Устройство для регулирования углеродного потенциала печной атмосферы

(5 ТЕН ЕЛЪС ов мо то го ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(71) Всесоюзный научно-исследовательскийпроектно-конструкторский и технологический институт электротермического оборудования(56) Авторское свидетельство СССРМ 1199809, кл. С 21 О 1/76, 1983.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯУГЛЕРОДНОГО ПОТЕНЦИАЛА ПЕЧНОЙАТМОСФ Е Р Ы(57) Изобретение относится к неорганической химии, в частности к устройствам длятермической 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: Тира 1+Сзад. а 2+азТ,0), где а 1=796,2 К; д 2=306,4 К/мас. ; аз=283,7 К, 1 - 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,Известно устроиство для регулир ания углеродного потенциала печной ат сферы, выбранное в качестве прототипа, содержащее датчик температуры печи, выносной твердоэлектролитный датчик углеродного потенциала, соединенный с вычислителем углеродного потенциала, задатчик углеродного потенциала, регулятор углеродного потенциала, соединенный с регулирующим органом через исполнительный механизм.Недостатком известного устройства является низкий срок службы выносного твердоэлектролитного датчика.Целью изобретения является повышение срока службы выносного твердоэлектролитного датчика,Поставленная цель достигается тем, ч устройство для регулирования углеродно потенциала печной атмосферы, содержащее датчик температуры печи, выноснойтвердоэлектролитный датчик углеродногопотенциала, соединенный с вычислителемуглеродного потенциала, задатчик углеродного потенциала, регулятор углеродного потенциала, соединенный с регулирующиморганом через исполнительный механизм,.снабжено блоком сравнения и сигнализации, регулятором температуры, сумматором, задатчиком легирования, первым 10усилителем, вторым усилителем, источником напряжения, а твердоэлектролитныйдатчик снабжен нагревателем и термопарой, причем датчик температуры соединенс первым входом блока сравнения и сигнализации, второй вход которого соединен свыходом сумматора, первый вход сумматора соединен с задатчиком углеродного потенциала через первый усилитель, второйвход сумматора соединен с задатчиком легирования через второй усилитель, третийвход сумматора соединен с источником напряжения, регулятор температуры соединен первым входом с сумматором, вторымвходом - с термопарой, первым выходом -с нагревателем, а вторым выходом - с вычислителем углеродного потенциала, выходкоторого соединен с первым входом регулятора углеродного потенциала, второй выходкоторого соединен с задатчиком углеродного потенциала. 30На чертеже представлена блок-схемаустройства для регулирования углеродногопотенциала печной атмосферы.Устройство для регулирования углеродного потенциала печной атмосферы содержит датчик 1 температуры печи 2, выноснойтвердоэлектролитный датчик 3 углеродногопотенциала, соединенный с вычислителем 4углеродного потенциала, задатчик 5 углеродного потенциала, регулятор 6 углеродного потенциала, соединенный срегулирующим органом 7, 8 через исполнительный механизм,Устройство для регулирования углеродного потенциала печной атмосферы снабжено 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 50термопару 16, а также чувствительную ячейку 17 и два электрода 18, 19. Кроме того,устройство содержит регулятор температуры датчика 20.Устройство для регулирования углеродного 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 оС 02; 15-20 оСО суглеродным 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 18, 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 10, 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 (Т) сравнивается с сигналом температуры выносного твердоэлектролитного кислородного датчика 3 (Тд). В 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 ТТпр формирует логический сигнал для оператора (например, световой или звуковой), указывающий на уменьшение заданного значения углеродного потенциала в печи. При ТТпр сигнал отсутствует,Сэтой 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 Тр, от сумматора 10, который соответствует границе у-области на диаграмме железо - углерод в легированном аустените.1765204 5 10 30 35 40 45 50 Значение Тпр в данном устройстве определяется в соответствии с формулой Тпр=а 1+Сзада 2+азР,0), (1),/ где а 1=7962 Ка 2=306,4 К/мас, ф 4;аз=283,7 К;1 - коэффициент легирования, б/р;Сззд - заданное значение углеродного потенциала, мас. О/.Вычисление сигнала Тпр осуществляется следующим образом. На первый вход сумматора 10 поступает постоянный сигнал источника напряжения 14, пропорциональный величине а 1. Сигнал задатчика 5 углеродного потенциала Сзад поступает на вход первого усилителя 12, откуда в виде Сззда 2 поступает на второй вход сумматора 10. На третий вход сумматора 10 от задатчика легирования 11 через второй усилитель 13 поступает сигнал, пропорциональный величине аз(1-1,0). 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 сигнала с вычислителя 4 углеродного потенциала, пропорционального углеродному потенциалу печи (Сп.чи), и поступающего на второй вход регулятора углеродного потенциала 6 сигнала, пропорционального заданному значению углеродного потенциала, с зада- тика углеродного потенциала 5. В случае отклонения сигнала углеродного потенциала печи (Спичи) от заданного значения углеродного потенциала Сззд регулятор углеродного потенциала 6 изменяет добавку углеродного газа, например метана, следующим образом: при СпечиСззд добавка уменьшается, а при Спечи Сзад добавка увеличивается, наконец при Спечи=Сзад добавка не изменяется,Исследования проводились на печи СН 3-4.8,2,5/10, температура печи достигала 950 й 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 изобретенияУстройство для регулирования углеродного потенциала печной атмосферы, содержащее датчик температуры печи, выносной твердоэлектролитный 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. БелостоцкаяТехред М.Моргентал Корректор М. Петро дактор оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1 аз 3354 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5