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 P_co, периодически вводят в печь фольговую пробу, с учетом показаний которой вычисляют поправку для расчета текущего углеродного потенциала печной атмосферы по математическому выражению C_ф=b₁10^-u+b₂-C_ф а текущий углеродный потенциал печной атмосферы определяют по математическому выражению C=b₁10^-u+b₂+C_ф, где C - текущий углеродный потенциал печной атмосферы, b₁,b₂ коэффициенты; C_ф - показание фольговой пробы, вводимой в печь, мас. % ; U - показатель степени, вычисляемый по математическому выражению U=E(a₁T+a₂)+(a₃T+a₄)+lgP_co; 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 С_ф = b₁ 10^-U + b₂ - C_ф, а текущий углеродный потенциал печной атмосферы вычисляют по математическому выражению С = b₁ 10^-U + b₂ + C_ф, где С - текущий углеродный потенциал печной атмосферы, мас. % ; b₁; b₂ - коэффициенты; С_ф - показание фольговой пробы, вводимой в печь, мас. % ; U - показатель степени, вычисляемый по математическому выражению U = E(a₁T + a₂) + (a₃T + a₄) + lgP_co a₁, a₂, a₃, a₄ - коэффициенты; Р_со - 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 950^оС, 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 С_ф = b₁ 10^-U + b₂ - C_ф; Для измерения углеродного потенциала измеряют ЭДС твердоэлектролитного датчика, температуру печи и парциальное давление и далее текущий углеродный потенциал печной атмосферы вычисляют по математическому выражению
С = b₁ 10^-U + b₂ + C_ф; причем U - показатель степени вычисляется по формуле
U = E(a₁T + a₂) + (a₃T + a₄) + lgP_co.

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 900-950^оС:
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 950-1050^оС:
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 С_ф, полученной после первого замера. Через последующие 2,5 суток поправку С_ф1 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 С_ф2 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

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО ПОТЕНЦИАЛА ПЕЧНОЙ АТМОСФЕРЫ, включающий измерение ЭДС твердоэлектролитного датчика E, установленного в печи, и температуры T печи, отличающийся тем, что 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
C_ф= 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;
C_ф - показание фольговой пробы, вводимой в печь, мас. % ;
U - показатель степени, вычисляемый по математическому выражению;
U = E(a₁T + a₂) + (a₃T + a₄) + lg P_СО;
a₁, a₂, a₃, a₄ - коэффициенты;
P_СО - парциальное давление окиси углерода, об. % .

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2