通过渗碳工艺处理碳钢构件以提高其表面硬度等性能是一种成熟的技术。即使是今天，在船尾经过多年的发展，渗碳质量的变化以及因此而产生的被处理零件表面硬度的变化仍然是热处理者和部件制造商面临的问题。由于竞争压力日益增加，例如需要达到更高的质量标准和更低的成本，需要解决这些问题，以确保熔炉以最高的生产率和最低的废品率运行。Air Products开发了一种新的质量流量控制系统，并在客户的炉子上实现了这一目标，该系统消除了工艺变化，提供了高质量、均匀的渗碳。 导致渗碳变化的问题渗碳质量的问题变化是由用于运行渗碳炉和调节气氛和温度的监控系统造成的。一般的控制系统是通过测量炉温和氧分压来工作的。这样，只要已知一氧化碳(CO)的含量，就可以计算和保持碳势——碳势是炉内可用于渗碳的碳量的量度。实际的CO水平通常不是在炉中实时测量的，而是在控制器中手动设置的，就像在炉中组成大气的气体流量一样。然而，在吸热环境和人工调节的氮气-甲醇环境中，这些被认为是固定变量的变化可以以多种方式发生。这包括气体流量调节不良，天然气成分的变化，氮气和甲醇管道的压力变化，等等。 用质量流量控制器控制炉内气氛使用来自Air Products的新系统，其中氮气-甲醇气氛由质量流量控制器(mfc)调节，克服了这些问题，并改善了渗碳质量。质量流量控制器可以独立于炉压和温度来调节流量，补偿管线压力的所有变化，并保持混合气体——因此炉内CO水平恒定。该系统于三年前首次开发，在计算炉内碳势时，包括由进入炉内的气体流量计算出的CO水平，因此使过程更加准确和均匀。使用这种质量流量控制技术还提供了使用加速渗碳工艺(ACP)的机会，这可以缩短渗碳周期高达20%，并显著提高生产率。加速渗碳过程使用了更高的碳势，使得精确调节大气的需求更加重要。 质量流有限公司控制器技术在工业上的应用
最近，Air Products的客户之一德国Mubea在该公司的一个室内炉中进行了试验，显示了使用新的质量流量控制技术和加速渗碳工艺的可行性和好处。Mubea有意在其淬硬炉中提高新部件的生产速度，因此安装了质量流量控制器面板，并将加速渗碳过程与碳势调节的新过程控制系统相结合。试验非常成功，Mubea还在连续工作的渗碳炉上安装了质量流量控制面板。此外，在另一个客户的现场有一个正在进行的项目，在该项目中，质量流量控制技术和加速渗碳过程已与炉内现有的渗碳控制系统相连接。该公司于去年年底启动，迄今为止的结果非常有希望。 Carburing过程虽然新控制系统的成功依赖于过程的微调，但渗碳的基础是相对简单的。该过程本身可分为两个阶段-碳沉积和碳扩散。在沉积过程中，熔炉气氛中的含碳物质被转移到被处理的钢构件的表面并分解出碳。渗碳气氛中含碳的主要成分是CO，渗碳速率受工艺温度和气氛成分的影响。这突出了使用新的质量流量控制器技术对这些变量进行严格控制的重要性。在扩散相中，沉积的碳从钢构件表面扩散到钢构件中。这个过程只取决于温度，与大气成分无关。 炉内的碳化气氛吸热式渗碳大气是通过部分燃烧天然气和空气产生的，产生的混合物含有20%的CO和40%的氢，其余由氮、残余的二氧化碳和水组成。这些气氛的成本和可靠性问题意味着大多数热处理者现在使用直接注入氮气和甲醇来产生渗碳气氛。通过在炉中直接裂解甲醇，可以产生不同成分的渗碳气氛——尽管传统的混合是20%的CO和40%的氢，但在加速渗碳中，CO水平可以提高到33%。这种高水平的CO导致炉内碳势更高，因此需要更短的时间来沉积相同数量的碳，使过程更有效率。显然，控制需要非常精确。 系统是如何运作的新的质量流量控制器提供了这一点，并与加速渗碳过程，可以安装作为一个完整的气氛控制系统，包括碳势的控制。质量流量控制技术也可以在现有的系统中实施，如果控制碳势已经存在。该控制单元是基于PC的可视化界面，参数设置和文件的过程。每个炉采用硬件控制器直接与PC机通信。该控制器控制渗碳过程独立于PC，因此即使PC关闭，也保持对大气的控制。碳势的调节是基于氧探头的读数、测量的温度和大气中的CO水平，这些是由氮气和甲醇的流速计算得出的。在某些情况下，可以安装额外的CO分析仪。质量流量控制技术可以在渗碳循环的不同步骤中改变CO含量，特别是在加速渗碳过程中 总结总体而言，质量流量控制技术可以提高20%的生产率，并有助于降低运行成本，更不用说减少产生的不良部件的数量。此外，所需流速的精确设置使得组件的表面硬度公差非常小。基于pc的技术允许运行不同的渗碳程序，并提供每个程序的可重复结果，而另一种选择则允许安装一个遥测单元，通过调制解调器进行系统检查。总而言之，新的控制系统对以前的手动设定系统进行了重大改进，并将在渗碳工艺的持续发展中向前迈出重要一步。 |