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

　　安陽(yáng)樺煒齒輪有限責(zé)任公司

　　一.生產(chǎn)線簡(jiǎn)介

　　1.自動(dòng)生產(chǎn)線的用途

　　本自動(dòng)生產(chǎn)線適用于汽車(chē)、拖拉機(jī)及其他機(jī)械零件的滲碳。零件在自動(dòng)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(dòng)生產(chǎn)線的組成

　　該自動(dòng)生產(chǎn)線由：2.1、LSX輻射管加熱連續(xù)式滲碳自動(dòng)線由(1)予處理爐;;(2)滲碳爐;(3)滴注系統(tǒng);(4)淬火機(jī)構(gòu);(5)后清洗機(jī)(6)低溫回火爐(7)料盤(pán)輸送系統(tǒng)(8)前清洗機(jī)(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(zhǎng))×8855(寬)×4815(高)

　　(2)占地面積：≌261.62㎡

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

　　(4)自動(dòng)線允許通過(guò)工件高度，直接淬火600㎜;

　　(5)自動(dòng)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(pán)試樣)

　　(8)爐氣碳勢(shì)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(biāo)準(zhǔn)。

　　(11)表面硬度控制精度HRC±1.5℃ (同一盤(pán));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(jiàn)圖

　　主體滲碳爐，爐內(nèi)分五個(gè)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(kuò)散區(qū)，五區(qū)為保溫淬火區(qū)。

　　各區(qū)之間以雙拱墻隔開(kāi)，以便于碳勢(shì)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(qiáng)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(gè)剛性的氣密性結(jié)構(gòu)，具有良好的氣密性。側(cè)進(jìn)料爐門(mén)、主爐門(mén)與爐門(mén)柜保持5度傾斜角，采用爐門(mén)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(gè)風(fēng)扇。采用大直徑，低轉(zhuǎn)速大流量的離心風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)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(guò)的碳化硅導(dǎo)軌。爐子加熱采用輻射管。整個(gè)爐子共采用48根輻射管，全部立式安裝，便于維修。爐頂每個(gè)區(qū)都安有兩個(gè)熱電偶，一個(gè)接智能化儀表作控溫用，一個(gè)作超溫報(bào)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(jìn)行碳勢(shì)控制。

　　前室爐門(mén)及各排氣口設(shè)置了電點(diǎn)火裝置，并將電點(diǎn)火控制輸入到計(jì)算機(jī)程序中。

　　5、自動(dòng)線的電控系統(tǒng)

　　LSX22輻射管加熱連續(xù)式滲碳自動(dòng)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(shì)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(gè)區(qū)，回火爐兩個(gè)區(qū)，預(yù)處理爐設(shè)有控溫和超溫聲光報(bào)警兩套電路，對(duì)爐溫進(jìn)行控制、記錄和監(jiān)測(cè)，具有設(shè)定、顯示、報(bào)警和自整定PID功能。

　　(2).碳勢(shì)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(gè)氧探頭，其中二區(qū)作監(jiān)控，三區(qū)、四區(qū)、五區(qū)進(jìn)行爐內(nèi)碳勢(shì)的調(diào)控。碳勢(shì)控制儀能根據(jù)各通道來(lái)自氧探頭的氧勢(shì)毫伏值，靈敏地算出各條件下的碳勢(shì)值與設(shè)定之差，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)通量來(lái)實(shí)現(xiàn)碳勢(shì)的自動(dòng)控制。

　　滲碳劑：根據(jù)我們廠的實(shí)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(hù)、信號(hào)指示和自診斷功能，無(wú)論哪一步出現(xiàn)故障，屏幕上都會(huì)有故障顯示及判斷，便于維修。

　　二.測(cè)量控制系統(tǒng)的改進(jìn)

　　1.碳勢(shì)測(cè)量控制系統(tǒng)

　　(1)爐氣的測(cè)量

　　氧探頭是一種可直接測(cè)出氣體中微量氧濃差固體電池，其構(gòu)造見(jiàn)圖

　　+ E -

　　電極

　　氧化鋯 被測(cè)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(shí) 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(dāng)氧化鋯管兩側(cè)的氧濃度不同時(shí)，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(guò)“氧空穴”到達(dá)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(shì)在兩極上的反應(yīng)物陰極O2+4e-—2O2-　 陽(yáng)極 2O2-+4e - O2

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

　　所用的碳勢(shì)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(diǎn)，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(guò)程，如果不及時(shí)清理，將降低反應(yīng)速度，影響測(cè)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(jī)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(shì)控制，而且包括了工藝過(guò)程控制。

　　機(jī)械控制 溫度控制 碳勢(shì)控制

　　探

　　加 熱 爐 頭

　　熱處理爐碳勢(shì)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(guò)測(cè)定爐內(nèi)氣氛的氧勢(shì)來(lái)推知?dú)夥盏奶紕?shì)，輔助檢測(cè)CO量來(lái)修正氣氛碳勢(shì)，氣氛碳勢(shì)的信號(hào)輸給以計(jì)算機(jī)為核心的調(diào)節(jié)器，根據(jù)技術(shù)要求進(jìn)行數(shù)學(xué)模型運(yùn)算，輸出控制量調(diào)整空氣的輸入量。

　　六、改進(jìn)措施

　　1、將碳勢(shì)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?xì)夥盏木鶆蛐院鸵恢滦浴?/p>

　　DTK多通道控制系統(tǒng)能根據(jù)各通道來(lái)自氧探頭的氧勢(shì)毫伏值分別計(jì)算出各種條件下的碳勢(shì)值，然后與該通道的設(shè)定值進(jìn)行比較，將其差值信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移信號(hào)傳遞調(diào)節(jié)閥，通過(guò)調(diào)節(jié)閥張開(kāi)角度的大小實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)組成。每個(gè)系統(tǒng)控制一個(gè)通道。來(lái)自氧探頭的信號(hào)直接輸送到本組碳控系統(tǒng)，通過(guò)換算后將調(diào)節(jié)信號(hào)直接傳遞到靈敏度極高的電磁閥，通過(guò)電磁閥的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各區(qū)碳勢(shì)的調(diào)節(jié)和控制。

　　改進(jìn)系統(tǒng)的特點(diǎn)：

　　(1)、控制精度高。因該系統(tǒng)為單通道控制，所以不會(huì)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(jìn)行角度換算，可直接接收信號(hào)進(jìn)行控制。

　　(3)、靈敏度高?？梢愿鶕?jù)設(shè)備不同的狀態(tài)和要求調(diào)整電磁閥的開(kāi)啟周期。電磁閥的調(diào)整周期可以秒計(jì)時(shí)。

　　(4)、維修方便。設(shè)備的某區(qū)出現(xiàn)故障時(shí)只需暫時(shí)關(guān)閉本通道的控制系統(tǒng)或?qū)⒈就ǖ揽刂聘臑槭謩?dòng)，而不用關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)。

　　2、增加自動(dòng)燒碳黑系統(tǒng)，提高氧探頭的測(cè)量精度，從而提高整個(gè)系統(tǒng)測(cè)量和控制的準(zhǔn)確性。

　　氧探頭作為測(cè)量爐內(nèi)氣氛的的傳感元件，整個(gè)控制系統(tǒng)的各個(gè)程序都 是通過(guò)接收來(lái)自氧探頭的信號(hào)進(jìn)行調(diào)整的。所以氧探頭的測(cè)量精度是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵。原來(lái)的氧探頭表面包裹的碳黑因不能及時(shí)清理而嚴(yán)重影響其測(cè)量的精度，當(dāng)爐內(nèi)的碳勢(shì)產(chǎn)生波動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)不能得到及時(shí)和準(zhǔn)確的信息，從而影響了整個(gè)系統(tǒng)不能準(zhǔn)確和及時(shí)的對(duì)爐內(nèi)氣氛進(jìn)行調(diào)整。為此，我們?cè)诟倪M(jìn)的系統(tǒng)中加入了自動(dòng)燒碳黑系統(tǒng)，每隔4小時(shí)自動(dòng)通氣清除一次。通過(guò)這項(xiàng)改進(jìn)保證了氧探頭的測(cè)量精度，使整個(gè)碳控系統(tǒng)能根據(jù)精確的信息對(duì)爐內(nèi)氣氛進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的調(diào)整，大大提高了系統(tǒng)的測(cè)量和控制精度，從而保證了爐內(nèi)氣氛的穩(wěn)定性。