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(nèi)含碳量的高低，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)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(yīng)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(chǎn)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(chǎn)，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(shè)備滲碳工藝

多用爐氣氛以氮+甲醇為載氣，調(diào)節(jié)進入爐內(nèi)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(nèi)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(zhì)其特性與工件表面上的物質(zhì)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(yīng)關(guān)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(yīng)氣體與空氣混合后的碳勢，預(yù)先調(diào)好工藝氮氣和甲醇的流量并保持。當爐內(nèi)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(nèi)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(nèi)，降低爐內(nèi)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(shè)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(diào)整校正系數(shù)，再次定碳w(C)=0.78%沒有改變，且工件在爐內(nèi)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(shè)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(yīng)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(jīng)維修人員檢查，爐溫不存在波動。

(4)CO分析儀用來分析爐內(nèi)氣體CO的含量，按照一定的比例通入各氣氛，爐內(nèi)的CO含量應(yīng)在20%，如果波動太大或數(shù)值偏低，應(yīng)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(jīng)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(yīng)關(guān)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(zhuǎn)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(jīng)檢查mV值存在波動，可判定信號轉(zhuǎn)換器和線路正常。關(guān)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(nèi)部氧化鋯管破裂，關(guān)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(jié)合以上診斷排除了溫度、CO分析儀、氧探頭的故障，問題應(yīng)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(nèi)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(wù)，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(guān)閉到位導(dǎo)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(zhì)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(dǎo)致氣體泄漏。清理出氣口灰塵再組裝電磁閥安裝至設(shè)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(shè)定w(C)=0.70%，定碳數(shù)值為w(C)=0.71%，設(shè)備恢復(fù)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(xué)歷,高級技師,從事設(shè)備維修工作。

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