保证碳控系统的准确性，可靠性和快速设置COF方法介绍

shbjh

关于红外分析和氧探头在热处理控制中的一些观点，欢迎大家拍砖。也欢迎大家和我探讨，我一直是潜水的，希望大家多多支持就算扔鸡蛋，扔石头都是欢迎的，至少我知道我的帖子得到大家的注意。只看贴不回帖，会打击小朋友积极性的

好久以前，在论坛上看到一个帖子，忘记是哪位兄弟发的，提到他们炉子的控制系统上既装了探头，又装了红外分析仪。有人认为纯粹是钱烧的做法，属于发烧级配置，没必要，简直就是钱多的没地方花。有人认为红外和探头同时只能用一个测量结果作为控制信号，另一个是把测量结果作为参考，也许可以切换控制。关于这些问题，我想说一些自己的观点。

测量碳势的三个常用手段
1．箔片定碳
   箔片法定碳从原理上来说测出的碳比较准确，也是在理论上唯一能够进行真正的定碳手段，这种手段长期以来被大家采用，校验探头，但是可操作性比较差，相信大家都有体会，实际生产中我们的规定多长时间或者干多少炉活定碳一次。实际上有没有按规定操作相信大家心中都有数，除非探头的读数实在糊弄不下去了，看上去确实太雷人了，可能进行一次。规定是给别人看的，是应付监察和通过什么什么体系认证的。可能有的公司比较好，能按照规定操作。总的来说，不适合日常操作。并且操作的可重复性差，人为因素影响太大，就算是你买最高档的电子天平也不能保证每次都能得到满意的结果。就算得到结果以后，你在按照计算结果来调整碳控仪，也许气体成分和你放定碳片在炉子里时已经有变化，就算没有变化，你还只能是尝试性的一点一点调整COF或者PF,知道你认为合适为止，到底有没有准确的定碳，相信大家心里都没底。

2．红外法，测量CO2的含量，这和氧探头测量方法是一样的，都是假设一种炉气成分达到平衡以后，CO2和O2的含量就可以反映中碳势的变化。但是红外法在控制上和氧探头相比有致命的缺点，那就是反应时间，现在的PID控制红外法根本达不到要求的反应速度和灵敏度，所以大家都认为红外法是一种淘汰的技术，只使用红外法来测量CO2的方法和氧探头相比，没有任何优势。但是采用红外法同时分析炉气中的CO,CO2,CH4的含量，再结合炉子当前气氛中的实际温度来计算碳势，在准确性上是单独测量CO2和氧含量的方法是不可比拟的，因为这种3中气体分析仪可以动态的测量出炉气中的平衡状态，得出最准确的碳势，但是红外法的测量反映灵敏度和反应时间确实是控制的软肋。

3，氧探头测量法，我就不罗嗦了，各位大虾应该是很清楚的。但是氧探头和红外法测量CO2控制碳势一样，没有考虑综合的平衡状态，这就是为什么在氧探头的碳控仪中要设置一个可调整的COF或者PF。就是为了在炉子气氛成分反应平衡发生变化时候修正和补偿一氧化碳系数，或者叫工艺系数。
  
       从以上的说法，我们可以看出氧探头在控制上的优势，CO,CO2,CH4气体分析在定碳时准确性的优势。现在回过头来我们再看看提到的在炉子上安装氧探头的同时，还安装红外气体分析仪的必要性。

       在美国，好多汽车工业的热处理工厂就使用这种方法，在炉子上安装红外和氧探头。在控制过程中，气体分析仪从炉子内取样气进行分析，计算出当前的C%,同时分析仪和碳控仪通讯，读取当前碳控仪上的相关参数，然后计算出氧探头测量的碳势和分析仪测量碳势的差值，然后动态将计算得到的新的COF或者PF赋值给碳控。这个过程自动进行，时刻保持碳控仪和分析仪测量结果的一致性，将红外气体分析和探头的高度控制灵敏度相结合，也可以说，两者都参与控制。免去了箔片定碳麻烦的同时，保证和炉子碳控系统的准确性和可靠性，同时也保证产品的质量稳定。


   同时分析仪测量出CO, CO2,和 CH4，据CH4的含量可以判断出催化剂的活性，如果在正常范围内,那么说明催化剂有正常的活性，如果高于正常数值，就说明需要做相同的调整或者更换催化剂。测量出CO和CO2的含量，可以反映出一些设备的潜在问题（比如漏水，漏进空气，以及辐射管泄漏）




      
     如果各位大侠有机会去美国考察，可以去dana工厂和eton工厂去看看。就应该知道我说的这个观点是实际应用中的技术，不是新想法。这时大家应该对炉子配置红外和氧探头的争论有一个自己的看法。

      同时现在有便携式的气体分析仪，专门用来校验炉子气氛中碳势测量结果，从炉内取样，同时给出COF和PF的建议值，来校验碳控系统的准确性，箔片定碳很少用或者不用。

      如果你还总是怀疑你的炉子碳势显示不准确，或者你有好多炉子定期箔片定碳很麻烦并且做不过来，你不妨考虑一下这样的技术。当然给每个炉子都安装红外系统是很烧钱的。但是使用一个便携式的气体分析仪定期来校验热处理设备不失为一种经济的手段。

[ 本帖最后由 shbjh 于 2009-8-3 00:57 编辑 ]

circle0515

讲解非常详细，简单易懂， 好贴！
现在越来越多的客户不仅仅是氧探头控制，还需要3gas红外气体分析补偿。

热火

用个氧探头 加个气体分析仪就可以了吗 干嘛还要弄个红外仪？定期定碳检验及探头达到使用期定期更换就可以了吗。

sh-sbc

回复1楼白先生：
看了‘只看贴不回帖，会打击小朋友积极性的’，觉得有话不回是对你不敬，于是发表回帖，商榷。
帖子中有‘但是红外法在控制上和氧探头相比有致命的缺点，那就是反应时间，’这样一句话，现氧探头的反应时间为0.5~1秒，就算是0秒，CO2红外仪的反应时间为十几秒~几十秒，就算100秒，不到2分钟，相对于几个小时的渗碳而言，滞后2分钟，不会对产品造成很大的后果，完全可以忽略，况且可以提前2分钟开机来补偿，因此不应把反应时间（速度）列为致命缺点。这种滞后是可以接受的。
帖子中‘只使用红外法来测量CO2的方法和氧探头相比，没有任何优势’有这样的话，其实，CO2红外仪的寿命是很长的，一个顶好几个氧探头，价格也是一个顶好几个，因此在性价比上差不多。氧探头的出厂指标约为18个月。CO2红外仪的寿命一般为几年。
另外，CO2红外仪方法，精度为±0.05%C（仪器出厂指标），氧探头（单因素控制）的出厂指标也是±0.05%C，氧探头与CO分析仪共用（双因素控制）的出厂指标（听IPSEN的用户说）为±0.03%C，‘采用红外法同时分析炉气中的CO,CO2,CH4的含量’也就是多因素控制，理论上比双因素更高，但总不会是零，起码是±0.01%C，对于渗碳齿轮来讲，大多数要求表面浓度为0.75~0.85%C，甚至更高，没有要求到±0.03%C因此也不能说是‘无可比拟’的吧。只能是体现了“精密热处理”的意识。
其实我也是反对使用CO2红外仪的，下次再讲。

liruitu

“CO2红外仪方法，精度为±0.05%C（仪器出厂指标）”  哪个厂家有这样的指标？没见到过

sh-sbc

回5楼李先生：好象是富士电气生产的红外仪能达到。下次找到资料在给你。

sh-sbc

回复1楼白先生：
CO2红外仪除反应滞后外还有以下三个缺点：
1. 他有漂移。2.  它的取样系统太复杂。不是堵塞就是漏气，简直难以忍受。 3.对CO过于敏感。

stove

最近接触氮基气氛炉比较多,退火工艺温度有时还不到800度,请教一下专家应该采用哪种测量方式较好.
目的是保证不脱碳,最好能可控气氛含量.

Jasen

回复 8# stove
这种情况下比较常规的做法是监控氧探头的mV值，气氛系统是氮气和甲醇；
我的做法是氧探头都配了，就一起将碳控仪也配置了，由于温度低的原因，做成监控mV值和碳势可选的，气氛系统增加一路富化气管路作备用，将来有需要也可以作碳势控制用。

stove

回复 9# Jasen
经现场测试,温度在780度时氧势还不到100.基本上失去了参考意义.
假如使用自加热的氧探头,这个值能补偿到多少?

Jasen

回复 10# stove
如果使用自加热的氧探头，mV值与高温显示应该是差不多的；
上周我刚调试回来，碳控仪表用的是2604f, 碳势计算开始温度采用工厂设置720℃, 当时监控的情况是750℃以上mV值就开始有变化，800℃通入保护气后，mV值的变化更明显，当然此时碳势显示是0.00，所以我认为如果是750℃以上用mV值监控是可行的。750℃以上mV值显示是830mV左右。

stove

回复 11# Jasen
我们是用于轴承钢管退火的,通入的是纯氮气,跟你所说的碳氮共渗不一样.

lopht

回5楼李先生：好象是富士电气生产的红外仪能达到。下次找到资料在给你。
sh-sbc 发表于 2010-8-11 07:20

    作为CO2红外仪厂商，我觉得是不大可能提供给你这样的出厂指标的

Jasen

回复 12# stove
以前做过连续式等温退火炉，工艺温度比你的高，在910℃，用氮气保护，为了防脱碳加入极少量的甲醇，大约在通入甲醇12小时后mV值才开始有反应，24小时才达到1000mV以上，如果是800℃以下看来是个问题，因为甲醇的量实在太小，估计mV不会有什么变化。联系白工问问自加热探头是否可行。

shbjh

回复 8# stove


    CEO,一般退火的控制，达到不脱碳不氧化，确实象赵工说的那样，控制用毫伏信号直接做控制信号。自加热的探头也可以用，但是从省钱角度，还是赵工的方案最好。

  只有在氧化锆低于工作温度时候或者氧探头插入有困难，比如滚筒炉，才推荐用自加热的探头。600度的时候使用自加热型号。
  在你说的7百多度，氧化锆已经可以工作了，你就可以选择mV控制模式来控制甲醇的通入，进而实现气氛可控。

sh-sbc

再次回复1#：
CO2红外仪在八十年代是很先进的，但使用过的人会发现：除反应滞后外，还有另外三个缺点：
1.有漂移：
  仪器的出厂指标为3%（满度）/周。假定满度为2%（设备有2档：2%和4%，正常放在2%档位上），则漂移量为2%×3%=0.06 %，在920℃或930℃、CP=1.0%强渗的情况下，0.06% 的漂移量会造成≥0.1%CP 的误差。 这种漂移会对产品的质量造成较大的后果，是应该消除的。为此，生产上规定每周校正（调零、调跨）一次或几次。毫无疑问，给操作者带来了麻烦。整个校正过程顺利的话，能在几分钟内完成，不顺利的话则几个小时未必能完成。
2.它的取样环节复杂：
     红外仪工作时的基本过程是：把炉内的气体抽出来送到红外仪里去分析。红外仪对需要分析的气体的要求是：⑴气体的温度不能太高，最好是室温附近，渗碳温度下的气体是肯定不行的。⑵必须是干净的气体。为了满足红外仪的要求，设备的生产厂商采取了以下几个措施：①一个是把红外仪按装在炉体旁边（要求是管道长度≤10米，一般控制在6~7米）， 红外仪离加热炉越远则取出的气体流到红外仪所需的时间就越长，反应就越滞后，这也是它反应速度慢的客观原因。②在这6~7米长的管路上，设置了1~2个降温和2~3个过滤。为了检漏方便，还设置了几个阀门。问题就出在降温和过滤上。首先初级过滤大约每班更换一次，由于频繁使用过滤器很容易损坏和很容易盖不严实，一旦发生漏气，则送到红外仪里的采样气体就不全是炉气，有一部分是空气，得出的结果肯定不对。其次，让取样气体降温，这不是一般的降温，而是有要求的，因为反应2CO→CO2+C 在某个温度区间自发进行的趋势很强烈，换句话说CO在该区间是不稳定的。如果在管路里发生了上述反应，那么送入红外仪里的采样气里，毫无疑问的是CO2多的多，也肯定得出错误的结论，因此必须让取样气体快速通过该温度区间。为此，在初级过滤的前面设置了半导体电子快速冷却器，因没过滤，在其腔体里会有碳黑和冷凝水，会经常堵塞，严重时用6Kg/cm2 的气体吹不通。这在现场是很急人的，强渗时间没几个小时，需要它工作，却不能工作，其厌恶之情可想而知。
3. CO2红外仪对CO含量过于敏感：
     详见附件 。
从附件看出，红外仪控制方式中，ac与CO的平方成正比，这就是说：CO有一点点的变化，平方以后，就会有比较大的变化。而氧探头控制方式中，ac与CO的一次方成正比，相对讲，敏感度就小的多。而单因素控制的、其中之一的前提条件就是CO是不变的。这在现场是难以保证的，比如：化工原料的纯度发生变化，总会带来CO的少许变化。显而易见，氧探头的方式就不会有比较大的误差。而CO2红外仪则给人们的感觉是误差大、精度低。

sh-sbc

回复5楼李先生和13楼LOPHT先生：
说的对。
想想也是：红外仪的生产厂商只能对红外仪所分析的气体---CO2提供保证，我记错了。

sh-sbc

回复5楼李先生和13楼LOPHT先生：
说的对。
想想也是：红外仪的生产厂商只能对红外仪所分析的气体---CO2提供保证，我记错了。

yangxinshan

氧探头采用CO补偿是可靠的，单独用氧探头测量会带来偏差的，请参看马拉松说明书，
解决红外线测量仪的标定、漂移，提高稳定性是设备厂家要改进的！
关于红外线管路堵塞的问题：是因为大量炭黑形成的原因，控制介质的流量较少炭黑