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 ЭДС твердоэлектролитного датчика (E), установленного в печи, температуру (T), парциональное давление окиси углерода Pco, периодически вводят в печь фольговую пробу, с учетом показаний которой вычисляют поправку для расчета текущего углеродного потенциала печной атмосферы по математическому выражению Cф=b110-u+b2-Cф а текущий углеродный потенциал печной атмосферы определяют по математическому выражению C=b110-u+b2+Cф, где C - текущий углеродный потенциал печной атмосферы, b1,b2 коэффициенты; Cф - показание фольговой пробы, вводимой в печь, мас. % ; U - показатель степени, вычисляемый по математическому выражению U=E(a1T+a2)+(a3T+a4)+lgPco; a1,a2, a3,a4 - коэффициенты. 1 табл.
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 ЭДС твердоэлектролитного датчика (Е), установленного в печи, и температуры печи (Т). Недостатком известного способа является низкая точность измерения углеродного потенциала печной атмосферы, то есть не учитывается изменение концентрации в печной атмосфере окиси углерода, наличие в рабочем пространстве печи сажи, изменение параметров печи от наличия и типа садки. Целью изобретения является повышение точности измерения углеродного потенциала печной атмосферы. Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения углеродного потенциала печной атмосферы, включающем измерение ЭДС твердоэлектролитного датчика (Е), установленного в печи, и температуры печи (Т), измеряют парциальное давление окиси углерода, периодически вводят в печь фольговую пробу, с учетом показаний которой вычисляют поправку для расчета текущего углеродного потенциала печной атмосферы по математическому выражению Сф = b1 10-U + b2 - Cф, а текущий углеродный потенциал печной атмосферы вычисляют по математическому выражению С = b1 10-U + b2 + Cф, где С - текущий углеродный потенциал печной атмосферы, мас. % ; b1; b2 - коэффициенты; Сф - показание фольговой пробы, вводимой в печь, мас. % ; U - показатель степени, вычисляемый по математическому выражению U = E(a1T + a2) + (a3T + a4) + lgPco a1, a2, a3, a4 - коэффициенты; Рсо - парциальное давление окиси углерода, об. % . Предлагаемый способ измерения углеродного потенциала печной атмосферы реализован следующим образом. Заявляемый способ реализован в печи СНЗ-4.8.2,5/10. Печь разогрели до температуры 950оС, потом подали углеродсодержащую атмосферу. В процессе эксплуатации печи в рабочем объеме происходит постоянная смена углеродсодержащей атмосферы, наблюдается сажевыделение, на которое оказывает влияние состояние и величина поверхности садки. Происходит определенное колебание парциального давления окиси углерода, которое для более точного измерения углеродного потенциала необходимо определять. При первом замере в печь была введена фольговая проба, с учетом показаний которой вычислялась поправка для расчета текущего углеродного потенциала печной атмосферы по математическому выражению Сф = b1 10-U + b2 - Cф; Для измерения углеродного потенциала измеряют ЭДС твердоэлектролитного датчика, температуру печи и парциальное давление и далее текущий углеродный потенциал печной атмосферы вычисляют по математическому выражениюС = b1 10-U + b2 + Cф; причем U - показатель степени вычисляется по формуле
U = E(a1T + a2) + (a3T + a4) + lgPco. Коэффициенты а1, а2, а3, а4 учитывают в некоторой степени влияние сажи, которая находится в рабочем пространстве печи. Коэффициенты а1, а2, а3, а4, а также b1, b2 получены путем статистической обработки данных, полученных на разных печах. Экспериментально установлено значение коэффициентов:
b1 = (4,65 + 0,5) 10-2 мас. % ,
b2 = (23,25 + 0,5) 10-2 мас. %
Для диапазона температур 900-950оС:
a1 = -7,02 10-6 MВ-1 K-1
a2 = 1,68 10-2 МВ-1
а3 = 5,58 10-3 К-1
а4 = 0,33
Для диапазона температур 950-1050оС:
a1 = -6,22 10-6 MB-1 K-1
a2 = 1,58 10-2 MB-1
a3 = 4,98 10-3 K-1
a4 = 0,42
Периодически, три раза в сутки углеродный потенциал атмосферы определяли методом фольги и проводили расчет углеродного потенциала с поправкой Сф, полученной после первого замера. Через последующие 2,5 суток поправку Сф1 определяли, как разность между расчетным значением углеродного потенциала в момент установки фольговой пробы и реальной величиной углеродного потенциала, полученной в результате обработки самой фольговой пробы. Через следующие 2,5 суток определяли новую поправку Сф2 и т. д. Процесс измерения продолжался в течение 12 сут. Фольговую пробу нужно вводить периодически, пока отклонения 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 составляет 24-48 ч. Осуществлять измерение углеродного потенциала чаще, чем через 24 ч не эффективно, так как точность измерения углеродного потенциала практически не повышается, например, при интервале 20 ч, точность составляет 0,021 мас. % , а трудоемкость операции растет. Измерение углеродного потенциала с помощью фольговой пробы операция ручная и требует дополнительных затрат времени обслуживающего персонала. При интервале 24 ч точность измерения углеродного потенциала составляет 0,023 мас. % ;
При интервале 36 ч 0,028 мас. % ;
При интервале 48 ч 0,039 мас. % ;
При интервале более 48 ч, например, 56 ч, точность составляет 0,054 мас. % , что уже оказывает влияние на точность химико-термической обработки, что ниже допустимой (0,05 мас. % ) принятой в мировой практике. Оптимальным считается интервал в 36 ч. Величину углеродного потенциала измеряли от 0,6% до 1,2% С, то есть практически по всему интересуемому диапазону. Полученные результаты сведены в таблицу. Из таблицы следует, что точность измерения углеродного потенциала по предлагаемому способу увеличилась по сравнению с прототипом почти в 2 раза. Осуществление способа требует дополнительной установки датчика парциального давления. Иных дополнительных затрат не требуется. Способ может быть легко осуществим в любых печах с контролируемой углеродсодержащей атмосферой. (56) Авторское свидетельство СССР N 810836, кл. С 21 D 1/76, 1981.
Формула изобретения
Cф= b110+b2-Cф ,
а текущий углеродный потенциал печной атмосферы вычисляют по математическому выражению:
C= b110+b2+Cф ,
где C - текущий углеродный потенциал печной атмосферы, мас. % ;
b1, b2 - коэффициенты;
Cф - показание фольговой пробы, вводимой в печь, мас. % ;
U - показатель степени, вычисляемый по математическому выражению;
U = E(a1T + a2) + (a3T + a4) + lg PСО;
a1, a2, a3, a4 - коэффициенты;
PСО - парциальное давление окиси углерода, об. % .
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2