Устройство для автоматического регулирования углеродного потенциала атмосферы Советский патент 1987 года по МПК C21D1/76 

с датчика 2, расположенного около нагревателей 15, поступают на блок 4 деления, СигналЫд пропорциональные потенциалу углерода в печи в различных точках, поступают на входы первого блока 5 сравнения, где определяется их разность, которая на втором блоке 6 сравнения сопоставляется с сигналом с задатчика 13 перепада углеродного потенциала. В случае, когда углеродный потенциал атмосферы печи у нагревателей 15 ниже, чем у изделия, то результирующий сигнал с блока 6 - положительный и вентиль 7

Изобретение относится к химико- термической обработке изделий и может быть использовано для измерения и регулирования углеродного потенциала по содержанию кислорода печных атмосфер и других газовых сред.

Целью изобретения является повышение надежности работы нагревателей, а также качества обрабатываемых изделий .

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

Устройство для автоматического регулирования углеродного потенциала атмос(|)еры содержит датчики 1 и 2 с термопарой, соединенные соответственно с блоками 3 и 4 деления, последо- ватапьно соединенные первый и третий блоки 5 и 6 сравнения, вентиль 7, второй блок 8 сравнения, регулятор 9 . состава газа, исполнительный механизм 10, перепускной кран 11, задат- чик 12 уставки углеродного потенциала, подключенный инверсно к второму блоку 8 сравнения, и задатчик 13 перепада углеродного потенциала, под- кл оченный инверсно к третьему блоку 6 сравнения, причем первый блок 3 деления подключен к первому и второму блокам 5 и 8 сравнения, второй блок 4 деления подключен инверсно только к первому блокгу 5 сравнения, а выход вентиля 7 - инверсно к второму блоку сравнения.

Кроме того, на чертеже изображены футеровка 14 печи, нагреватели 15,

не пропускает его на вход второго блока 8 сравнения. В этом случае ре- улирование углеродного потенциала :роисходит по каналу: блок 3 деления олок 8 сравнения - регулятор 9 - исполнительный механизм 10 - перепускной клапан 11, установленный на трубопроводе 17 подачи углеводорода в печь. В случае, когда углеродный потенциал атмосферы выше, чем у изде- :Лий, сигнал с выхода блока 6 сравнения проходит через вентиль 7 на блок 8 сравнения, уменьшая величину сигнала, поступающего на регулятор 9. 1 ил.

0

обрабатываемое изделие 16 и часть ;трубы 17, по которой углеводород через перепускной кран 11 поступает в печь.

Датчики 1 и 2 расположены в разных местах печного пространства, датчик 1 ближе к изделию 16, а датчик 2 ближе к нагревателям 15. Поскольку между изделием и нагревателями существует температурньй перепад, составляющий обычно 10-100 С (у изделия температура ниже, у нагревателя вьше), то и датчик 1 будет нагрет слаблее, чем датчик 2. Температурный перепад между датчиками близок к 5-100 с.

Датчики 1 и 2 могут быть выполнены, например, в виде трубки с герметично присоединенной к одному из торцов пробиркой из двуокиси циркония, внутрь которой вставлена термопара.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал с датчика 1, пропорциональ- 5 ньй произведению функций содержания кислорода в печной атмосфере и ее температуре Ug,, а также сигнал, пропорциональный функции температуры печной атмосферы UT.J , поступают на 0 блок 3 деления. Одновременно с датчика 2 аналогичные сигналы поступают на блок 4 деления.

Блок 3 деления, производя операции деления Ug,/Ur, подает сигнал, пропорциональный функции концентрации кислорода в печной атмосфере у изделия Cq,, который при Pco const одно0

5

значно определяет потен1щал углерода, на входы первого и второго блоков 5 и 8 сравнения. Блок 4 деления, производя операции деления , подает сигнал, пропорциональный функции концентрации кислорода в печной атмосфере у нагревателей Ctfj инверсно на вход блока 5 сравнения.

Задатчик 12 уставки углеродного .. потенциала подает инверсно на второй блок 8 сравнения сигнал, пропорциональный максимальному значению углеродного потенциала (1,2-1,4 С). который в течении определенного промежут ка времени (2-20 ч) определяет положение уставки, после чего сигнал ав- томатически изменяется в соответствии с заданием, меняя положение уставки.

Одн-овременно первый блок 5 сравнения сравнивает сигналы с первого и второго блоков 3 и 4 деления и результирующий сигнал йС поступает на вход третьего блока 6 сравнения, где происходит сравнение результирующего сигнала йС с сигналом йС, поступающим инверсно с задатчика 13 перепада углерг/дього потенциала. Величина сигнала U С может колебаться в .широких пределах (0,0-0,2%С), но при обычно используемых атмосферах эту величину лучше принять ра вной нулю. Это позволит работать практически не уменьшая потенциал углерода у изделия или изменяя ее на величину, мало влияющую на скорость цементации. В случае, когда углеродный потенциал атмосферы печи у нагревателей выше, чем у изде

ЛИЯ, или меньше, но на величину меньшую, чем &С, результирующий сигнал iC после третьего блока 6 сравнения имеет отрицательное значение и поступает через вентиль 7 инверсно на второй блок 8 сравнения, где уменьшает сигнал, поступающий с задатчика 12 уставки углеродного потенциала и тем самым изменяет положение уставки, определяющей макс значение угеродно- го потенциала. Если, сигнал CCf,, поступающий с первого блока 3 деления на вход второго блока 8 сравнения, по абсолютной величине меньше суммарного сигнала, поступающего с задатчика 12 уставки углеродного потенциала Л С, и с третьего блока 6 сравнения после вентиля 7 и С, или равен ему Сц, 6/ЛС,, то на регулятор 9 поступает отрицательный сигнал, ко

0

,

5 .

торьи через исполнительный механизм 10 призакрывает перепускной кран 11 и тем самым уменьшает подачу углеводородной добавки в печь до тех пор, пока сигналы не сравняются.

В случае, когда углеродный потенциал атмосферы печи у нагревателей ниже, чем у изделия, на величину, меньшую или равную ЛС, то результирующий сигнал йС,2 после третьего блока 6 сравнения имеет положительное значение и вентиль 7 его не пропускает. Таким образом, регулирование осуществляется путем сравнения сигналов Сц;, и лС, по обычной схеме.

Углеродный потенциал при различных добавках углеводородов может как уменьшаться с увеличением температуры, так и увеличиваться. Поэтому уг- 0 леродный потенциал атмосферы печи в точках с различной температурой различен. Чем вьшзе разница в температурах, тем больше это различие. При разнице температур менее 5 чувствительность датчиков не позволяет надежно определять

это различие, следовательно перепад в 5 выбран нами как предел перепада темйера- тур. Перепад вьш1е 100 нецелесообра

зен, поскольку в этом случае датчик будет разогрет до температур, когда надежность работы датчика начинает снижаться. При высоких углеродных потенциалах (1,3%С и вьш1е) при температуре цементации нагреватели работают значительно меньше времени, чем при низких, и чем потенциал, тем меньше работает нагреватель. Поэтому для повьштения ресурса работы нагревателей и других внутрипечных узлов с повьш1енной температурой необходимо создать атмосферу, углеродный потенциал которой бы с ростом температуры уменьшался или, по крайней мере, не

увеличивался, и таким образом добиться на нагревателях приеипемого углеродного потенциала, при котором узлы с повышенной температурой работали бы значительно дольше, чем в обычно используемых атмосферах. Этого можна добиться, используя устройство, которое позволяет эксплуатировать печь на подобных режимах.

Благодаря замеру углеродного потенциала в двух точках пространства печи, а также вследствие регулирования состава атмосферы таким образом, что потенциал у нагревателей близок

к потенциалу усадки, перепад потенциала по пространству печи минимален, а следовательно, и минимальна неравномерность цементованного слоя, даже при Наличии на изделии температурного градиента, который возможен из-за неодинаковой температуры на самих нагревателях, конвективных потоков,. различного расстояния от изделия до нагревателей и т.п.

Устройство было опробовано на специальном стенде. В этих условиях нагреватели проработали 5,5 тыс. ч.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом. характеризуется более длительной работой нагревателей (в условиях регулирования данным устройством нагреватели проработали 5,5 тыс. ч., в то время, как при использовании прото- типа - 3,5 тыс, ч) и повышением качества обрабатываемых изделий за счет более равномерного поля углеродного потенциала.

Формула изобретения

Устройство для автоматического .регулирования углеродного потенциала атмосферы, преимущественно в печи с

Составитель Л.Абросимов Редактор М.Бандура Техред В.Кадар Корректор А.Зимокосов

Заказ 1499/24 Тираж 550Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.„ д. 4/5

Производственно-полнт рафическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

5 0

5 0

5

0

нагревателями, содержащее датчик, соединенный с блоком деления, регулятор состава га за, задатчик уставки углеродного потенциала, причем регулятор через исполнительный механизм соединен с перепускным краном, о т л и- чающееся тем, что, с целью повьшения надежности работы нагревателей, а также качества обрабатываемых изделий, оно снабжено тремя блоками сравнения, вентилем, вторым блоком деления, задатчиком перепада углеродного потенциала, вторым датчиком, соединенным через второй блок деления с первым блоком сравнения, выход которого соединен с вторым блоком сравнения, а второй вход - с выходом первого блока деления, вьпсод которого подсоединен через третий блок сравнения к входу регулятора состава газа, причем третий блок сравнения соединен первым входом с задатчиком уставки углеродного потенциала, а вторым - с выходом вентиля, вход которого подсоединен с выходу второго блока сравнения, при этом второй датчик установлен около нагревателей, а вход второго блока сравнения соединен с задатчиком перепада углеродного потенциала.

Изобретение относится к химико- термической обработке изделий и предназначено для регулирования углеродного потенциала в печи. Цель изобретения - повышение надежности работы нагревателей, а также качества обрабатываемых изделий за счет повьппения точности регулирования. Существо изобретения заключается в том, что сигнал с датчика 1 поступает на блок 3 деления. Одновременно сигналы (Л