Система управления химико-термической обработкой изделий в печи

 

Изобретение относится к устройствам регулирования состава газа печной атмосферы при химико-термической обработке изделий. Цель изобретения - повьшение качества химико-термической обработки. Изобретение заключается в том, что в процессе обработки измеряется температура газа в печи датчиком 13 6, влажность газа -датчиком 7, давление - датчиком В, состав газов - датчиком 15 и количество деталей, поступивших в печь - датчиком 5. Указанные датчики соединены с входами управляющего вычислительного устройства (УВУ) 9. В зависимости от показаний датчиков УВУ 9 изменяет соотношение между газом и воздухом, поступающими через эндотермический генератор 1 и смеситель 2 в печь 4, при поисполнительного механизма 12, установленного на трубопроводе 13 подачи .воздуха в генератор 1 . УВУ 9 управляет также при помощи вентилей 10 и 11 составом и количеством газов, поступаюшдх из кассы газов 14 (емкости ) в смеситель 2, что позволяет регулировать состав атмосферы в печи 4. 1 ил. сл iZ 1110 /IV / е о о 00 о 00 сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЩ4АЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (Ш

1 4 А1 (д1) 4 C 21 D 1/76 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н А BTOPCKOMV СВИДЕТЕПЬСТВУ (21) 3731523/22-02 (22) 28.04 ° 84 (46) 07.04.87. Бюл. № 13 (72) А.С. Скалкин (53) 621.785.06(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 717142, кл. С 21 D i/76 °

Авторское свидетельство СССР

¹ 1235935, кл. С 21 D 1/76, 1982. (54) CHCTEMA УПРАВЛЕНИЯ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ ИЗДЕЛИЙ В ПЕЧИ (57) Изобретение относится к устройствам регулирования состава газа печной атмосферы нри химико-термической обработке изделий. Цель изобретения повьппение качества химико-термической обработки. Изобретение заключается в том, что в процессе обработки измеряется температура газа в печи датчиком

6, влажность газа -датчиком 7, давление — датчиком 8, состав газов датчиком 15 и количество деталей, поступивших в печь — датчиком 5. Указанные датчики соединены с входами управляющего вычислительного устройства (УВУ) 9. В зависимости от показаний датчиков УВУ 9 изменяет соотношение между газом и воздухом, поступающими через эндотермический генератор 1 и смеситель 2 в печь 4, при помощи исполнительного механизма 12, установленного на трубопроводе 13 подачи,воздуха в генератор 1. УВУ 9 управляет также при помощи вентилей 10 и 11 составом и количеством газов, поступающих иэ кассы газов 14 (емкости) в смеситель 2, что позволяет регулировать состав атмосферы в печи

4. 1 ил.

1301854

Изобретение относится к химикотермической обработке (ХТ0), а более конкретно к устройствам регулирования состава газа печной атмосферы, и может быть использовано, например, в машиностроительной, газовой и нефтяной промышленностях.

Целью изобретения является повышение качества химико-термической обработки. 10

На чертеже схематично изображена предлагаемая система„

Система XTO изделий содержит эндотермический генератор 1, через смеситель ? связанный трубопроводом 3 с печью 4. Датчики 5-8 соответственно счета деталей, температуры газа, влажности газа, давг:ение газа соединены с управляющим вычислительным устройством (УВУ) 9. С УБУ 9 через вентили

10 и 11 (исполнительные механизмы) осуществляется связь со смесителем 2, а через исполнительный механизм 12 с трубопроводом 13, подающим воздух в эндотермический генератор 1.

Касса 14 газов (емкости) через вентипи 10,11 связана со смесителем

2, Система XTO изделий содержит также датчик состава газов, соединенный с

УВУ 9.

ЗО

Система работает следующим образом.

На эндогенератор 1 поступает по трубопроводам газ и воздух. При этом воздух с помощью исполнительного ме- 3э ханизма 12 в трубопроводе 13 регулируется от УВУ 9, осуществляя грубое управление углеродным потенциалом по информации от датчика 7 влажности с учетом температуры газа, измеряемой о датчиком 6.

Б системе имеется первый замкнутый контур (внешний) управления датчики 6 и 7,„ управляющее вычислительное устройство (УВУ) 9, исполнительный механизм 12, трубопровод

13, основной источник газов (эндогенератор) 1, смеситель 2, трубопро«од 3, печь 4, а также второй замкнутый. корректировочный (внутренний) контур регулирования — датчики 5-7, УВУ 9, вентили 10 и 11 с корректирующей кассой 14 газов, смеситель 2, трубопровод 3, печь 4.

Конструктивные признаки системы управления химико-термической обработки изделий: наличие двух контуров управления и регулирования, датчиков, исполнительных меланизмов, выполняющих функции грубого регулирования печной атмосферы (регулирование углеродного постенциала) и точного корректирования с помощью кассы газов, являются существенными и необходимыми,, так как за счет этих признаков и устройств осуществляется точная (необходимая регулировка, управление) печной атмосферы в самой печи и обеспечивается инвариантность системы к 1знешним возмущениям.

Конструктивное выполнение системы и связей за счет технической возможности поцавать в любой интервал времени точно вычисленное количество доба1зки вполне определенного газа, даже которого нет в основных источниках газов, обеспечивает необходимую атмосферу печи и качественный выход изделий.

Использование датчиков счета и па зления совместно с кассой газов и

Эндогаз по трубопроводу 3 поступает в печь. На тэубопроводе 3 установлен смеситель 2, смешивающий эндогаз с необходимой точной добавкой определенного газа из кассы 14 газов.

Управление подачей дополнительных газов (точное корректирование атмосферы осуществляется вентилями 10 и 5р

11 (исполнительными механизмами) от

УВУ 9, Датчики 15,6,8 и 5 соответственно состава газов, температуры, давления и счета деталей установлены

/ непосредственно в печи, соединены со входом УВУ 9„ которое обрабатывает показания и поддерживает оптимальный режим работы системы по необходимым параметрам, смесителем, включенным непосредствен:!о в трубопровод эндогаза перед печью, значительно повысит качество газа и требуемый его состав, включая и те газы, которые на выходе эндогенератора по ряду технологических причин имеются в недостаточном количестве или вообще отсутствуют.

С помощью УВУ 9 возможно вводить в эту многосвязную систему автоматического регулирова «ия различные постоянные, например наличие того или иного легирующего элемента в обрабатываемых деталях, обеспечивать управление, практически, по любым законам.

1301854 где v1

v о

Т вЂ” — + Х = KY

dx

25

v = v (- ) P к м

2 о P (кг

Наличие отдельных замкнутых контуров регулирования повысит точность и качество управления.

При поступлении информации с датчиков печи в УВУ 9 оно согласно заложенного в нее алгоритма рассчитывает количество добавки того или ионого газа, которое пропорционально количеству и площади обрабатываемых изделий с учетом температуры и текущих значений давлений печи и в кассе газов по каждому газу. УВУ с помощью своего счетчика времени управляет длительностью передачи газов в смеситель от кассы газов. Учитывая, что работают два контура регулирования, то первый, грубый контур (внешний) работает по следующему уравнению: где Х вЂ” вход, например, наличия Н 0 с датчика 7;

Y — - выход, который определяет управление исполнительным механизмом 12;

Т вЂ” постоянная времени, например, эндогенератора;

К вЂ” коэффициент, зависящий от ко- З0 эффициента усиления в данном контуре.

Для более точной регулировки углеродного потенциала учитывается коэффициент легированности, используется 35 датчик 6 температуры и вводятся на основе его показаний и поправочного коэффициента легированноети стали (MR териала) поправки (из таблицы) с пульта ввода информации УВУ 9. В системе 40 обеспечивается возможность программного управления в широком диапазоне состава печной атмосферы, в том числе в течение цикла термообработки.

На состав газа в самой печи ока- 45 зывают влияние обрабатываемые изделия (детали), их площадь и количество. Для учета этого в системе ХТО установлен датчик 5 счета, а в памяти

УВУ 9 имеется площадь изделий. Это 50 техническое решение поясняется следующими зависимостями.

Второй контур (корректированный) работает по уравнениям и 55

S = ш„Б„(м ), 1

m — число изделий каждого нани менования, S — площадь одного изделия каждого наименования, -к; с;

v, = v °, а„° Ь ° (м ), удельное значение объема

i-го газа, приведенное к текущим значениям температуры и времени выдержки для соответствующего газа; удельное значение объемного истощения i-го газа, составляющего печную атмосферу, при определенных постоянных значениях t и с, постоянные коэффициенты для

i-ro газа, текущее значение температуры; длительность нахождения изделий в печи где V — объемное истощение по i-му газу;

К„ „ — коэффициент конфигурации деталей.

Алгоритмы (уравнения) определения времени открытия вентилей 10 и

11 (исполнительных механизмов) для

i-го газа: скорость истечения из кассового баллона где К вЂ” теплотехническая постоянная, например для СО при С

1000С C она равна 1,171;

К вЂ” газовая постоянная, Т, = 273,15 + t (t — температура в печи), P< — давление в печи, Р— давление в i-м баллоне, удельный объем i-ro газа в выходном сечении

Rto где Ч = -объемный секундный расо р ход i-ro газа где S „— общая площадь обрабатываемых изделий, V =™где F — площадь выходного сечения,, р — плотность i-го газа..

Наконец, нахсдится время, в течение которого должен быть открыт

i-й клапан, Vl (с)

V) 1307854 6

1% хрома и 1% марганца. Эта добавка осуществляется за счет внутреннего контура, а весь цикл ХТО СО стабилизируется »а уровне С,43% СО за счет внешнего О,".% СО и внутреннего 0,03%

СО, а

Причем да|зление газа н печи 50 мм нод.ст. с помощью УВУ 9 для второго контура.

Значения перечисленных переменных и коэффициентов могут быть найдены в технических условиях, ГОСТах и других руководствах по газовому хозяйству.

При отсутствии предлагаемой систе- 15 мы при спекании изделий, изготовленных методом порошковой металлургии из шихты с железным порошком IDK3,вместо необходимой твердости НВ 110120 образуется твердость порядка 20

НВ 120-190, Наблюдается такой перепад твердости даже на одном изделии.

При этом содержание углерода превышает номинал в 2-3 раза и цоходит до 0,38%. Так как этим спеканием изделиям необходима дальнейшая механическая и другая обработка. в соответствии с технологией, то возникает проблема использование специального инструмента.

При этом брак по излишнему науглероживанию или скислению составляет

30% °

Пример. Проводят ХТО изделий

35 (деталей) с исг:.ользонанием предлагаемой системы, изготовленных из материала следующего состава,%: хром 1, марганец 1; углерод 0,03, кремний

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

Состав печной атмосферы,%: СО 1822, Н 28-30, СО 0,4, СНс 0,3, О до

0,2, который поддерживается (стабилизируется) первь1м замкнутым (внешним) контуром. Детали проходят двухчасовой цикл обработки, но так как н составе материала деталей имеются легирующие элементы, то для нормального и качественного протекания ХТО первых двух минут вводят из дополнительного объема СН4 (второй корректировочный замкнутый контур).

Для поддержания оптимальной печной атмосферы из дополнительного обье-5> ма вводится СН, до величины СО, равной 0,43%. При этом основное влияние н увеличении СО оказывают легирующне элементы материала изделий, Партию заготовок подвергают визуальному осмотру, проверке на твердость и с помощью химического анализа определяют количество углерода (С). Окисление отсутствует, твердость поверхности изделий колеблется в номинальных технологических пределах:

HB 110-120, а "одержание углерода порядка 0,12-0,14%.

Наличие многосвязной замкнутой системы автоматического регулирования,позноляюшей обеспечивать печь необходимой атмосферой, значительно сократить брак ХТО, УВУ создает централизацию управления и повышает быс.тродейстние всей системы, Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Система управления химико-термической обработкой изделий в печи, содержащая эндогенератор, и подсоединенными к нему трубопроводами подачи природного газа и воздуха, исполнительный механизм с регулирующим органом изменения соотношения расходов газа и ноздуха, подаваемых в эндоге»ерагор, датчик температуры, влажности и состава газов, емкости для технологических газов, управляющее вычислительное устройство, смеситель и исполнительные механизмы с регулирующими вентилями на линиях подачи газовых компонентов из емкостей к смесителю, установленному между эндогенератором и печью, причем выходы датчиков газовых компонентов, датчика температуры и влажности подсоедииены на нходы упранляющего вычислительного устройства, выходы которого подсоединены к исполнительным механизмам на линиях подачи газовых компонентов из емкостей в смеситель и к регулирующему органу изменения соотношения газа и воздуха, подаваемого в эндогенератор, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышеСоставитель А. Абросимов

Техред Л.Сердюкова

Редактор С. Пекарь

Корректор И. Эрдейи

Заказ 1193/27 Тираж 550

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 1301854 8 ния качества химико-термической обра- чем датчики давления и счета деталей ботки, она снабжена датчиком давле- подсоединены на вход управляющего ния и датчиком счета деталей, при- устройства.