CN105200368B - 可控气氛热处理炉碳势和温度控制系统在线校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可控气氛热处理炉碳势和温度控制系统在线校准方法，属于技术基础计量领域，解决了可控气氛炉控制仪表在线校准的问题。该校准方法通过测量可控气氛炉内温度和气氛浓度，对可控气氛炉内各种气体组分浓度的测量建立碳势与炉内气氛(CO、H2、CO2、CH4)浓度关系，计算出碳势值，实现可控气氛热处理炉温度和碳势控制系统在线校准。可以快速、高效、准确的完成碳势系统在线校准工作。

Description

可控气氛热处理炉碳势和温度控制系统在线校准方法
技术领域
本发明属于技术基础计量领域，涉及热学、化学、电学计量，可实现对可控气氛热处理炉碳势控制仪表的在线校准。
背景技术
可控气氛炉热处理炉是采用渗碳或氰化工艺对零部件化进行表面强化的设备，其温度和碳势控制的准确性将直接影响到零部件表面改性层的性能，现在的控制系统(控制仪表)没有在线校准的方法，由于无法在线校准经常造成处理的零件整炉报废，因此如何实现可控气氛炉热处理炉控制系统在线校准是一个关键技术。
现在通过炉内的氧探头测量炉内的氧含量转化为碳势值，采用氧标准气体对碳势控制系统中氧探头离线校准，达到对碳势值的校准，该方法不能体现炉内残留甲烷、炉温、CO含量和炉内压力的变化对碳势的影响，且没有对碳势控仪表进行校准，同时将氧探头拆下进行校准需要停炉停产，造成浪费，不能实现碳势在线校准。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明解决的技术问题是，提供一种可控气氛热处理炉碳势和温度控制系统在线校准方法，解决了可控气氛炉内温度和碳势控制仪表的同时在线校准问题。
本发明利用红外气体分析仪测试炉内气氛组份实现碳势在线校准，通过插入标准热电偶实现温度的在线校准。是通过对可控气氛炉内温度和气氛浓度的关系建立气氛组分-碳势-温度三者关系的数学模型，通过该数学模型可以通过输入气氛组分浓度、温度，计算出炉内碳势，形成可控气氛热处理炉在线校准方法，用于对可控气氛炉内温度和碳势控制的同时校准。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种可控气氛热处理炉碳势和温度控制系统在线校准方法，该方法步骤如下：
S1、待可控气氛炉温度和碳势值稳定后，将标准热电偶插入可控气氛热处理炉；
S2、利用标准热电偶测量炉内实际温度值，得到炉内温度校准值；
S3、对炉气中的CO、H2、CO2、CH4气体，采用红外气体分析仪得到CO、H2、CO2、CH4气体气氛浓度，通过公式CP＝(Csat/K1/2)×(1/PC021/2)×(PC0×PCH41/2/PH2)，计算实际炉内碳势，即炉内碳势校准值；
各参数的含义如下：
CP—碳势校准值；
Csat—在给定温度下，钢在奥氏体状态下的饱和碳浓度；
K—反应式2CO+CH4＝[C]γ-Fe+2H2+CO2的平衡常数；
PC02、PC0、PCH4、PH2—分别表示测得的CO、CO2、CH4、H2的浓度；
S4、温度校准值和碳势校准值与热处理炉的控制仪表的温度、碳势示值进行比对，如果热处理炉的控制仪表温度值与温度校准值的差值小于10℃，热处理炉的控制仪表碳势值与炉内碳势校准值的差值小于0.05％，则设备正常，否则设备异常，需调试。
本发明关键是取气管内置标准热电偶，校准可控气氛热处理炉内温度；对可控气氛炉内各种气体组分浓度的测量建立碳势与炉内气氛(CO、H2、CO2、CH4)浓度关系，计算出碳势值，实现对可控气氛炉碳势在线校准。
本校准方法的适用范围：热处理炉温度范围：(700～1200)℃；碳势范围：(0.30～1.30)％。
(三)有益效果
与现有的校准方法相比较，本发明具备如下有益效果：
1、本发明可以实现可控气氛炉碳势控制系统的在线校准；
2、可以快速、高效、准确的完成碳势系统在线校准工作。
附图说明
图1本发明在线校准流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图对本发明进一步详细描述。本发明的一种可控气氛热处理炉碳势和温度控制系统在线校准方法，该方法的步骤如下：
S1、待可控气氛炉温度和碳势值稳定后，将标准热电偶插入可控气氛热处理炉；
S2、利用标准热电偶(与温度对应)测量炉内实际温度值，得到炉内温度校准值；
S3、对炉气中的CO、H2、CO2、CH4气体，采用红外气体分析仪进行分析，得到CO、H2、CO2、CH4气体气氛浓度，通过公式CP＝(Csat/K1/2)×(1/PC021/2)×(PC0×PCH41/2/PH2)，计算实际炉内碳势，即炉内碳势校准值；
各参数的含义如下：
CP—碳势校准值；
Csat—在给定温度下，钢在奥氏体状态下的饱和碳浓度；
K—反应式2CO+CH4＝[C]γ-Fe+2H2+CO2的平衡常数；
PC02、PC0、PCH4、PH2—分别表示测得的CO、CO2、CH4、H2的浓度；
S4、温度校准值和碳势校准值与热处理炉的控制仪表的温度、碳势示值进行比对，如果热处理炉的控制仪表温度值与温度校准值的差值小于10℃，热处理炉的控制仪表碳势值与炉内碳势校准值的差值小于0.05％，则设备正常，否则设备异常，需调试。
实例：
在可控气氛炉温度稳定在900℃碳势稳定在1.00％时，插入标准热电偶测量可控气氛炉内的实际温度；采用红外气体分析仪对炉内的气氛进行(CO、H2、CO2、CH4)含量分析，应用碳势计算公式Cp＝(Csat/K1/2)×(1/PC02 1/2)×(PC0×PCH4 1/2/PH2)可迅速计算出炉内的实际碳势值。如果校准的温度为905℃和校准的碳势为0.98％，通过与可控气氛炉的控制仪表指示的温度(900℃及碳势示值(1.00％)进行比较，温度差值为5℃(小于10℃)、碳势差值为0.02％(小于0.05％)，判断热处理炉是正常；如果校准温度为892℃，校准的碳势值为1.06％，则温度差值为8℃(小于10℃)、碳势差值为0.06％(大于0.05％)，判断热处理炉异常。

Claims (1)

1.一种可控气氛热处理炉碳势和温度控制系统在线校准方法，其特征在于，该方法步骤如下：
S1、待可控气氛炉温度和碳势值稳定后，将标准热电偶插入可控气氛热处理炉；
S2、利用标准热电偶测量炉内实际温度值，得到炉内温度校准值；
S3、对炉气中的CO、H2、CO2、CH4气体，采用红外气体分析仪分别得到CO、H2、CO2、CH4气体气氛浓度，通过公式CP＝(Csat/K1/2)×(1/PC021/2)×(PC0×PCH41/2/PH2)，计算实际炉内碳势，即炉内碳势校准值；
各参数的含义如下：
CP—碳势校准值；
Csat—在给定温度下，钢在奥氏体状态下的饱和碳浓度；
K—反应式2CO+CH4＝[C]γ-Fe+2H2+CO2的平衡常数；
PC02、PC0、PCH4、PH2—分别表示测得的CO、CO2、CH4、H2的浓度；
S4、温度校准值和碳势校准值与热处理炉的控制仪表的温度、碳势示值进行比对，如果热处理炉的控制仪表温度值与温度校准值的差值小于10℃，热处理炉的控制仪表碳势值与炉内碳势校准值的差值小于0.05％，则设备正常，否则设备异常，需调试。
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