Устройство для автоматического регулирования углеродного потенциала атмосферы

(54 РЕГ ТМ (57 тер я кх ий и может вани егулир в печи ел т надежакже ачестчет ирования лючается циональные ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Всесоюзный научно-исследователский, проектно-конструкторский и тенологический институт злектротермического оборудования) Изобретение относи мической обработке и быть использовано для р углеродного потенциала и з о бр ет ения - по вьш)е ние работы нагревателей, а ваобрабатываемых издел повьпцения точности регу Существо изобретения за том, что сигналы пропо СТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЯ УГЛЕРОДНОГО ПОТЕНЦИАЛ1306971 значению углеродного потенциала ватмосфере печи, получаемые на выходеблока 2 деления, соединенного с датчиком 1 для условий работы датчика 1с подогревом и без него, сравниваются между собой в блоке 5 сравнения.Сигнал разности с блока 5 сравнивается в блоке 6 сравнения с сигналомс задатчика 16 уставки перепада углеродного потенциала, При положительном значении сигнала с выхода блока 6сравнения последний не проходит черезвентиль 7 на вход бпока 8 сравнения. Изобретение относится к химико- термической обработке изделий и может быть использовано для измерения и регулирования углеродного потенциала по содержанию кислорода печных атмосфер и других газовых сред.Преимущественно данное изобретение предназначено для контроля и регулирования углеродного потенциала цементационных атмосфер,Целью изобретения является повьшение надежности работы нагревателей, а также качества обрабатываемых изделий за счет повышения точности регулирования,На чертеже изображено предлагаемоеустройство, общий вид,Устройство для автоматического регулирования углеродного потенциалаатмосферы включает последовательносоединенные датчик 1 с термопарой,расположенные внутри печи, блок 2 деления, коммутатор 3, первый блок 4.памяти, первый блок 5 сравнения, второй блок 6 сравнения, вентиль 7, третий блок 8 сравнения, регулятор 9состава газа, исполнительный меха -низм 10, перепускной кран 11, а также блок 12 управления, соединенныйпервым выходом с подогревающим элементом 13, расположенным на расстоянии 1-10 см от чувствительного элемента датчика, а вторым - с вторымвходом коммутатора 3, второй блок 14памяти, вход которого подключен к выходу коммутатора 3, а выход к второму входу первого и первому входу В этом случае регулирование потенциала производится по каналу: датчик 1блок 2 деления - коммутатор 3 - блок14 памяти - блок 8 сравнения - регулятор 9 - исполнительный механизм 10 -перепускной кран 11, установленныйна трубопровоце 20 подачи углеводорода в печь. В случае отрицательногосигнала на выходе блока 6 сигнал сего выхода через вентиль 7 поступает на вход блока 8 срав -нения, уменьшая сигнал на еговыходе.ил,третьего блоков 5 и 8 сравнения, задатчик 15, подключенный инверсно квторому входу третьего блока 8 сравнения и задатчик 16 уставки перепадауглеродного потенциала, подключенныйинверсно ко второму входу второгоблока 6 сравнения, причем выход первого блока 4 памяти с входом первогоблока 5 сравнения и выход вентиля 10 с выходом третьего блока 8 сравнениясоединены инверсно.Кроме того на чертеже изображены часть футеровки 17 печи, нагревательные элементы 18 печи, обрабатываемое изделие 19 и часть трубы 20,по которой углеводород через перепускной кран 11 поступает в печь.Датчик 1 с термопарой расположенв любом месте печного пространстваи может быть выполнен, например, ввиде трубки с герметично присоединенной к одному из торцов пробиркой издвуокиси циркония, внутри которойвставлена термопара.25Датчик 1 подогревается нагревательным элементом 13 на 5 в 1 С вышеоокружающего датчик пространства, Нагревательный элемент 13 может бытьвыполнен, например, в виде спиралеобразного проволочного нагревателяиз сплава сопротивления.Блок 2 деления представляет собой,например, устройство, состоящее издвух логарифматоров, сумматора и ан 35 тилогарифматора.Устройство блока 12 управленияопределяется его функциями, Он можетпредставлять собой либо реле времени, либо генератор тактовых импульсов с регулируемой скважностью и цлительностью.Устройство для автоматического 5 регулирования углеродного потенциала атмосферы работает следующим образом,Сигнал Пц пропорциональный произведению функций содержания кислорода в печной атмосфере и ее температуры, в определенный отрезок времени (например 10-200 с) с датчика 1 поступает на один из входов блока 2 деления. На другой вход блока 2 деления в этот же момент времени поступает сигнал с термопары, встроенной в датчик Пт, . При этом температура на датчике равна температуре определяющего изделия пространства. Блок 2 деления, произведя операции деления П,/Пт подает сигнал Ср пропорциональный функции концентрации кислорода в печной атмосфере, которая при Рсо=сопзг. однозначно определяет углеродный потенциал, через коммутатор 3 на вход второго блока памяти 14. Затем блок 12 управления осуществляет вк .зчение подогревающего элемента 13 нагревающего чувствительный элемеНт датчика до температуры, превышающей температуру изделия на 5- 100 С, и одновременно переключаетокоммутатор 3 таким образом, что сигнал с датчика 1, соответствующий новому состоянию атмосферы около датчика, пройдя коммутатор 3, попадает в первое запоминающее устройство 4. С второго блока 14 памяти сигнал С(, поступает на входы первого и третье го блоков 5 и 8 сравнения, а с первого блока 4 - инверсно на вход первого блока 5 сравнения, где оба сигнала сравниваются и результирующий сигналС поступает на вход второго блока б сравнения, где он сравнивается с сигналом 6 С, соответствующим разности углеродных потенциалов (в 0-0,27 С) и поступающим инверсно на второй вход данного блока с задатО чика уставки перепада углеродного потенциала. С второго блока 6 сравнения результирующий сигнал ь С если он отрицательный, через вентиль 7 поступает инверсно на третий вход третьего блока сравнения, на второй вход которого постоянно инверсно подается сигнал С, с задатчика 15, соответствующий максимальному углеродному потенциалу, заданному технологическим режимом (обычно 0,8-1,37 С),.Все сигналы (С С" ЬС ) сравниваются и результирующий сигнал 6 С поРступает на вход регулятора 9 состава газа, который в зависимости отзнака сигнала подает команду на исполнительный механизм 1 О о закрытииили открытии перепускного крана 11и соответственно уменьшении или увеличении подачи углеводорода в печь.В случае, когда углеродный потенциал атмосферы с ростом температурыуменьшается, т.е. когла у нагревателей он будет меньше, чем у садки, навеличину, превышающуюС, сигналЬС будет положительный и вентиль 7его не пропустит. Регулирование будет осуществляться путем сравнениядвух сигналов С, и С - сигнала, соответствующего углеродному потенциалу у изделия, и сигнала с задатчикауглеродного потенциала,Углеродный потенциал при различных добавках углеводородов может какуменьшаться с увеличением температуры, так и увеличиваться, Отсюда углеродный потенциал атмосферы в печи вточках с различной температурой различен, чем выше разница в температурах, тем больше это различие, При высоких углеродных потенциалах (1,37.и выше) при температуре цементациинагреватели работают значительно меньше времени, чем при низких, и чемвыше потенциал, тем меньше работаетнагреватель,Поэтому для повышения ресурса работы нагревателей и других внутрипечных узлов с повышенной температурой необходимо создать атмосферу, углеродный потенциал которой бы с ростом температуры уменьшался или, по крайней мере, не увеличивался, и таким образом добиться на нагревателях приемлемого углеродного потенциала, при котором узлы с повышенной температурой работали бы значительно дольше, чем в обычно используемых атмо-, сферах, Этого можно добиться, используя устройство, которое позволяет эксплуатировать печь на подобных режимах.Потенциал нестабильности (линия, где углеродный потенциал с увеличением температуры меняет свои характеристики от ниспадающих на восходящие) используемых в практике атмосфер имеЗаказ 1199/2 Тираж 550 Подписное В 11 ИИПИ 1 осударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 11303 С, москва, Ж, Раушская наб , и, ч/С1 пои звопс тн; нно "нс нн рлфнчес кое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, ц ет значения, близкие к углеродному потенциалу первой стадии процесса цементации ( 1, 15- 1, 357) .Устройство было опробовано на специальном стенде. Температура в печном пространстве составляла 920- 930 С, В этих условиях нагреватели проработали 5,5 тыс, ч,Преимуществом устройства по сравнению с прототипом является повыше О ние качества регулирования, и, как следствие, более длительная работа нагревателей (в условиях регулирования данным устройством нагреватели проработали 5,5 тыс. ч, в то время 15 как при использовании прототипа - 3,5 тыс. ч), а также повышение качества обрабатываемых изделий за счет более равномерного поля углеродного потенциала. 20 Формула изобретения Устройство для автоматического регулирования углеродного потенциала атмосферы преимущественно в печи с подогревателями, содержащее датчик, соединенный с блоком деления, регулятор состава газа, задатчик углеродного потенциала, причем регулятор З 0 через исполнительный механизм соединен с перепускным клапаном, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения надежности работы нагревателей, а также качества обрабатываемых изделий за счет повышения точности регулирования, оно снабжено тремяблоками сравнения, двумя блоками памяти, коммутатором, вентилем, задатчиком уставки перепада углеродногопотенциала, подогревающим элементомдатчика, блоком управления, первыйвыход которого соединен с подогревающим элементом, а второй - с первымвходом коммутатора, второй вход которого соединен с выходом блока деления, первый выход коммутатора черезпервый блок памяти соединен с первымвходом первого блока сравнения, авторой выход коммутатора через второй блок памяти соединен с вторымвходом первого блока сравнения и первым входом третьего блока сравнения,второй вход которого соединен с задатчиком углеродного потенциала, выход первого блока сравнения соединенс первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединенс задатчиком уставки перепада углеродного потенциала, выход второгоблока сравнения через вентиль .соединен с третьим входом третьего блокасравнения, выход которого соединен свходом регулятора.