Способ измерения потенциала углерода атмосферы для химико-термической обработки металлов Советский патент 1976 года по МПК C23C11/10 

Изобретение относится к химико-термической обработке, в частности к способам косвенного измерения химического потенциала углерода науглерожриающей или обезуглероживающей атмосферы.

Известен способ измерения химического потенциала углерода по .способности печной атмосферы науглероживать находящуюся в контакте с ней сталь до определенной концентрации углерода, основанный на изменении электрического сопротивления насыщающейся углеродом стальной проволоки 1J.

Известен также способ измерения химического потенциала углерода, по которому печь для газовой цементации иМ:еет полость, отделенную от рабочего пространства печи раздеЛИтельной диффузионно проницаемой стенкой, изготовленной из того же материала, что и обрабатываемое изделие 2. Через эту полость пропускают определенное количество не содержащей углерод смеси, например, N2, Нг, ИаО, причем скорость движения этого газа поддерживают постоянной. На -выходе из печи прямо или косвенно измеряют концентрацию углерода в указанной смеси как меру углеродного потенциала цементующей атмосферы.

Однако система «газ-металл в полости, по которой проходит газовая смесь указанного состава, является неравновесной. Через

эту полость необходимо непрерывно пропускать обезуглероживающий газ, для чего его необходимо специально готовить. Газ должен иметь определенный состав на входе в печь

для обеспечения его Обезуглероживающего действия по отношению к материалу диффузионно проницаемой стенки. Поскольку этот газ много.компонентный, точно выдержать его cocTaiB затруднительно. Погрешности состава

неизбежно влекут за собой погрешности измерения HCiKOMoro Потенциала углерода. Кр.о.ме того, в :Нерав-новес.ной системе скорость потока газа приходится поддерживать .постоянной, для чего требуются специальные стабилизаторы, которые усложняют измерительную систе-: му и «е гарантируют лолной точности стабилизации.

Цель изобретения - повысить надежность и точность Измерения.

Для этого потенциал углерода атмосферы измеряют в термодинамически равновесной системе «газ-металл. Чтобы обеспечить равновесие, газ после выхода из полости, отделенной от рабочего пространства печи .диффузионно процицаемой стенкой, пропускают через газоанализаторы содержания угле.рода в виде углеродсодержащих соединений как меры углеродного потенциала и не выводят из Процесса, а возвращают обратно в ту же полость. В результате подобной многократной

циркуляции газа цо замкнутому контуру и резкого возрастания времени его контакта со стен.кой состав газа цостепенно приближается к равновесному по отношению к концентрации углерода .в материале стенки. При этом состояние равновесия наступает независимо от начального состава газа и скорости его движения по замкнутому контуру.

При температуре цементации атмосфера рабочего пространства ц-ечи для цементации науглероживает поверхность цементируемых стальных изделий и тонкую диффузионно проница-емую стальную стенку. Газ, находящийся во внутренней полости, содержащий первоначально, например, N2, Hj и HgO, обезуглероживает материал стенки по известным реакциям

c+H20-ico+H2(1)

С4-2Н2 СН4(2)

После частичного или полного завершения этих реакций газ подводят к анализаторам углеродсодержащих компонентов, например, по поглощению .инфракрасных лучей. Результат измерения объемной .концентрации этих компонентов (в данном примере СО и СН4) пересчитывают .в суммарную весовую концентрацию углерода с помощью выходного звена, например ферродинамического преобразователя. Применение изм-ерителей всех углеродсодержащих компонентов позволяет отказаться от их сжигаиия в С02. После этого газ вводят об.раттно в полоють, ограниченную диффузионно проницаемой стенкой.

Потеря углерода .материалом стенки непрерывно восполняется поступлением из атмосферы рабочего пространства печи.

В процессе циркуляции газа по указанному замкнутому контуру состав его изменяется до тех пор, пока не наступает равновесие газа с материалом стенки и следовательно с атмосферой печи.

Таким образом, в установившемся состоянии суммарная весовая ко«центрация углерода в газе служит мерой химического потенциала углерода печной атмосферы.

Установившееся состояние наступает после всякого увеличения или уменьшения потенциала углерода, так как реакции (1) и (2) Язляются обратимыми.

Циркуляция газа может быть осуществлена как под действием естественного напора, обусловленного разностью плотностей газа при температуре рабочего пространства печи и того же газа в охлажденном состоянии вне печи, так и принудительно - с помощью любого из известных насосов.

Реализация предлагаемого способа способствует упрощению измерительной системы - не требуется непрерывный подвод специально приготовленного газа определенного состава и поддержание постоянной скорости его протекания через измерителньую систему.

Формула изобретения

1.Способ измерения потенциала углерода атмосферы для химико-термической обработки металлов по содержанию углерода в компонентах газовой среды та выходе из полости, отделенной от рабочего пространства печи диффузионно проницаемой стенкой, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности измерения, содержания углерода в газе определяют в условиях термодинамического равновесия газа с материалом стенки, причем газ после прохождения через анализаторы содержания углерода направляют обратно в ту же полость по замкнутому контуру без непрерывного подвода извне свежего газа.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что при наличии нескольких углеродсодержащи.ч компонентов в газе измеряют содержание углерода отдельно в каждом компоненте.

ИсточнИ|Ки информации, принятые во внимание экспертизе:

1.Harterei Technishe Milteilungen 16, 1961 г., NO {, p. 7

2.Патент Франции № 2087263, МКИ С 23 С 11/00, 13.V.70 г. (прототип).