渗氮炉控制系统方案

渗氮炉氮势控制系统方案

一、氮势控制系统构成的原理说明

目前渗氮炉绝大多数是采用氨气在一定温度下分解产生N2和H2，来进行氮化处理，氨气的给入可以采用图1示意的方案。

图1 氮化炉氨气给入物理构成示意图

在图1中，氨气首先从液氨瓶通过减压阀减压以后送到干燥塔，经过干燥塔除水以后，再由2路管道给入渗氮炉。一路是开关量常量控制，另一路是脉冲调节量控制。常量控制实际上给氮化炉一个基本给入量，这个基本量可以使氨分解率接近于所需要的设定值，但比设定值略大些；脉冲调节量在常量基础上再根据氨分解率的测量值波动进行微调，使得氨分解率始终在设定值的允许误差范围内波动。

控制系统物理构成见图2。

图2 氮势控制系统物理构成示意图

氨气在一定温度（例如650℃）下分解的化学方程式为：

2H3N→N2 + 3H2

在图2中，氢分析仪通过自带的气泵抽取炉内气氛进行氢气成分分析，再输出一个模拟量给氮势控制仪；氮势控制仪由H2含量可以推导运算出氨分解率，根据氨分解率大小控制氨气给入量是应该加大还是减小。

氮势强度取决于氨分解率的大小，而氨分解率取决于通入炉内氨气的量的大小。给入量越多，氨分解率越低，氮势强度越高；给入量越少，氨分解率越高，氮势强度越低。

氨分解率高，炉内N2的浓度反而低。原因是氨气给入量小，炉内N2和H2的含量低了，使得氨分解率变高了。炉内N2含量低的话，气氛氮势就弱，渗氮强度就低，渗氮电化学反应速度慢，或者不能产生渗氮反应，甚至工件会产生脱氮反应。所以，氨分解率不能过高。一般控制在40%左右。

二、氮势控制系统功能、技术参数和性能指标

● 适应气氛

(1) 纯氨气分解气；

(2) 氨气加富碳介质（甲醇、酒精或CO2）

(3) 上述气氛再加氮气或氢气

● 适用工艺：渗氮（硬氮化）和氮碳共渗（软氮化）

●适用炉型：各种井式炉，多用炉和连续炉

●氮势控制精度: ±1 % 氨分解率

● 热电偶分度号: S, K任选

●出炉时间到和氮势异常报警

●控制输出类型电磁阀时间比例通断/脉冲、PID控制输出方式，同时对常通

氨气、调节氨气和添加气（剂）等进行控制

●内存100套工艺, 每套工艺可分6段 (与带通信的控温仪配合,各区温度可分

别设定,控温区数为1～5 区)。用户在运行前选定工艺编号, 仪表按选定编号的工艺程序从第一段开始运行。工艺程序可由用户在仪表面板编制也可由上级PC机下载。修改后的程序由仪表自动记忆保存。

●具有RS485/422通信接口：可下接温控仪，也可上联上级PC机。

●下级温控仪数量一般不大于5台，也可根据用户要求特殊定货

●以下三种工作模式，可在线任意切换

(1) 恒定氨分解率自动工作模式

(2) 程序运行自动工作模式

(3) 手动工作模式对氨气和添加介质进行稳定的流量控制。该工作方式一般

在氢分析仪故障时使用

●实时工艺参数显示包括氨分解率、氢含量、炉温和工艺时间

●氢分析仪作为传感器，连续地测定炉气氛氮势(氨分解率)

●断电保护, 断电后来电能自动接续运行

●主要技术指标：

（1）测量输入

温度测量输入：K型热电偶，测温范围: 0～1300℃。

S型热电偶，测温范围: 0～1600℃。

氮势测量输入：氢分析仪，氧势输入范围：0～ 2000mV。

（2）氮势控制精度：±3 % 氨分解率。

（3）环境温度：-20～50℃

（4）环境湿度：＜85RH（以不结凝露为限）