Система управления химико-термической обработки изделий в печи

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gD y С 21 D 1/76

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTFT СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3429278/22 — 02 (22) 26.04.82 (46) 07.06.86. Бюл. ¹ 21 (72) А.С.Скалкин (53) 621.785.06(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 715630, кл. С 21 р 1/76, 1976.

Авторское свидетельство СССР № 717142, кл. С 21 D 1/76, 1978. (54)(57) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ХИМИКОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ В ПЕЧИ, содержащая эндогенератор, трубопроводы природного газа и воздуха, подсоединенные к эндогенератору, исполнительный механизм с регулирующим органом изменения соотношения расходов газа и воздуха, подаваемых в эндогенератор, отличающаяся тем, что, с целью расширения диапазона и точности регулирования углеродного потенциала и повышения качества химиÄÄSUÄÄ 1235935 А 1 ко-термической обработки -, система дополнительно содержит датчики температуры, влаги и состава газов, дополни-тельные емкости с газами, управляющее вычислительное устройство, смеситель и исполнительные механизмы с регулирующими вентилями на линиях подачи газовых компонентов из дополнительных емкостей к смесителю, установленному между эндогенератором и печью, йричем выходы датчиков газовых компонентов, датчика температуры и влаги подсоединены на вход управляющего вычислительного устройства, выходы которого подсоединены к исполнительным механизмам на линиях подачи газовых компонентов из дополнительных емкостей в смеситель и к регулирующему органу изменения соотношения газа и воздуха, подаваемого в эндогенератор.

Ф 123

Изобретение относится к химикотермической обработке, а именно к устройствам регулирования состава печной атмосферы, например, в машиностроительной, газовой и нефтяной промышленностях, Цель изобретения — расширение диа пазона и точности регулирования yr леродного потенциала и повышение качества химико-термической обра ботки.

Ela чертеже изображена система управления химико-термической обработки изделий.

Система управления содержит эндотермический генератор 1, печь 2, управляющее вычислительное устройство 3 (УВУ), емкости 4 газовых компонентов, смеситель 5, вентили 6-8 с исполнительными механизмами, датчики

9 и 10 состава газов, датчик 11 температуры, датчик 12 влаги, трубопро— вод 13 подачи воздуха в эндогенератор и трубопровод 14 подачи смеси газов в печь.

Управление в системе осуществляется следующим образом.

Газовая смесь из эндогенератора через смеситель 5 поступает в рабочее пространство. печи 2. Информация о составе печной атмосферы и температуре поступает с датчиков 9-12 в

УБУ 3. В блок УВУ 3 вводятся исходные данные, которые представляют собой набор оптимальных режимов состава атмосферы для ряда температурных режимов, В блоке УВУ 3 происходит сопоставление текущих данных по влаге с требуемыми в технологическом процессе и при отклонении от задания осуществляется включение исполнительного механизма на трубопроводе 13 подачи воздуха к эндогенератору 1.

Таким образом, осуществляется "грубое" регулирование состава атмосферы, В блоке УВУ 3 на основании информации о текущей температуре и оптимальном режиме состава газа для данной температуры осуществляется формирование требований к дополнительной подаче газов. Например, при повышении температуры уменьшают подачу СО в смеситель для получения необходимого углеродного потенциала.

В блоке УВУ 3 осуществляется расчет характеристик системы (углеродного потенциала) на основании текущего состава газа и сформированных ранее углеродный потенциал в процентах углерода; о температура, С

C07 C0 %

Н2%9 Н20%

30 содержание указанных газов в объемных процентах; атмосферное давление, отн. ед., Р

«Р ат .

760 атмосферное давление, мм рт.ст.; коэффициент легирования, изменяющийся от 0 до 0,06 в зависимости от степени

35 легирования стали.

Пример. Проводят ХТО деталей (спекание),, изготовленных из материалов следующего состава, 7: хром 1; марганец 1; углерод 0,03; кремний

0,,1; сера 0,02; фосфор 0,02; остальное — железо.

Температуру спекания поддерживают о на уровне 1050 C«+5

Исходный состав эндогаза имеет следующие основные составляющие, 7:

СО 20+2

Н 31+2

С02 0,36+0 15

Сн, 0,3+О, 1

5935 2 в блок» УБУ 3 требований к дополнительной подаче газов. Кроме того, в блоке УВУ 3 осуществляется проверка соответствия характеристик (рас5 четного углеродного потенциала) заданным требованиям и выдача управляющих воздействий на исполнительные механизмы 6 и ?, расположенные на линиях (трубопроводах) подачи газовых

1п компонентов иэ емкостей 4.

Блок УВУ 3 реализует алгоритмы сбора и обработки информации по измеренному составу газа и температуре и вычисление углеродного потенциала

t5

1g((30,9 -XC)XCJ + 0,005(30,9

7С) 7С) + 0,2915h(XC + 3,4?5) + n

1g%CO + 1g%H2 — 1gHzO + 1ВРотн +

5 7323, щ 273 +

1g j(30,9 — %С)%С) + 0,005(30,9 — XC)XC + 0,2915n(XC + 3,475) + п

6456 9

=- 21g7C0 — 1gXCO + 1@Р+ — — —273+

„ — 7,3393, где %С—

1235935 4 составляет 0,157 С. При сопоставлении с заданным значением (О, 137С) имеется рассогласование — 0„02XC, На выходе блока УВУ 3 сформирована. дополнительная подача СО, СО2 и снижена подача СН4. Через 3 мин произошло выравнивание состава атмосферы до заданного значения угперодного потенциала (требуемых характеристик). Ю

50

Н О 11+2 C температуры

2 точки росы (т.т.р.)

N Остальное

Состав эндогаза поддерживают с по мощью измерения количества влаги— датчик 12, блока УВУ Зи работой испол нительного механизма 8. Углеродный потенциал эндогаза поддерживают на уровне 0,13+0,1X.

Состав газа, отбираемого из печи в начале режима ХТО, составляет, 7:

СО 19

Н 33

СО 0,39

СН 0,25 15

Н О +12 С т.т.р.

1 12 Остальное

Включают внутренний контур управления.

Текущая температура, несмотря на 2О работу системы регулирования температуры (не показана), снижается до

1043 С.

B блоке УВУ 3 осуществляется сопротивление текущей информации о тем- 25 пературе и составе газа с оптимальным составом газа для текущей температуры, который соответствует заданному содержанию углеродного потенциала 0,13Х С и составляет, 7: 30

СО 22

Н 30

СО2 0,41

СН 0,3

Н О +12,8 С т.т.р.

35 2 Остальное

Сформировалось требование на дополнительную подачу СО и СО2. .В блоке УВУ 3 рассчитывается углеродный потенциал на основании сформи- 4О рованных требований по СО и СО2 и фактического значения остальных компонентов, содержание которых превышает заданное, согласно оптимальному составу газов для текущей температу- 45 ры, т.е. для состава, Ж:

СО 22 н 33

СО 0,41

СН 0,3

Н20 +12,8 С т.т.р.

Остальное

Т = 1043 С

Углеродный потенциал для указанноо го состава газов и температуры 1043 С

После окончания обработки партию деталей подвергают визуальному осмотру, проверке на твердость и с помощью химического анализа определяют количество углерода. Окисление отсутствует, твердость поверхности изделий колебается в номинальных технологических пределах (НВ 110-120), а содержание углерода — в заданных пределах.

Система обеспечивает высокую точность поддержания заданного содержания углерода в изделиях при спекании, длительность которого составляет 1,5-2 ч.

При дополнительной подаче только метана в печь, заполняемую эндогазом, реакция разложения СН, а также конверсия С02 и Н О метаном до СО и

Н2 протекают медленно и в этом случае не обеспечивается желаемая точность по содержанию углерода в деталях.

Обеспечение дополнительной подачи любого из газовых компонентов атмосферы согласно оптимальному составу газа и текущей температуры обеспечивает желаемое содержание углерода в изделиях и, следовательно, их высокое качество.

11ри отсутствии предлагаемой системы при спекании изделий, изготовленных методом порошковой металлургии из шихты с железным порошком ПЖЗ, вместо необходимой твердости НВ 110120 получают твердость порядка НВ

130-180, А так как этим спекаемым изделиям необходима дальнейшая механическая и другая обработка в соответствии с технологией, то возникает проблема специального инструмента.

При введении предлагаемой системы применение специального инструмента не требуется, брак отсутствует °