CN1136330C - 对金属工件渗碳和碳氮共渗的炉内co量的控制法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及对在一个炉内用来对工件渗碳和碳氮共渗的一种炉内气氛中的CO含量的控制方法及设备。其中炉内气氛是通过把由一种氧化剂和含烃燃料以及必要时氨组成的混合物输入炉中产生的。为了确保在炉内不起烟的情况下连续和无干扰运行，采取如下措施：测定炉内气氛的CO含量和在达到可自由调节的最小CO含量时把一种产生CO的物质输送给炉内气氛。实施这种方法的设备有一个测定炉内气氛中的CO含量的CO分析器1和根据炉内气氛中的CO含量来控制阀门4和必要时控制泵5的一个可编程序CO控制器3。

Description

对金属工件渗碳和碳氮共渗 的炉内CO量的控制法及设备
本发明涉及对在一个炉内用来对金属工件渗碳和碳氮共渗的炉内气氛的CO含量的控制方法。这种炉内气氛是通过把由一种氧化剂和一种含烃的燃料以及有或无氨(NH3)组成的混合物直接输送到这个炉内产生的。
此外，本发明还涉及实施这种方法的一种设备。
对渗碳法或碳氮共渗法来说，所需要的渗碳气氛或者在一些单独的保护气体发生器(富甲烷燃气)中产生或者把氮气和甲醇一起输入这个炉中产生。对产生保护气体的这两种方法来说都在此炉中出现比较稳定的CO值，这种CO值在第一种情况下是通过调节此保护气体发生器及其所使用的燃料来产生，在第二种情况下是通过按百分比输入此炉中的甲醇量来产生。第三种方案是直接吹入烃和一种氧化的气体成分，例如空气或CO2。这种技术就是将液态的或气态的燃料与氧化剂混合并导入此炉中。在此情况下此炉中渗碳所需的CO成分是通过燃料与氧化剂中的氧直接反应产生的。在这些直接吹入气体的方法中，吹入天然气—空气目前应用最广。这与天然气可供大量使用及其有利的价格有关。
此炉中的天然气和空气中氧气在这儿按照以下反应式发生反应。
    因此在炉内的甲烷与空气中氧气完全反应时产生的炉内气氛中的CO最大含量为20.5体积％。这种高额的CO份量只在理想条件(很高的炉温)下达到。
假如炉温低，尤其在约870℃以下，则上述反应很慢，而且甲烷反应成CO的量相当少。
此外，上面提出的CO生成反应还由于氨的存在(为碳氮共渗所需的)而受到阻碍。
CO含量少引起碳转移减少，而且还几乎不可能控制适合于渗碳或碳氮共渗的炉内气氛。此外，这个炉子很快起烟灰。炉子起烟灰又造成停产，因为为清除这些烟灰必须停炉和烧尽。
本发明的任务是控制住炉内气氛中的CO含量。这种控制甚至在渗碳温度低(≤870℃)和甚至在氨(碳氮共渗)存在的情况下也保证渗碳炉和碳氮共渗炉连续而无故障地运转。
在CO含量受到控制的情况下连续而无故障地运转的这个任务是通过这样的方式得到解决的：测定炉内气氛中的CO含量，在达到炉内气氛中的可自由调节的最小CO含量时输入一种产生CO的物质。按照一种优选的实施形式是把甲醇用作产生CO的物质。被输入到炉内气氛中的甲醇按照反应式：
进行裂解(在炉温≥800℃的条件下)，因此炉内气氛中的CO含量又上升超过调节的最小CO含量。
一种产生CO的可供选择的物质是CO2。
根据本发明的另一特征，将空气用作为氧化剂。
为了保持每次要加入的这种生成CO的物质数量少和这种方法成本低，可附加设定CO含量的一个较高值，到达这个值时则停止加入生成CO的组成，直到这个CO含量在此方法的进行过程中再降低到最小的CO含量为止。
约12％的CO含量证明是炉内气氛中的最小CO含量，因为低于这个数值造成大量烟灰产生，此外还不再能准确控制炉内气氛。作为最小CO含量和较高CO含量之间的范围，炉内气氛中约12％CO和15％CO之间的范围是特别合适的。因为CO下降的曲线在CO含量为15％以下很平坦地伸展，所以为了使此过程较长时间地以最小极限以上的CO含量进行，通过加入产生CO的组分把CO含量提高直到约15％的极限就够了。此外，宽度范围小还造成，只使用少量产生CO的组分来提高CO含量，因此又可保持此方法的成本低。
用来实施所述方法的设备具有一个测定炉内气氛中CO含量的CO分析器和一个与CO分析器连接的、可编程序的CO控制器，为的是根据CO含量来控制一个阀和必要时控制充填有甲醇或CO的贮罐的一个泵。在达到所调节的最小CO含量时把这个阀和必要时把这个泵接通或打开。达到所调节的CO含量的上限时再关闭这个阀和必要时关上这个泵。
其它详细情况和优点可从下面对所附图样的说明中得知。在这些图样中示意地说明了本发明方法以及用来实施本发明方法的一种设备。在这些图样中：
图1表示在本发明方法的炉内气氛中CO含量分布的曲线图。
图2图示用来实施本发明方法的设备。
在图1所示的曲线图中表明一种碳氮共渗方法进行过程中的CO含量分布。此方法进行过程中的CO含量由于把氨加到炉内气氛中而剧烈下降。如由图1中显而易见，这条CO含量分布曲线在15％CO以下很平坦地伸展。炉内气氛中的CO含量在低于作为最小CO含量极限所示的12％线时引起炉子迅速起烟灰。在达到这个下限时把一种生成CO的物质例如甲醇加到这种炉内气氛中。甲醇由于工艺温度高按照反应式：
进行裂解。炉内气氛中的CO含量通过由于甲醇裂解产生CO而很快上升，图1中CO曲线的陡峭上升说明这种情况。在到达可自由调节的上限—图中15％—时再停止输入甲醇，因此炉内气氛中的CO含量由于过程连续进行而又减少。
由图1中显而易见的是，把CO含量从12％到15％作微小提高就使此过程有可能在较长时间里在烟灰极限上面无故障地进行，因为CO曲线的形状在15％以下是很平坦的。
在图2中示意地说明了用来实施前面所述方法的设备的组成。借助于CO分析器1测定炉膛2中的炉内气氛的CO含量。此外，这个控制单元还具有一个可编程序的CO控制器3。可将可自由调节的CO含量的上限和下限值输入这个CO控制器中。
一旦被CO分析器1测定的CO含量和输入CO控制器3中的最小CO含量相比较表明达到这个最小值，CO控制器3就通过虚线所示的调节对象来控制阀4和必要时控制泵5。
受CO控制器3控制的泵5接着把产生CO的组分由贮罐6通过和通道接通的阀4输送到炉膛2中。在这个炉膛2中，这种产生CO的组分如前面所述那样进行裂解，因此炉内气氛中的CO含量又升高。如果被CO分析器1测定的炉内气氛中的CO含量和已存贮在CO控制器3中的数值连续平衡表明已达到了输入的上限CO含量，就通过CO控制器3关闭阀4和必要时再关上泵5。
一旦CO分析器1和CO控制器3测定再次达到所调节的最小含量，前面所述的过程就重新开始。
用如此的控制方法一方面保证炉内气氛中的CO含量从不降低于所调节的、引起炉子产生大量烟灰的最小CO含量，另一方面只向这种炉内气氛中输送确保这种方法的低成本和无故障生产所需要的产生CO的组分。
参考绘图清单1  CO分析器2  炉膛3  CO控制器4  阀5  泵6  贮罐

Claims (6)

1.对在炉内用来对金属工件渗碳和碳氮共渗的炉内气氛中的CO含量的控制方法，这种炉内气氛是通过把由一种氧化剂和一种含烃的燃料以及有或无氨(NH3)组成的混合物直接输入这个炉内产生的，这种CO含量控制方法的特征是：测定炉内气氛中的CO含量，在达到可自由调节的最小CO含量时把甲醇或CO2输送到这种炉内气氛中。
2.按权利要求1所述的方法，其特征是：把空气用作氧化剂。
3.按权利要求1所述的方法，其特征是：把甲醇或CO2输送给炉内气氛中，直到达到了可自由调节的上限CO含量为止。
4.按权利要求1至3的一项所述的方法，其特征是：最小的CO含量为12％CO。
5.按权利要求3所述的方法，其特征是：CO含量的控制范围在12％CO和15％CO之间。
6.用来实施按权利要求1至5的一项所述的方法的设备，其特征是：有一个用来测定炉内气氛中的CO含量的CO分析器(1)和一个与CO分析器(1)连接的、可编程序的CO控制器(3)，这个CO控制器(3)根据炉内气氛中的CO含量用来控制阀门(4)和充填有甲醇或CO2的贮罐(6)的控制泵(5)，其中CO控制器(3)、阀门(4)和泵(5)经一个调节对象相互连接。
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