CN116219353A - 一种低压乙炔渗碳炉的乙炔流量自动控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压乙炔渗碳炉的乙炔流量自动控制系统及方法，其中，该系统包括有控制中心以及分别与所述控制中心电连接的且通过管道依次连接的比例阀、储气罐、气动球阀、低压渗碳炉、真空泵和残余气体分析仪；所述残余气体分析仪用于测量渗碳过程后被所述真空泵抽出的残余气体中的乙炔的百分比。本发明能够在一个渗碳周期中通过分析仪计算出渗碳后的残余气体中乙炔的体积百分比，而后续可根据前一次残余气体中乙炔的体积百分比的不同结果而自动地调整输入的乙炔的流量,以使得残余气体中乙炔的体积百分比稳定在设定值，从而能够实现闭环控制且无需人为地去计算工件的表面积。

Description

一种低压乙炔渗碳炉的乙炔流量自动控制系统及方法

技术领域

本发明涉及渗碳技术领域,具体是涉及一种低压乙炔渗碳炉的乙炔流量自动控制系统及方法。

背景技术

渗碳炉是工艺是通过提高金属零件表面碳含量从而提高金属零件表面机械性能的最有效和最常用的工艺手段。最常用的渗碳技术是气体保护渗碳和低压乙炔渗碳，气体保护渗碳的优点是过程可控，通过测量保护气体中的氧及一氧化碳可自动控制渗碳剂流量。气体保护渗碳由于气体中有微氧会降低机械性能，同时工艺周期长能耗高；低压乙炔渗碳是在无氧的低压渗碳炉通过金属表面对乙炔的催化裂解而在金属表面产生碳，从而对工件渗碳。工件装载数量及种类的变化、渗碳温度、渗碳炉炉压变化都会影响乙炔的分解率，从而使得渗碳剂在工件表面供碳量的改变。

现有技术中是在工艺开始前计算出工件的表面积,再由系统计算出乙炔流量,其不能实行闭环控制，容易导致乙炔流量不足影响到渗碳质量或者是乙炔流量过大而造成设备积碳。

因此，需要对现有技术进行改进。

发明内容

针对以上现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种低压乙炔渗碳炉的乙炔流量自动控制系统及方法，其能够在一个渗碳周期中通过分析仪计算出渗碳后的残余气体中乙炔的体积百分比，而后续可根据前一次残余气体中乙炔的体积百分比的不同结果而自动地调整输入的乙炔的流量,以使得残余气体中乙炔的体积百分比稳定在设定值，从而能够实现闭环控制且无需人为地去计算工件的表面积。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种低压乙炔渗碳炉的乙炔流量自动控制系统，包括有控制中心以及分别与所述控制中心电连接的且通过管道依次连接的比例阀、储气罐、气动球阀、低压渗碳炉、真空泵和残余气体分析仪；所述残余气体分析仪用于测量渗碳过程后被所述真空泵抽出的残余气体中的乙炔的百分比。

对于以上技术方案的附加结构，还包括以下方案：

进一步地，在所述低压渗碳炉内和所述储气罐内均设置有压力传感器。

进一步地，在所述低压渗碳炉内设有加热装置。

进一步地，所述气动球阀的两端通过管道分别连接所述储气罐的出口和所述低压渗碳炉的入口；所述真空泵通过管道连接所述低压渗碳炉的出口。

进一步地，所述残余气体分析仪可用于直接测量出残余气体中的乙炔的体积百分比或者可以通过测量残余气体中的除乙炔外的气体的体积百分比后再通过控制中心计算得出乙炔的体积百分比。

本发明还提供有一种低压乙炔渗碳炉的乙炔流量自动控制方法，其采用上述的低压乙炔渗碳炉的乙炔流量自动控制系统，包括以下步骤：

S1、将工件送入低压渗碳炉内；

S2、利用真空泵同时对低压渗碳炉和储气罐抽真空，当所述低压渗碳炉内和所述储气罐内的压力达到设定值后，所述真空泵停止且关闭气动球阀；所述低压渗碳炉加热，当所述低压渗碳炉内的温度达到渗碳温度后进行保温处理，以使工件温度均匀；

S3、打开比例阀并往所述储气罐内输入乙炔，直至所述储气罐内的压力达到设定值后停止乙炔输入；

S4、打开所述气动球阀，乙炔被吸入至所述低压渗碳炉，直至所述低压渗碳炉内的压力与所述储气罐内的压力相等时，关闭所述气动球阀；

S5、开始渗碳，在渗碳过程中乙炔催化裂解，完成该次渗碳后，所述真空泵将残余气体抽出，直至所述低压渗碳炉内的压力达到设定值停止；被抽出的残余气体输入至残余气体分析仪，并利用所述残余气体分析仪测量出当次渗碳过程后所被抽出的残余气体中的乙炔的体积百分比；

S6、根据前一次渗碳后经所述残余气体分析仪测量出的残余气体中乙炔的体积百分比的不同结果，再经过控制中心计算和分析后自动地调整后续往所述储气罐内输入的乙炔的流量，以使残余气体中乙炔的体积百分比稳定在设定值；

S7、重复步骤S4-S6；

S8、完成一个周期的渗碳过程。

进一步地，在步骤S8中，在步骤S8中，通过所述比例阀控制输入所述储气罐内的乙炔的流量。

进一步地，在步骤S5中，渗碳时，渗碳温度为830℃至1030℃，所述低压渗碳炉的炉内压力在300Pa至6000Pa之间。

进一步地，在步骤S5中，所述残余气体分析仪可用于直接测量出残余气体中的乙炔的体积百分比或者可以通过测量残余气体中的除乙炔外的气体的体积百分比后再通过控制中心计算得出乙炔的体积百分比。

进一步地，在步骤S7中，重复步骤S4-S6两次以上。

本发明的有益效果为：

本发明通过设计，使得其能够在一个渗碳周期中通过测量渗碳后的残余气体中的乙炔的体积百分比，而在后续可根据前一次残余气体中乙炔的体积百分比的不同结果由控制中心计算和分析后自动地调节乙炔的流量，亦即利用比例阀来自动地调整往储气罐内输入的乙炔的流量，以使得残余气体中乙炔的体积百分比稳定在设定值，从而实现了低压乙炔渗碳时渗碳剂的闭环控制且无需人为地去计算工件的表面积。

附图说明

图1是本发明的一种低压乙炔渗碳炉的乙炔流量自动控制系统的整体原理图；

图2是本发明的种低压乙炔渗碳炉的乙炔流量自动控制方法的原理步骤图。

附图标记：

1、比例阀；2、储气罐；3、气动球阀4、低压渗碳炉；5、真空泵；6、残余气体分析仪。

具体实施方式

下面结合各个附图，具体说明根据本公开内容的具体实施方式。

实施例一：

如图1所示，一种低压乙炔渗碳炉的乙炔流量自动控制系统，包括有控制中心(图中未示)以及分别与控制中心电连接的且通过管道依次连接的比例阀1、储气罐2、气动球阀3、低压渗碳炉4、真空泵5和残余气体分析仪6；残余气体分析仪6用于测量渗碳过程后被真空泵5抽出的残余气体中的乙炔的百分比。具体地说，残余气体分析仪6可用于直接测量出残余气体中的乙炔的体积百分比或者可以通过测量残余气体中的除乙炔外的气体的体积百分比后再通过控制中心计算得出乙炔的体积百分比，例如：在计算出残余气体中的乙炔外的气体的体积百分比后再用总的残余气体的体积百分比减去计算得出的结果就可以得到剩下的乙炔的体积百分比。由于残余气体分析仪6为现有技术，具体可以使用市面上的现成产品，因此，这里不再具体赘述它的原理和结构。

比例阀1可用于控制乙炔输入的流量。

在低压渗碳炉4内和储气罐2内均设置有压力传感器(图中未示)，由于压力传感器是现有技术，这里不再具体赘述。

在低压渗碳炉4内设有加热装置(图中未示)，由于加热装置是现有技术，这里不再具体赘述。

气动球阀3的两端通过管道分别连接储气罐2的出口和低压渗碳炉4的入口；真空泵5通过管道连接低压渗碳炉4的出口。通过上述设置可以让乙炔是由比例阀1进入而最终由残余气体分析仪6排出的。

乙炔在输入比例阀1前采用储存瓶储存。

实施例二：

如图2所示，本发明还提供有一种低压乙炔渗碳炉的乙炔流量自动控制方法，其采用上述的低压乙炔渗碳炉的乙炔流量自动控制系统，其包括有以下步骤：

S1、将工件送入低压渗碳炉4内；

S2、利用真空泵5同时对低压渗碳炉4和储气罐2抽真空，当低压渗碳炉4内和储气罐2内的压力达到设定值后，真空泵5停止且关闭气动球阀3；低压渗碳炉4加热，当低压渗碳炉4内的温度达到渗碳温度后进行保温处理，以使工件温度均匀；

S3、打开比例阀1往储气罐2内输入乙炔，直至储气罐2内的压力达到设定值后停止乙炔输入，即关闭了比例阀；

S4、打开气动球阀3，乙炔被吸入至低压渗碳炉4，直至低压渗碳炉4内的压力与储气罐2内的压力相等时，关闭气动球阀3；

S5、开始渗碳，在渗碳过程中乙炔催化裂解，完成一次渗碳后，真空泵5将残余的残余气体抽出，直至低压渗碳炉4内的压力达到设定值停止；被抽出的残余气体输入至残余气体分析仪6，并利用残余气体分析仪6测量出当次渗碳过程后所被抽出的残余气体中的乙炔的体积百分比；具体地说，残余气体分析仪6可用于直接测量出残余气体中的乙炔的体积百分比或者可以通过测量残余气体中的除乙炔外的气体的体积百分比后再通过控制中心计算得出乙炔的体积百分比，例如：在计算出残余气体中的乙炔外的气体的体积百分比后再用总的残余气体的体积百分比减去计算得出的结果就可以得到剩下的乙炔的体积百分比。

S6、根据前一次渗碳后经所述残余气体分析仪测量出的残余气体中乙炔的体积百分比的不同结果，再经过控制中心计算和分析后自动地调整后续往所述储气罐内输入的乙炔的流量，以使残余气体中乙炔的体积百分比稳定在设定值；

S7、重复步骤S4-S6，更具体地说，重复步骤S4-S6两次以上；

S8、完成一个周期的渗碳过程。

需要说明的是，一个周期的渗碳过程需要两次或两次以上在低压渗碳炉4中抽真空和达到真空度后再充入乙炔，亦即需要完成两次或两次以上的乙炔输入和渗碳。对于渗碳时间，需要根据产品的处理要求来确定，例如，一个周期内的第一次渗碳时间为60秒，而后续的渗碳时间则由控制中心根据产品的渗碳要求而定。

具体地说，在步骤S8中是通过比例阀1来控制输入储气罐2内的乙炔的流量的。

在步骤S5中，渗碳时，渗碳温度为830℃至1030℃，所述低压渗碳炉的炉内压力在300Pa至6000Pa之间，具体可以根据实际情况来进行设定。

本公开的范围并非由上述描述的实施方式来限定，而是由所附的权利要求书及其等同范围来限定的。

Claims (10)

1.一种低压乙炔渗碳炉的乙炔流量自动控制系统，其特征在于：

包括有控制中心以及分别与所述控制中心电连接的且通过管道依次连接的比例阀、储气罐、气动球阀、低压渗碳炉、真空泵和残余气体分析仪；

所述残余气体分析仪用于测量渗碳过程后被所述真空泵抽出的残余气体中的乙炔的百分比。

2.根据权利要求1所述的低压乙炔渗碳炉的乙炔流量自动控制系统，其特征在于：

在所述低压渗碳炉内和所述储气罐内均设置有压力传感器。

3.根据权利要求1所述的低压乙炔渗碳炉的乙炔流量自动控制系统，其特征在于：

在所述低压渗碳炉内设有加热装置。

4.根据权利要求1所述的低压乙炔渗碳炉的乙炔流量自动控制系统，其特征在于：

所述气动球阀的两端通过管道分别连接所述储气罐的出口和所述低压渗碳炉的入口；所述真空泵通过管道连接所述低压渗碳炉的出口。

5.根据权利要求1所述的低压乙炔渗碳炉的乙炔流量自动控制系统，其特征在于：

所述残余气体分析仪可用于直接测量出残余气体中的乙炔的体积百分比或者可以通过测量残余气体中的除乙炔外的气体的体积百分比后再通过控制中心计算得出乙炔的体积百分比。

6.一种低压乙炔渗碳炉的乙炔流量自动控制方法，其采用如权利要求1-5任一项所述的低压乙炔渗碳炉的乙炔流量自动控制系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将工件送入低压渗碳炉内；

S2、利用真空泵同时对低压渗碳炉和储气罐抽真空，当所述低压渗碳炉内和所述储气罐内的压力达到设定值后，所述真空泵停止且关闭气动球阀；所述低压渗碳炉加热，当所述低压渗碳炉内的温度达到渗碳温度后进行保温处理，以使工件温度均匀；

S3、打开比例阀并往所述储气罐内输入乙炔，直至所述储气罐内的压力达到设定值后停止乙炔输入；

S4、打开所述气动球阀，乙炔被吸入至所述低压渗碳炉，直至所述低压渗碳炉内的压力与所述储气罐内的压力相等时，关闭所述气动球阀；

S5、开始渗碳，在渗碳过程中乙炔催化裂解，完成该次渗碳后，所述真空泵将残余气体抽出，直至所述低压渗碳炉内的压力达到设定值停止；被抽出的残余气体输入至残余气体分析仪，并利用所述残余气体分析仪测量出当次渗碳过程后所被抽出的残余气体中的乙炔的体积百分比；

S6、根据前一次渗碳后经所述残余气体分析仪测量出的残余气体中乙炔的体积百分比的不同结果，再经过控制中心计算和分析后自动地调整后续往所述储气罐内输入的乙炔的流量，以使残余气体中乙炔的体积百分比稳定在设定值；

S7、重复步骤S4-S6；

S8、完成一个周期的渗碳过程。

7.根据权利要求6所述的低压乙炔渗碳炉的乙炔流量自动控制方法，其特征在于：

在步骤S8中，通过所述比例阀控制输入所述储气罐内的乙炔的流量。

8.根据权利要求6所述的低压乙炔渗碳炉的乙炔流量自动控制方法，其特征在于：

在步骤S5中，渗碳时，渗碳温度为830℃至1030℃，所述低压渗碳炉的炉内压力在300Pa至6000Pa之间。

9.根据权利要求6所述的低压乙炔渗碳炉的乙炔流量自动控制方法，其特征在于：

在步骤S5中，所述残余气体分析仪可用于直接测量出残余气体中的乙炔的体积百分比或者可以通过测量残余气体中的除乙炔外的气体的体积百分比后再通过控制中心计算得出乙炔的体积百分比。

10.根据权利要求6所述的低压乙炔渗碳炉的乙炔流量自动控制方法，其特征在于：

在步骤S7中，重复步骤S4-S6两次以上。

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