для оператора (например, световой или звуковой), указывающий на уменьшение заданного значения углеродного потенциала в печи.

При Т>Тпр сигнал отсутствует, С этой целью на первый вход блока 9 сравнения и сигнализации поступает сигнал, пропорциональный температуре печи от датчика 1 температуры печи, а на второй вход блока 9 сравнения и сигнализации поступает сигнал пропорциональный Т р, от сумматора 10, который соответствует границе у-области на диаграмме железо — углерод в легированном аустените.

1765204

10

50

Значение Тпр в данном устройстве определяется в соответствии с формулой

Тпр=а1+Саад i аг+аз(1-1,0), (1), (f) где а1=796,2 К; аг=306,4 К/мас,,4; аз=283,7 К;

f — коэффициент легирования, б/р;

Сз д — заданное значение углеродного потенциала, мас. Я,.

Вычисление сигнала Тпр осуществляется следующим образом. На первый вход сумматора 10 поступает постоянный сигнал источника напряжения 14, пропорциональный величине àI. Сигнал задатчика 5 углеродного потенциала Сз д поступает на вход первого усилителя 12, откуда в виде С..д*а поступает на второй вход сумматора 10. На третий вход сумматора 10 от задатчика легирования 11 через второй усилитель 13 поступает сигнал, пропорциональный величине a3 (f-1,0). Сумматор 10 производит сложение трех сигналов в соответствии с формулой (1).

Регулятор углеродного потенциала 6 осуществляет сравнение двух сигналов: поступающего на первый вход регулятора углеродного потенциала 6 c,игнала с вычислителя 4 углеродного потенциала, пропорционального углеродному потенциалу печи (Спч ), и поступающего на второй вход регулятора углеродного потенциала 6 сигнала, пропорционального заданному значению углеродного потенциала, с задатика углеродного потенциала 5. В случае отклонения сигнала углеродного потенциала печи (Среди) от заданного значения углеродного потенциала Саад регулятор углеродного потенциала 6 изменяет добавку углеродного газа, например метана, следующим образом: при Спечи>Сзад добавка уменьшается, а при Спечи< Сзад добавка увеличивается, наконец при Спечи=Саад до бавка не изменяется, Исследования проводились на печи . CH3-4.8.2,5/10, температура печи достигала 950 «10 С. В результате исследования было выявлено, что благодаря снижению вероятности образования карбидной сетки в изделиях повышается долговечность обрабатываемых изделий, Углеродный потенциал достигает предела растворимости углерода в легированном аустените процесс ! / массообмена интенсифицируется, за счет чего увеличивается производительность печи. Также увеличивается срок службы выносного твердоэлектролитного кислородного датчика.

Формула изобретения

Устройство для регулирования углеродного потенциала печной атмосферы, содержащее датчик температуры печи, выносной

-ве рдоэлектролитн ый датчик углеродного потенциала, соединенный с вычислителем углеродного потенциала, задатчик углеродного потенциала, регулятор углеродного потенциала, соединенный с регулирующим органом через исполнительный механизм, о т л и ч а ю щ е е с я .тем, что, с целью повышения срока службь; выносного твердоэлектролитного датчика углеродного потенциала, оно снабжено блоком сравнения и сигнализации, регулятором температуры, сумматором, задатчиком легирования, первым усилителем, вторым усилителем, источником напряжения, а твердоэлектролитный датчик снабжен нагревателем и термопэрой, причем датчик температуры соединен с первым входом блока сравнения и сигнализации, второй вход которого соединен с выходом сумматора,-первый вход сумматора соединен с задатчиком углеродного потенциала через первый усилитель, второй вход сумматора соединен с задатчиком легирования через второй усилитель, третий вход сумматора соединен с источником напряжения, регулятор температуры соединен первым входом с сумматором, вторым входом - с термопарой, первым выходом— с нагревателем, а вторым-выходом — с вычислителем углеродного потенциала, выход которого соединен с первым входом регулятора углеродного потенциала, второй вход которого соединен с задатчиком углеродного потенциала.

1765204

Составитель И. Белостоцкая

Техред М.Моргентал Корректор М. Петрова

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3354 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5