SU787491A1 - Method of measuring carbon potential of furnace gas media - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО ПОТЕНЦИАЛА ПЕЧНЫХ ГАЗОВЫХ СРЕД(54) METHOD OF MEASURING CARBON POTENTIAL OF HEATING GAS MEDIA

1one

Изобретение относитс  к химико-термической обработке сталей и может быть использовано при необезуглероживающей и науглероживающей термообработке сталей в газовых средах.The invention relates to the chemical and heat treatment of steels and can be used in non-carbonizing and carburizing heat treatment of steels in gaseous media.

Известен способ измерени  науглероживающей или обезуглероживающей способности газовых сред, основанный на отделении пространства в печи стенкой из того же материала, что и обрабатываемые издели , пропускании с известной скоростью с одной стороны стенки обезуглероживающего газа и последующем измерении содержани  углерода в этом газе 1.A known method for measuring the carburizing or decarburizing ability of gaseous media, based on separating the space in the furnace with a wall of the same material as the workpiece, passing it at a known speed from one side of the wall of the decarburizing gas and then measuring the carbon content in this gas 1.

Способ не позвол ет непосредственно измер ть углеродный потенциал, применим дл  печей с посто нным и одинаковым материалом садки, имеет сложную систему обработки сигнала.The method does not allow direct measurement of carbon potential, is applicable to furnaces with a constant and identical charge material, and has a complex signal processing system.

Наиболее близким техническим решением  вл етс  способ измерени  углеродного потенциала печных газовых сред, заключающийс  в разделении части пространства печи с науглероживающей атмосферой металлической стенкой из стали того же состава и толщины, что и обрабатываемые издели , пропускании с извесной скоростью обезуглероживающего газа посто нного состава в одной из частей и измерении концентрации углерода в этом газе 2.The closest technical solution is the method of measuring the carbon potential of furnace gas environments, which consists in separating a part of the furnace space with a carburizing atmosphere with a metal wall made of steel of the same composition and thickness as the products being processed, passing a constant decarburizing gas of one composition to the known velocity. parts and measuring the concentration of carbon in this gas 2.

Недостатком способа  вл етс  сложность его реализации и недостаточна  точность измерений.The disadvantage of this method is the complexity of its implementation and the lack of accuracy of measurements.

Цель изобретени  - повышение точности измерений и упрощение способа.The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy and simplify the method.

Указанна  цель достигаетс  тем, что науглероживающий газ подают с посто нной скоростью, а в реакционном пространстве поддерживают посто нную температуру. Причем прореагировавший обезуглероживающий газ подают на катализатор при объемных напр жени х 100-1000 .This goal is achieved in that the carburizing gas is fed at a constant rate, and the temperature in the reaction space is kept constant. Moreover, the reacted decarburizing gas is fed to the catalyst at volumetric voltages of 100-1000.

Способ осуществл етс  следующим образом .The method is carried out as follows.

Часть печного пространства раздел ют тонкой стенкой из железа, чтобы определ емый углеродный потенциал газа не зависел от материала садки. Одна сторона стенки омываетс  потоком обезуглероживающего газа посто нного состава и с посто нной скоростью, друга  сторона - печной атмосферой с определенной скоростью. Температура стенки посто нна и равна температуре печного пространства. Благодар  этому создаютс  услови  дл  диффузии углерода из печной среды через стенку в обезуглероживающий газ,причем коэффициент диффузии при данной температуре одинаков, так как материал стенки не св зан с материалом садки. Чем тоньше стенка, тем быстрее установитс  стационарный поток массы углерода, тем меньше инерционность датчика. Это позволит использовать его в системах автоматического регулировани  и при относительно низких температурах термообработки. Омывание стенки печной средой с определенной скоростью обеспечивает, при прочих равных услови х, посто нную скорость переноса углерода из печной среды на поверхность стенки, что  вл етс  необходимым условием дл  устойчивого измерени  углеродного потенциала . После омывани  стенки обезуглероживающий газ, обогащенный продиффундировавшим углеродом, поступает на катализатор , размещенный в печном пространстве в изотермической зоне. Объемные напр жени  на катализаторе наход тс  в пределах 100-1000 , чтобы газ после катализатора имел равновесный состав при данной температуре. Это позвол ет дл  регистрации сигнала применить газоанализатор на любой из компонентов обезуглероживающего газа (СО, СО, Н, и т.д.)A part of the furnace space is divided by a thin iron wall so that the carbon potential of the gas to be determined is not dependent on the charge material. One side of the wall is washed by a stream of decarburizing gas of constant composition and at a constant speed, the other side by a furnace atmosphere with a certain speed. The wall temperature is constant and equal to the temperature of the furnace space. This creates conditions for the diffusion of carbon from the furnace environment through the wall into the decarburizing gas, and the diffusion coefficient at a given temperature is the same, since the wall material is not bound to the charge material. The thinner the wall, the faster the steady state mass flow of carbon will be established, and the less the inertia of the sensor. This will allow its use in automatic control systems and at relatively low heat treatment temperatures. Washing the wall with the furnace medium at a certain rate provides, ceteris paribus, a constant rate of carbon transfer from the furnace medium to the wall surface, which is a necessary condition for a stable measurement of the carbon potential. After washing the wall, the decarburizing gas enriched with the diffused carbon is supplied to the catalyst placed in the furnace space in the isothermal zone. The bulk voltages on the catalyst are in the range of 100-1000, so that the gas after the catalyst has an equilibrium composition at a given temperature. This allows the detector to apply a gas analyzer to any of the components of the decarburizing gas (CO, CO, H, etc.).

Вместо газоанализатора можно применить электрохимический датчик кислородного потенциала, в котором в качестве газа сравнени  используетс  обезуглероживающий газ, поступающий дл  омывани  перегородки , т.е. электрохимический датчик показывает изменение парциального давлени  кислорода в обезуглероживающем газе в результате его взаимодействи  с продиффундировавшим через стенку углеродом. На основании показаний газоанализатора или электрохимического датчика определ етс  углеродный потенциал либо расчетным путем, либо по тарировочной кривой, полученной сравнением показаний с концентрацией углерода в фольге, выдержанной в печной среде до равновеси . Возможно применение способа вне печного пространства, дл  чего стенку помещают в изотермическую зону с температурой, достаточной дл  обеспечени  диффузии углерода через стенку. Часть газовой среды, углеродный потенциал которой необходимо определить, выводитс  из печи и подаетс  в изотермическую зону с одной стороны стенки с определенной скоростью. Друга  сторона стенки омываетс  обезуглероживающим газом с последующей регистрацией концентрационных изменений в нем. При этом из газа, отводимого из печи, не должна выдел тьс  сажа и конденсироватьс  влага.Instead of a gas analyzer, an electrochemical oxygen potential sensor can be used, in which a decarbonating gas supplied for washing the partition, i.e. The electrochemical sensor shows the change in oxygen partial pressure in the decarburizing gas as a result of its interaction with carbon diffused through the wall. Based on the readings of the gas analyzer or the electrochemical sensor, the carbon potential is determined either by calculation or by a calibration curve obtained by comparing the readings with the carbon concentration in the foil aged in the furnace medium to equilibrium. It is possible to use the method outside the furnace space, for which the wall is placed in an isothermal zone with a temperature sufficient to ensure the diffusion of carbon through the wall. A part of the gaseous medium, the carbon potential of which is to be determined, is removed from the furnace and fed into the isothermal zone from one side of the wall at a certain speed. The other side of the wall is washed with a decarburizing gas, followed by registration of concentration changes in it. In this case, soot should not be released from the gas removed from the furnace and moisture should condense.

На чертеже представлено устройство, реализующее предлагаемый способ.The drawing shows a device that implements the proposed method.

В устройстве ограждение печного пространства выполнено в виде цилиндра 1 из тонкой железной фольги, расположенного коаксиально в трубе 2, через которую отводитс  часть печной атмосферы с определенным расходом. Обезуглероживающий газ подаетс  внутрь цилиндра 1, омывает его стенки и отводитс  по центральной трубке 3, заполненной катализатором 4, после чего поступает на газоанализатор 5.In the device, the furnace space enclosure is made in the form of a cylinder 1 of thin iron foil located coaxially in pipe 2, through which part of the furnace atmosphere is discharged with a certain flow rate. The decarburizing gas is supplied to the inside of cylinder 1, washes its walls and is discharged through a central tube 3 filled with catalyst 4, after which it enters the gas analyzer 5.

В другом варианте обезуглероживающий газ поступает вначале на внешнюю сторону электрохимической  чейки 6, выполненной в виде пробирки, затем подаетс  внутрь цилиндра 1. После омывани  стенок цилиндра 1 и прохождени  катализатора 4 обезуглероживающий газ поступает на внутреннюю сторону электрохимической  чейки. Если произошло изменение кислородных свойств обезуглероживающего газа в результате его взаимодействи  с углеродом, продиффундировавщим через перегородку, в электрохимической  чейке возникает ЭДС,  вл юща с  мерой углеродного потенциала.In another embodiment, the decarburization gas first enters the outer side of the electrochemical cell 6, made in the form of a test tube, then flows into the inside of the cylinder 1. After washing the walls of the cylinder 1 and passing the catalyst 4, the decarburizing gas flows to the inner side of the electrochemical cell. If there is a change in the oxygen properties of the decarburizing gas as a result of its interaction with carbon diffusing through the partition, an emf is produced in the electrochemical cell, which is a measure of the carbon potential.

Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с известными способами устойчивое измерение углеродного потенциала печных газовых сред, так как показани  датчика не завис т от процессов массоотдачи, и упрощает обработку сигнала за счет того, что непосредственно после датчика измер етс  любой компонент обезуглероживающего газа.The use of the proposed method provides, in comparison with the known methods, a stable measurement of the carbon potential of furnace gas environments, since the sensor readings do not depend on mass transfer processes, and simplifies signal processing due to the fact that immediately after the sensor any component of the decarburizing gas is measured.

Это позволит увеличить точность определени  углеродного потенциала, что, в свою очередь, приводит к повышению качества металла, термообрабатываемого в углеродосодержащих газовых средах.This will make it possible to increase the accuracy of determining the carbon potential, which, in turn, leads to an increase in the quality of the metal that is heat-treated in carbon-containing gaseous media.

Claims (2)

1.Патент Великобритании № 1269020, кл. С 23 С И/10, опублик. 1972.1. Patent of Great Britain No. 1269020, cl. C 23 C AND / 10, published. 1972. 2.Патент США № 3843419,2. US patent number 3843419, кл. С 23 С 9/08, опублик. 1974 (прототип).cl. C 23 C 9/08, published 1974 (prototype).