井式渗碳炉碳势控制系统的改造

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摘要：通过改造井式渗碳炉为可控气氛炉，采用co/co2红外气体分析仪碳势测量和控制系统，实现了渗碳工艺过程控制自动化，减少了人为因素对产品质量的影响，使生产过程控制走向现代化。 

关键词：渗碳炉改造  co/co2气体分析仪  碳势控制  0 引言  热处理是机械制造中一道很重要的工序。机械零件，工具、模具、轴承、弹簧，无论其尺寸做得如何精确，如果没有相应的热处理技术来保证其内在质量，则不能保证具有高寿命和高精度。从技术上讲，要搞好热处理，须具备正确的工艺，先进的设备，准确的操作和严格的检查，才能保证工件的热处理质量。特别是操作上的准确性至关重要。目前，我国热处理行业手工操作还占一定比例，需要依靠操作者技能来保证热处理的质量。  1 碳势的测量与控制方法  渗碳是通过增加钢表面层的含碳量来达到改变表面层的组织和性能的一种热处理方法。常用的渗碳方法有固体、液体和气体渗碳。  气体渗碳通常是在周期作业的井式渗碳炉或连续作业的贯通式气体渗碳炉内进行的。传统的渗碳操作及渗层的控制：在渗碳过程中，操作者通常借观察排出的废气火苗来判断渗碳过程炉内气氛是否正常。①做好渗碳过程各种工艺参数的记录，一般每隔0.5h检查—次滴油量和炉压情况。②控制煤油滴量。③装小孔试样。由于操作方法上的不同往往会得到完全不同的结果，造成产品质量不稳定和工艺标准再现性差等弊端。2011年3月天津的热处理同行及美国专家来到无锡工厂进行技术交流，对公司的热处理设备提出了改造的建议，其中包括改造渗碳炉为可控气氛炉。公司热处理气体渗碳炉为井式渗碳炉rq3-90-9z/90kw，1989年6月上海电炉厂生产。按照专家的建议，公司根据现有生产能力做出了两种改造方案，如果把老式的渗碳炉报废，换成新型的热处理生产线，采用可编程控制器或微处理机，费用太高，而且改造过程会影响生产的正常进行。第二种方案是对现有的渗碳炉进行控制系统改造，购买红外线气体分析仪，实现碳势控制，提高零件渗碳质量，降低工人的劳动强度和缩短工艺周期。公司决定采取第二种改造方案，在短时间内改造井式渗碳炉为可控气氛炉，完成设备的改造。  气体分析系统实现碳势自动控制的原理：  当红外线通过多组分的混合气体时，能被其中的二氧化碳吸收，使红外线的强度减弱，混合气体中二氧化碳的含量越高，强度越弱。因此，只要测出红外线的强度变化就可确定混和气体中二氧化碳的含量并根据上述原理制成红外线气体分析仪。采用光声电转换效应的二氧化碳红外线分析仪可以将混合气体中二氧化碳浓度信号转换成电信号，二次仪表根据输入的电信号进行连续指示和记录，并可带动调节器进行气氛碳势控制  2　co/co2红外线气体分析仪的应用  公司选用了西克麦哈克的co/co2红外气体分析仪系统。该系统由1台模块式微机化气体分析器、机柜、预处理系统及校表系统、电器控制部分组成。见附图。  ①模块式微机化气体分析器是由德国西克麦哈克公司生产的具有国际水平的仪器，在实验室分析和工业流程上均有广泛的应用。  ②预处理系统采用精细粉尘过滤器，滤除样气中的灰尘等杂质。压缩机冷凝器控制干燥技术，取样采用进口取样泵，自/手动排水/反吹等。  ③控制系统包括样气流量计、两通电磁阀、三通电磁阀切换阀等组成，调节样气流量计以0.5l/min左右的流量进入分析仪表分析。  主要技术数据：  ①测量范围：0-35%；co  0-1%；co2  ②线性偏差：0.5%fs  ③零点漂移：≤±1%fs/7d  ④功率：500w  ⑤电源：220vac±10%，50hz  红外线气体分析仪的特点是反应快，精度高，可以在环境温度较宽的范围内工作。不怕气体污染，并可以实现多点控制。  3　结论  改造前，炉内碳势靠出炉试块结果和经验调整流量计流量大小控制，且炉内碳势无精确的检测手段。对改造后的渗碳炉进行了连续一年的生产考核，试块的合格率由改造前的97%上升到改造后的98.5%。通过试块层深均匀性实验数据也显示，试块最大层深差仅为0.05mm，改造前5个试块最大层深差达0.30mm。按照得出的数据，说明对井式渗碳炉的技术改造是成功的。公司还为淬火油箱购买了搅拌装置，快速消除淬火油箱油温过高的不安全因素。为金相实验室购置了显微硬度计，使热处理车间能够有效的采集检测数据。通过一系列的改造，热处理车间实现了工艺过程控制自动化，使生产和工艺管理走向规范，使生产过程控制走向现代化。  参考文献：  [1]王晨.滴注式气体渗碳碳势控制[k].甘肃天水：凿岩机械气动工具杂志编辑部，2009.  [2]气体分析系统说明书.smc-9  015[k].西克麦哈克（北京）仪器有限公司，2011.  [3]王辉，童刚玉.井式渗碳炉温度微机控制[j].计算技术与自动化，1993(04).  作者简介：张秀梅（1973-），女，吉林辽源人，工程师，研究方向：制造行业加工工艺编制及生产现场技术服务。