Приборы для определения и регулирования углеродного потенциала

Газы при определенной температуре могут содержать определенное максимальное количество водяных паров. Если в газ ввести дополнительную порцию водяных паров, то они не смогут в нем удержаться и будут конденсироваться. Величина, определяющая содержание водяных паров в газе, называется влажностью. Влажности может быть абсолютной и относительной. Абсолютная влажность представляет собой вес водяных паров, находящихся в 1 ж³ газа определенной температуры. Относительной влажностью или степенью насыщения газа называется отношение веса водяного пара, находящегося в 1 ж® газа, к максимально возможному весу водяного пара в 1 ж³ при той же температуре. Для определения абсолютной и относительной влажности газов существует несколько методов. Метод определения точки росы газа по конденсации водяного пара на охлаждаемую металлическую зеркальную поверхность используется для определения углеродного потенциала контролируемой атмосферы. Определение влажности газов по температуре точки росы производится приборами, в которых металлическая зеркальная поверхность охлаждается двуокисью углерода или жидким азотом. Шкала прибора градуируется на изменение точки росы до температуры —50° С. По точке росы можно с достаточной точностью рассчитывать содержание углерода в поверхностном слое нагреваемой стали, т. е. определить так называемый углеродный потенциал атмосферы.

В процессе нагрева точка росы атмосферы может изменяться. Это может происходить вследствие изменения состава исходного газа, неудовлетворительной работы регуляторов давления перед смесительным устройством газа и воздуха, изменения температуры печи и др, НЙИТАвтопром разработал переносный прибор для периодического ручного контроля и стационарный для автоматического непрерывного контроля точки росы. Схема прибора для периодического контроля представлена на рис. 171. Газ поступает в герметическую камеру 4 прибора через трубку 3 и выходит через отверстие 5. Дном камеры является металлическое зеркало 8, которое охлаждается снизу струей углекислоты 9 из баллона. Температура зеркала измеряется припаянной к нему хро-мель-копелевой термопарой 1 и гальванометром 2.

При охлаждении зеркала происходит охлаждение газа, соприкасающегося. с ним, и при достижении температуры насыщения из газа выделяется влага, которая осаждается на зеркале в биде росы. Температура зеркала в момент выделения влаги будет соответствовать точке росы исследуемого газа. Наблюдение ведется через окуляр прибора 6. На зеркало камеры под некоторым углом направляется луч света от электрической лампочки 7. Угол падения выбирается таким, чтобы отраженный луч не попадал в окуляр и наблюдатель не видел освещенную, поверхность зеркала. Но когда начинается конденсация влаги, капельки воды вызывают рассеяние отраженного луча, часть отраженного света попадает в окуляр, и наблюдатель замечает светящееся пятно. В этот момент нажатием кнопки производится фиксация показания гальванометра и запись температуры точки росы. Этим прибором можно определить точку росы до температуры — 30—35° С.

Схема автоматического контроля точки росы и регулирования генератора представлена на рис. 172. Газ контролируемой атмосферы, пройдя через фильтр, поступает к двум датчикам. Последние непрерывно измеряют точку росы атмосферы и посылают электрические импульсы к регулирующим и регистрирующим приборам. Электрический импульс от левого датчика поступает в электронный регулятор температуры, который установлен на заданное значение точки росы. Если фактическая температура точки росы не соответствует заданной, то электронный регулятор подает команду на сервомотор исполнительного механизма, связанного с регулятором соотношения газ—воздух. Сервомотор автоматически поворачивает регулятор соотношения в ту или иную сторону на необходимый угол, и, таким образом, происходит регулирование точки росы на заданное значение. Правый датчик точки росы подает электрический импульс на регистрирующий прибор, где записываются значения точки росы. Все приборы, за исключением датчиков, в этой схеме являются стандартными. Работа датчика точки росы основана на поглощении влаги из газа гигроскопической солью — хлористым литием. Эта соль, помещенная в газовую среду, содержащую водяной пар, увлажняется и образует насыщенный соляный раствор. Если такой раствор нагревать, то вода будет испаряться до тех пор, пока не наступит равновесие между испаряющейся и поглощенной влагой. Температура равновесия будет находиться в зависимости от парциального давления водяного пара в газе и, следовательно, от концентрации водяного пара в газе. Таким образом, температура равновесия является мерой влажности газа, мерой точки росы. Каждому значению температуры равновесия соответствует определенное значение точки росы.

Конструктивная.схема датчика показана на рис. 173. Стеклянная трубка 1 датчика обернута снаружи стеклянной тканью 2, пропитанной водным раствором хлористого лития. Может быть использована также и металлическая трубка, но в этом случае для предохранения от разъедающего действия раствора трубка снаружи покрывается эмалью. Поверх ткани имеются две золотые проволочки 3 в виде спиралей, не соединенные между собой. К ним по линии 5 подводится источник переменного тока с напряжением 24 в. В трубке установлен термометр сопротивления 4, связанный проводом 6 с регулятором температуры точки росы или же с регистрирующим прибором. Датчик помещен в камеру 8, через которую проходит исследуемый газ, предварительно охлажденный в змеевике 7. Змеевик омывается водой. Газ из змеевика входит в камеру снизу и уходит вверх.

При подключении источника тока к спиральным золотым электродам через них и раствор хлористого лития потечет ток и вследствие электросопротивления раствора последний начнет нагреваться, а поглощенная ранее влага испаряться и уходить из камеры вместе с газом. Как только давление водяного пара, находящегося над хлористым литием, будет равно парциальному давлению водяного пара, в газе наступит состояние равновесия. Температура равновесия измеряется термометром сопротивления 4.

Для градуировки прибора нужно знать зависимость точки росы от температуры равновесия. График этой зависимости показан на рис. 174. Для испытания необходимо, чтобы температура газа не была выше температуры равновесия, а находилась в интервале между температурой равновесия и соответствующей ей точкой росы. Например, если температура равновесия 18° С, то температура точки росы — 10° С, а температура газа должна быть в интервале от —10 до +18° С.

Так как точка росы газа может быть ниже —10° С, в конструк-. цию датчика вводится холодильное устройство для охлаждения газа ниже температуры равновесия.              t

Данные приборы используют в эндогазовых установках. Преимущество этих приборов перед другими приборами для определения влажности заключается в том, что они не требуют калибровки. Точность этих приборов зависит от точности работы вторичных приборов (термопары в ручном приборе и термометра сопротивления в автоматическом приборе).

Для определения углеродного потенциала цементующей атмосферы в шахтных печах с использованием жидких углеводородов применяется также прибор, основанный на изменении электросопротивления аустенита в зависимости от содержания в нем углерода [6], Электросопротивление аустенита изменяется пропорционально концентрации углерода и углеродному потенциалу атмосферы. Прибор состоит из датчика, электронного моста и автоматического регулирующего устройства.

Датчик (рцс. 175) представляет собой тонкую проволоку диаметром 0,1 мм из технически чистого железа (0,05—0,06% С, 0,011% S, 0,003% Р, следы Си и Ni). Проволока пропущена через корундовые изоляторы и помещена в "стальной цилиндрический ^г кожух, который ограничивает поступление цементующей атмосферы к проволоке, предохраняет от механических повреждений и действия сажи. Снизу кожух открыт для прохода цементующего газа. Внутри печи находится нижняя часть датчика. На крышке печи над отверстием в ней крепится форкамера в виде стальной трубы с асбестовым сальником и верхняя часть датчика. Чувствительный элемент датчика вводится в печь и вынимается из печи через форкамеру. При подъеме нижней части датчика он охлаждается в форкамере в цементующей атмосфере, в результате чего проволока не окисляется. Цементующий газ из форкамеры выходит через трубку.

Электросопротивление датчика измеряется электронным мостом ЭМД-212, у которого шкала градуирована в показателях углеродного потенциала.

Автоматическое регулирующее устройство (рис, 176) состоит из дозатора II для подачи жидкого карбюризатора, устройства для подачи воздуха III и позиционного регулятора I.

Для определения и регулирования углеродного потенциала используются также оптико-акустические газоанализаторы. Этот метод газового анализа основан на принципе измерения степени поглощения лучистой энергии газом. Оптико-акустические приборы позволяют производить анализ того или иного компонента в сложной газовой смеси. Действие этих приборов основано на принципе измерения поглощения газом инфракрасных лучей; при этом используется оптико-акустический эффект, заключающийся в звучании газа при воздействии на него прерывистого потока инфракрасной радиации. С помощью таких приборов определяют содержание окиси углерода, углекислого газа и метана в газовой смеси.