用于控制熔炉内部大气气体的系统.pdf

一种用于控制熔炉内部大气气体的系统可以包括：熔炉，其中充有大气气体，用于对碳钢进行热处理；流量控制部，其与熔炉连接，用于控制供应给熔炉的大气气体的流量；气体发生器，其用于产生吸热气体(Rx气体)，并且将吸热气体供给流量控制部；和气体分析控制部，其对通过与熔炉连接的采样管道供给的大气气体进行分析，并且基于分析的数据对流量控制部进行控制，以便控制供应给熔炉的大气气体的通量。使用该系统，碳钢的脱碳可以得以防止或减少。

1.  一种用于控制熔炉内部大气气体的系统，其包括：
熔炉，其中充有大气气体，用于在预定温度下对碳钢进行热处理；
流量控制部，其与所述熔炉连接，用于控制供应给所述熔炉的所述大气气体的流量；
气体发生器，其用于产生吸热气体(Rx气体)并且将所述吸热气体供给所述流量控制部；以及
气体分析控制部，其对通过与所述熔炉连接的采样管道供给的所述大气气体进行分析，并且基于分析的数据对所述流量控制部进行控制，以便控制供应给所述熔炉的所述大气气体的流量。

2.  根据权利要求1所述的用于控制大气气体的系统，其中所述流量控制部包括：
第一供给管道，经由所述第一供给管道通过氮气；
第二供给管道，经由所述第二供给管道通过所述吸热气体；和
电磁阀或控制阀，其由所述气体分析控制部控制，并且布置在所述第一供给管道和所述第二供给管道上。

3.  根据权利要求2所述的用于控制大气气体的系统，其中所述第一供给管道包括：
电磁阀，其在电源故障期间被打开；和
控制阀，根据在气体分析器中分析的PF值对所述控制阀进行PID控制。

4.  根据权利要求1所述的用于控制大气气体的系统，其中所述气体发生器使用LNG产生所述吸热气体，所述气体分析控制部对所述吸热气体的CO₂量进行分析，并且所述气体分析控制部确定所述CO₂量是否在预定的范围内。

5.  根据权利要求1所述的用于控制大气气体的系统，其中所述气体分析控制部包括：
气体传感器，用于分析一氧化碳、二氧化碳和氧气；
PF计算器，其用于基于所述气体传感器检测的信号计算PF值；和
控制部，其对计算的PF值与预定的PF值进行比较，以便控制所述流量控制部的所述控制阀。

6.  根据权利要求1所述的用于控制大气气体的系统，其中所述气体分析控制部对所述气体发生器中产生的所述吸热气体的含量进行分析，以确定所述气体发生器的性能。

用于控制熔炉内部大气气体的系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2008年4月4日提交的韩国专利申请第10-2008-0031733号的优先权，其全部内容在此引入以供参考。
技术领域
本发明涉及一种用于对碳钢进行热处理的熔炉(furnace)，更具体地，涉及一种用于对供给熔炉内的大气气体(atmospheric gas)进行控制的系统。
背景技术
当氧流入热处理炉或者在热处理炉中生成氧时，氧在炉中与碳钢反应，以对碳钢进行脱碳。脱碳降低了钢产品的尺寸精度。
脱碳(decarbonization)是碳钢与氧在高温下反应、碳钢的碳作为CO或CO₂被除去的现象，以致钢表面的碳浓度降低，从而将碳钢转变成软性铁氧体材料。
脱碳可以降低钢产品的硬度。它还可以在碳钢的表面部分生成拉伸应力，造成其变形或者在其中造成裂缝。一种减少脱碳的方法是将诸如氮之类的大气气体和吸热气体供给热处理炉。
然而，在大气气体供给熔炉的同时，当熔炉内部外部空气、氧、二氧化碳、水蒸气或二氧化硫的含量高于平衡条件时，其中发生脱碳。
在此背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景技术的理解，并因此其可以包含不形成本国家的本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明致力于提供一种用于控制熔炉内部大气气体的系统，该系统具有防止熔炉中被热处理的碳钢脱碳的优点。
一种用于控制熔炉内部大气气体的系统可以包括：熔炉，用于在预定温度下对碳钢进行热处理，并且其中充有大气气体；流量控制部(flow control portion)，其与熔炉连接，用于控制供应给熔炉的大气气体的流量；气体发生器，其用于产生吸热气体(Rx气体)，并且将吸热气体供给流量控制部；和气体分析控制部，其对通过与熔炉连接的采样管道供给的大气气体进行分析，并且基于分析的数据对流量控制部进行控制，以便控制供应给熔炉的大气气体的流量(flux)。
流量控制部可以包括：第一供给管道，经由该第一供给管道通过氮气；第二供给管道，经由该第二供给管道通过吸热气体；和电磁阀或控制阀，其由气体分析控制部加以控制，并且布置在第一供给管道和第二供给管道上。
第一供给管道可以包括：电磁阀，其在电源故障期间被打开；和控制阀，其根据在气体分析器中分析的PF值对控制阀进行PID控制。
气体发生器可以使用LNG产生吸热气体，气体分析控制部对吸热气体的CO₂量进行分析，并且气体分析控制部确定CO₂量是否在预定的范围内。
气体分析控制部可以包括：气体传感器，其用于分析一氧化碳、二氧化碳和氧气；PF计算器，其用于基于气体传感器检测的信号计算PF值；和控制部，其对计算的PF值与预定的PF值进行比较，以便控制流量控制部的控制阀。
气体分析控制部可以对气体发生器中产生的吸热气体的含量进行分析，以确定气体发生器的性能。
根据本发明的示例性实施方式的用于控制熔炉内部大气气体的系统，对熔炉内部的大气气体进行采样以便分析，并基于分析的数据来控制供给熔炉内的大气气体的流入量，以减少脱碳。
下文中将讨论上述和其他的特征。
附图说明
图1是根据本发明的示例性实施方式的用于控制球化热处理炉内部大气气体的系统的示意图。
图2是根据本发明的示例性实施方式的气体发生器的示意图。
图3是根据本发明的示例性实施方式的用于控制球化热处理炉内部大气气体的系统的控制流程图。
<附图中表示主要元件的标记数字的描述>
100：流量控制部
102：炉火止回阀
104、112、116：电磁阀
114、106：控制阀
118、119：流量计
120：气体分析控制部
122：加热器
130：气体发生器
200：LNG流量计
202：过滤器
204：空气流量计
206：增压器(blower)
208：蒸馏器(retort)
210：冷却器
300：腔室(熔炉)
302：气体分析器
304：AC/DC转换器
306：PF计算器
308：PI计算器
310：控制器
312：节流位置控制器
314：阀控制器
316、318：控制电机
具体实施方式
下面将参照附图更加充分地描述本发明，附图中示出了本发明的示例性实施方式。如本领域技术人员将会意识到，所描述的实施方式能够以各种不同方式加以更改，均不会背离本发明的精神和范围。
图1是根据本发明的示例性实施方式的用于控制球化热处理炉内部大气气体的系统的示意图。
参照图1，大气气体控制系统包括熔炉110、流量控制部100、气体分析控制部120和气体发生器130。
熔炉110的内部被加热至预定温度(大约770℃)，以对其中的碳钢进行热处理，并且其内部充有大气气体，以减少碳钢的脱碳。
适当布置有供给管道，以将大气气体供给熔炉110内，并且适当布置有采样管道，以将大气气体排出到熔炉110的外部。
优选地，流量控制部100包括用于供给氮气的第一供给管道和用于供给吸热气体的第二供给管道。
流量计118和119可以分别适当地布置在第一供给管道和第二供给管道上。流量计118和119用于精确地控制供给的气体，并且当出现电源故障时生成报警信号。另外，电磁阀112、116和104以及控制阀114和106可以分别适当地布置在第一供给管道和第二供给管道中。
电磁阀116在正常情况下是关闭的，并且可以在断电时被打开。电磁阀112是打开的。因此，大气气体得以安全地供给熔炉110内。另外，根据熔炉110内大气气体的含量，控制阀114的打开率适当地控制在0至100％的范围内。
气体发生器130可以产生吸热气体，并且产生的吸热气体通过流量控制部100的第二供给管道供给熔炉110内。
根据熔炉内部大气气体的状态，控制阀106的打开率适当地控制在0至100％的范围内。
大气气体经由与熔炉110连接的取样管道并通过加热器122供给气体分析控制部120。炉火止回阀102可以适当地布置在流量控制部100与气体发生器之间的管道上。
气体分析控制部120对供给的大气气体进行分析。根据一实施方式，气体分析控制部120对二氧化碳、一氧化碳和氧的含量进行分析，并基于关于含量的信息对流量控制部100进行控制。
另外，气体分析控制部分120接收从气体发生器130产生的吸热气体(Rx气体)，并分析吸热气体中包括的二氧化碳的量。
气体分析控制部120对大气气体的含量进行分析，以基于关于分析含量的信息有效地控制流量控制部100的控制阀114和106以及电磁阀112、116和104的打开率。
优选地，气体分析控制部120可以计算PF值并且对阀(112、114、116、106和104)进行PID控制(比例积分微分控制，Proportional IntegralDifferential control)，以将大气气体有效地供给熔炉内并减少脱碳。
气体分析控制部120对吸热气体中包括的二氧化碳的含量进行分析，以检测气体发生器130的性能。
炉火止回阀(F)可以适当地布置在气体发生器130与流量控制部100之间，以及熔炉110与气体分析控制部120之间。
图2是根据本发明的示例性实施方式的气体发生器的示意图。
气体发生器130将LNG与空气以适当的比例混合，以产生吸热气体(Rx气体)。气体发生器130可以适当地包括用于检测LNG通量的LNG流量计200、空气过滤器202、空气流量计204、增压器206、蒸馏器208和冷却器210。在本示例性实施方式中将省略对气体发生器130的详细描述。
在气体分析控制部120中对从气体发生器130生成的吸热气体的一部分进行分析，以检测气体发生器130的性能。
图3是根据本发明的示例性实施方式的用于控制球化热处理炉内部大气气体的系统的控制流程图。
参照图3，适当安装在熔炉腔室300中的气体控制系统适当地包括气体分析器302、AC/DC转换器304、PF计算器306、PI(比例积分)计算器308、控制器310、节流位置控制器312、阀控制器314以及控制电机316和318。
在气体分析器302中对自熔炉腔室300供给的大气气体样本的成分进行分析。另外，根据所分析气体的情况，气体分析器302输出DC电流。
AC/DC转换器304将从气体分析器302输出的DC电流转变成AC电流。气体分析器可以优选地包括二氧化碳传感器、一氧化碳传感器和氧气传感器。
基于从AC/DC转换器304传送的电流值，PF计算器306计算PF值。另外，PI计算器308对从PF计算器306传送的PF值与控制器310的预定PF值进行比较，以计算PI值。
根据从PI计算器308传送的PI值，节流位置控制器312将工作电流传送给阀控制器314。
根据从节流位置控制器312传送的工作电流，阀控制器314运转控制电机316和318。
因此，在上述控制过程中，基于腔室300的大气气体的含量，充分地控制布置在吸热气体供给管道中的控制电机316、和布置在氮供给管道中的控制电机318。
参照图1和图3，气体分析控制部120适当地将熔炉110内的大气气体当中的二氧化碳控制在0至5％的范围内、一氧化碳控制在0至25％的范围内。另外，气体分析控制部120将氧控制在0至25％的范围内。
例如，当二氧化碳或氧的值升高时，提高氮气或吸热气体的供给量，以减少脱碳反应。
优选地，将PF计算器306中计算的PF值控制在0至250、或0至500的范围内。另外优选地，气体分析控制部120对气体发生器130中产生的吸热气体中包括的二氧化碳的含量进行分析，以确定气体发生器130的性能，并控制产生量。
关于PF值，例如，当PF值大于65时，在一定程度上发生渗碳，当PF值低于65时，发生脱碳。通常，随着温度变高，PF值也变高。
尽管本发明在目前视为实用的示例性实施方式方面加以描述，但应该理解到，本发明并不限于所公开的实施方式，相反，本发明旨在涵盖各种包括在所附权利要求的精神和范围之内的各种变更和等同方式。