Способ измерения углеродного потенциала печных газовых сред Советский патент 1980 года по МПК C23C11/10 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО ПОТЕНЦИАЛА ПЕЧНЫХ ГАЗОВЫХ СРЕД

1

Изобретение относится к химико-термической обработке сталей и может быть использовано при необезуглероживающей и науглероживающей термообработке сталей в газовых средах.

Известен способ измерения науглероживающей или обезуглероживающей способности газовых сред, основанный на отделении пространства в печи стенкой из того же материала, что и обрабатываемые изделия, пропускании с известной скоростью с одной стороны стенки обезуглероживающего газа и последующем измерении содержания углерода в этом газе 1.

Способ не позволяет непосредственно измерять углеродный потенциал, применим для печей с постоянным и одинаковым материалом садки, имеет сложную систему обработки сигнала.

Наиболее близким техническим решением является способ измерения углеродного потенциала печных газовых сред, заключающийся в разделении части пространства печи с науглероживающей атмосферой металлической стенкой из стали того же состава и толщины, что и обрабатываемые изделия, пропускании с извесной скоростью обезуглероживающего газа постоянного состава в одной из частей и измерении концентрации углерода в этом газе 2.

Недостатком способа является сложность его реализации и недостаточная точность измерений.

Цель изобретения - повышение точности измерений и упрощение способа.

Указанная цель достигается тем, что науглероживающий газ подают с постоянной скоростью, а в реакционном пространстве поддерживают постоянную температуру. Причем прореагировавший обезуглероживающий газ подают на катализатор при объемных напряжениях 100-1000 .

Способ осуществляется следующим образом.

Часть печного пространства разделяют тонкой стенкой из железа, чтобы определяемый углеродный потенциал газа не зависел от материала садки. Одна сторона стенки омывается потоком обезуглероживающего газа постоянного состава и с постоянной скоростью, другая сторона - печной атмосферой с определенной скоростью. Температура стенки постоянна и равна температуре печного пространства. Благодаря этому создаются условия для диффузии углерода из печной среды через стенку в обезуглероживающий газ,причем коэффициент диффузии при данной температуре одинаков, так как материал стенки не связан с материалом садки. Чем тоньше стенка, тем быстрее установится стационарный поток массы углерода, тем меньше инерционность датчика. Это позволит использовать его в системах автоматического регулирования и при относительно низких температурах термообработки. Омывание стенки печной средой с определенной скоростью обеспечивает, при прочих равных условиях, постоянную скорость переноса углерода из печной среды на поверхность стенки, что является необходимым условием для устойчивого измерения углеродного потенциала. После омывания стенки обезуглероживающий газ, обогащенный продиффундировавшим углеродом, поступает на катализатор, размещенный в печном пространстве в изотермической зоне. Объемные напряжения на катализаторе находятся в пределах 100-1000 , чтобы газ после катализатора имел равновесный состав при данной температуре. Это позволяет для регистрации сигнала применить газоанализатор на любой из компонентов обезуглероживающего газа (СО, СО, Н, и т.д.)

Вместо газоанализатора можно применить электрохимический датчик кислородного потенциала, в котором в качестве газа сравнения используется обезуглероживающий газ, поступающий для омывания перегородки, т.е. электрохимический датчик показывает изменение парциального давления кислорода в обезуглероживающем газе в результате его взаимодействия с продиффундировавшим через стенку углеродом. На основании показаний газоанализатора или электрохимического датчика определяется углеродный потенциал либо расчетным путем, либо по тарировочной кривой, полученной сравнением показаний с концентрацией углерода в фольге, выдержанной в печной среде до равновесия. Возможно применение способа вне печного пространства, для чего стенку помещают в изотермическую зону с температурой, достаточной для обеспечения диффузии углерода через стенку. Часть газовой среды, углеродный потенциал которой необходимо определить, выводится из печи и подается в изотермическую зону с одной стороны стенки с определенной скоростью. Другая сторона стенки омывается обезуглероживающим газом с последующей регистрацией концентрационных изменений в нем. При этом из газа, отводимого из печи, не должна выделяться сажа и конденсироваться влага.

На чертеже представлено устройство, реализующее предлагаемый способ.

В устройстве ограждение печного пространства выполнено в виде цилиндра 1 из тонкой железной фольги, расположенного коаксиально в трубе 2, через которую отводится часть печной атмосферы с определенным расходом. Обезуглероживающий газ подается внутрь цилиндра 1, омывает его стенки и отводится по центральной трубке 3, заполненной катализатором 4, после чего поступает на газоанализатор 5.

В другом варианте обезуглероживающий газ поступает вначале на внешнюю сторону электрохимической ячейки 6, выполненной в виде пробирки, затем подается внутрь цилиндра 1. После омывания стенок цилиндра 1 и прохождения катализатора 4 обезуглероживающий газ поступает на внутреннюю сторону электрохимической ячейки. Если произошло изменение кислородных свойств обезуглероживающего газа в результате его взаимодействия с углеродом, продиффундировавщим через перегородку, в электрохимической ячейке возникает ЭДС, являющаяся мерой углеродного потенциала.

Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с известными способами устойчивое измерение углеродного потенциала печных газовых сред, так как показания датчика не зависят от процессов массоотдачи, и упрощает обработку сигнала за счет того, что непосредственно после датчика измеряется любой компонент обезуглероживающего газа.

Это позволит увеличить точность определения углеродного потенциала, что, в свою очередь, приводит к повышению качества металла, термообрабатываемого в углеродосодержащих газовых средах.

Формула изобретения

Способ измерения углеродного потенциала печных газовых сред, заключающийся в разделении части пространства печи с науглероживающей атмосферой металлической стенкой, пропускании с известной скоростью обезуглероживающего газа постоянного состава в одной из частей и измерении концентрации углерода в этом газе, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и упрощения способа, науглероживающий газ подают с постоянной скоростью, а в реакционном пространстве поддерживают постоянную температуру.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

кл. С 23 С 9/08, опублик. 1974 (прототип).