Способ регулирования углеродного потенциала атмосферы

 

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ УГЛЕРОДНОГО ПОТЕНЦИАЛА АТМОСФЕРЫ при хи 4икo-тepмичecкoй о«5работке, включаиэщий подачу газовой печной смеси к датчику определения фазового равновесия контролируемого компонента, нагрев и охлаждение датчика и формирование регулирующего сигнгиса на изменение состава атмосферы в печи в направлении установления фазового равновесия контролируемого компонента , отл ичающийся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности способа, датчик выдерживают при заданной технологией термообработки постоянной температуре фазоIвого равновесия контролируемогр компонента . г О :п О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) M51) С 21 D 1 76

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3423901/22-0? (22) 12. 04. 82 (46) 07. 12. 83. Бюл. в 45 (72) Б.В. Радзиевский и В. Н. Непогодин (53) 621. 785. 5 (08&. 8) (56) 1. Le potentiel de carbone.

"La Technique moderne". 1 966, fe vr ie r, v. 58, р. 17-24.

2 ° Авторское свидетельство СССР

В 428261, кл. С 01 Ы 25/68, 1971. (54) (57) С11ОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ УГЛЕРОДНОГО ПОТЕНЦИАЛА АТМОСФЕРЫ при химико-термической обработке, включаю- ций подачу газовой печной смеси к датчику определения фазового равновесия контролируемого компонента, нагрев и охлаждение датчика и. формирование регулирующего сигнала на.изменение состава атмосферы в печи в направлении установления фазового равновесия контролируемого компонента, отличающийся тем, что, с целью упроцения и повышения надежности способа, датчик выдержива" ют при заданной технологией термообработки постоянной температуре фазо,вого равновесия. контролируемого компонента.

1059010

Это обусловлено инерционностью термоэлектрического холодильника (элемента системы автоматического регулирования) и сложной зависимостью динамических характеристик процесса конденсации и парообраэования контролируемого компонента от температуры точки росы. Например, при изменении точки росы от -30 до +30 С (диапазон точки росы, соответствую" щий заданному технологией термообра60

Изобретение относится к химико= термической обработке металлов и может быть использовано в машиностроении в печах и генераторах с контроли. Руемой атмосферой для регулирования углеродного потенциала, определяемого косвенным методом.

Известен способ регулирования углеродного потенциала по точке росы, измеряемой хлористолитиеным датчиком.

Сигнал на изменение состава атмосфе- 10 ры (регулирование углеродного потенциала) формируют по температуре фазового равновесия в присутствии паров влаги между твердой и жидкой фазой электролита, находящегося в тка- 15 ни. Фаэовое равновесие поддерживают по измеренной электропронодности электролита датчика (1)

Однако н процессе эксплуатации осаждающаяся на датчике сажа, которая также электропронодна, меняет злектропронодность датчика, искажая

его показания, что приводит к нарушению однозначной зависимости между углеродным потенциалом и измеРенной датчиком температурои точки росы.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ регулирования углеродного потенциала атмосферы, заключающиися н том, что определяют фаэовое состояние контролируемого компонента, изменяют температуру пробы газа до момента образования равновесного состояния фаз контролируемого компонента и с помощью системы автоматического регулирования поддерживают температуру пробы, равной температуре раннонесного состояния фаз (поддерживают равновесие между конденсирующейся 40 и испаряющейся влагой на неактивной, несорбирующей понерхностИ вЂ” зеркале), сравнивают ее с температурои, заданной технологией термообработки, и н зависимости от величины отклонения температур формируют регулирующий сигнал на из1ленение состава атмосферы (2) .

Однако непрерывно поддерлинать температуру пробы, равнои температуре равновесного состояния фаз контролируемого компонента (температуре точки росы), с необходимой точностью достаточно сложно. ботки) скорость процесса конденсации . увеличивается и 100 раз.

Необходимость оперативного из ленения температуры контролируемой среды нынуждает для снижения инерционности измерительного прибора стремиться к уменьшению объема среды,что, н свою очередь, создает ряд трудностей конструктивного и метрологического характера.

Кроме того, непрерывное поддержание с достаточной точностью, температуры, пробы, раннои. температуре точки росы, требует введения в автоматическук систему регулирования дополнительной коррекции, что усложняет реализацию известного способа и снижает его надежность.

Целью изобретения является упрощение и повышение надежности способа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу регулирования углеродного потенциала атмосферы при химико-термической обработке, включающему подачу газовой печной смеси к датчику определения фазового равновесия контролируемого компонента, нагрев и охлаждение датчика и формирование регулирующего сигнала на изменение состава атмосферы в печи в направлении установления фазового равновесия контролируемого компонента, датчик выдерживают при заданной технологией термообработки постоянной температуре- фазового равновесия контролируемого компонента.

На фиг.1 схематично изображено устройство,, реализующее предложенный способ, при использовании ноцы в качестве контролируемого компонента; на фиг.2 — то же, при использовании в качестве контролируемого компонента углерода, на фиг.3 — зависимость мехсду температурой выделения углеро,да, температурои и рабочей камере печи и углеродным потенциалом.

Устройство содержит пробоотборник

1, термоэлектрический холодильник 2, на охлаждаемом спае которого расйоложен датчик 3 температуры и зеркало 4, лампочку 5, задатчик б, регулятор 7 температуры и фотореэистор 8. Датчик

3 температуры и задатчик б подключены соответственно на первый и второй входы регулятора 7 температуры, вы ход которого подключен к холодильнику,2. Датчик 3 температуры, регулятор

7 температуры и холодильник 2 образуют замкнутую систему автоматического регулирования температуры зеркала 4. Фотореэистор 8 установлен на пути отраженного от зеркала 4 светового потока лампочки 5 и.подключен к входу регулятора 9, выход которого . соединен с регулирующим краном 10 подачи карбюризатора.

1059010

На линиях подачи карбюризатора и гаэоносителя. установлены соответственно краны 11 и 12 н ротаметры 13 и 14.

Регулятор 9 и фоторезистор 8 могут быть совмещены и выполнены, например, в-.виде фотореле.

Способ осуществляется следующим образом.

Через краны 11 и 12 по ротаметрам

13 и 14 устанавливают расходы карбюризатора и газоносителя в печь.

Из печи по пробоотборнику 1 отводят пробу газа к холодильнику 2. Проходя над поверхностью холодильника

2, проба охлаждается. Температуру 15 поверхности холодильника, следовательно, зеркала 4 и пробы, поддерживают постоянной, равной заданной технологией термообработки температуре фазового равновесия контролнру- 2О емого компонента.

Регулирующий сигнал формируют непосредственно по фазе контролируемого компонента. При этом действие сигнала всегда.направлено на восста- 25 новление равновесного состояния. Так в случае, когда контролируемый компонент, в качестве которого используют, например, водяной пар, над .охлажденным зеркалом находится в газовой фазе, что соответствует углеродному потенциалу выше заданного, све товой поток, отраженный от зеркала 4 и падающий на фоторезистор 8, увеличивается. При этом на выходе регулятора 9, вход которого подключен к фо- З . торезистору 8, появляется сигнал, закрывающий кран 10, что вызывает понижение углеродного потенциала в рабочей камере печи за счет уменьшения подачи карбюризатора. Состав ат- 40 мосферы изменится, а концентрация контролируемого компонента в печи и в пробе увеличится приблизится к состоянию насыщения, соответствующему равновесному состоянию фаз над охлаж- 45 денным зеркалом.

После выхода из равновесного сос-, тояния контролируемый компонент переходит в жидкую фазу, что соответст- 5О вует углеродному потенциалу ниже заданного. При этом световой поток от зеркала 4 уменьшится (эа счет образования на его поверхности конденсата), освещенность фоторезистора .8 снизит- у ся. На выходе регулятора 9 сигнал изменит направление и начнет открываться кран 10, увеличивая по дачу в печь карбюризатора, а следовательно, увеличивая углеродный по.тенциал атмосферы в рабочей камере О печи. При этом концентрация контролируемого компонента уменьшктся и после перехода равновесного состояния конденсат полностью испарится с зеркала. 65

Цикл регулирования повторяется.

Устройство также содержит пробоотборник 1, установленный на выходе холодильника, выпслненного в виде канала 15, проходящего через стенку печи 16 и контактирующего с рабочей камерой печи и водяным холодильником

17. B канале 15 установлен датчик

3 температуры и элемент 18, чувствительный к образованию осадка углерода — сажи. Элемент 18 выполнен в виде двух электродов, контактирующих между собой при наличии сажи. Датчик

3 и элемент 18 закреплены на трубе

19, имеющей воэможность перемещения внутри кан ала 15 .

Труба является составной частью кривошипного механизма 20, закрепленного на валу двигателя 21. Датчик 3 подключен к одному из входов регулятора 7 температуры, другой вход которого подключен к эадатчику 6 температуры, а выход - к двигателю 21.

Датчик 3 температуры, регулятор 7 температуры, двигатель 21, кривошипный механизм 20 и труба 19, на которой укреплены в непосредственной близости датчик 5 температуры и элемент 18, образуют замкнутую систему регулирования температуры элемента 18.

Элемент 18 подключен к входу регулятора 9, соединенного с краном 19 добавки карбюрнзатора. На линиях подачи карбюризатора и газоносителя соответственно установлены краны 11 н 12 н ротаметры 13 и 14.

Способ осуществляется следующим образом.

Через краны 11 и 12 по ротаметрам

13 и 14 устанавливают расходы карбюризатора и газоносителя в печь.

Из камеры печи по каналу,15 через пробоотборник 1 отводят пробу газа.

При этом, проходя по каналу 15, проба .газа охлаждается. Температура элемента 18, контактирующего с охлажденной пробой, подде1хкивается постоянной и равной температуре, установленной на эадатчике б. Эта температура соответствует заданной технологией термообработки температуре фазового равновесия углерода (сажи) и однозначно определяется по температуре термообработки иэделий и углеродному потенциалу атмосферы в печи согласно зависимости, представленной на фиг.3.

Например, углеродному потенциалу

0,8Ъ углерода при температуре тврмообработки 930 С соответствует темпеО ратура -выделения осадка (углерода)

880 С. Это и есть теьптература, уста 1авЛиваемая на эадатчике 6. Регулирующий сигнал формируют непосредственно по фазе контролируемого компонента. При этом его действие всегда

1059010 направлено на восстановление равновесного состояния.

В случае, когда контролируемый компонент в месте размещения датчика 5 температуры и элемента 18 находится в газовой фазе (связанном состоянии — СО, СО 1, что соответствует углеродному потенциалу ниже заданного, выделение осадка на элемент 18 не происходит. И, следовательно, между электродами элемента 10

18 отсутствует электрический контакт.

При этом на выходе регулятора появляется сигнал на открытие крана 10.

Открытием крана увеличивают подачу в печь карбюриэатора, благодаря чему 15 состав атмосферы изменяется и повышается углеродный потенциал в камере печи и в канале 15 холодильника. После выхода контролируемого компонента из равновесного состояния в месте 20 размещения элемента 18 начнет выделяться осадок в виде свободного углерода (сажи) . Так как сажа электропроводна, то между электродами элемента 18 образуется электрический контакт. При этом на выходе регулятора 9 формируется сигнал на закрытие крана 10. Добавка в печь карбюриэатора уменьшается, углеродный потенциал атмосферы начнет понижаться, а состояние .компонента в месте расположения элемента снова приблизится к равновесному состоянию. Выделившиися осадок переходит из свободного состояния в связанное газообразное состояние. Контакт между электродами элемента 18 исчезнет после образования нового фазового состояния контролируемого компонента.

Цикл регулирования повторяется.

Поддержание постоянной температуры газовой пробы около датчика,равной заданной технологией термообработки температуре фазового равновесия контролируемого компонента,поз- воляет упростить и повысить надежность способа эа счет исключения сложных устройств, осуществлякицих измерение текущей температуры фазового равновесия контролируемого компонента и сравнение этой температуры с заданной температурой фазового равновесия, следовательно, позволяет исключить связанные с этими приемами погрешности.

Экономический эффект будет получен эа счет уменьшения затрат на периодическое обслуживание устройства, используемого для реализации способа, и уменьшения его стоимости, и составит 21000 руб.

600 Я70 ЖР ЮУ уяю с (Я.мясратура Дяде.есним ур герат CJ

Фю 7

Составителлв Г.Наумова

Редактор Н.Рогулич Текред Л.Иикещ Хорректор О.Билак

Заказ 9719/25 Тиран 568 Подлисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ао делам изобретений и открытий 113035, Москва, д»35, Рауюская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент"., r..уитород, ул.Проектная, 4