SU1765204A1

SU1765204A1 - Apparatus for adjusting carbon potential of furnace atmosphere

Info

Publication number: SU1765204A1
Application number: SU904863072A
Authority: SU
Inventors: Феликс Соломонович Полойко; Алла Геннадьевна Быкова
Priority date: 1990-08-31
Filing date: 1990-08-31
Publication date: 1992-09-30

Abstract

Изобретение относитс к неорганической химии, в частности к устройствам дл термической обработки изделий в контролируемой атмосфере, а более конкретно к устройствам дл химико-термической обработки изделий (например, цементации или нитроцементации), примен емым, например , в машиностроении. Сущность изобретени : твердоэлектролитный датчик углеродного потенциала предварительно нагревают до температуры, котора опреде- л етс следующим соотношением: Т,|р-а1+Сзал«а2+аз(М,0), где ,2 К; ,4 К/мае. %; ,7 К; f - коэффициент легировани , б/р; измер ют его температуру и ЭДС, по величине которых определ ют величину углеродного потенциала печи, и в случае отклонени этой величины от заданной измен ют состав атмосферы. 1 ил.The invention relates to inorganic chemistry, in particular, to devices for heat treatment of products in a controlled atmosphere, and more specifically to devices for chemical-heat treatment of products (for example, cementation or carbonitriding), used, for example, in mechanical engineering. The essence of the invention: a solid-electrolyte carbon potential sensor is preheated to a temperature that is determined by the following relationship: T, | p-a1 + Ssal "a2 + a (M, 0), where, 2 K; , 4 K / May. %; , 7 K; f — doping coefficient, b / p; its temperature and emf are measured, the magnitude of which determines the value of the furnace carbon potential, and in the case of a deviation of this value from the predetermined value, the composition of the atmosphere is changed. 1 il.

Description

Изобретение относитс к неорганической химии, в частности к устройствам дл термической обработки изделий в контролируемой атмосфере, а более конкретно к устройствам дл химико-термической обработки изделий (например, цементации или нитроцементации), примен емых, например , в машиностроении.The invention relates to inorganic chemistry, in particular, to devices for heat treatment of products in a controlled atmosphere, and more specifically to devices for chemical-heat treatment of products (for example, cementation or carbonitriding), used, for example, in mechanical engineering.

Известно устройство дл регулировани углеродного потенциала, содержащее твердоэлектролитный датчик, регул тор состава газа, исполнительный механизм с регулирующим органом. Устройство также снабжено термопарой и блоком делени , к входам которого подключены электроды термопары и датчика, а выход подключен к входу регул тора состава газа, при этом термопара установлена в трубке датчика и один из ее электродов использован в качестве электрода датчика.A device for regulating a carbon potential is known, which contains a solid electrolyte sensor, a gas composition controller, an actuator with a regulator. The device is also equipped with a thermocouple and a dividing unit, to the inputs of which the thermocouple electrodes and the sensor are connected, and the output is connected to the input of the gas composition regulator, while the thermocouple is installed in the sensor tube and one of its electrodes is used as the sensor electrode.

Известно устройство дл регулировани углеродного потенциала печной атмосферы , выбранное в качестве прототипа, содержащее датчик температуры печи, выносной твердоэлектролитный датчик углеродного потенциала, соединенный с вычислителем углеродного потенциала, за- датчик углеродного потенциала, регул тор углеродного потенциала, соединенный с регулирующим органом через исполнительный механизм.A device for regulating the carbon potential of the furnace atmosphere, selected as a prototype, contains a furnace temperature sensor, a remote solid electrolyte carbon potential sensor connected to a carbon potential calculator, a carbon potential sensor, a carbon potential regulator connected to a regulator through an actuator.

Недостатком известного устройства вл етс низкий срок службы выносного твер- доэлектролитного датчика.A disadvantage of the known device is the low service life of a remote solid-electrolyte sensor.

Целью изобретени вл етс повышение срока службы выносного твердоэлект- ролитного датчика.The aim of the invention is to increase the service life of a remote solid electrolyte sensor.

Поставленна цель достигаетс тем, что устройство дл регулировани углеродного потенциала печной атмосферы, содержаюThe goal is achieved by the fact that the device for regulating the carbon potential of the furnace atmosphere, contains

щее датчик температуры печи, выносной твердоэлектролитный датчик углеродного потенциала, соединенный с вычислителем углеродного потенциала, задатчик углеродного потенциала, регул тор углеродного по- 5 тенциала, соединенный с регулирующим органом через исполнительный механизм,, снабжено блоком сравнени и сигнализации , регул тором температуры, сумматором , задатчиком легировани , первым 10 усилителем, вторым усилителем, источником напр жени , а твердоэлектролитный датчик снабжен нагревателем и термопа- рой, причем датчик температуры соединен с первым входом блока сравнени и сигна- 15 лизации, второй вход которого соединен с выходом сумматора, первый вход сумматора соединен с задатчиком углеродного потенциала через первый усилитель, второй вход сумматора соединен с задатчиком ле- 20 гировани через второй усилитель, третий вход сумматора соединен с источником напр жени , регул тор температуры соединен первым входом с сумматором, вторым входом - с термопарой, первым выходом - с нагревателем, а вторым выходом - с вы- 25 числителем углеродного потенциала, выход которого соединен с первым входом регул тора углеродного потенциала, второй выход которого соединен с задатчиком углеродного потенциала.30furnace temperature sensor, remote solid electrolyte carbon potential sensor, connected to the carbon potential calculator, carbon potential regulator, carbon potential regulator, connected to the regulator through an actuator, equipped with a comparison and alarm unit, temperature controller, adder, the doping unit, the first 10 amplifier, the second amplifier, the voltage source, and the solid electrolyte sensor is equipped with a heater and a thermocouple, and the temperature sensor connected to the first input of the comparator and signaling unit, the second input of which is connected to the output of the adder, the first input of the adder is connected to the carbon potential setting unit through the first amplifier, the second input of the adder is connected to the control unit 20 through the second amplifier, the third input of the adder a voltage source, a temperature controller connected by a first input to an adder, a second input to a thermocouple, a first output to a heater, and a second to a calculator of the carbon potential, the output of which is one with a first input the regulation of the carbon potential of the torus, the second output of which is connected with setpoint carbon potentsiala.30

На чертеже представлена блок-схема устройства дл регулировани углеродного потенциала печной атмосферы.The drawing shows a block diagram of a device for regulating the carbon potential of a furnace atmosphere.

Устройство дл регулировани углеродного потенциала печной атмосферы содер- 35 жит датчик 1 температуры печи 2, выносной твердоэлектролитный датчик 3 углеродного потенциала, соединенный с вычислителем А углеродного потенциала, задатчик 5 углеродного потенциала, регул тор 6 углерод- 40 ного потенциала, соединенный с регулирующим органом 7, 8 через исполнительный механизм.The device for regulating the carbon potential of the furnace atmosphere contains a sensor 1 for the temperature of the furnace 2, a remote solid electrolyte sensor 3 for the carbon potential, connected to the calculator A of the carbon potential, a setting of 5 the carbon potential, a regulator 6 of the carbon potential, connected to the regulator 7 , 8 through the actuator.

Устройство дл регулировани углеродного потенциала печной атмосферы снаб- 45 жено блоком 9 сравнени и сигнализации, сумматором 10, задатчиком легировани 11, первым 12 и вторым 13 усилителем, источником напр жени 14. Твердоэлектролитный датчик 3 содержит нагреватель 15 и 50 термопару 16, а также чувствительную чейку 17 и два электрода 18, 19. Кроме того, устройство содержит регул тор температуры датчика 20.The device for controlling the carbon potential of the furnace atmosphere is provided with a comparison and signaling unit 9, an adder 10, a doping unit 11, a first 12 and a second 13 amplifier, a voltage source 14. A solid electrolyte sensor 3 contains a heater 15 and 50 thermocouple 16, as well as a sensitive A cell 17 and two electrodes 18, 19. In addition, the device contains a temperature controller of the sensor 20.

Устройство дл регулировани углерод- 55 ного потенциала печной атмосферы работает следующим образом,The device for controlling the carbon potential of the furnace atmosphere 55 works as follows.

Процесс химико-термической обработки стальных деталей (например, цементаци , нитроцементаци , закалка и спекание) провод т в печи 2 при 800-1250°С, при этом используют атмосферы на базе эндогаза с углеводородной добавкой, состав которой 0-1,0% СОа; 15-20% СО суглеродным потенциалом от 0,5 до предела растворимости углерода в легированном аустените.The process of chemical heat treatment of steel parts (for example, cementation, carbonitriding, hardening and sintering) is carried out in a furnace 2 at 800-1250 ° C, using atmospheres based on endogas with a hydrocarbon additive, the composition of which is 0-1.0% COA ; 15-20% CO with a carbonaceous potential from 0.5 to the limit of carbon solubility in doped austenite.

Углеродный потенциал в печи 2 измер етс с помощью выносного твердоэлектро- литного кислородного датчика 3, принцип действи которого основан на изменении температуры и ЭДС, возникающей между двум электродами 18, 19 вследствие диффузии ионов кислорода.The carbon potential in furnace 2 is measured using an external solid-electrolyte oxygen sensor 3, the principle of which is based on a change in temperature and EMF arising between two electrodes 18, 19 due to diffusion of oxygen ions.

Регул тор температуры 20 предназначен дл поддержани температуры выносного твердоэлектролитного кислородного датчика 3 на уровне, определ емом сигналом ТПр. Этот сигнал поступает на входе регул тора температуры 20 от сумматора 10. Сигнал термопары 16, пропорциональный температуре выносного твердоэлектро- литного кислородного датчика 3 (Тд), поступает на вход регул тора температуры 20 и преобразуетс им в информативный. Сигнал с сумматора 10 (ТПр) сравниваетс с сигналом температуры выносного твердоэлектролитного кислородного датчика 3 (Тд). В случае неравенства этих двух сигналов с первого управл ющего выхода регул тора температуры 20 производитс коррекци мощности нагревател 15 по одному из известных способов, в частности позиционным или ПИ-регулированием,Temperature controller 20 is designed to maintain the temperature of the remote solid-electrolyte oxygen sensor 3 at a level determined by the TPR signal. This signal arrives at the input of the temperature controller 20 from the adder 10. The signal of the thermocouple 16, proportional to the temperature of the remote solid-electrolytic oxygen sensor 3 (TD), is fed to the input of the temperature controller 20 and is transformed into an informative one. The signal from the adder 10 (TPR) is compared with the temperature signal of the remote solid-electrolyte oxygen sensor 3 (TD). If these two signals are not equal, from the first control output of the temperature controller 20, the power of the heater 15 is corrected by one of the known methods, in particular, by positional or PI regulation,

Информативный сигнал, пропорциональный температуре выносного твердоэлектролитного кислородного датчика 3, поступает на второй вход вычислител 4 углеродного потенциала, на первый вход которого поступает ЭДС с выносного твердоэлектролитного кислородного датчика 3. Сигнал вычислител 4 углеродного потенциала пропорционален значению углеродного потенциала печи 2.An informative signal proportional to the temperature of the remote solid-electrolyte oxygen sensor 3 is fed to the second input of the carbon potential calculator 4, the first input of which receives the EMF from the remote solid-electrolyte oxygen sensor 3. The signal of the carbon potential calculator 4 is proportional to the carbon potential of the furnace 2.

Сигнал с датчика 1 температуры печи 2 при Т$Тпр формирует логический сигнал дл оператора (например, световой или звуковой ), указывающий на уменьшение заданного значени углеродного потенциала в печи. При сигнал отсутствует.The signal from the furnace 1 temperature sensor 2 at T $ Tpr generates a logical signal for the operator (for example, light or sound), indicating a decrease in the set value of the carbon potential in the furnace. When the signal is absent.

С этой целью на первый вход блока 9 сравнени и сигнализации поступает сигнал , пропорциональный температуре печи от датчика 1 температуры печи, а на второй вход блока 9 сравнени и сигнализации поступает сигнал., пропорциональный ТПр, от сумматора 10, который соответствует границе у-области на диаграмме железо - углерод в легированном аустените.For this purpose, the first input of the comparator and signaling unit 9 receives a signal proportional to the furnace temperature from the furnace temperature sensor 1, and the second input of the comparator and alarm unit 9 receives a signal, proportional to the TPR, from the adder 10, which corresponds to the y-region boundary at iron to carbon diagram in doped austenite.

Значение Тпр в данном устройстве определ етс в соответствии с формулойThe value of TPR in this device is determined in accordance with the formula

Тпр а1+Сзад 32+аз(М ,0), (1) , ( /) где ,2 К;Tpr a1 + Szad 32 + az (M, 0), (1), (/) where, 2 K;

,4 К/мае. %; ,7К;, 4 K / May. %; , 7K;

f - коэффициент легировани , б/р;f — doping coefficient, b / p;

Сзад - заданное значение углеродного потенциала, мас.%.Czad - set value of the carbon potential, wt.%.

Вычисление сигнала ТПр осуществл етс следующим образом. На первый вход сумматора 10 поступает посто нный сигнал источника напр жени 14, пропорциональный величине ai. Сигнал задатчика 5 углеродного потенциала Сзад поступает на вход первого усилител 12, откуда в виде С3ад«а2 поступает на второй вход сумматора 10. На третий вход сумматора 10 от задатчика легировани 11 через второй усилитель 13 поступает сигнал, пропорциональный величине аз-(М,0). Сумматор 10 производит сложение трех сигналов в соответствии с формулой (1).The calculation of the signal TPR is carried out as follows. The first input of the adder 10 receives a constant signal from the voltage source 14, proportional to the value of ai. The signal of the setpoint 5 of the carbon potential Szad is fed to the input of the first amplifier 12, whence as C3ad "a2 goes to the second input of the adder 10. To the third input of the adder 10 from the setting unit 11 through the second amplifier 13 receives a signal proportional to the value of a- (M ). The adder 10 produces the addition of three signals in accordance with formula (1).

Регул тор углеродного потенциала 6 осуществл ет сравнение двух сигналов: поступающего на первый вход регул тора углеродного потенциала б сигнала с вычислител 4 углеродного потенциала, пропорционального углеродному потенциалу печи (Спечи), и поступающего на второй вход регул тора углеродного потенциала 6 сигнала, пропорционального заданному значению углеродного потенциала, с зада- тика углеродного потенциала 5. В случае отклонени сигнала углеродного потенциала печи (Спечи) от заданного значени углеродного потенциала Сзад регул тор углеродного потенциала 6 измен ет добавку углеродного газа, например метана, следующим образом: при Спечи С3ад добавка уменьшаетс , а при Спечи Сзад добавка увеличиваетс , наконец при СПечи Сзад добавка не измен етс .The carbon potential controller 6 compares two signals: the signal b coming to the first input of the carbon potential regulator with the calculator 4 of the carbon potential proportional to the carbon potential of the furnace (Spechi) and the signal coming to the second input of the carbon potential regulator 6 proportional to the specified value the carbon potential, from the carbon potential setting 5. In the case of a deviation of the signal of the carbon potential of the furnace (Spechi) from the given value of the carbon potential, The carbon potential 6 changes the carbon gas additive, such as methane, as follows: the additive decreases with Spech C3ad, and the additive increases with Spechi Szad, finally the additive does not change with Spech Szad.

Исследовани проводились на печи СНЗ-4.8.2,5/10, температура печи достигала 950 ±10°С. В результате исследовани The studies were conducted on a CH3 4.8.2.5 / 10 furnace, the furnace temperature reached 950 ± 10 ° С. As a result of the research

было вы влено, что благодар снижению веро тности образовани карбидной сетки в издели х повышаетс долговечность обрабатываемых изделий. Углеродный потенциал достигает предела растворимостиit has been found that by reducing the likelihood of carbide mesh formation in products, the durability of the products being processed is increased. Carbon potential reaches solubility limit

углерода в легированном аустените процесс массообмена интенсифицируетс , за счет чего увеличиваетс производительность печи . Также увеличиваетс срок службы выносноготвердоэлектролитногоcarbon in doped austenite mass transfer process is intensified, thereby increasing the productivity of the furnace. Also the service life of a solid-state electrolyte increases.

кислородного датчика.oxygen sensor.

Claims

The invention The device for regulating the carbon potential of the furnace atmosphere, containing a furnace temperature sensor, remote

carbon electrolyte solid-state sensor, connected to the carbon potential calculator, carbon potential regulator, carbon potential regulator, connected to the regulating

body through an actuator, characterized in that, in order to increase the service life of the remote solid electrolyte carbon potential sensor, it is equipped with a comparison unit

and alarms, temperature controller, adder, doping detector, first amplifier, second amplifier, voltage source, and a solid electrolyte sensor equipped with a heater and a thermocouple, the temperature sensor connected to the first input of the comparator and alarm unit, the second input of which is connected to the output of the adder , the first input of the adder is connected to the carbon potential setting device through the first amplifier, the second input of the adder is connected to the doping setting device through the second amplifier, the third input of the combiner adder The temperature regulator is connected to the first input with an adder, the second input to the thermocouple, the first output to the heater, and the second output to the carbon potential calculator, the output of which is connected to the first bypass of the carbon potential regulator, the second input of which connected to the carbon potential setting device.

QO