可控氣氛滲碳爐碳勢波動故障分析

董國節(jié)

(中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

可控氣氛滲碳爐碳勢波動故障分析

董國節(jié)

(中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

碳勢值的波動直接影響到爐內含碳量的高低，導致產品質量受到影響。碳控儀表顯示的碳勢值，由爐溫、CO值、氧探頭mV值與相應的系數(shù)計算生成，查找碳勢波動可以從這三點入手檢修。

可控氣氛滲碳爐；碳勢；波動；氧探頭

Ipsen多用爐生產線由多用爐、清洗機、回火爐、料車、裝料平臺等組成，適用于小批量、多品種、多工藝聯(lián)合生產，可以完成各種齒輪的無氧化淬火、滲碳、碳氮共滲、退火、回火等工藝。操作時可通過上位機carb-o-profⅢ軟件編輯工藝參數(shù)，工藝參數(shù)主要有溫度、時間、氣氛、流量、壓力等。

1 設備滲碳工藝

多用爐氣氛以氮+甲醇為載氣，調節(jié)進入爐內的富化氣丙烷和空氣來控制爐氣氛的碳勢，用于有氣氛循環(huán)的溫度在800～1 100 ℃范圍內的周期作業(yè)爐中進行滲碳、碳氮共滲。

在爐室上方垂直安裝了1只特殊的氧探頭，以測定該處爐氣氧勢的變化，探頭表面含有的物質其特性與工件表面上的物質類似，保證了探頭上氧勢的變化能夠反映出工件表面吸收碳后出現(xiàn)的變化，此對應關系不受原來是否從CO或CH4氣體中分解出的碳的影響。根據(jù)氧探頭的測定，爐氣的CO濃度和爐溫，計算機計算出反應氣體與空氣混合后的碳勢，預先調好工藝氮氣和甲醇的流量并保持。當爐內碳勢低于工藝要求，富化氣管路電磁閥打開，使富化氣進入爐內提高碳勢；當碳勢高于工藝要求時，則空氣管路電磁閥打開，使空氣進入爐內，降低爐內碳勢直到滿足工藝對碳勢的要求。

2 故障現(xiàn)象

多用爐加熱到安全溫度(750 ℃以上)后啟動保護氣氛，當?shù)竭_設定的溫度及碳勢1 h后，操作工用鋼薄片定碳w(C)=0.78%時，發(fā)現(xiàn)高于碳控儀表顯示數(shù)值w(C)=0.70%±0.05%且碳勢曲線波動大。操作工首先調整校正系數(shù)，再次定碳w(C)=0.78%沒有改變，且工件在爐內執(zhí)行完工藝后，出爐發(fā)現(xiàn)工件表面有積碳，表面碳含量超標，操作工隨之報修。

3 現(xiàn)場診斷

(1)維修人員到現(xiàn)場后確認各供氣流量穩(wěn)定且數(shù)值正確：甲醇4 L/h、氮氣4 m3/h、氧探頭參比氣20 mL/min固定值，確認碳勢的控制沒有問題，低于設定碳勢時通入富化氣丙烷0.3～0.5 m3/h，反之通入空氣0.6～0.8 m3/h。

(2)碳勢值由爐溫、CO分析儀數(shù)值、氧探頭氧電勢mV值3個參數(shù)計算得出，只要其中1個參數(shù)出現(xiàn)波動，就會引起最終碳勢值的波動。

(3)如爐溫存在波動，應檢查熱電偶偶芯、接線端是否牢固可靠。爐溫可以通過溫控儀顯示，也可用萬用表測量熱電偶輸出的熱電勢值，多用爐使用K型熱電偶，每100 ℃電勢值為4.095 mV，如果是860 ℃熱電偶，輸出的電勢值為35.217 ×(1±0.0075 )mV，電勢值波動很大時可以考慮更換熱電偶，經維修人員檢查，爐溫不存在波動。

(4)CO分析儀用來分析爐內氣體CO的含量，按照一定的比例通入各氣氛，爐內的CO含量應在20%，如果波動太大或數(shù)值偏低，應檢查CO分析儀取氣的流量是否正常(1.2～2.0 L/min)，保證供氣管路密封不泄漏。經維修人員檢查以上均正常。

(5)氧探頭(見圖1)是測量氣氛中氧氣濃度的檢測傳感器。由于可控氣氛的碳勢與微量組分氧氣濃度存在對應關系，氧含量越低碳勢值越高，因此用氧探頭測量碳勢。氧探頭mV值波動大，先排除信號轉換器和線路問題，斷開與氧探頭連接的線路，使用萬用表直接測量氧探頭的輸出端，經檢查mV值存在波動，可判定信號轉換器和線路正常。關閉參比氣30 s，檢查氧探頭mV值是否下降超過5 mV，如果mV值驟降可判定氧探頭內部氧化鋯管破裂，關閉參比氣，mV值下降沒有超過5 mV仍存在波動，可以判定氧化鋯管沒有破裂。到這一步能用的測試方法基本用完，問題仍未解決。檢查氧探頭燒碳/參比氣控制裝置(見圖2)，參比氣流量穩(wěn)定，數(shù)值正常(20 mL/min)，由于不在燒碳時間，燒碳流量為零，屬于正常。氧探頭燒碳/參比氣控制裝置顯示一切都正常，但結合以上診斷排除了溫度、CO分析儀、氧探頭的故障，問題應該就出在燒碳/參比氣控制裝置。

圖1 氧探頭

圖2 燒碳/參比氣控制裝置

(6)明確目標后繼續(xù)深入查找，燒碳/參比氣控制裝置作為氧探頭的附件起到2個作用：一是給氧探頭內部氧化鋯管提供空氣作為參比氣，與爐氣進行比較；二是作為氧探頭的維護工具完成間隔燒碳任務，每隔4 h就會執(zhí)行1～1.5 min的燒碳工作，氣體按一定的流量通入氧探頭的外金屬與氧化鋯管間的夾層中，去除氧探頭電極處的積碳，使整個氧探頭電勢值下降，一般認為電勢值下降至800 mV以下才算完成一次成功的燒碳。

通過供氣阻斷法，查找出了氧探頭電勢值波動的根源，燒碳供氣通斷是用電磁閥控制的，電磁閥沒有關閉到位導致極小的氣體滲入氧探頭的外金屬與氧化鋯管間的夾層中，使得電勢值忽上忽下，同時因為氣體流量過小，燒碳流量計也反映不出流量，造成了表面完好的假象。

4 故障的解決

拆下?lián)p壞的電磁閥，發(fā)現(xiàn)電磁閥閉合時是采用活塞式推力密封的，前段采用橡膠材質制作的推頭封住出氣口。檢查發(fā)現(xiàn)出氣口堆積了較多的灰塵，導致氣體泄漏。清理出氣口灰塵再組裝電磁閥安裝至設備，并在供氣管路中添加過濾器。建立氣氛觀察氧探頭電勢值及碳勢值均穩(wěn)定，之后空爐做鋼薄片定碳設定w(C)=0.70%，定碳數(shù)值為w(C)=0.71%，設備恢復正常使用?！?/p>

(編輯：林素珍)

2095-5251(2016)05-0041-02

2015-06-01

董國節(jié)(1988-)，男， 大專學歷,高級技師,從事設備維修工作。

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