專利名稱：用于控制熔爐內(nèi)部大氣氣體的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對碳鋼進行熱處理的熔爐(flirnace)，更具體 地，涉及一種用于對供給熔爐內(nèi)的大氣氣體(atmospheric gas)進行控 制的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當氧流入熱處理爐或者在熱處理爐中生成氧時，氧在爐中與碳鋼 反應，以對碳鋼進行脫碳。脫碳降低了鋼產(chǎn)品的尺寸精度。
脫碳(decarbonization)是碳鋼與氧在高溫下反應、碳鋼的碳作為 CO或C02被除去的現(xiàn)象，以致鋼表面的碳濃度降低，從而將碳鋼轉(zhuǎn)變 成軟性鐵氧體材料。
脫碳可以降低鋼產(chǎn)品的硬度。它還可以在碳鋼的表面部分生成拉 伸應力，造成其變形或者在其中造成裂縫。 一種減少脫碳的方法是將 諸如氮之類的大氣氣體和吸熱氣體供給熱處理爐。
然而，在大氣氣體供給熔爐的同時，當熔爐內(nèi)部外部空氣、氧、 二氧化碳、水蒸氣或二氧化硫的含量高于平衡條件時，其中發(fā)生脫碳。
在此背景技術(shù)部分中公開的上述信息僅用于增強對本發(fā)明背景技 術(shù)的理解，并因此其可以包含不形成本國家的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已 知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明致力于提供一種用于控制熔爐內(nèi)部大氣氣體的系統(tǒng)，該系 統(tǒng)具有防止熔爐中被熱處理的碳鋼脫碳的優(yōu)點。
一種用于控制熔爐內(nèi)部大氣氣體的系統(tǒng)可以包括熔爐，用于在預定溫度下對碳鋼進行熱處理，并且其中充有大氣氣體；流量控制部
(flow control portion),其與熔爐連接，用于控制供應給熔爐的大氣氣 體的流量；氣體發(fā)生器，其用于產(chǎn)生吸熱氣體(Rx氣體)，并且將吸 熱氣體供給流量控制部；和氣體分析控制部，其對通過與熔爐連接的 采樣管道供給的大氣氣體進行分析，并且基于分析的數(shù)據(jù)對流量控制 部進行控制，以便控制供應給熔爐的大氣氣體的流量(flnx)。
流量控制部可以包括第一供給管道，經(jīng)由該第一供給管道通過 氮氣；第二供給管道，經(jīng)由該第二供給管道通過吸熱氣體；和電磁閥 或控制閥，其由氣體分析控制部加以控制，并且布置在第一供給管道 和第二供給管道上。
第一供給管道可以包括電磁閥，其在電源故障期間被打開；和 控制閥，其根據(jù)在氣體分析器中分析的PF值對控制閥進行PID控制。
氣體發(fā)生器可以使用LNG產(chǎn)生吸熱氣體，氣體分析控制部對吸熱 氣體的C02量進行分析，并且氣體分析控制部確定C02量是否在預定 的范圍內(nèi)。
氣體分析控制部可以包括氣體傳感器，其用于分析一氧化碳、 二氧化碳和氧氣；PF計算器，其用于基于氣體傳感器檢測的信號計算 PF值；和控制部，其對計算的PF值與預定的PF值進行比較，以便控 制流量控制部的控制閥。
氣體分析控制部可以對氣體發(fā)生器中產(chǎn)生的吸熱氣體的含量進行 分析，以確定氣體發(fā)生器的性能。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的用于控制熔爐內(nèi)部大氣氣體的系 統(tǒng)，對熔爐內(nèi)部的大氣氣體進行采樣以便分析，并基于分析的數(shù)據(jù)來 控制供給熔爐內(nèi)的大氣氣體的流入量，以減少脫碳。
下文中將討論上述和其他的特征。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的用于控制球化熱處理爐內(nèi) 部大氣氣體的系統(tǒng)的示意圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的氣體發(fā)生器的示意圖。 圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的用于控制球化熱處理爐內(nèi)部大氣氣體的系統(tǒng)的控制流程圖。
<附圖中表示主要元件的標記數(shù)字的描述>
100:流量控制部
102:爐火止回閥
104、 112、 116:電磁閥
114、 106:控制閥
118、 119:流量計
120:氣體分析控制部
122:加熱器
130:氣體發(fā)生器
200: LNG流量計 202:過濾器 204:空氣流量計 206:增壓器(blower) 208:蒸餾器(retort)
210:冷卻器 300:腔室(熔爐) 302:氣體分析器
304: AC/DC轉(zhuǎn)換器
306: PF計算器
308: PI計算器
310:控制器
312:節(jié)流位置控制器
314:閥控制器
316、 318:控制電機
具體實施例方式
下面將參照附圖更加充分地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的 示例性實施方式。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到，所描述的實施方式 能夠以各種不同方式加以更改，均不會背離本發(fā)明的精神和范圍。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的用于控制球化熱處理爐內(nèi)部大氣氣體的系統(tǒng)的示意圖。
參照圖1，大氣氣體控制系統(tǒng)包括熔爐110、流量控制部100、氣
體分析控制部120和氣體發(fā)生器130。
熔爐110的內(nèi)部被加熱至預定溫度(大約77(TC)，以對其中的碳 鋼進行熱處理，并且其內(nèi)部充有大氣氣體，以減少碳鋼的脫碳。
適當布置有供給管道，以將大氣氣體供給熔爐110內(nèi)，并且適當 布置有采樣管道，以將大氣氣體排出到熔爐110的外部。
優(yōu)選地，流量控制部100包括用于供給氮氣的第一供給管道和用 于供給吸熱氣體的第二供給管道。
流量計118和119可以分別適當?shù)夭贾迷诘谝还┙o管道和第二供 給管道上。流量計118和119用于精確地控制供給的氣體，并且當出 現(xiàn)電源故障時生成報警信號。另外，電磁閥112、 116和104以及控制 閥114和106可以分別適當?shù)夭贾迷诘谝还┙o管道和第二供給管道中。
電磁閥116在正常情況下是關(guān)閉的，并且可以在斷電時被打開。 電磁閥112是打開的。因此，大氣氣體得以安全地供給熔爐110內(nèi)。 另外，根據(jù)熔爐110內(nèi)大氣氣體的含量，控制閥114的打開率適當?shù)?控制在O至100。^的范圍內(nèi)。
氣體發(fā)生器130可以產(chǎn)生吸熱氣體，并且產(chǎn)生的吸熱氣體通過流 量控制部100的第二供給管道供給熔爐110內(nèi)。
根據(jù)熔爐內(nèi)部大氣氣體的狀態(tài)，控制閥106的打開率適當?shù)乜刂?在O至100%的范圍內(nèi)。
大氣氣體經(jīng)由與熔爐110連接的取樣管道并通過加熱器122供給 氣體分析控制部120。爐火止回閥102可以適當?shù)夭贾迷诹髁靠刂撇?100與氣體發(fā)生器之間的管道上。
氣體分析控制部120對供給的大氣氣體進行分析。根據(jù)一實施方 式，氣體分析控制部120對二氧化碳、 一氧化碳和氧的含量進行分析， 并基于關(guān)于含量的信息對流量控制部100進行控制。
另外，氣體分析控制部分120接收從氣體發(fā)生器130產(chǎn)生的吸熱 氣體(Rx氣體)，并分析吸熱氣體中包括的二氧化碳的量。
氣體分析控制部120對大氣氣體的含量進行分析，以基于關(guān)于分 析含量的信息有效地控制流量控制部100的控制閥114和106以及電磁閥112、 116和104的打開率。
優(yōu)選地，氣體分析控制部120可以計算PF值并且對閥(112、 114、 116、 106和104)進行PID控帝U(比例積分微分控帝U， Proportional Integral Differential control),以將大氣氣體有效地供給熔爐內(nèi)并減少脫碳。
氣體分析控制部120對吸熱氣體中包括的二氧化碳的含量進行分 析，以檢測氣體發(fā)生器130的性能。
爐火止回閥(F)可以適當?shù)夭贾迷跉怏w發(fā)生器130與流量控制部 100之間，以及熔爐110與氣體分析控制部120之間。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的氣體發(fā)生器的示意圖。
氣體發(fā)生器130將LNG與空氣以適當?shù)谋壤旌希援a(chǎn)生吸熱氣 體(Rx氣體)。氣體發(fā)生器130可以適當?shù)匕ㄓ糜跈z測LNG通量的 LNG流量計200、空氣過濾器202、空氣流量計204、增壓器206、蒸 餾器208和冷卻器210。在本示例性實施方式中將省略對氣體發(fā)生器 130的詳細描述。
在氣體分析控制部120中對從氣體發(fā)生器130生成的吸熱氣體的 一部分進行分析，以檢測氣體發(fā)生器130的性能。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的用于控制球化熱處理爐內(nèi) 部大氣氣體的系統(tǒng)的控制流程圖。
參照圖3，適當安裝在熔爐腔室300中的氣體控制系統(tǒng)適當?shù)匕?氣體分析器302、 AC/DC轉(zhuǎn)換器304、 PF計算器306、 PI (比例積分) 計算器308、控制器310、節(jié)流位置控制器312、閥控制器314以及控 制電機316和318。
在氣體分析器302中對自熔爐腔室300供給的大氣氣體樣本的成 分進行分析。另外，根據(jù)所分析氣體的情況，氣體分析器302輸出DC 電流。
AC/DC轉(zhuǎn)換器304將從氣體分析器302輸出的DC電流轉(zhuǎn)變成AC 電流。氣體分析器可以優(yōu)選地包括二氧化碳傳感器、 一氧化碳傳感器 和氧氣傳感器。
基于從AC/DC轉(zhuǎn)換器304傳送的電流值，PF計算器306計算PF 值。另外，PI計算器308對從PF計算器306傳送的PF值與控制器310 的預定PF值進行比較，以計算PI值。
8根據(jù)從PI計算器308傳送的PI值，節(jié)流位置控制器312將工作電 流傳送給閥控制器314。
根據(jù)從節(jié)流位置控制器312傳送的工作電流，閥控制器314運轉(zhuǎn) 控制電機316和318。
因此，在上述控制過程中，基于腔室300的大氣氣體的含量，充 分地控制布置在吸熱氣體供給管道中的控制電機316、和布置在氮供給 管道中的控制電機318。
參照圖1和圖3，氣體分析控制部120適當?shù)貙⑷蹱t110內(nèi)的大氣 氣體當中的二氧化碳控制在0至5%的范圍內(nèi)、 一氧化碳控制在0至 25%的范圍內(nèi)。另外，氣體分析控制部120將氧控制在0至25%的范 圍內(nèi)。
例如，當二氧化碳或氧的值升高時，提高氮氣或吸熱氣體的供給 量，以減少脫碳反應。
優(yōu)選地，將PF計算器306中計算的PF值控制在0至250、或0 至500的范圍內(nèi)。另外優(yōu)選地，氣體分析控制部120對氣體發(fā)生器130 中產(chǎn)生的吸熱氣體中包括的二氧化碳的含量進行分析，以確定氣體發(fā) 生器130的性能，并控制產(chǎn)生量。
關(guān)于PF值，例如，當PF值大于65時，在一定程度上發(fā)生滲碳， 當PF值低于65時，發(fā)生脫碳。通常，隨著溫度變高，PF值也變高。
盡管本發(fā)明在目前視為實用的示例性實施方式方面加以描述，但 應該理解到，本發(fā)明并不限于所公開的實施方式，相反，本發(fā)明旨在 涵蓋各種包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍之內(nèi)的各種變更和等同方 式。
權(quán)利要求
1.一種用于控制熔爐內(nèi)部大氣氣體的系統(tǒng)，其包括熔爐，其中充有大氣氣體，用于在預定溫度下對碳鋼進行熱處理；流量控制部，其與所述熔爐連接，用于控制供應給所述熔爐的所述大氣氣體的流量；氣體發(fā)生器，其用于產(chǎn)生吸熱氣體(Rx氣體)并且將所述吸熱氣體供給所述流量控制部；以及氣體分析控制部，其對通過與所述熔爐連接的采樣管道供給的所述大氣氣體進行分析，并且基于分析的數(shù)據(jù)對所述流量控制部進行控制，以便控制供應給所述熔爐的所述大氣氣體的流量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于控制大氣氣體的系統(tǒng)，其中所述流 量控制部包括第一供給管道，經(jīng)由所述第一供給管道通過氮氣； 第二供給管道，經(jīng)由所述第二供給管道通過所述吸熱氣體；和 電磁閥或控制閥，其由所述氣體分析控制部控制，并且布置在所 述第一供給管道和所述第二供給管道上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于控制大氣氣體的系統(tǒng)，其中所述第 一供給管道包括-電磁閥，其在電源故障期間被打開；禾口控制閥，根據(jù)在氣體分析器中分析的PF值對所述控制閥進行PID 控制。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于控制大氣氣體的系統(tǒng)，其中所述氣 體發(fā)生器使用LNG產(chǎn)生所述吸熱氣體，所述氣體分析控制部對所述吸 熱氣體的C02量進行分析，并且所述氣體分析控制部確定所述C02量 是否在預定的范圍內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于控制大氣氣體的系統(tǒng)，其中所述氣 體分析控制部包括氣體傳感器，用于分析一氧化碳、二氧化碳和氧氣；PF計算器，其用于基于所述氣體傳感器檢測的信號計算PF值；和控制部，其對計算的PF值與預定的PF值進行比較，以便控制所 述流量控制部的所述控制閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于控制大氣氣體的系統(tǒng)，其中所述氣 體分析控制部對所述氣體發(fā)生器中產(chǎn)生的所述吸熱氣體的含量進行分 析，以確定所述氣體發(fā)生器的性能。
全文摘要
一種用于控制熔爐內(nèi)部大氣氣體的系統(tǒng)可以包括熔爐，其中充有大氣氣體，用于對碳鋼進行熱處理；流量控制部，其與熔爐連接，用于控制供應給熔爐的大氣氣體的流量；氣體發(fā)生器，其用于產(chǎn)生吸熱氣體(Rx氣體)，并且將吸熱氣體供給流量控制部；和氣體分析控制部，其對通過與熔爐連接的采樣管道供給的大氣氣體進行分析，并且基于分析的數(shù)據(jù)對流量控制部進行控制，以便控制供應給熔爐的大氣氣體的通量。使用該系統(tǒng)，碳鋼的脫碳可以得以防止或減少。
文檔編號C21D1/76GK101550479SQ20081017192
公開日2009年10月7日 申請日期2008年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月4日
發(fā)明者徐東顯 申請人:現(xiàn)代自動車株式會社