井式滲碳爐碳勢控制系統(tǒng)的改造

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摘要：通過改造井式滲碳爐為可控氣氛爐，采用co/co2紅外氣體分析儀碳勢測量和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了滲碳工藝過程控制自動化，減少了人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響，使生產(chǎn)過程控制走向現(xiàn)代化。 

關(guān)鍵詞：滲碳爐改造  co/co2氣體分析儀  碳勢控制  0 引言  熱處理是機(jī)械制造中一道很重要的工序。機(jī)械零件，工具、模具、軸承、彈簧，無論其尺寸做得如何精確，如果沒有相應(yīng)的熱處理技術(shù)來保證其內(nèi)在質(zhì)量，則不能保證具有高壽命和高精度。從技術(shù)上講，要搞好熱處理，須具備正確的工藝，先進(jìn)的設(shè)備，準(zhǔn)確的操作和嚴(yán)格的檢查，才能保證工件的熱處理質(zhì)量。特別是操作上的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。目前，我國熱處理行業(yè)手工操作還占一定比例，需要依靠操作者技能來保證熱處理的質(zhì)量。  1 碳勢的測量與控制方法  滲碳是通過增加鋼表面層的含碳量來達(dá)到改變表面層的組織和性能的一種熱處理方法。常用的滲碳方法有固體、液體和氣體滲碳。  氣體滲碳通常是在周期作業(yè)的井式滲碳爐或連續(xù)作業(yè)的貫通式氣體滲碳爐內(nèi)進(jìn)行的。傳統(tǒng)的滲碳操作及滲層的控制：在滲碳過程中，操作者通常借觀察排出的廢氣火苗來判斷滲碳過程爐內(nèi)氣氛是否正常。①做好滲碳過程各種工藝參數(shù)的記錄，一般每隔0.5h檢查—次滴油量和爐壓情況。②控制煤油滴量。③裝小孔試樣。由于操作方法上的不同往往會得到完全不同的結(jié)果，造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定和工藝標(biāo)準(zhǔn)再現(xiàn)性差等弊端。2011年3月天津的熱處理同行及美國專家來到無錫工廠進(jìn)行技術(shù)交流，對公司的熱處理設(shè)備提出了改造的建議，其中包括改造滲碳爐為可控氣氛爐。公司熱處理氣體滲碳爐為井式滲碳爐rq3-90-9z/90kw，1989年6月上海電爐廠生產(chǎn)。按照專家的建議，公司根據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)能力做出了兩種改造方案，如果把老式的滲碳爐報廢，換成新型的熱處理生產(chǎn)線，采用可編程控制器或微處理機(jī)，費用太高，而且改造過程會影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。第二種方案是對現(xiàn)有的滲碳爐進(jìn)行控制系統(tǒng)改造，購買紅外線氣體分析儀，實現(xiàn)碳勢控制，提高零件滲碳質(zhì)量，降低工人的勞動強(qiáng)度和縮短工藝周期。公司決定采取第二種改造方案，在短時間內(nèi)改造井式滲碳爐為可控氣氛爐，完成設(shè)備的改造。  氣體分析系統(tǒng)實現(xiàn)碳勢自動控制的原理：  當(dāng)紅外線通過多組分的混合氣體時，能被其中的二氧化碳吸收，使紅外線的強(qiáng)度減弱，混合氣體中二氧化碳的含量越高，強(qiáng)度越弱。因此，只要測出紅外線的強(qiáng)度變化就可確定混和氣體中二氧化碳的含量并根據(jù)上述原理制成紅外線氣體分析儀。采用光聲電轉(zhuǎn)換效應(yīng)的二氧化碳紅外線分析儀可以將混合氣體中二氧化碳濃度信號轉(zhuǎn)換成電信號，二次儀表根據(jù)輸入的電信號進(jìn)行連續(xù)指示和記錄，并可帶動調(diào)節(jié)器進(jìn)行氣氛碳勢控制  2　co/co2紅外線氣體分析儀的應(yīng)用  公司選用了西克麥哈克的co/co2紅外氣體分析儀系統(tǒng)。該系統(tǒng)由1臺模塊式微機(jī)化氣體分析器、機(jī)柜、預(yù)處理系統(tǒng)及校表系統(tǒng)、電器控制部分組成。見附圖。  ①模塊式微機(jī)化氣體分析器是由德國西克麥哈克公司生產(chǎn)的具有國際水平的儀器，在實驗室分析和工業(yè)流程上均有廣泛的應(yīng)用。  ②預(yù)處理系統(tǒng)采用精細(xì)粉塵過濾器，濾除樣氣中的灰塵等雜質(zhì)。壓縮機(jī)冷凝器控制干燥技術(shù)，取樣采用進(jìn)口取樣泵，自/手動排水/反吹等。  ③控制系統(tǒng)包括樣氣流量計、兩通電磁閥、三通電磁閥切換閥等組成，調(diào)節(jié)樣氣流量計以0.5l/min左右的流量進(jìn)入分析儀表分析。  主要技術(shù)數(shù)據(jù)：  ①測量范圍：0-35%；co  0-1%；co2  ②線性偏差：0.5%fs  ③零點漂移：≤±1%fs/7d  ④功率：500w  ⑤電源：220vac±10%，50hz  紅外線氣體分析儀的特點是反應(yīng)快，精度高，可以在環(huán)境溫度較寬的范圍內(nèi)工作。不怕氣體污染，并可以實現(xiàn)多點控制。  3　結(jié)論  改造前，爐內(nèi)碳勢靠出爐試塊結(jié)果和經(jīng)驗調(diào)整流量計流量大小控制，且爐內(nèi)碳勢無精確的檢測手段。對改造后的滲碳爐進(jìn)行了連續(xù)一年的生產(chǎn)考核，試塊的合格率由改造前的97%上升到改造后的98.5%。通過試塊層深均勻性實驗數(shù)據(jù)也顯示，試塊最大層深差僅為0.05mm，改造前5個試塊最大層深差達(dá)0.30mm。按照得出的數(shù)據(jù)，說明對井式滲碳爐的技術(shù)改造是成功的。公司還為淬火油箱購買了攪拌裝置，快速消除淬火油箱油溫過高的不安全因素。為金相實驗室購置了顯微硬度計，使熱處理車間能夠有效的采集檢測數(shù)據(jù)。通過一系列的改造，熱處理車間實現(xiàn)了工藝過程控制自動化，使生產(chǎn)和工藝管理走向規(guī)范，使生產(chǎn)過程控制走向現(xiàn)代化。  參考文獻(xiàn)：  [1]王晨.滴注式氣體滲碳碳勢控制[k].甘肅天水：鑿巖機(jī)械氣動工具雜志編輯部，2009.  [2]氣體分析系統(tǒng)說明書.smc-9  015[k].西克麥哈克（北京）儀器有限公司，2011.  [3]王輝，童剛玉.井式滲碳爐溫度微機(jī)控制[j].計算技術(shù)與自動化，1993(04).  作者簡介：張秀梅（1973-），女，吉林遼源人，工程師，研究方向：制造行業(yè)加工工藝編制及生產(chǎn)現(xiàn)場技術(shù)服務(wù)。