热处理炉内气氛控制
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
2
南京工程学院教案【教学单元首页】
第17-18 次课授课学时 4 教案完成时间：2013.2
章、节第九章热处理炉内气氛及控制；§9.1热处理炉内气氛种类；§9.2可控气氛的制备；§9.3碳势和氧势的测量与控制；§9.3碳势和氧势的测量与控制；
主要内容热处理炉内气氛种类
可控气氛的制备
可控气氛加热的基本原理碳势和氧势测量技术
碳势和氧势测量技术
压力与流量的测量
目的与要求目的：了解热处理炉内气氛的特、性质、制备原理及用途、常见碳势的测量技术等，为合理选择和使用炉内气氛及碳势设备奠定必要的理论基础。
要求：了解常见碳势、氧势、压力、流量测量技术与原理以及吸、放热型气氛制备原理与流程，掌握常见炉内气氛性质、特点和用途、碳势和氧势等概念。
重点与难点重点：炉内气氛种类、性质及应用；碳势、氧势、氧化脱碳机理。
难点：吸、放热型气氛制备装置构成及流程；碳势测量技术测试原理。
教
学
方
法
与
手
段
板书与多媒体教学结合。
第九章热处理炉内气氛及控制
研究炉内气氛目的：1）防止工件加热过程氧化、脱碳；2）对工件进行化学热处理。
§9.1热处理炉内气氛种类（P124-129）
热处理炉内气氛即炉内气体介质，主要有空气、真空和可控气氛等。可控气氛指成分和性质可适当控制的气体，包括反应生成气氛、分解气氛和单元素气氛，在热处理炉生产中常用可控气氛包括吸热式气氛、放热式气氛、氨分解气氛、滴注式气氛、氮基气氛和氢气等。P124什么是可控气氛？
一.吸热式气氛
定义：燃料气与少于或等于理论空气需要量一半的空气在高温及催化剂作用下，发生不完全燃烧生成的气氛。因反应产生的热量不足以补偿系统的吸热和散热（即不能维持反应温度），须借助外部热量维持反应的进行，故称为吸热式气氛。
成分：吸热式气氛主要成分是H2、CO和N2，还有少量的CO2和CH4。
用途：1）吸热式气氛碳势约0.4%，对低碳钢是还原性和渗碳性气氛。2）吸热式气氛主要用于渗碳载气、中高碳钢加热时的保护气氛（光亮淬火），但不宜作为高铬钢和高强度钢的保护气氛，因为碳与铬反应生成碳化物会使高铬钢贫铬；气氛中的氢易导致高强度钢氢脆。3）
吸热式气氛经过再处理除去CO和CO
2后获得的以H
2
和N
2
为主的气氛可用于不锈钢和硅钢光亮
加热保护气氛。（见P124表10-2）
二.放热型气氛
定义：原料气与理论空气需要量一半以上的空气不完全燃烧的产物。因反应放出的热量足以维持反应进行而不需外加热源，故称为放热型气氛。
成分：放热型气氛主要成份是N
2、CO、CO
2
。为提高气氛还原性，常再进行净化处理，以
除去其中氧化性成分CO
2和H
2
O。
通过改变空气和燃料气比以及净化处理，可在较宽范围内改变气氛成分和性质，一般又把这类气氛分为淡型（混合气中加入较多空气）、浓型（混合气中加入较少空气）和净化型（净化处理的放热式气氛）三种。
气氛性质：视气氛成分、工件含碳量和工作温度而定。可能是还原型和增碳性的，也可能是氧化型和脱碳性的。
用途：1）浓型放热式气氛是还原性、弱脱碳性气氛，常用于低、中碳钢光亮淬火保护气氛；2）淡型放热式气氛是为微氧化性和脱碳性气氛，常用于低碳钢和铜光洁加热保护气氛；3）净化型放热式气氛由于气氛中氧化性、脱碳性成分CO
2
被去除，主成分由氮气和一定量的CO和H2组成，属于还原性气氛，可用于中高碳钢光亮加热保护气氛；4）净化型气氛再加少量富渗碳气，可用作高碳钢保护气氛和化学热处理介质。
三.氨分解气氛及氨燃烧气氛
分类：分加热分解气氛（吸热式）和燃烧气氛（放热式）两类。燃烧气氛又分完全燃烧和不完全燃烧气氛两种。
制备原理：将无水氨加热到800-900℃，在催化剂作用下，分解成氢气+氮气的气氛。
氨分解气氛（75%H2+25%N2）特点和应用：具有强还原性和弱脱碳性，常用于不锈钢、硅钢、铜和高铬钢光亮加热保护气氛。
完全燃烧气氛组成和应用：主要由氮气（99%）和少量氢气（1%）组成，属于中性气氛，可用于铜和碳钢光洁加热保护气氛。
氨不完全燃烧气氛组成和应用：主要由氮气（76%）和氢气（24%）组成，具有还原性和
弱脱碳性，可用于不锈钢和硅钢光亮加热保护气氛。
四.氢
氢是一种强还原性很气体。多用作铜及其合金退火、硬质合金烧结、不锈钢退火以及钼丝电热元件保护气氛。
氢中常含微量水分，易引起氧化脱碳，要求高纯氢时应进行脱水。
五.氮基气氛
以氮为基本成分的混合气体。可由淡型放热型气氛经净化处理制得或由工业纯氮除去残存氧而制得。由于氮是不活泼气体，不与金属发生化学反应，可用于中、高碳钢退火、正火和淬火加热保护气氛。
六.滴注式气氛
将甲醇、乙醇、煤油、甲酰铵等有机液体直接滴入热处理炉内，经裂解后生成的可控气氛。
滴注气氛的主要成份是H
2、CO和少量的CO
2
、H
2
O、CH
4
等。
气氛性质：取决于有机液体C/O比，C/O比大于1如乙醇、丙酮、异丙酮、醋酸乙酯等，生成气氛强还原性和强渗碳性气氛；C/O比等于1如甲醇，生成气氛为强还原性和弱渗碳性气氛；如果C/O比小于1如蚁酸，则为氧化性和脱碳性气氛。
§9.2可控气氛制备（P125-128）
一.吸热式可控气氛制备原理及流程
1.制备原理
如前所述，吸热式气氛由原料气（天燃气、丙烷、液化石油气、城市煤气等）与小于或等于理论空气需要量一半的空气在高温和催化剂作用下，发生不完全燃烧生成的气氛。
以丙烷为例：
完全燃烧反应式：C3H8+空气（5O2+18.8N2）==3CO2+4H2O+18.8N2+Q，可见，空气与丙烷混合比为(5+18.8):1=23.8:1
制备吸热性可控气氛反应如下：
2C3H8+3O2+11.28N2==6CO+8H2+11.28N2+ 454.94J，可见，空气与丙烷混合比为(3+11.28):2=7.14:1。
对比可见，制备吸热式气氛混合比较低，因混合气自身燃烧放出的热量较少，放出的热量不足以维持燃烧反应持续进行，因此，制备吸热性可控气氛制备需由外部提供热量。
通过降低空气与原料气混合比可调整气氛中CO和CO2、H2和H2O、H2与CH4的相对量，即调整气氛碳势，因此称这种气氛为可控气氛。
2.催化剂（触媒）（补充）
作用：1）降低反应温度。没有催化剂，反应温度必须提高到1200℃。2）加快反应速度，缩短反应时间。
催化剂：主要成份：NiO，通过反应罐中产生的还原性气体还原生成有催化作用的活性镍。
催化剂载体：多孔氧化铝泡沫砖。通过浸泡催化剂溶液后烘干获得。
工业中应防止触媒“中毒”（指触媒表面受某种物理或化学作用而失去催化作用）。
“中毒”通常是由于积聚“碳黑”引起的。可通过燃烧去掉触媒上的碳黑而恢复其催化功能。
恢复中毒催化剂催化功能方法：1）取出放在箱式炉内加热到850℃左右，烧掉碳黑。2）向反应罐通入空气，同时控制反应罐内温度，该温度根据反应罐内碳黑量多少进行调整，当
反应罐内碳黑较多时，反应罐内温度控制在700-800℃左右；而当反应罐内碳黑较少时，则控制在850℃左右。3）烧碳黑时间根据反应罐排出气体中CO、CO2量确定，当排出气体中CO 含量趋近于零、CO2含量小于1%时即可结束烧碳黑。
烧碳黑周期：一般1次/周。
3.制备流程
原料气经减压阀、流量计和压力调节阀进入混合器，同时空气经过过滤器和流量计也进入混合器→在混合器内混合的气体由泵鼓入反应罐→在1000-1050℃的反应罐内在镍基催化剂作用下进行化学反应生成吸热式气氛→吸热式气氛通过冷却器冷却（反应罐出来的高温气体必须快冷到300℃以下，否则在400-700℃之间气氛会发生如下反应：2CO==C+CO2；CH4==C+2H2而产生碳黑，引起气氛成分变化）→通入炉内使用。
4.制备装置构成
制备吸热式气氛系统非常复杂，大致由以下几部分组成：
1）气体管路和混合系统
原料气管路主要有减压阀、压力继电器、电磁开关、零压阀（或压力调节阀）等组成。
零压阀作用：确保原料气和空气压力在混合时保持平衡，从而保证混合比例稳定。
压力继电器作用：确保原料气压力不低于某一要求值，当低于该要求值时，压力继电器将断开，关闭管路。
混合系统中设有混合器，确保原料气和空气在容器内混合均匀。
2）动力系统
动力系统作用：通过泵将混合气供入反应罐内。
泵通常是罗茨泵，它是一种定量泵，不能根据管路气体压力调整流量，因此常设一旁通回路，跨在泵的进、出气端管路上，由旁通阀控制。当输出端压力增大到一定值时，旁通阀即自行开启，使泵鼓出的气体经旁通阀返回供气端，以防泵因气压过大而着火。
泵有时也使用叶片泵。
3）反应系统：由反应罐、加热炉和冷却器组成。
4）安全系统
主要有单向阀、放散阀、防爆阀和火焰逆止阀等。
单向阀起限定混合气体单向流动作用。
放散阀起排除管道内过量气体作用。当气体压力过大时，放散阀自行开启。
防爆阀是混合气体燃烧爆炸时的应急阀门，爆炸气体可将该阀鼓开，从而保护管路。
火焰逆止阀的作用是当管道发生回火时，自动截止气体管道。
5.炉内吸热式气氛发生器
近年来，日本中外炉公司、英国Wellman和美国Surface公司成功研制了用于密封箱式炉炉内吸热式气氛发生器。该发生器直接装在工艺温度在800-950℃热处理炉上，由于催化剂
产气能力高、避免了保护气体二次加热，因而使运行成本降低20%左右。
二.放热式可控气氛
1.制备原理
如前所述，放热型气氛是由原料气（液化石油气、煤气或其它气体燃料）与较多的空气（n=0.5-0.95）不完全燃烧产生。
以丙烷为例：
完全燃烧：C3H8+5O2+18.8N2==3CO2+4H2O+18.8N2+Q，1份丙烷产气（3+18.8）=21.8气体（H2O在冷凝中除去）。
不完全燃烧：2C3H8+3O2+11.28N2==6CO+8H2+11.28N2+Q，产气量为2：（6+8+11.28）=1：12.64。
根据上述反应式可见：1）通过改变空气加入量，可以获得不同CO/CO2比值的气氛。空气加入量少时，CO/CO2比值大，制得的气氛氧化性、脱碳性弱；反之，如果空气加入多，CO/CO2比值小，气氛氧化性、脱碳性强。2）空气加入量越多，发生完全燃烧的比例越高，单位体积丙烷气产生的气体量越多，反之越少。
2.制备流程
原料气与空气混合→罗茨泵送到烧嘴→在燃烧室内燃烧及裂解，未燃烧部分与原料气通过催化剂完全反应→反应产物通入冷凝器中除水→视情况决定是否净化→放热型气氛。
§9.3碳势和氧势测量与控制
一.钢在炉气中的氧化还原反应（P121）
1.钢在CO2-CO气氛中的反应
1）氧化还原反应
钢在CO2-CO气氛中将发生如下可逆氧化-还原反应：Fe+CO2==FeO+CO，其反应速度和方向取决于CO/CO2比值和温度，反应方向可用平衡常数来判断。
2）平衡常数表示方法
设一定温度下反应达到平衡时气氛中各气体浓度不再发生变化，
则反应平衡常数K P1=P CO/P CO2 =[CO]/[CO2]=（CO）/（CO2），
式中：P CO、P CO2分别为气氛中CO和CO2气体分压；[CO]、[CO2]分别为气氛中CO和CO2气体浓度；（CO）、（CO2）分别为气氛中CO和CO2气体体积百分含量。
3）平衡常数确定方法
平衡常数与温度有关，一定温度下的K P1是个定值，有下述两种确定方法：
方法一：通过实验测定P CO、P CO2 ，[CO]、[CO2]或（CO）、（CO2），通过计算得到。
方法二：通过热力学反应自由能计算得到：
假设某温度下上述反应自由焓变为ΔG0，则由ΔG0=-RTlnK P1可计算出K P1，研究表明，K P1可用下述公式计算，即：lgK P1=-966.7/T+1.155
4）用平衡常数判定反应方向
根据某温度下K P1和混合气中CO和CO2实际浓度比，可判别反应方向：
即当（CO）/（CO2）>K P1时，气氛为还原性气氛，上述反应向左进行；当（CO）/（CO2） 例：已知实际气氛中CO和CO2的体积百分浓度分别为60%和40%，根据表中数据判别钢在700和1000℃上述气氛中反应进行的方向，并说明气氛是氧化性气氛还是还原性气氛。 表CO和CO2对铁的氧化还原反应平衡常数 温度/℃200 300 400 500 600 700 800 900 1000 K P1=P CO/P CO20.616 0.752 0.815 0.960 1.116 1.45 1.795 2.142 2.486 2.钢在H2-H2O气氛中的反应 钢在H2-H2O气氛中发生的可逆氧化-还原反应为：Fe+H2O ==FeO+H2，平衡常数K P2为：K P2= P H2/P H2O = [H2]/[ H2O] =（H2）/（H2O）。 同理，根据某温度下的平衡常数、混合气中H2和H2O浓度比，可判别反应进行方向或气氛是氧化性气氛还是还原性气氛。 表H2和H2O对铁的氧化还原反应平衡常数 温度/℃200 300 400 500 600 700 800 900 1000 K P2= P H2/P H2O65.63 19.06 7.99 4.20 2.74 2.25 1.92 1.68 1.5 3.金属加热时气氛中的氧势 1）氧化内因和外因 不管是金属在氧化性气氛中氧化还是氧化物在还原性气氛中被还原，主要取决于金属氧化物稳定性（内因，用氧化物分解压表示）及气氛中氧分压（外因）。 2）氧分压 金属在含氧气氛中氧化反应为：xMe+O2==Me x O2，当Me和Me x O2均是凝聚相（固相）时，K P=1/P O2，式中P O2为化学平衡时氧分压，即金属氧化物分解压。当气氛中氧分压大于P O2时，金属发生氧化，反之金属氧化物被还原或发生分解。 氧化物分解压不仅与金属本身有关，还与温度有关，随着温度升高，氧化物分解压急剧增大。 2）氧势 氧势指在一定温度下，金属的氧化和氧化物的分解处于平衡状态时气氛中的氧分压或氧化物的分解压。 4.钢在CO、CO2、H2、H2O混合气体中的氧化还原反应 当炉内气氛同时存在CO、CO2、H2、H2O时，这时下述两个反应均可能发生，即： Fe+CO2==FeO+CO，Fe+H2O==FeO+H2，也即：2Fe+CO2+H2O=2FeO+CO+H2， 此时要达到无氧化加热须满足如下条件：（P H2/P H2O）（P CO/P CO2）≥K P1K P2 二钢在炉气中的脱碳增碳反应 1.钢在炉气中脱碳增碳反应（补充） 钢在含O2、H2O、CO2、H2气氛中加热会发生下列脱碳增碳反应： [C]γ-Fe+O2==2CO， [C]γ-Fe+H2O==CO+H2 [C]γ-Fe+CO2==2CO， [C]γ-Fe +2H 2==CH 4 [C]γ-Fe 表示钢中碳，反应向右进行表示脱碳，向左进行表示增碳。 2.钢在CO-CO 2气氛中脱碳增碳反应 钢在CO-CO 2气氛中脱碳增碳反应为：[C]γ-Fe +CO 2==2CO 反应平衡时有：K 1=c CO a P P CO 22或a c =2 12CO CO P K P ，a c 称为碳在γ-Fe 中的有效浓度或奥氏体中碳活度。 需注意的是，①碳浓度和碳活度是两个不同概念，如含碳0.8%的钢在1000℃时其活度只有0.45%。②钢脱碳可在无氧化状态下发生，即脱碳反应常优先于氧化。 3.气氛中的碳势 碳势指一定成分的气氛，在一定温度下，气氛与钢的脱碳增碳反应达到平衡时，钢的含碳量。 下图是P CO +P CO2=1atm 条件下，钢在CO-CO 2气氛中化学反应（[C]γ-Fe +CO 2==2CO ）的平衡曲线。曲线上每个点代表一个平衡状态。例如，根据图中0.1%C 曲线可知，当温度为900℃，气氛中CO 浓度为80%时，含碳0.1%的钢脱碳增碳反应达到平衡，此时气氛的碳势为0.1%C 。含碳低于0.1%C 的钢在该气氛中发生增碳，而含碳高于0.1%C 的钢在该气氛中发生脱碳。 P123曲线图10.1 4.钢在H 2-CH 4气氛中脱碳增碳反应 在CO-CO 2气氛中，碳势较低，生产上往往借助CO-CO 2为载体，添加适量增碳剂CH 4来增加碳势（即增加一部分富化气）。 在H 2-CH 4气氛中脱碳增碳反应为：[C]γ-Fe +2H 2==CH 4，平衡常数K= 2 2 4H c CH P a P 。 三.碳势和氧势控制原理（P130） 1.碳势控制原理 气氛碳势控制：通过控制气氛中CO/CO 2和H 2/H 2O 组分之间的相对量，使炉中气氛碳势与钢表面要求的含碳量相平衡。 实际生产中，渗碳气氛通常同时存在H 2O 、CO 2、H 2、CO ，此时存在两个脱碳-增碳反应： [C]γ-Fe +H 2O==CO+H 2 [C]γ-Fe +CO 2==2CO 两式相减得：CO 2+H 2== H 2O+CO （称为水煤气反应），其平衡常数为：K 2= 2 22H CO O H CO P P P P 或者 2 222H O H CO CO P K P P P = 。 根据CO-CO 2气氛中脱碳增碳反应[C]γ-Fe +CO 2==2CO 可得：a c = 2 12 CO P K P CO ，将2 222H O H CO CO P K P P P = 代入得：a c = O H CO H P K P P K 2212，在一定温度下，P H 2、P CO 为恒量（在渗碳气氛中，CO%、H 2%含量 远大于CO 2%、H 2O%含量，CO 、H 2的微小变化对碳势影响很小，可近似看作常数），K 1、 K 2为定值，因此，通过测量气氛中H 2O 浓度（或CO 2浓度，因为根据2 222H O H CO CO P K P P P =可得H 2O 和CO 2浓度比为常数）即可求得气氛中的a c 。 因为s P c C C a = ，式中C P 为与C s 同温度下γ-Fe 中的不饱和含碳量（即钢的含碳量），C s 为一定温度下γ-Fe 中的饱和含碳量（为恒量），由于a c 和C P 间存在上述关系，因此可通过测量计算a c 知道气氛中的碳势C P 。 2.碳势测量与控制方法 碳势的测量方法有热丝电阻法、露点法和红外线分析仪表法等。其中热丝电阻法为直接测量法，其它方法为间接测量法。 1）热丝电阻法 电阻丝通常是直径为0.1mm 左右纯铁丝。电阻丝绕在绝缘磁柱上，放在炉内气氛中，由于电阻丝很细，电阻丝内含碳量能与炉内碳势时刻保持一致。因为电阻丝含碳量与其电阻间具有线性关系，因而通过测量电阻丝的电阻即可知道炉内碳势。 为精确测量炉内碳势，常需对炉内碳势进行标定。标定通常用纯铁箔或08钢箔。用称重法进行标定。 2）红外线分析法 测量原理：基于各种气体对红外线的不同吸收效应而测量气体成分（在气体中，单原子气体和同原子的双原子气体如氢气和氮气均不吸收红外线，其他气体如一氧化碳、二氧化碳和甲烷等对红外线有选择性吸收效应，如二氧化碳在波长为 4.25微米处有一个很强的吸收带，而一氧化碳和甲烷分别在4.6微米和3.4微米处具有强烈的吸收带。由于各种气体吸收红外线波长各不相同，而每一种气体对红外线吸收程度又与气体浓度和吸收层厚度存在如下定量关系：lg(I 0/I)=kcd 或I=I 010-kcd ，式中：c 为欲测气体浓度，d 为欲测气体吸收层厚度，k 为吸收系数，I 0为入射红外线强度，I 为透过红外线强度，因此，如果固定I 0和d ，那么I 与c 具有指数关系，当吸收气体浓度较低和吸收层厚度较薄时，c 与I 具有近似线性关系，故通过测量透过红外线强度即可确定该气体浓度）。 红外气体分析仪工作原理如下图所示： 红外线分析法特点：反应快、精度高，但仪器复杂、价格昂贵。 江苏常熟发电有限公司 #1、#2机组烟气脱硫工程 逻辑设计说明 编制； 校核； 审核： 批准： 江苏苏源环保工程股份有限公司 2008年4月 目录 1 闭环控制系统(MCS) (1) 2 顺序控制系统（SCS） (2) 2.1烟气系统 (3) 2.1.1烟道子系统 (3) 2.1.2 升压风机系统 (4) 2.1.4 烟气系统功能组 (9) 2.2吸收塔系统 (9) 2.2.1 吸收塔供浆设备 (10) 2.2.2 循环浆泵系统 (10) 2.2.3 氧化风机系统 (12) 2.2.4 石膏排出泵系统 (13) 2.2.5 除雾器系统 (15) 2.2.6排空分系统 (17) 2.2.7 吸收塔搅拌器 (18) 2.2.8 吸收塔功能组 (18) 2.3脱水系统 (19) 2.3.1石膏旋流站分系统 (19) 2.3.2 真空皮带机分系统 (19) 2.3.3 滤液水分系统 (21) 2.3.4 废水泵分系统 (22) 2.4水系统 (23) 2.5石灰石浆液制备系统 (24) 2.6 石灰石浆液供应系统 (26) 1 闭环控制系统(MCS) 1.1 升压风机入口压力控制(导叶片开度)。 将增压风机的入口原烟气压力（01HTA10CP001/2/3 三取中）的测量值和设定值相比较，偏差经过PID运算后，将锅炉负荷或引风机开度作为前馈来调节增压风机入口动叶的转角（01HTC10CG004），将增压风机的入口压力控制在设定值。 1.2 吸收塔液位控制(除雾器冲洗水)。 吸收塔液位LL时打开除雾器冲洗水的冲洗阀门（01THQ31/AA601A）, 吸收塔液位M时停止补水。 1.3 石灰石浆液流量控制(烟气量、烟气SO2浓度、SO2脱除率、石膏浆液PH值)。 根据脱硫量的需要调节供给吸收塔的石灰石浆流量。通过测量原烟气流量（差压信号转换成原烟气流量）和SO2含量（）而得到。由于CaCO3流量的调节影响着吸收塔反应池中浆液的pH，为了使化学反应更完全，应该将pH值保持在某一设定值；当pH值降低，所需的CaCO3流量应按某一修正系数增加。将实际测量的pH与设定值进行比较，通过pH值控制器产生一修正系数，对所需的CaCO3流量进行修正。将经pH值修正后的所需CaCO3流量与实际的CaCO3流量进行比较，通过一比例积分控制器控制石灰石浆调节阀的开度。 1.4 真空皮带机滤饼厚度控制（真空皮带机带速）。 将真空皮带机滤饼厚度（01HTZ10CL001）的测量值和设定值相比较，偏差经过PID运算后来调节真空皮带机速度变频器（01HTZ10AT001AO），将真空皮带机滤饼厚度控制在设定值。 1.6球磨机磨头工艺水加入量控制(石灰石称重皮带机)。 根据石灰石称重皮带机给料量控制球磨机磨头工艺水加入量。 1.7球磨机磨尾工艺水加入量控制(石灰石浆液循环池浆液密度)。 “钢的热处理原理及工艺”作业题 第一章固态相变概论 1、扩散型相变和无扩散型相变各有哪些特点？ 2、说明晶界和晶体缺陷对固态相变成核的影响。 3、说明相界面和应变能在固态相变中的作用，并讨论它们对新相形状的影响。 4、固－固相变的等温转变动力学曲线是“C”形的原因是什么？ 第二章奥氏体形成 1、为何共析钢当奥氏体刚刚完成时还会有部分渗碳体残存？亚共析钢加热转变时是否也存在碳化物溶解阶段？ 2、连续加热和等温加热时，奥氏体形成过程有何异同？加热速度对奥氏体形成过程有何影响？ 3、试说明碳钢和合金钢奥氏体形成的异同。 4、试设计用金相－硬度法测定40钢和T12钢临界点的方案。 5、将40、60、60Mn钢加热到860℃并保温相同时间，试问哪一种钢的奥氏体晶粒大一些？ 6、有一结构钢，经正常加热奥氏体化后发现有混晶现象，试分析可能原因。 第三章珠光体转变 1、珠光体形成的热力学特点有哪些？相变主要阻力是什么？试分析片间距S与过冷度△T的关系。 2、珠光体片层厚薄对机械性能有什么影响？珠光体团直径大小对机械性能影响如何？ 3、某一GCr15钢制零件经等温球化退火后，发现其组织中除有球状珠光体外，还有部分细片状珠光体，试分析其原因。 4、将40、40Cr、40CrNiMo钢同时加热到860℃奥氏体化后，以同样冷却速度使之发生珠光体转变，它们的片层间距和硬度有无差异？ 5、试述先共析网状铁素体和网状渗碳体的形成条件及形成过程。 6、为达到下列目的，应分别采取何热处理方法？ （1）为改善低、中、高碳钢的切削加工性； （2）经冷轧的低碳钢板要求提高塑性便于继续变形； （3）锻造过热的60钢毛坯为细化其晶粒； （4）要消除T12钢中的网状渗碳体； 第四章、马氏体转变 编订：__________________ 审核：__________________ 单位：__________________ 可控气氛热处理炉的分类 及特点 Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑 文件编号：KG-AO-4645-44 可控气氛热处理炉的分类及特点 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 1.可控气氛热处理炉的分类 可控气氛热处理炉种类很多，有周期式和连续式之分。 周期炉:有井式炉和密封箱式炉(又称多用炉），适用于多品种小批量生产，可用于光亮淬火、光亮退火、渗碳、碳氮共渗等热处理。 连续炉:有推杆式、转底式及各种形式的连续式可控气氛渗碳生产线等，适用于大批量生产，可以进行光亮淬火、回火、渗碳及碳氮共渗等热处理。 2.可控气氛热处理炉的特点 (1)炉膛密封良好 炉膛密封形式主要有炉体密封和炉罐密封两类。炉体密封，包括炉壳、炉门、电热元件引出孔、热电偶孔、风扇轴孔和推料机械伸出炉外的孔洞等处的密 封。电热元件等在可控气氛作用下，需采用抗渗碳性强的材料或加抗渗碳涂料，最好用低压供电，以免元件渗碳或炉壁积碳使元件发生短路而毁坏。 采用炉罐(金属或陶瓷罐)隔离密封，密封效果比较好，但会降低传热效果和增加炉罐材料消耗，炉子工作温度也受到限制。还有一种密封形式兼有上述两类密封的特点，即除炉膛密封外，采用辐射管加热器，可防止炉气侵蚀元件和火焰破坏炉内气氛。 (2)炉内保持正压 可控气氛炉内应保持正压，以防止炉外空气侵入引起爆炸，并且保证炉内气筑稳定。保持炉内正压的措施是，以一定压力供入足够的可控气体，保证可控气氛充满炉膛；对全密封的炉子，在废气排出口设置水封；控制炉内压力；炉门设置装料前室及火帘装置，以隔绝空气侵入和防止炉气外溢。 (3)炉内气氛均匀 可控气氛在炉内必须循环流动，使气氛和温度均匀，以保证产品质量一致。因此，可控气氛炉大都设 第1章绪论 1.1 综述 在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。 在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。 1.2 加热炉温度控制系统的研究现状 随着新技术的不断开发与应用，近年来单片机发展十分迅速，一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起，单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各个行业。单片机温度控制系统是数控系统的一个简单应用，在冶金、化工、建材、机械、食品、石油等各类工业中，广泛使用于加热炉、热处理炉、反应炉等。 温度是工业对象中的一个重要的被控参数。由于炉子的种类不同，因而所使用的燃料和加热方法也不同，例如煤气、天然气、油、电等;由于工艺不同，所需要的温度高低不同，因而所采用的测温元件和测温方法也不同;产品工艺不同，控制温度的精度也不同，因而对数据采集的精度和所采用的控制算法也不同。 传统的温度采集方法不仅费时费力，而且精度差，单片机的出现使得温度的采集和数据处理问题能够得到很好的解决。不仅如此，传统的控制方式不能满足高精度，高速度的控制要求，如温度控制表温度接触器，其主要缺点是温度波动范围大，由于它主要通过控制接触器的通断时间比例来达到改变加热功率的目的，受仪表本身误差和交流接触器的寿命限制，通断频率很低。近几年来快速发展了多种先进的温度控制方式，如：PID控制，模糊控制，神经网络及遗传算法控制等。这些控制技术大大的提高了控制精度，不但使控制变得简便，而且使产品的质量更好，降低了产品的成本，提高了生产效 燃气式热处理炉、天然气炉、燃气炉 品牌恒炉型号多种别名燃料炉适用范围金属件淬火、正 火、退火等热处理炉膛最高温度 1300（℃）工作温度按工艺（℃） 装载量参照用户（kg） 本系列炉是国家标准节能型周期式作业炉，节能结构。台车采用防撞击密封，炉门采用自动弹簧式压紧机构，自动密封台车和炉门，一体化连轨，不需基础安装，放在水平地面即可使用。主要用于高铬、高锰钢铸件、球墨铸铁、轧辊、钢球、45钢、不锈钢以及各种机械零件等淬火、正火、退火等热处理。 简介： 1、设备以各式燃烧气体为介质，通过各式烧咀燃烧加热，最高温度1300℃。 2、炉体骨架由各种大中型型钢现场组合焊接而成，外壳封板为钢板，高铝全纤维耐火纤维棉模块为炉衬，密封、节能效果好。 3、台车骨架由各种大型工字钢、槽钢、角钢及厚钢板等组合焊接而成。 4、台车传动采用全部车轮均为驱动轮，驱动可靠，传动系统采用“三合一”电机—减速机，安装方式为轴装式，结构紧凑、装配牢固、进出灵活、操作简单、维修方便。 5、台车耐火砌体采用高铝定型砖结构，与炉体密封效果好，耐压强度高。台车面搁置垫铁供堆放工件用。台车帮板全部采用铸件，保证车体经久耐用。炉车与炉衬的密封采用耐火纤维密封块电动推杆自动压紧结构。侧密封的开、闭与炉车进出连锁。 6、炉门采用高铝全纤维耐火甩丝毯与型钢组合框架结构，电动葫芦升降，炉门密封机构采用长短杠杆弹簧式自动压紧凸轮机构和软边密封装置。保证上下无摩擦、轻松自如、安全可靠。 7、烟囱安装蝶阀与执行器等，可调节降温速度，控制炉压。 8、加热器采用高速烧咀，均布两侧。连续比例调节燃烧。执行器调节风量的大小，通过比例阀来调节燃气量的大小，达到空燃比例燃烧，燃气和风量设有下限限幅，每个烧咀的燃气管上设有控制电磁阀，每个烧咀配有独立完整的燃烧控制器，具有自动点火，火焰检测，灭火报警自动断气。这样充分保证燃烧温控系统的稳定性、安全性。 9、烧咀的特点 高速烧咀可使燃料与助燃空气在燃烧室内基本实现完全燃烧，燃烧后的高温气体以100m-150m/s的速度喷出，从而达到强化对流传热，促进炉内气流循环，保温时炉温均匀度≤±10℃。 该烧咀 a、燃烧室体积小 b、燃烧气体出口速度高 中海油珠海天然气发电有限公司 热电联产项目 锅炉补给水处理系统 控制逻辑说明 1、控制系统概述 系统中的控制对象主要是开关量，涉及到的控制对象除了开关阀以外，主要是泵设备的控制。也就是说系统是一个以开关量控制为主的系统；所以本控制系统采用PLC控制系统完成电气和仪表部分的自动控制，同时可显示工艺过程中的主要监测指标以及系统运行状态。 2、主要控制回路 2.1 超滤系统 2.1.1 次氯酸钠计量泵和维护清洗水泵连锁； 当工作计量泵故障时，自动启动备用泵，故障报警； 当备用泵无法启动时，报警，延时3min停机。 次氯酸钠溶液箱设液位变送器，清洗水箱设液位变送器。 次氯酸钠溶液箱低液位报警。 次氯酸钠溶液箱低低液位,停泵. 次氯酸钠溶液箱的高中低液位可以在上位机上设定（操作员级）。 清洗水箱充水至高液位。 2.1.2 清水箱（净水站）设液位变送器，高低液位报警； 低于中液位，提示通知净水站启动清水箱前处理设备； 高于中液位才能启动超滤变频升压泵、自清洗过滤器及超滤装置； 低液位报警停超滤变频升压泵、自清洗过滤器及超滤装置； 清水箱高液位报警，延时15min停前段处理设备； 清水箱的高中低液位可以在上位机上设定（操作员级）。 2.1.3 超滤升压泵与超滤装置的对应关系为一一对应。 2.1.4 自清洗过滤器的反洗周期根据时间来设定，采用与超滤反洗同步进 行，当超滤运行一段时间后，开始反洗时，关闭自清洗过滤器的自动产水阀，自清洗过滤器的第一个过滤头也同时开始反洗，三个过滤头的反洗时间与超滤的反洗时间设定相同，反洗同时结束后转入正常运行。自清洗过滤器及超滤反洗时，超滤升压泵不停运，依靠变频控制进水流量(40~55m3/h)及压力(不低于3bar)；(可在上位机 目录 第一章设计背景及设计意义 (2) 第二章系统方案设计 (3) 第三章硬件 (5) 3.1 温度检测和变送器 (5) 3.2 温度控制电路 (6) 3.3 A/D转换电路 (7) 3.4 报警电路 (8) 3.5 看门狗电路 (8) 3.6 显示电路 (10) 3.7 电源电路 (12) 第四章软件设计 (14) 4.1软件实现方法 (14) 4.2总体程序流程图 (15) 4.3程序清单 (19) 第五章设计感想 (29) 第六章参考文献 (30) 第七章附录 (31) 7.1硬件清单 (31) 7.2硬件布线图 (31) 第一章设计背景及研究意义 机械制造行业中，用于金属热处理的加热炉，需要消耗大量的电能，而且温度控制是纯滞后的一阶惯性环节。现有企业多采用常规仪表加接触器的断续控制，随着科技进步和生产的发展，这类设备对温度的控制要求越来越高，除控温精度外，对温度上升速度及下降速度也提出了可控要求，显而易见常规控制难于满足这些工艺要求。随着微电子技术及电力电子技术的发展，采用功能强、体积小、价格低的智能化温度控制装置控制加热炉已成为现实。 自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。对工件的处理温度要求严格控制，计算机温度控制系统使温度控制指标得到了大幅度提高。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。 ， 第五章 电气控制的逻辑设计 逻辑设计是近年发展起来的一种新兴设计方法，它的主要优点就在于能充分应用数学 工具和表格，全面考虑控制电路的逻辑关系，按照一定的方法和步骤设计出符合要求的控 制电路。用逻辑设计法设计出的控制电路，精炼、可靠。 第一节 电气线路的逻辑表示 一、电器元件的逻辑表示 为便于用逻辑代数描述电路，对电器元件状态的逻辑表示作如下规定： (1)用K 、KM 、ST 、SB 分别表示继电器、接触器、行程开关、按钮的常开(动合)触头；用 表示其相应的常闭(动断)触头。 (2)电路中开关元件的受激状态(如继电器线圈得电，行程开关受压)为“1”状态；开关元件的原始状态(如继电器线圈失电，行程开关未受压)为“o ”状态，触头的闭合状态为“1”状态，触头的断开状态为“0”状态。 K ＝1，继电器线圈处于得电状态； K ＝o ，继电器线圈处于失电状态； K ＝1，继电器常开触头闭合； K ＝o ，继电器常开触头断开； K ＝1，继电器常闭触头闭合； K ＝o ，继电器常闭触头断开。 从上述规定看出，开关元件本身状态的“1”(线圈得电)、“o ”取值和它的常开触头的‘1”、“o ”取值一致，而和其常闭触头的取值相反。 二、逻辑代数的基本逻辑关系及串、并联电路的逻辑表示 在逻辑代数中，常用大写字母A 、B 、C 、…表示逻辑变量。 三、电气线路的逻辑表示 有了上述规定和基本逻辑关系，就可以应用逻辑代数这一工具对电路进行描述和分析。具体步骤是：以某一控制电器的线圈为对象，写出与此对象有关的电路中各控制元件、信号元件、执行元件、保护元件等，它们触头间相互联接关系的逻辑函数表达式(均以未受激时的状态来表示)。有了各个电气元件(以线圈为对象)的逻辑表达式后，当发出主令控制信号时(如按一下按钮或某开关动作)，可分析判断哪些逻辑表达式输出为“1”(表示那个电器线圈得电)，哪些表B S T S M K K 、、、 一、自控逻辑总说明 整个水处理系统由多个子工艺单元构成，各子工艺单元之间设置有缓冲水池，因此各子工艺单元可独立运行。整个水处理系统的控制逻辑在结构上分为3个层次，依次是主控制逻辑、单元控制逻辑和控制步序。 主控制逻辑：规定了某个子工艺单元内所有设备的运行状态与其前后缓冲水池液位之间的逻辑关系或映射关系，比如：子单元XXX在进水池液位H时需要启动几套设备，在液位LL时需要停止几套设备等，所有这些映射关系都由主控制逻辑决定。根据缓冲水池的不同液位，主控制逻辑会向单元内的设备发出不同逻辑指令，这些逻辑指令会被单元控制逻辑所识别并接收，逻辑指令像系统变量一样会影响单元控制逻辑。 单元控制逻辑：规定了子单元内的单套设备是如何进入某种受控状态并如何在不同的受控状态之间进行转换的，单元控制逻辑主要由不同的受控状态之间转换关系构成，它可以接受主控制逻辑发出的逻辑指令，也可以在自身逻辑内加入变量判断，从而控制设备在不同受控状态之间进行切换。 控制步序：规定了设备进入某种受控状态的具体步骤及每一步骤的确认条件，只有达成该步骤的确认条件控制步序才可以进行下一步骤，否则控制步序将停止执行并发出报警或进入故障状态。多个控制步序通常会包含在一个单元控制逻辑内，用来描述一个工艺过程或多个工艺过程及其之间的关系。 主控制逻辑、单元控制逻辑和控制步序之间的关系描述如下：与主控制逻辑相关的系统变量（液位、压力或流量等）发生改变后，主控制逻辑会向单元控制逻辑发出逻辑指令，在该指令作用下，单元控制逻辑内的受控状态发生改变。受控状态之间转换需要按照控制步序所规定的步骤执行。另外在某些系统的控制逻辑里，设备的单元控制逻辑内受控状态的改变也会成为主控制逻辑的相关变量，从而在它们之间形成相互影响的关系，视具体情况而定。 二、控制结构 2.1 模式定义 设备的受控状态主要有以下4种： ①空闲（IDLE）：可用单元等待操作人员或自动程序启动。启动命令可将单元由空闲模式转换成运行模式。处于空闲模式的单元应该使用空闲计时器跟踪。当处于运行模式时，空闲计时器暂停。在一些程序中，空闲计时需要重置。 ②运行（RUNNING）：单元运行一个程序，并且设备由一个控制步序所控制。 ③停止（STOP）：在单元运行期间，停止命令由操作人员手动实施。单元将中断正在运行的程序。执行停止程序，进入停止模式。停止模式需要手动复位。停止程序取决于运行的程序。操作人员手动复位停止模式后，单元进入空闲模式。 ④故障（FAULT）：单元出现故障/报警，处于运行模式的单元将中断正在运行的程序，执行故障程序，进入故障模式。故障模式需要手动复位。HMI上发出的警报需要操作人员介入。故障程序取决于故障时刻正在运行的程序。在空闲或停止模式的单元可以直接进入故障模式。手动复位后，单元进入空闲模式。 受控状态关系图表 除了上述受控状态模式外，逻辑单元还有以下两种控制模式： A 自动控制模式 在自动控制模式下，主控制逻辑、单元控制逻辑和控制步序都参 与系统单元的自动控制，程序允许工艺单元自动启动。 B 手动控制模式 在手动控制模式下，只有单元控制逻辑和控制步序参与单元控 制，且需要操作人员手动选择发出RUNNING或其它逻辑指令来激 活单元控制逻辑，主控制逻辑中的所有限制条件均不对工艺单元 产生影响，但保护性限制条件会始终起作用，比如：水泵的LL液 位保护、HH液位保护、温度的HH保护等。 2.2 逻辑单元 整个水处理系统由多个逻辑单元组成，每个单元之间的控制相对 独立。整个系统内的所有逻辑单元通过主控制逻辑联动运行。每 一个逻辑单元能够运行数个控制步序。一些逻辑单元和控制步序 的运行可能会调用其它逻辑单元。 系统内主要定义了如下逻辑单元： 原水超滤单元 RO1单元 除盐水单元 RO2高密度沉淀池单元 RO2过滤/离子交换单元 RO2单元 中和池单元 超滤化学清洗单元 反渗透化学清洗单元 氢氧化钠加药单元 硫酸加药单元 盐酸加药单元 次氯酸钠加药单元 阻垢剂加药单元 还原剂加药单元 非氧化杀菌剂加药单元 树脂再生单元 碳酸钠加药单元 PFS加药单元 PAM加药单元 盐酸储存/卸料单元 碱储存/卸料单元 空压机单元 2.3 设备控制 所有的过程控制仪表（流量、液位、压力等）和分析仪表（PH、 ORP、浊度等）都应该设置HH、H、L和LL值。当需要时，可增加 控制点以满足控制需要。 2.4 故障/报警 阀门和电机应该随时可以报警，对于仪表检测超出限定的情况， 同样如此。 对于每一个报警，应该在PLC中设置固定的延时。通常，某个单元 控制逻辑中的设备发出报警后，应当将所有相关逻辑单元的设备 进入故障模式，并且不设计转入下一程序步骤功能。故障模式是 一个特殊阶段，其包含一个故障程序。报警必须手动复位，需要 操作人员在HMI上操作。 三、工艺单元控制逻辑 3.1 原水加热单元 3.1.2 过程及分析仪表设定点说明 （仪表设定点见文件“过程仪表及分析仪表设定说明.xlsx”。） ( 安全管理 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 可控气氛热处理炉的分类及特 点(通用版) Safety management is an important part of production management. Safety and production are in the implementation process 可控气氛热处理炉的分类及特点(通用版) 1.可控气氛热处理炉的分类 可控气氛热处理炉种类很多，有周期式和连续式之分。 周期炉:有井式炉和密封箱式炉(又称多用炉），适用于多品种小批量生产，可用于光亮淬火、光亮退火、渗碳、碳氮共渗等热处理。 连续炉:有推杆式、转底式及各种形式的连续式可控气氛渗碳生产线等，适用于大批量生产，可以进行光亮淬火、回火、渗碳及碳氮共渗等热处理。 2.可控气氛热处理炉的特点 (1)炉膛密封良好 炉膛密封形式主要有炉体密封和炉罐密封两类。炉体密封，包括炉壳、炉门、电热元件引出孔、热电偶孔、风扇轴孔和推料机械伸出炉外的孔洞等处的密封。电热元件等在可控气氛作用下，需采用抗渗碳性强的材料或加抗渗碳涂料，最好用低压供电，以免元件 渗碳或炉壁积碳使元件发生短路而毁坏。 采用炉罐(金属或陶瓷罐)隔离密封，密封效果比较好，但会降低传热效果和增加炉罐材料消耗，炉子工作温度也受到限制。还有一种密封形式兼有上述两类密封的特点，即除炉膛密封外，采用辐射管加热器，可防止炉气侵蚀元件和火焰破坏炉内气氛。 (2)炉内保持正压 可控气氛炉内应保持正压，以防止炉外空气侵入引起爆炸，并且保证炉内气筑稳定。保持炉内正压的措施是，以一定压力供入足够的可控气体，保证可控气氛充满炉膛；对全密封的炉子，在废气排出口设置水封；控制炉内压力；炉门设置装料前室及火帘装置，以隔绝空气侵入和防止炉气外溢。 (3)炉内气氛均匀 可控气氛在炉内必须循环流动，使气氛和温度均匀，以保证产品质量一致。因此，可控气氛炉大都设有风扇。可控气氛可从加热室的侧面供入，也可从加热室上方滴入。 (4)装设安全装置 瑞虹新城三期群控系统方案说明 麦克维尔中央空调有限公司 系统控制部 日期Date：2016-06-16 1.工程及系统概况 (4) 1.1系统概况 (4) 1.2控制点表 (3) 1.3群控设计 (4) 2.群控系统主要控制功能 (5) 2.1冷水机组与辅设的联动控制 (5) 2.2依据温度的机组台数控制 (7) 2.3冷却塔风机控制 (9) 2.4冷冻水泵的频率控制 (10) 3.节能策略 (12) 3.1机组台数＆顺序启停控制 (15) 3.2冷冻水温度重置（基于总供回水温差） (15) 3.3供回水管流量控制 (16) 3.4机组启动/停机时间优化 (18) 3.5CSM ECO?其它控制策略 (18) 4.集中控制管理站 (20) 4.1M C Q UAY W EB用户界面 (20) 4.2与第三方集成 (22) 5.相关案例 (17) 1.工程及系统概况 本项目共1个冷冻机房系统，系统配置为一套群控系统及一套管理软件。群控系统对系统内的相关设备实现分散控制集中管理，可以实现联动控制、台数控制、轮换控制、故障切换等自动功能；系统管理工作站可以直观动态的浏览和控制机房内的相关设备，实现高效管理、节能运行。 1.1系统概况 1）机房冷源系统设备概况 ?4台离心式水冷冷水机组 ?1台热交换器 ?4台冷水机冷冻侧电动阀 ?4台冷水机冷却侧电动阀 ?5台变频冷冻泵 ?5台定频冷却泵 ?1个冷冻水压差旁通阀 ?8个冷却塔共8个高低速风机 ?8个冷却塔进出水电动阀 ?相关温度、压力、流量、液位、室外温湿度监测 ?加药装置、补水装置监测 1.2控制点表 典型逻辑控制图例 随着现代科技的进步，社会的发展，单机容量不断提高，机组所需控制的设备和监测参数越来越多，自动化程度越来越高，手动控制已不能满足现代机组的控制要求，分散控制系统(DCS)已开始得到广泛应用。 DCS控制系统工程软件基本是由一些标准结构的软件模块即功能块组成，如与非门、函数块、PID调节块等，各基本单元简单而标准化，复杂功能的实现通过用标准基本单元的复杂连接而完成，这使得DCS环境下的控制系统具有可任意组态的特点。但因现代火电机组单机容量大，控制参数多，由功能块搭接的控制回路较为复杂，给电厂热控维护人员及时进行事故分析带来不便，或容易造成故障。为此，如何既能满足电厂设备的复杂性控制要求，又能保证维护人员对控制逻辑一目了然，是各个DCS厂家发展和提高的目标。 1 典型逻辑控制图例的必要性 在单元机组控制设备中，电机、阀门等设备一般较多，且逻辑控制模式基本相同，所不 同的是联锁保护、启动条件等外在因素，因此，这些设备的逻辑控制可采用典型逻辑图例的控制方法，即固化一个逻辑图，将外在限制条件分别添加后即可形成不同的设备控制，可极大地节省工程人员的重复劳动。 OV A TION控制系统为美国西屋公司产品，其前身为WDPF控制系统，在河北省南部电网的电厂有应用，但因其逻辑控制界面为梯形图，在设计和检查方面都有诸多不便且容易出错。新推出的OV A TION控制系统则采用了功能块的搭接模式，不仅简化了设计，减少了工程人员的工作量，更为电厂维护人员的事故分析、逻辑检查提供了便利条件。 2 典型逻辑控制图例的分析 OV A TION控制系统中对典型逻辑图例的设计可分为手操键盘、启停允许、启停请求、 启停命令和故障报警5部分，下面逐项进行分析。 2.1 手操键盘 现代电厂自动化程度均较高，但手动操作必不可少。OV A TION系统典型逻辑控制中，均配备有手操键盘，该手操键盘包括8个手操键PK1～PK8。其中PK1、PK2分别用于设备的启、停，但选中该键后必须经PK8确认才有效，这样有利于防止操作员的误操作；PK7为当设备启、停出现故障时，画面设备颜色变黄，设备不允许启动，待设备故障消除后，用此键确认恢复原态，以便重新操作；PK6为设备跳闸后的确认，便于再次启动；PK5作用比较特殊，因有些设备的停止具有条件限制，当出现紧急情况需停止设备时，正常停止PK2键可能不起作用，此时可采用PK5键跨过限制条件强制执行，保护机组或设备不受大的损坏；PK3、PK4键为请求备用和解除备用请求键，一般用于2台或3台相同的电机设备，便于运行电机出力不够或故障停后，备用电机联启，保证机组稳定运行。在阀门设备中一般不使用PK3、PK4键。 2.2 启停允许 启允许包括以下4项条件。 a.设备本身启动所需条件限制一般设备的启动都具有条件限制，尤其电机等大的动力设备，如轴承温度、水位、压力、电气保护等，这些条件不满足，不允许设备启动。 b.联锁停命令限制当所需启动设备有联锁停命令时，如果强制启动，很可能造成关联设备损坏或受影响，因此，停命令存在，亦不允许设备的启动。 课程设计设计题目: 退火炉温度控制系统 学院： 专业： 班级： 姓名: 学号: 指导老师： 日期: 摘要 退火炉是金属热处理中的重要设备,它把压力容器加热到一定温度并维持一段时间，然后让其自然冷却。其目的在于消除压力容器的整体压力。提高压力容器的使用寿命。温度是退火炉的主要被控变量,是保证其产品质量的一个重要因素。退火炉温度控制的稳定性和控制精度直接影响产品的质量。 本文以AＴ89Ｃ51单片机为控制核心，采用模块化的设计方案，包括硬件设计与软件设计两部分。硬件设计包括温度检测模块，按键模块,执行模块,LED显示模块,单片机最小系统。本设计要求采用电热丝加热,通过A/D转换将采集到的温度数据输入单片机中，与系统给定值比较,从而对退火炉的温度进行控制,通过按键输入控制信号，三位LED显示炉温。最后设计出最少拍无纹波控制器，通过MATＬAB 仿真检验是否有纹波。 目录 第1章绪论 (3) 1．1设计背景与算法 (3) 第2章课程设计的方案?5 2.１概述?５ 2．2系统组成总体结构 (5) 第3章程序设计与程序清单 (7) 3.1单片机最小系统设计 (7) 3.1．1单片机选择 (7) 3.１.2时钟电路设计 (8) 3.1.3复位电路设计?9 3.２程序清单与电路图 (11) ３.3温度控制电路................................ 错误!未定义书签。第４章控制算法?18 4．1程序框图? 18 4.2算法设计 (19) 第5章课程设计总结?错误!未定义书签。 第1章 绪论 1.1 设计背景与算法 背景:退火炉是冶金和机械行业常用的热处理工业设备。一般说来，退货处理工艺师冶金和机械产品的最后处理工序，它的处理效果将直接影响产品的质量。因此,对退火炉的基本要求就是根据退火处理工艺曲线,提供准确的升温，保温及降温操作，同时保证颅内各处的温度均匀。在目前实际生产中，退火炉的种类很多,按燃料分有燃油炉、燃气炉、电炉等。电炉按台数计算占80％,燃油炉和燃气炉占20%。 退火是金属热处理中的重要工序，它是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间,然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。目的是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善其塑性和韧性，使其化学成分均匀化，并去除其参与应力,或得到预期的物理性能。温度控制是热处理质量控制的重要技术措施，是退火控制的核心。智能温控将大大提高热处理质量，消除认为的不稳定因素,提高温度控制的精确程度,满足特殊材料的热处理要求。 同时,退火炉采用自动化技术控制温度，对保护生态环境方面也具有重要意义。退火炉的炉温动态特性直接影响产品的质量，生产过程中对钢材的温升曲线有较高的要求,温度过低，达不到退火的预期目的;温度过高将导致过热,甚至过烧。通过对退火炉中生产过程的优化控制和自动工艺管理控制，不但可以缩短生产周期，提高产量和质量,还可以减少人为因素造成的废品率。热处理后产生的废气对自然环境的污染很大,退火炉的燃料如果是欠氧燃烧，燃料燃烧不充分，则会产生大量黑烟，而过氧燃烧又会产生氮氧化合物等有害气体。若通过对燃烧过程进行有效控制,使燃烧在合理的空燃比下运行，则可以极大的减少退火炉对周边环境的污染，对构建科持续发展型社会就有积极的意义。 目前世界各国对能源消耗和大气环境的污染越来越重视,而我国既是钢铁大国又是能源大国，因此研究高性能退火炉温度控制系统具有极为重要的现实意义。 算法:在数字随动控制系统中，要求系统的输出值尽快地跟踪给定值的变化,最少拍控制是满足这一要求的一种离散化设计方法。 最少拍控制是一种直接数字设计方法。所谓最少拍,就是要求闭环系统对于某种特定的输入在最少个采样周期内达到无静差的稳态,是系统输出值尽快地跟踪期望值的变化。 闭环Ｚ传函具有形式 z z z z N N ---+++=Φφφφ 221)(1 简述常用热处理工艺的原理与特点。 热处理是指材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。 热处理工艺原理 1、正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。 2、退火：将亚共析钢工件加热至AC3以上20—40度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却(或埋在砂中或石灰中冷却)至500度以下在空气中冷却的热处理工艺。 3、淬火：将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工件在横截面内全部或一定的范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺。 4、回火：将经过淬火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺。 5、调质处理：一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。调质处理广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。调质处理后得到回火索氏体组织，它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织更优。它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火稳定性和工件截面尺寸有关，一般在HB200—350之间。 特点：金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，金球的热处理工艺与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。 比较钢材与非金属材料热处理的异同点。 热处理有金属材料热处理和非金属材料热处理 相同点：热处理的原理基本一样，都是一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。 不同点： 1.钢的表面热处理有两大类：一类是表面加热淬火热处理，另一类是化学热处理。 非金属材料的表面热处理：喷漆、着(染)色、抛光、化学镀后再电镀(如ABS)等。 2.金属材料热处理包括：退火、正火、淬火和回火。 非金属材料热处理包括碳纤维预氧化、碳化、石墨化设备，石墨化烧结等；复合材料成形以及空间环境模拟，包括热压罐，热压机，KM系列模拟罐，用户分布于汽车、模具、工具、碳纤维加工和其他高端应用领域。 一正常供冷 正常供冷时，冷机群控模块会根据需求开启相应的冷水机组, 主机接到开机指令后, 主机会发出水泵需求指令, 控制器接到水泵需求指令后, 开启相应冷水机组冷凝器和蒸发器侧的 出水电动蝶阀，以及冷却塔上的进出水电动蝶阀,同时开启冷冻水泵, 冷却水泵 , 冷却塔风机 . 冷冻水泵以及冷却水泵的数量与主机开启的数量是一致的, 冷却塔风机最少开启的数量是主 机的两倍, 如果冷却塔冷却后的温度还高于设定值 1 度以上含 1 度 , 并维持 5 分钟以上, 则加一组冷却塔, 以此类推, 一直加到没有可加冷却塔为止. 具体如下: （1）冷冻水侧逻辑 当主机接到开机指令时, 延时一定时间后会发出一个水泵需求指令给相应的控制器 , 控制器接到指令后, 会开启相应冷水机组蒸发器侧的出水电动蝶阀, 同时会开 启相应数量的冷冻水泵. 1.冷冻水泵切换条件如下 : 1.1 冷冻水泵有故障 ; 1.2 冷冻水泵检测不到自动状态, 既冷冻水泵强电控制柜上的手自动没转到”自 动”时 , 电脑上显示”本地”时期 1.3 当冷冻水泵接到了开泵指令后 , 延时 8 秒钟后 , 控制器还没检测到水泵运行状态开启 时 , 程序会认为此水泵开启失败 . 以上三个条件只要有一个,冷冻水泵就会切换到另一台水泵. 相应的 , 水泵能开 启 的条件就是 : 水泵无故障 , 手自动转换开关打到”自动”档, 水泵无开启失败.水泵 切换时 , 会自动选择同时满足以上三点并运行时间最少的冷冻水泵. 2.冷冻水泵的频率调节是根据冷冻水供回水压力差值及冷冻水供回水压差设定值比 较，PID 调节冷冻水泵频率 . 供回水压力差值越小 , 频率越高 ; 冷冻水泵最小频率目前设 定 38Hz. 电炉温度控制系统设计 摘要 热处理是提高金属材料及其制品质量的重要技术手段。近年来随工业的发展，对金属材料的性能提出了更多更高的要求，因而热处理技术也向着优质、高效、节能、无公害方向发展。电阻炉是热处理生产中应用最广泛的加热设备，加热时恒温过程的测量与控制成为了关键技术，促使人们更加积极地研制热加工工业过程的温度控制器。 此设计针对处理电阻炉炉温控制系统，设计了温度检测和恒温控制系统，实现了基本控制、数据采样、实时显示温度控制器运行状态。控制器采用 51 单片机作为处理器，该温度控制器具有自动检测、数据实时采集处理及控制结果显示等功能，控制的稳定性和精度上均能达到要求。满足了本次设计的技术要求。 关键词：电阻炉，温度测量与控制，单片机 目录 一、绪论.......................................................................................................................................- 1 - 1.1 选题背景...................................................................................................................- 1 - 1.2电阻炉国内发展动态...............................................................................................- 1 - 1.3设计主要内容...........................................................................................................- 2 - 二、温度测量系统的设计要求...................................................................................................- 3 - 2.1 设计任务.....................................................................................................................- 3 - 2.2 系统的技术参数.........................................................................................................- 3 - 2.3 操作功能设计.............................................................................................................- 4 - 三、系统硬件设计.......................................................................................................................- 5 - 3.1 CPU选型......................................................................................................................- 5 - 3.2 温度检测电路设计........................................................................................................- 5 - 3.2.1 温度传感器的选择.............................................................................................- 5 - 3.2.1.1热电偶的测温原理...............................................................................- 6 - 3.2.1.2 热电偶的温度补偿..............................................................................- 7 - 3.2.2 炉温数据采集电路的设计...............................................................................- 7 - 3.2.2.1 MAX6675芯片...................................................................................- 7 - 3.2.2.2 MAX6675的测温原理.......................................................................- 8 - 3.2.2.3 MAX6675 与单片机的连接.................................................................- 8 - 3.3 输入/输出接口设计 ....................................................................................................- 9 - 3.4 保温定时电路设计................................................................................................... - 10 - 3.4.1 DS1302 与单片机的连接 .............................................................................. - 11 - 3.5 温度控制电路设计..................................................................................................... - 11 - 系统硬件电路图................................................................................................................ - 13 - 四、系统软件设计.................................................................................................................... - 15 - 4.1 软件总体设计............................................................................................................. - 15 - 4.2 主程序设计................................................................................................................ - 15 - 4.3 温度检测及处理程序设计......................................................................................... - 16 - 4.4 按键检测程序设计..................................................................................................... - 18 - 4.5 显示程序设计............................................................................................................. - 20 - 4.6 输出程序设计............................................................................................................. - 21 - 4.7中值滤波..................................................................................................................... - 22 - 五、结论.................................................................................................................................... - 23 - 参考文献.................................................................................................................................... - 24 -机组控制逻辑说明
“钢的热处理原理及工艺”作业题
可控气氛热处理炉的分类及特点
加热炉温度控制系统..
燃气式热处理炉
《控制逻辑说明修改》word版
温度控制系统
电气控制的逻辑设计
中水回用自控逻辑说明
可控气氛热处理炉的分类及特点(通用版)
机房群控系统控制逻辑说明书.
典型逻辑控制图例
课程设计退火炉温度控制系统
简述常用热处理工艺的原理与特点
冷机群控控制逻辑说明.doc
电阻炉温度控制系统的设计
相关主题
文本预览