LSX22輻射管式連續(xù)式滲碳爐自動生產(chǎn)線測量控制系統(tǒng)的改進

　　安陽樺煒齒輪有限責任公司

　　一.生產(chǎn)線簡介

　　1.自動生產(chǎn)線的用途

　　本自動生產(chǎn)線適用于汽車、拖拉機及其他機械零件的滲碳。零件在自動線上可以完成下列熱處理工序：

　　(1)前清洗　　(2)預(yù)處理　　(3)滲碳　　(4)淬火

　　(5)后清洗　　(6)低溫回火

　　2.自動生產(chǎn)線的組成

　　該自動生產(chǎn)線由：2.1、LSX輻射管加熱連續(xù)式滲碳自動線由(1)予處理爐;;(2)滲碳爐;(3)滴注系統(tǒng);(4)淬火機構(gòu);(5)后清洗機(6)低溫回火爐(7)料盤輸送系統(tǒng)(8)前清洗機(9)程序控制屏幕(10)電氣控制系統(tǒng)(11)淬火油冷卻系統(tǒng)(12)液壓系統(tǒng)等部分組成。

　　3、主要技術(shù)規(guī)范及技術(shù)參數(shù)

　　(1)外型尺寸：16752(長)×8855(寬)×4815(高)

　　(2)占地面積：≌261.62㎡

　　(3)滲碳爐內(nèi)料盤數(shù)22盤，自動線使用料盤數(shù)45盤，料盤尺寸：780×440×50。

　　(4)自動線允許通過工件高度，直接淬火600㎜;

　　(5)自動線總功率≈761.8KW;

　　(6)生產(chǎn)能力：280～300㎏/h(按層深0.9-1.3㎜算)

　　(7)零件表面滲碳層深度偏差：±0.1㎜(同盤試樣)

　　(8)爐氣碳勢控制精度±0.05%;零件表面含碳量偏差≤±0.05%。

　　(9)爐溫均勻性：滲碳爐±0.8℃;回火爐±3℃。

　　(10)滲碳齒輪金相組織，符合ZBT04001-88標準。

　　(11)表面硬度控制精度HRC±1.5℃ (同一盤);單件為HRC±1。

　　(12)表面非馬氏體組織層深≤0.015mm。

　　(13)主要消耗：

　　甲醇：12.61/h 　　　　丙酮：2.31/h

　　冷卻水耗量：8.5t/h　　壓縮空氣：0.6M3/h

　　4.滲碳結(jié)構(gòu)見圖

　　主體滲碳爐，爐內(nèi)分五個區(qū)段，一區(qū)、二區(qū)為加熱區(qū)，三區(qū)為快速滲碳區(qū)，四區(qū)為擴散區(qū)，五區(qū)為保溫淬火區(qū)。

　　各區(qū)之間以雙拱墻隔開，以便于碳勢分區(qū)控制，爐墻內(nèi)層由輕質(zhì)抗?jié)B碳磚構(gòu)成，中間一層由高強度輕質(zhì)保溫磚構(gòu)成，外層由硅藻土磚、巖棉板、石棉板和耐火纖維組成。所有爐殼鋼板均采用連續(xù)焊縫焊接，形成一個剛性的氣密性結(jié)構(gòu)，具有良好的氣密性。側(cè)進料爐門、主爐門與爐門柜保持5度傾斜角，采用爐門自重壓封，貼合面用刮研加工。在二區(qū)、三區(qū)、四區(qū)爐頂設(shè)有三個風扇。采用大直徑，低轉(zhuǎn)速大流量的離心風扇進行強制循環(huán)。爐子的前、后室均設(shè)有防爆蓋。爐內(nèi)導(dǎo)軌全部采用研磨過的碳化硅導(dǎo)軌。爐子加熱采用輻射管。整個爐子共采用48根輻射管，全部立式安裝，便于維修。爐頂每個區(qū)都安有兩個熱電偶，一個接智能化儀表作控溫用，一個作超溫報警和監(jiān)控用。在二區(qū)、三區(qū)、四區(qū)、五區(qū)分別安有氧探頭進行碳勢控制。

　　前室爐門及各排氣口設(shè)置了電點火裝置，并將電點火控制輸入到計算機程序中。

　　5、自動線的電控系統(tǒng)

　　LSX22輻射管加熱連續(xù)式滲碳自動線的電控制系統(tǒng)主要由三部分組。1、溫度控制系統(tǒng);2、碳勢控制系統(tǒng);3、程序控制系統(tǒng)。

　　(1)、溫度控制系統(tǒng)

　　滲碳爐五個區(qū)，回火爐兩個區(qū)，預(yù)處理爐設(shè)有控溫和超溫聲光報警兩套電路，對爐溫進行控制、記錄和監(jiān)測，具有設(shè)定、顯示、報警和自整定PID功能。

　　(2).碳勢控制系統(tǒng)

　　整套生產(chǎn)線上在主滲碳爐的二區(qū)、三區(qū)、四區(qū)、五區(qū)，分別裝有四個氧探頭，其中二區(qū)作監(jiān)控，三區(qū)、四區(qū)、五區(qū)進行爐內(nèi)碳勢的調(diào)控。碳勢控制儀能根據(jù)各通道來自氧探頭的氧勢毫伏值，靈敏地算出各條件下的碳勢值與設(shè)定之差，通過執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)通量來實現(xiàn)碳勢的自動控制。

　　滲碳劑：根據(jù)我們廠的實際情況。我們采用滴注方式，滲劑采用了甲醇和丙酮，丙酮CH3COCH3―――2[C]+3H2+CO碳氧比1：3。

　　(3)、程序控制PLC系統(tǒng)

　　程序控制系統(tǒng)，工藝程序在程序控制屏幕上顯示。程序電路具有自鎖、互鎖、安全保護、信號指示和自診斷功能，無論哪一步出現(xiàn)故障，屏幕上都會有故障顯示及判斷，便于維修。

　　二.測量控制系統(tǒng)的改進

　　1.碳勢測量控制系統(tǒng)

　　(1)爐氣的測量

　　氧探頭是一種可直接測出氣體中微量氧濃差固體電池，其構(gòu)造見圖

　　+ E -

　　電極

　　氧化鋯 被測氣體

　　氧探頭示意圖

　　PO2

　　E=0.0496Tlg (MU)

　　P(參比)

　　PO2、P參比，兩電極介質(zhì)的氧分壓(參比氣為空氣時 P =0.209)

　　氧化鋯是一種金屬氧化物，在高溫下具有傳導(dǎo)氧離子特性，在氧化鋯內(nèi)摻入一定量的氧化釔和氧化鈣雜質(zhì)，可使其內(nèi)部形成“氧空穴”成為傳導(dǎo)氧離子的通道。在氧化鋯封閉內(nèi)外兩側(cè)涂一層多孔鉑做電極在高臨下，當氧化鋯管兩側(cè)的氧濃度不同時，高濃度側(cè)的氧分子即奪取鉑電極上的自由電子，以離子形式通過“氧空穴”到達低濃度側(cè)經(jīng)鉑電極釋放多余電子，從而形成氧離子流在氧化鋯兩側(cè)產(chǎn)生氧濃度差電勢在兩極上的反應(yīng)物陰極O2+4e-—2O2-　 陽極 2O2-+4e - O2

　　可以把常規(guī)方法測量的爐氣中CO2、CO/CO2含量和露點等因素與氧勢的關(guān)系(亦即氧勢與碳勢的關(guān)系)建立起來。這就是目前我們這套設(shè)備上所用的碳勢控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

　　所用的碳勢控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)多孔鉑電極探頭具有微缺陷多孔，多界面特點，因而活性大，但易于催化積碳和堵孔，從而降低氧的吸附解附過程，如果不及時清理，將降低反應(yīng)速度，影響測量精度。

　　5.2氣氛控制系統(tǒng)

　　1、氣氛控制系統(tǒng)由傳感器，顯示調(diào)節(jié)調(diào)制儀和執(zhí)行機構(gòu)組成。

　　2、氣氛控制系統(tǒng)，爐內(nèi)氣氛控制是為了滿足被處理件的技術(shù)要求，它不但包括氣氛碳勢控制，而且包括了工藝過程控制。

　　機械控制 溫度控制 碳勢控制

　　探

　　加 熱 爐 頭

　　熱處理爐碳勢控制系統(tǒng)示意圖

　　如圖所示爐內(nèi)氣氛以氧探頭作為傳感元件，通過測定爐內(nèi)氣氛的氧勢來推知氣氛的碳勢，輔助檢測CO量來修正氣氛碳勢，氣氛碳勢的信號輸給以計算機為核心的調(diào)節(jié)器，根據(jù)技術(shù)要求進行數(shù)學(xué)模型運算，輸出控制量調(diào)整空氣的輸入量。

　　六、改進措施

　　1、將碳勢控制系統(tǒng)由多通道控制改為單通道控制，提高了系統(tǒng)的控制精度,從而保證爐內(nèi)滲碳氣氛的均勻性和一致性。

　　DTK多通道控制系統(tǒng)能根據(jù)各通道來自氧探頭的氧勢毫伏值分別計算出各種條件下的碳勢值，然后與該通道的設(shè)定值進行比較，將其差值信號轉(zhuǎn)換成角位移信號傳遞調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)節(jié)閥張開角度的大小實現(xiàn)對輸送管內(nèi)介質(zhì)參數(shù)的調(diào)節(jié)和控制。UDC單通道控制系統(tǒng)由三組相對獨立的系統(tǒng)組成。每個系統(tǒng)控制一個通道。來自氧探頭的信號直接輸送到本組碳控系統(tǒng)，通過換算后將調(diào)節(jié)信號直接傳遞到靈敏度極高的電磁閥，通過電磁閥的通斷來實現(xiàn)對各區(qū)碳勢的調(diào)節(jié)和控制。

　　改進系統(tǒng)的特點：

　　(1)、控制精度高。因該系統(tǒng)為單通道控制，所以不會存在各通道之間的干擾，從而提高了系統(tǒng)的控制精度。

　　(2)、反應(yīng)速度快。電磁閥不用進行角度換算，可直接接收信號進行控制。

　　(3)、靈敏度高。可以根據(jù)設(shè)備不同的狀態(tài)和要求調(diào)整電磁閥的開啟周期。電磁閥的調(diào)整周期可以秒計時。

　　(4)、維修方便。設(shè)備的某區(qū)出現(xiàn)故障時只需暫時關(guān)閉本通道的控制系統(tǒng)或?qū)⒈就ǖ揽刂聘臑槭謩樱挥藐P(guān)閉整個系統(tǒng)。

　　2、增加自動燒碳黑系統(tǒng)，提高氧探頭的測量精度，從而提高整個系統(tǒng)測量和控制的準確性。

　　氧探頭作為測量爐內(nèi)氣氛的的傳感元件，整個控制系統(tǒng)的各個程序都 是通過接收來自氧探頭的信號進行調(diào)整的。所以氧探頭的測量精度是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵。原來的氧探頭表面包裹的碳黑因不能及時清理而嚴重影響其測量的精度，當爐內(nèi)的碳勢產(chǎn)生波動時，系統(tǒng)不能得到及時和準確的信息，從而影響了整個系統(tǒng)不能準確和及時的對爐內(nèi)氣氛進行調(diào)整。為此，我們在改進的系統(tǒng)中加入了自動燒碳黑系統(tǒng)，每隔4小時自動通氣清除一次。通過這項改進保證了氧探頭的測量精度，使整個碳控系統(tǒng)能根據(jù)精確的信息對爐內(nèi)氣氛進行及時準確的調(diào)整，大大提高了系統(tǒng)的測量和控制精度，從而保證了爐內(nèi)氣氛的穩(wěn)定性。