Способ регулирования углеродного потенциала атмосферы

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 19) (И) А ОПИС НИЕ ИЗО БРЕТЕНИЯ М АВТОРСКОМ ЕТЕЛЬСТ(54) 57) С 11 ОСОБ РЕГУЛИРОВАЙИЯ УГЛЕРОДНОГО ПОТЕНЦИАЛА АТМОСФЕРЫ при химико-термической обработке, включаю-ций подачу газовой печной смеси к(56) 1 1.е рогепй 1 е 1 йе сагЬопе иг.ГОСУДАРСТЩННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ датчику определения фазового равновесия контролируемого компонента, нагрев и охлаждение датчика и формирование регулируюцего сигнала на.изменение состава атмосферы в печи внаправлении установления фазовогоравновесия контролируемого компонента, отличающийся тем,что, с целью упроцения и повыценнянадежности способа, датчик выдержива"ют при заданной технологией термообработки постоянной температуре фазового равновесия. контролируемого компонента.Это обусловлено инерционностью термоэлектрического холодильника (элемента системы автоматического регулирования) и сложной зависимостью динамических характеристик процесса конденсации и парообраэования контролируемого компонента от температуры точки росы. Например, при изменении точки росы от -30 до +30 С диапазон точки росы, соотвтствую" щий заданному технологией термообра. 60 Изобретение относится к химико= термической обработке металлов и может быть использовано в машиностроении в печах и генераторах с контроли, руемой атмосферой для регулирования углеродного потенциала, определяемого косвенным методом.Известен способ регулирования углеродного потенциала по точке росы, измеряемой хлористолитиевым датчиком. Сигнал на изменение состава атмосфе ры (регулирование углеродного потенциала Формируют по температуре фазового равновесия в присутствии паров влаги между твердой и жидкой фазой электролита, находящегося в тка ни, Фаэовое равновесие поддерживают по измеренной электропроводности электролита датчика 1Однако в процессе эксплуатации осаждающаяся на датчике сажа, которая также электропроводна, меняет злектропроводность датчика, искажая его показания, что приводит к нарушению однозначной зависимости между углеродным потенциалом и измеренной датчиком температурои точки росы.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату являетсяспособ регулирования углеродного потенциала атмосферы, заключающиися в том, что определяют фаэовое состояние контролируемого компонента, изменяют температуру пробы газа до момента образования равновесного состояния Фаз контролируемого компонента и с помощью системы автоматического регулирования поддерживают температуру пробы, равной температуре равновесного состояния фаз поддерживают равновесие между конденсирующейся 40 и испаряющейся влагой на неактивной, несорбирующей поверхностИ - эер: кале, сравнивают ее с температурои, заданной технологией термообработки, и в зависимости от величины отклонения температур формируют регулирующий сигнал на изменение состава атмосферы 2 .Однако непрерывно поддер аватьтемпературу пробы, равнои температуре равновЕсного состояния фаз контролируемого компонента 1 температуре точки росы), с необходимой точ"ностью достаточно сложно. ботки) скорость процесса конденсации .увеличивается в 100 раз.Необходимость оперативного изменения температуры контролируемойсреды вынуждает для снижения инерционности измерительного прибора стремиться к уменьшению объема среды,что,в свою очередь, создает ряд трудностей конструктивного и метрологического характера,Кроме того, непрерывное поддержание с достаточной точностью, температуры, пробы, равнои. температуреточки росы, требует введения в автоматическук систему регулирования дополнительной коррекции, что усложняет реализацию известного способа иснижает его надежность.Целью изобретения является упрощение и повышение надежности способа.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу регулированияуглеродного потенциала атмосферы прихимико-термической обработке, включающему подачу газовой печной смесик датчику определения фазового равновесия контролируемого компонента,нагрев и охлаждение датчика и формирование регулирующего сигнала на изменение состава атмосферы в печи внаправлении установления фазовогоравновесия контролируемого компонента, датчик выдерживают при заданнойтехнологией термообработки постоянной температуре фазового равновесияконтролируемого компонента.На фиг.1 схематично изображеноустройство реализующее предложенныйспособ, при использовании воцы в качестве контролируемого компонента;на фиг.2 - то же, при использованиив качестве контролируемого компонента углерода, на фиг.З - зависимостьмежду температурой выделения углеро,да, температурои в рабочей камерепечи и углеродным потенциалом,Устройство содержит пробоотборник1, термоэлектрический холодильник 2,на охлаждаемом спае которого расйоложен датчик 3 температуры и зеркало 4,лампочку 5, задатчик б, регулятор 7температуры и Фотореэистор 8. Датчик3 температуры и задатчик б подключенысоответственно на первый и второйвходы регулятора 7 температура, выход которого подключен к холодильнику,2. Датчик 3 температуры, регулятор7 температуры и холодильник 2 образуют замкнутую систему автоматического регулирования температуры зерна"ла 4. Фотореэистор 8 установлен напути отраженного от зеркала 4 светового потока лампочки 5 и подключен квходу регулятора 9, выход которогоНа линиях подачи карбюризатора й гаэоносителя.установлены соответственно краны 11 и 12 н ротаметры 13 и 14.Регулятор 9 и фоторезистор 8 могут быть совмещены и выполнены, например, в-.виде фотореле.Способ осуществляется следующим образом.Через краны 11 и 12 по ротаметрам 13 и 14 устанавливают расходы карбюризатора и газоносителя в печь.Из печи по пробоотборнику 1 отводят пробу газа к холодильнику 2. Проходя над поверхностью холодильника 2, проба охлаждается. Температуру 15 поверхности холодильника, следовательно, зеркала 4 и пробы, поддернивают постоянной, равной заданной технологией термообработки температуре фазового равновесия контролнру емого компонента.Регулирующий сигнал формируют непосредственно по фазе контролируемого компонента. При этом действие сигнала всегда.направлено на восста-. 25 новление равновесного состояния. Так в случае, когда контролируемый компонент, в качестве которого используют, например, водяной пар, над,охлажденным зеркалом находится в газовой фазе, что соответствует углерод- ному потенциалу выше заданного, све- товой поток, отраженными от зеркала 4 и падающий на фоторезистор 8, увеличивается. При этом на выходе регулятора 9, вход которого подключен к фо- З 5 торезистору 8, появляется сигнал, закрывающий кран 10, что вызывает понижение углеродного потенциала в рабочей камере печи за счет уменьшения подачи карбюризатора. Состав ат мосферы изменится, а концентрация контролируемого компонента в печи и в пробе увеличится приблизится к состоянию насыщения, соответствующему равновесному состоянию фаз над охлажденным зеркалом. После выхода из равновесного сос-, тояния контролируемый компонент переходит в жидкую фазу, что соответст- р) вует углеродному потенциалу ниже заданного. При .этом световой поток от зеркала 4 уменьшится (эа счет образования на его поверхности конденсата), освещенность фоторезистора 6 снизит" у ся. На выходе регулятора 9 сигнализменит направление и начнет открываться кран 10, увеличивая подачу в печь карбюризатора, а следовательно, увеличивая углеродный потенциал атмосферы в рабочей камере О печи. При этом концентрация контролируемого компонента уменьшктся и после перехода равновесного состояния конденсат полностью испаритсяс зеркала. 65 Цикл регулирования повторяется.Устройство также содержит пробоотборник 1, установленный на выходехолодильника, выпслненного в видеканала 15, проходящего через стенкупечи 16 и контактирующего с рабочейкамерой печи и водяным холодильником17. В канале 15 установлен датчик3 температуры и элемент 18, чувствительный к образованию осадка углерода - сажи. Элемент 18 выполнен в виде двух электродов, контактирующихмежду собой при наличии сажи. Датчик3 и элемент 18 закреплены на трубе19, имеющей воэможность перемещениявнутри канала 15.Труба является составной частьюкривошипного механизма 20, закрепленного на валу двигателя 21. Датчик 3подключен к одному из входов регулятора 7 температуры, другой вход которого подключен к эадатчику б температуры, а выход - к двигателю 21.Датчик 3 температуры, регулятор 7температуры, двигатель 21, кривошипный механизм 20 и труба 19, на которой укреплены в непосредственнойблизости датчик 5 температуры и элемент 18, образуют замкнутую системурегулирования температуры элемента 18.Элемент 18 подключен к входу регулятора 9, соединенного с краном 19добавки карбюрнзатора. На линияхподачи карбюризатора и газоносителясоответственно установлены краны 11н 12 н ротаметры 13 и 14,Способ осуществляется следующимобразом.Через краны 11 и 12 по ротаметрам13 и 14 устанавливают расходы карбюризатора и газоносителя в печь,Из камеры печи по каналу,15 черезпробоотборник 1 отводят пробу газа.При этом, прохоДя по каналу 15, проба .газа охлаждается. Температура элемента 18, контактирующего с охлажденной пробой, поддеркивается постоянной и равной температуре, установленной на эадатчике б. Эта температура соответствует заданной технологией термообработки температуре Фаэойого равновесия углерода сажи иоднозначно определяется по температуре термообработки иэделий и углеродному потенциалу атмосферы в печисогласно зависимости, представленной на фиг.З,Например, углеродному потенциалу 0,8 углерода при температуре тврмообработки 930 С соответствует темпе 0ратра выделения осадка (углерода) 880 С, Это и есть теьвература, уста 1 авЛиваемая на эадатчике б. Регулирующий сигнал формируют непосредственно по Фазе контролируемого компо" нента. При этом его действие всегданаправлено на восстановление равновесного состояния,В случае, когда контролируемый компонент в месте размещения датчика 5 температуры и элемента 18 находится в газовой фазе (связанном состоянии - СО, СО, что соответствует углеродному потенциалу ниже заданного, выделение осадка на элемент 18 не происходит. И, следовательно, между электродами элемента 10 18 отсутствует электрический контакт. При этом на выходе регулятора появляется сигнал на открытие крана 10. Открытием крана увеличивают подачу в печь карбюриэатора, благодаря чему 15 состав атмосферы изменяется и повышается углеродный потенциал в камере печи и в канале 15 холодильника, После выхода контролируемого компонента из равновесного состояния в месте ;у размещения элемента 18 начнет выделяться осадок в виде свободного углерода (сажи) . Так как сажа электропроводна, то между электродами элемента 18 образуется электрический д контакт, При этом на выходе регулятора 9 формируется сигнал на закрытие крана 10. Добавка в печь карбюриэатора уменьшается, углеродный потенциал атмосферы начнет понижаться, а состояние .компонента в месте расположения элемента снова приблизится к равновесному состоянию. Выделившиися осадок переходит из свободного состояния в связанное газообразное состояние. Контакт между электродами элемента 18 исчезнет после образования нового фазового состояния контролируемого компонента. Цикл регулирования повторяется.Поддержание постоянной температуры газовой пробы около датчика,равной заданной технологией термообработки температуре Фазового равновесия контролируемого компонента,поз- воляет упростить и повысить надежность способа эа счет исключения сложных устройств, осуществлякзцих измерение текущей температуры фазового равновесия контролируемого компонента и сравнение этой температуры с заданной температурой Фазового равновесия,. следовательно, позволяет исключить связанные с этими приемами погрешности.Экономический эффект будет получен эа счет уменьшения затрат на периодическое обслуживание устройства, используемого для реализации способа, и уменьшения его стоимости, и составит 21000 руб.1059010 атлет Составителлв Г.ИаумоРогулич Техред Л.Инкам аКорректор О.Вила Редак сн Заказ 9719/25ВНИИПИ Госао делам113035,аб., д ал ППП фПатент"., г.уигород, ул.Проектная,МИ Я 7 Р ЖР УдУ ЛЮ Слуау 8 эдсюним уюгЖЖ 566венного комитетений и открытий35, Рауюская иракарсобрева,