Устройство для измерения химического потенциала углерода неуглероживающей или обезуглероживающей атмосферы — SU 554311 (original) (raw)
111 5543 И ОПИСАН И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Со 1 оз Советских Социалистических РеслублииДополнительное к ав св 1) М. Кл.2 С 23 С 11/1 2) Заявлено 20.05,75 (21) 2136364/Ос присоединением заявки3) Приоритет осуларственный комитет ооета Министров СССР Опубликовано 15.04.77, Б летень14 1.785.5.2.5 (088.8 о аелам изобретений н открытийДата опубликования описания 14.06,7(54) УСТРОЙ СТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕН ИЯ ХИМИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА УГЛЕРОДА АУГЛ ЕРОЖИВА 1 ОЩЕЙ ИЛ И ОБЕЗУГЛ ЕРОЖИ ВА АТМОСФЕРЫЕ Изобретение относится к области химико- термической обработки металлов, в частности к устройствам косвенного измерения химического потенциала углерода науглероживающей или обезуглероживающей атмосферы.К известным устройствам прямого измерения химического потенциала углерода относятся датчики типа проволочного электросопротивления, материал которого насыщается углеродом в рабочем пространстве печи 11, 10Известно устройство для измерения химического потенциала углерода в виде диффузионнопроницаемой трубки из того же материала, что и обрабатываемые стальные изделия. Эта трубка устанавливается в рабочем про странстве печи и через нее с определенной скоростью пропускают не содержащий углерод газ, в частности смесь К, Нъ НО. На выходе из печи определяют содержание углерода в газе, по которому оценивают углерод ный потенциал печной атмосферы. При использовании указанной смеси газ перед входом в газоанализатор сжигают для приведения всех углеродоносителей к одному СО 21,Указанное устройство имеет существенные 25 недостатки: для ввода свежего обезуглероживающего газа в диффузионнопроницаемую трубку в течение всего времени работы необходимы специальные устройства для поддержания начального состава и скорости газового потока постоянными. Это значительно усложняет измерительную систему, снижает ее точность и эксплуатационную надежность.В предложенном устройстве для повышения точности и упрощения конструкции выходящий из печи конец диффузионнопроницаемой трубки соединен с ее входным концом в замкнутый контур, в котором непрерывно циркулирует один и тот же газ, Благодаря этому отпадает необходимость в устройствах для стабилизации состава и скорости подачи газа. К контуру циркуляции газа последовательно присоединены гидрозатвор и ресивер для стабилизации давления газа, а параллельно газоанализатору СО присоединены анализаторы всех углеродсодержащих компонентов, причем выходы всех газоанализаторов соединены с измерительным прибором через элепересчета объемной концентрации углеродсодержащего компонента в массовую концентрацию углерода и сумматор,На чертеже дана схема устройства.В рабочем пространстве печи 1 с обрабатываемыми деталями 2 устанавливается диффузиопно-про 1 ицаеыыи змеевк 3, на ли 11 ии входа в который имеются: клапаны 4 и 5, осушитель 6, а на выходе - холодильник 7, насос 8 и газоанализаторы 9. Система вто.(1) (2) (3) 5 Э 55 60 65 ричного прибора состоит из пересчетных прсобразовательных элементов 10, суммирующего элемента 11 и выходного измерительного прибора 12,Базовая линия через гидрозатвор 13, заполненный жидкостью, соединена с рссивером 14. К линии подклОчсн также контактный манометр 15.Используемый для измерения газ, как не содержащий углерода, например смесь КН НО, так и содержащий его, например СО и СО, для первоначального наполнения устройства вводится через открытые клапаны 4, 5 и через осушитель 6. Последний обеспечивает постоянное содержание в газе остаточной влажности. Газ заполняет замкнутый контур змеевика 3 и присоединенный к нему через гидрозатвор 13 ресивер 14, а также газоанализаторы 9. Заполнение производится до некоторого избыточного давления, контролируемого с помощью манометра 15, Затем клапаны 4 и 5 полностью закрываются.Заполнение устройства рекомендуется производить перед началом технологического процесса (цементации или обезуглероживания) с целью проверки герметичности контура.При разогреве печи 1 до температуры технологического процесса газ в змеевике расширяется и часть его через жидкость гидрозатвора переходит в ресивер во избежании разрыва змеевика и газоанализаторов. После окончания технологического процесса и охлаждения печи происходит обратное перетекание газа с целью снятия вакуума во внутренней полости змеевика и газоанализаторов.При рабочей температуре процесса цементации или обезуглероживания газ циркулирует по замкнутому контуру змеевика, приводимый в движение насосом 8 или действием естественного напора, который обусловлен разностью плотностей горячего и хо,чодного газов. На выходе из печи газ охлаждается с помошью питаемого проточной водой трубчатого холодильника 7 для фиксации температуры и состава газа вне змеевика.Г 1 ри протекании через змеевик газ вступает в химическое взаимодействие с углеродом (С) материала змеевика:С+2 Н СНС+Н,О:СО+Н,или С+СО-. - СО Одновременно материал стенки обменивается углеродом с атмосферой рабочего пространства печи.В результате многократного контакта газа со стенкой змеевика постепенно устанавливается термодинамическое равновесие, при котором независимо от первоначального состава газа и скорости его движения содержание углерода в газе однозначно характеризует содержание углерода в материале стенки и измеряемый химический потенциал углерода печной атмосферы. Для определения содержания углерода в газе используется блок газоанализаторов 9, число которых выбирается равным количеству углеродсодержащих компонентов в газо, применяемом для измерения углеродного потенциала, Так, например, для газа, первоначально состоящего из М Н, и Н:О, необходимы два газоанализатора, один из которых измеряет содержание СН, а другой - СО соответственно реакциям (1) и (2).Наиболее приемлемым типом газоанализаторов для комплектации устройства являются оптико-акустические газоанализаторы, В силу их высокой избирательной способности определение каждого из компонентов анализируемой смеси может производиться в присутствии других компонентов. Для уменьшения динамических погрешностей газовые трассы газоанализаторов соединяются между собой параллельно. Каждый из анализаторов снабжается нелинейным пере- счетным преобразовательным элементом 10 сигналы которых представляют массовые концентрации углерода, соответствующие измеренным газоанализаторами объемным концентрациям углеродсодержащих компонентов. Эти сигчалы затем суммируются элементом 11, и результирующий сигнал суммарной массовой концентрации углерода как мера контролируемого углеродного потенциала атмосферы печи передается на выходной показывающий, самопишущий и регулирующий прибор 12.В качестве пересчетных преобразовательных и суммирующих элементов могут быть использованы, например, серийно выпускаемые и общеизвестные блоки ферродинамической системы (Харьковский завод КИП),Манометр 15 является контактным (снабжен сигнальным устройством). Это устройство при работе данной системы используется для контроля герметичности замкнутого контура циркуляции газа, В случае нарушения герметичности, в частности из-за прогорания змеевика, избыточное давление находящегося внутри контура газа падает, что приводит в действие предупредительный сигнал,Положительная эффективность предлагаемого устройства для измерения химического потенциала углерода заключается в том, что это устройство не нуждается в постоянном подводе обезуглероживающего газа к трубке с днффузионно-проницаемой стенкой, а также не требует поддержания постоянства состава и скорости газа на входе в эту трубку. Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известными является более простым и надежным. Кроме того, оно оказывается и более точным, так как информация об угле- родном потенциале печной атмосферы здесь получается из состава газа, находящегося в условиях термодинамического равновесия с контролируемой средой,554311 Формула изобретения Составитель В. Оловянишников Редактор Т. Логинова Техред И. Карандашова Корректор А, НиколаеваЗаказ 1253/11 Изд. Юо 448 Тираж 134 Подписное ЦНИИПИ Государственного сомитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Типография, пр. Сапунова, 2 1. Устройство для измерения химического потенциала углерода науглероживающей или обезуглероживающей атмосферы, содержащее диффузионно-проницаемую трубку, установленную в рабочем пространстве печи, газоанализаторы и контрольно-измерительные приборы, отл и чаю щееся тем, что, с целью повышения точности и упрощения конструкции, диффузиоппо-пропицаемая трубка и газоанализаторы ооразуют замкнутый контур непрерывной циркуляции газа, к которому последовательно подключены гидрозатвор и ресивер для стабилизации давления циркулирующего газа, а параллельно газоанализатору СО присоединены анализаторы всех углеродсодержащих компонентов, причем выходы всех газоанализаторов соединены с измерительным прибором через элементы пересчета 5 объемной концентрации углеродсодержащегокомпонента в массовую концентрацию углерода и сумматор.2. Устройство по п. 1, отличающеесятем, что замкнутый контур диффузиоппо-про ницаемой трубки содержит сигнальный манометр для контроля герметичности измерительной системы.1, 11 аг 1 еге Тес 1 тп 1311 е МЖе 11 цпдеп, 16, 1961,1, стр. 7 (аналог).15 2. Патент Франции2087263, М, Кл.С 23 С 11/10, 1970 г, (прототип).