Способ измерения углеродного потенциала печной атмосферы

 

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к способам химико-термической обработки изделий в контролируемой атмосфере. Сущность изобретения: измеряют температуру печи, парциальное давление двуокиси углерода и окоси углерода, периодически вводят в печь фольговую пробу, вычисляют поправку для расчета текущего углеродного потенциала печной атмосферы, а также текущий углеродный потенциал печной атмосферы по математическим выражениям, приведенным в тексте описания.

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к способам химико-термической обработки изделий в контролируемой атмосфере.

Известен способ измерения углеродного потенциала печной атмосферы с использованием фольги.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ измерения углеродного потенциала печной атмосферы, включающий измерение температуры печи, парциального давления двуокиси углерода и окиси углерода, вычисление текущего углеродного потенциала печной атмосферы с учетом показаний фольговой пробы, вводимой в печь.

Недостатком известного способа является низкая точность измерения углеродного потенциала печной атмосферы, то есть не учитывается фактическое отсутствие термодинамического равновесия в печи, наличие в рабочем пространстве печи сажи, и кроме того изменение параметров печи от наличия садки и ее параметров. В известном способе реализована упрощенная зависимость по температуре печи и по двуокиси углерода, которая может быть использована не во всем диапазоне измеряемых величин. Метод учета зависимости величины углеродного потенциала от окиси углерода не позволяет учесть влияние окиси углерода на всем диапазоне измерений.

Целью изобретения является повышение точности измерения углеродного потенциала печной атмосферы.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измерения углеродного потенциала печной атмосферы, включающем измерение температуры печи, парциального давления двуокиси углерода и окиси углерода, вычисление текущего углеродного потенциала печной атмосферы с учетом показаний фольговой пробы, вводимой в печь, вычисляют поправку для расчета текущего углеродного потенциала печной атмосферы по математическому выражению C_Ф= - C_Ф, а текущий углеродный потенциал печной атмосферы вычисляют по математическому выражению C= + C_Ф, где С - текущий углеродный потенциал печной атмосферы, мас. % ; Р_со - парциальное давление окиси углерода, об. % ; Т - температура, К; К₁, К₂, К₃ - весовые коэффициенты; С_ф - показание фольговой пробы, вводимой в печь, мас. % .

Предлагаемый способ измерения углеродного потенциала печной атмосферы реализован следующим образом.

Заявляемый способ реализован в печи СН_З - 4.8.2,5/10.

Печь разогрели до температуры 950 К, потом подали углеродсодержащую атмосферу. В процессе эксплуатации печи, в рабочем объеме происходит постоянная смена углеродсодержащей атмосферы, вследствие чего термодинамическое равновесие достигается не всегда. Определенный сдвиг термодинамического равновесия происходит вследствие сажевыделения. На эти процессы оказывает влияние состояния и величина поверхности садки.

Для определения углеродного потенциала необходимо измерить парциальное давление двуокиси углерода и окиси углерода и температуру печи, также вычислить текущий углеродный потенциал печной атмосферы с учетом показаний фольговой пробы, вводимой в печь. Далее вычисляют поправку для расчета текущего углеродного потенциала печной атмосферы по математическому выражению C_Ф= - C_Ф, а углеродный потенциал вычисляют по математическому выражению, C= + C_Ф При первом замере в печь была введена фольговая проба, и за реальное значение углеродного потенциала был принят углеродный потенциал фольговой пробы. Коэффициенты К₁; К₂; К₃ учитывают некоторое отсутствие термодинамического равновесия в печи, учитывают в определенной степени влияние сажи. Коэффициенты К₁, К₂, К₃ получены путем статистической обработки данных полученных в разных печах.

Экспериментально установлено значение коэффициентов:
K₁ = (1,00 0,005) 10⁹ об. % /мас. % ;
К₂ = -(1,97 0,005) 10^-1 1/мас. % ;
К₃ = -(1,54 0,005) 10^{4 о}К.

Периодически пять раз в течение 2,5 суток измеряли парциальное давление окиси углерода и двуокиси углерода, и температуру печи, и проводили расчет углеродного потенциала с вычисленной поправкой С_ф. Через последующие 2,5 суток определяли новую поправку C_ф1 и т. д. Процесс измерения продолжался в течение 12 суток. Поправку по фольговой пробе нужно вводить периодически, пока отклонение не столь велики, чтобы повлиять на процесс химико-термической обработки, или с целью уменьшения погрешности при определении величины углеродного потенциала.

Экспериментально установлено, что интервал между двумя измерениями углеродного потенциала фольговой пробы составляет 24-48 ч.

Осуществлять измерение углеродного потенциала фольговой пробы чаще, чем через 24 ч неэффективно, так как точность измерения углеродного потенциала практически не повышается, например, при интервале 20 ч она составляет 0,035 мас. % , а трудоемкость операции растет. Измерение углеродного потенциала с помощью фольговой пробы операция ручная, требует дополнительных затрат времени обслуживающего персонала.

При интервале 24 ч точность измерения углеродного потенциала составляет 0,038 мас. % .

При интервале 36 ч 0,043 мас. % , при интервале 48 ч 0,049 мас. % .

При интервале более 48 ч, например при 54 ч точность составляет 0,063 мас. % , что уже оказывает влияние на точность химико-термической обработки и что ниже допустимой (0,5 мас. % ), принятой в мировой практике. Оптимальным можно считать интервал в 36 ч.

Величину углеродного потенциала изменяли от 0,6% С до 1,2% С, то есть практически по всему интересуемому диапазону. Полученные результаты сведены в таблицу. Из таблицы видно, что использование предлагаемого способа определения углеродного потенциала позволяет повысить точность определения С-потенциала по сравнению с прототипом почти в 1,5 раза.

Осуществление способа требует дополнительной установки датчика парциального давления СО, иных дополнительных затрат не требуется. Способ может быть легко осуществим в любых печах с контролируемой углеродсодержащей атмосферой. (56) Авторское свидетельство СССР N 1036767, кл. С 21 D 1/76, 1983.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО ПОТЕНЦИАЛА ПЕЧНОЙ АТМОСФЕРЫ, включающий измерение температуры печи, парциального давления двуокиси углерода и окиси углерода, вычисление текущего углеродного потенциала печной атмосферы с учетом показаний форльговой пробы, вводимой в печь, отличающийся тем, что вычисляют поправку для расчета текущего углеродного потенциала печной атмосферы по математическому выражению
C_Ф= - C_Ф,
а текущий углеродный потенциал печной атмосферы вычисляют по математическому выражению
C= + C_Ф,
где C - текущий углеродный потенциал печной атмосферы, мас. % ;
P_СО - парциальное давление окиси углерода, об. % ;
T - температура, К;
K₁, K₂, K₃ - массовые коэффициенты;
C_ф - показание фольговой пробы, вводимой в печь, мас. % .

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2