井式滲碳爐碳勢控制系統的改造

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，實現了滲碳工藝過程控制自動化，減少了人為因素對產品質量的影響，使生產過程控制走向現代化。

關鍵詞：滲碳爐改造 CO/CO2氣體分析儀 碳勢控制

0 引言

熱處理是機械制造中一道很重要的工序。機械零件，工具、模具、軸承、彈簧，無論其尺寸做得如何精確，如果沒有相應的熱處理技術來保證其內在質量，則不能保證具有高壽命和高精度。從技術上講，要搞好熱處理，須具備正確的工藝，先進的設備，準確的操作和嚴格的檢查，才能保證工件的熱處理質量。特別是操作上的準確性至關重要。目前，我國熱處理行業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的井式滲碳爐或連續作業的貫通式氣體滲碳爐內進行的。傳統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氣氛是否正常。①做好滲碳過程各種工藝參數的記錄，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果，造成產品質量不穩定和工藝標準再現性差等弊端。2011年3月天津的熱處理同行及美國專家來到無錫工廠進行技術交流，對公司的熱處理設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。按照專家的建議，公司根據現有生產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線，采用可編程控制器或微處理機，費用太高，而且改造過程會影響生產的正常進行。第二種方案是對現有的滲碳爐進行控制系統改造，購買紅外線氣體分析儀，實現碳勢控制，提高零件滲碳質量，降低工人的勞動強度和縮短工藝周期。公司決定采取第二種改造方案，在短時間內改造井式滲碳爐為可控氣氛爐，完成設備的改造。

氣體分析系統實現碳勢自動控制的原理：

當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，使紅外線的強度減弱，混合氣體中二氧化碳的含量越高，強度越弱。因此，只要測出紅外線的強度變化就可確定混和氣體中二氧化碳的含量并根據上述原理制成紅外線氣體分析儀。采用光聲電轉換效應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換成電信號，二次儀表根據輸入的電信號進行連續指示和記錄，并可帶動調節器進行氣氛碳勢控制

2 CO/CO2紅外線氣體分析儀的應用

公司選用了西克麥哈克的CO/CO2紅外氣體分析儀系統。該系統由1臺模塊式微機化氣體分析器、機柜、預處理系統及校表系統、電器控制部分組成。見附圖。

①模塊式微機化氣體分析器是由德國西克麥哈克公司生產的具有國際水平的儀器，在實驗室分析和工業流程上均有廣泛的應用。

②預處理系統采用精細粉塵過濾器，濾除樣氣中的灰塵等雜質。壓縮機冷凝器控制干燥技術，取樣采用進口取樣泵，自/手動排水/反吹等。

③控制系統包括樣氣流量計、兩通電磁閥、三通電磁閥切換閥等組成，調節樣氣流量計以0.5L/min左右的流量進入分析儀表分析。

主要技術數據：

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快，精度高，可以在環境溫度較寬的范圍內工作。不怕氣體污染，并可以實現多點控制。

3 結論

改造前，爐內碳勢靠出爐試塊結果和經驗調整流量計流量大小控制，且爐內碳勢無精確的檢測手段。對改造后的滲碳爐進行了連續一年的生產考核，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據也顯示，試塊最大層深差僅為0.05mm，改造前5個試塊最大層深差達0.30mm。按照得出的數據，說明對井式滲碳爐的技術改造是成功的。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據。通過一系列的改造，熱處理車間實現了工藝過程控制自動化，使生產和工藝管理走向規范，使生產過程控制走向現代化。

參考文獻：

[1]王晨.滴注式氣體滲碳碳勢控制[K].甘肅天水：鑿巖機械氣動工具雜志編輯部，2009.

[2]氣體分析系統說明書.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控制[J].計算技術與自動化，1993(04).

作者簡介：張秀梅（1973-），女，吉林遼源人，工程師，研究方向：制造行業加工工藝編制及生產現場技術服務。