Verfahren und Vorrichtung zur Aufkohlung von Eisen und Eisenlegierungen Das Verfahren der vorliegenden Erfin- clung betrifft die Einbringung von Kohlen stoff in Eisen und Eisenlegierungen, insbe sondere in kohlenstoffarme Stähle, über die Gasphase. Es ist zwar bekannt, kohlenstoff- arme Stähle dadurch aufzukohlen, dass man sie mit kohlenden Gasen bei Temperaturen oberhalb 800 behandelt, wobei die Gase ausser halb des Kohlungsraumes erzeugt werden.
Zu diesem Zweck verwendet man Generatoren, in denen feste kohlenstoffhaltige Substanzen unter beschränktem Sauerstoffzutritt ver gast werden. Es ist auch üblich, Gase, wie Stadtgas oder Naturgas, unter Luftmangel in speziellen Generatoren zu verbrennen und das Verbrennungsprodukt nach Abtrennung von Wasser und Kohlendioxyd in den Koh- lungsofen einzuleiten. Dabei können diese Gase gegebenenfalls auch durch Zusatz von Kohlenwasserstoffen, wie Butan oder Propan, in genau dosierten Mengen karburiert werden.
Man kann auch derartig verfahren, dass das aufzukohlende Gut in kohlenstoffhaltige Pulver eingepackt oder mit einer Paste aus derartigen Stoffen bestrichen und unter Luft- absehluss auf die Kohlungstemperatur, die im allgemeinen zwischen 800 und 950 liegt, er wärmt wird, bis die Kohlung die gewünschte Tiefe erreicht hat.
Diese Verfahren erfordern entweder erheb liche Aufwendungen für Einrichtungen zur Herstellung, Kontrolle und Dosierung der Kohlungsgase oder sind nicht genügend regu lierbar, um eine gleichmässige Kohlung von beliebig grossen Einsätzen zu ermöglichen. Das Einpackverfahren schliesst die Gefahr der Überhitzung und damit Überkohlung oder gar der lokalen Aufschmelzung des zu kohlenden Gutes nicht mit Sicherheit aus und arbeitet zudem wegen der schlechten Wärmeleitfähig keit der Kohlungsmittel mit schlechtem ther mischem Wirkungsgrad.
Mit dem Verfahren der vorliegenden Er findung können diese Nachteile wirksam ver mieden werden. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufkohlung von Eisen und Eisenlegierungen über die Gasphase, das da durch gekennzeichnet ist, dass das Kohlungs- gas im Kohlungsraum selbst durch Umsetzung von in diesem getrennt von dem zu kohlenden Gut angeordneten festen kohlenstoffhaltigen Substanzen mit einem sauerstoffhaltigen Gas erzeugt wird, wobei die das Kohlungsgas lie fernden festen Substanzen höchstens<B>115</B> vom Volumen des Kohlungsraumes einnehmen. Als sauerstoffhaltiges Gas kann insbesondere Luft verwendet werden.
Die zur Lieferung des Kohlungsgases be fähigten festen kohlenstoffhaltigen Substan zen können vorzugsweise etwa 1110 oder höch stens 1/1o vom Volumen des Kohlungsraumes einnehmen. Im Gegensatz zum Einpackv erfahren wird somit das Kohlungsgas zwar ebenfalls im Koh- lungsraum, jedoch von dem zu kohlenden Gut räumlich getrennt erzeugt.
Gegenüber den bis her für die Kohlung benutzten Verfahren wird jeglicher Aufwand für die Erstellung und Beheizung besonderer Generatoren vermieden, ohne dass, wie beim Einpacken in kohlenstoff haltiges :Material, die Gefahr der partiellen Überkohlung und Zerstörung der Oberfläche der Werkstücke durch den unmittelbaren Kon takt mit den kohlenstoffhaltigen Substanzen besteht.
Das Arbeiten nach dem Verfahren der Er findung gestaltet sich ausserordentlich ein fach, da es lediglich erforderlich ist, das be nutzte kohlenstoffhaltige Material in den Ofen, zweckmässigerweise in darin befindliche Behälter, einzubringen, den Ofen auf die Koh- lungstemperatur zu erwärmen und das zu kohlende Gut in den Kohlungsraum einzufah ren.
Bei der für den Kohlungsvorgang erfor derlichen Temperatur bildet sich automatisch mit dem im Kohlungsraum befindlichen oder zusätzlich eingeleiteten sauerstoffhaltigen Gas das Kohlungsgas, dessen Zusammensetzung in einfacher Weise durch die Menge des sauer stoffhaltigen Gases, die Temperatur und die Art und Verteilung des kohlenstoffhaltigen Materials gesteuert werden kann.
Sobald die erforderliche Kohlungstiefe unter den durch einfache Versuche festzulegenden Bedingun gen erreicht ist, kann das Bekohlte Gut aus gefahren und durch frisches ersetzt werden, solange noch ausreichende Mengen der das Kohlungsgas erzeugenden festen Substanzen im Kohlungsraum vorhanden sind.
Als feste Substanzen zur Erzeugung des Kohlungsgases haben sich Formkörper aus Kohle, insbesondere aus Holzkohle, ganz ausserordentlich bewährt. Solche Formkör per werden vorzugsweise aus Holzkohlenstaub mit oder ohne Bindemittel, gegebenenfalls unter Zusatz von Aktivatoren, wie Karbo- naten von Alkalien oder Erdalkalien herge stellt. Die erhaltenen Presslinge werden dabei vor der Verwendung zweckmässig getrocknet und eventuell geglüht. Sie können auch als Granulat in Körnungen zwischen 3 und 6 mm für die Kohlung benutzt werden.
Als besonders wirksam haben sich für die Durchführung des Verfahrens der Erfindung Holzkohlenformkörper erwiesen, denen fein verteilte Metalle oder Metallgemische entweder in Form von Metallpulver oder geeigneten organischen oder anorganischen Verbindun gen, die beim Glühen des Materials in fein verteiltes Metall übergehen, zugesetzt sind.
Gut geeignet sind die Metalle der Eisen gruppe, insbesondere Visen oder Nickel. Durch Anwendung der Metallaktivatoren kann der Zusatz an Karbonaten der Alkalien oder Erd alkalien in vorteilhafter Weise herabgesetzt. werden, so dass die nach dem Verbrauch der das Kohlungsgas liefernden kohlenstoffhal tigen Substanz gebildete Asche arm an Alkali- oder Erdalkaliverbindungen ist und dadurch weniger schädigend auf das Ofenbaumaterial wirken kann.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist gekenn zeichnet durch einen der Aufnahme des zu kohlenden Gutes dienenden Ofen, in dessen Innenraum gasdurchlässige Behälter zur Auf nahme der das Kohlungsgas liefernden Sub stanz angeordnet sind.
Als gasdurchlässige Behälter für die das Kohlungsgas erzeugenden kohlenstoffhaltigen Substanzen kommen z. B. an den Wandun gen des Kohlungsraumes befestigte Taschen oder andersartige Behälter aus gelochten Ble chen, Drahtgewebe oder Streckmetall in Be tracht. Mit gleichem Erfolg können die Be hälter auch in Form von gelochten Siebböden unter, zwischen oder über dem Kohlungsgut vorgesehen werden. Die Behälter werden vor zugsweise derart eingeriehtet, dass sie aus dem Kohlungsraum zwecks Auffrischung der Füllung leicht entfernt werden können.
Nach einer andern Ausführungsform der Erfin dung werden diese Behälter an den Wänden oder den Deckeln des Kohlungsraumes derart angebracht, dass sie ohne Störung des Ofen betriebes von aussen durch Füllklappen, Stut zen oder ähnliche an sich bekannte Vorrieh- tungen neu beschickt werden können.
Die Verteilung der Behälter für die das Kohlungsgas im Kohlungsraum erzeugenden kohlenstoffhaltigen Materialien richtet sich weitgehend nach der Konstruktion des Koh- lungsraumes, nach der Art der Beheizung sowie nach der Menge und der Beschaffenheit des einzusetzenden zu kohlenden Gutes.
Als Kohlungsraum können Öfen beliebiger Art verwendet werden, und zwar sowohl dis kontinuierlich wie kontinuierlich arbeitende. Das Verfahren kann demgemäss beispielsweise in normalen Kammeröfen, die seitlich oder auch von oben geschlossen werden können, durehgeführt werden. Man kann jedoch auch kontinuierliche Öfen verwenden, die laufend beschickt. und entleert werden. Der Trans port des Aufkohlungsgutes kann dabei in Kästen oder Siebböden auf beliebig gestalteten Unterlagen erfolgen, die mittels Einstossvor- riehtungen oder durch Hubbalken oder auf ähnliche Weise durch den Ofen bewegt wer den.
Für einen raschen und gleichmässigen Ver lauf der Kohlung ist es wesentlich, dass die im Ofen befindlichen oder in ihn eingeleiteten sauerstoffhaltigen Gase leicht Zutritt zu dem das Kohlungsgas bildenden festen kohlenstoff- lialtigen Material haben. Es kann daher zweckmässig sein, die Zuleitungen für die sauerstoffhaltigen Gase in den Kohlungsraum so vorzusehen, dass die Gase die kohlenstoff haltigen Substanzen bei ihrem Eintritt auf einer möglichst grossen Fläche durchstrei chen.
Dabei ist es für eine schnelle Bildung des Kohlungsgases weiterhin günstig, die sauerstoffhaltigen Gase, insbesondere Luft, vor dem Durchtreten durch die kohlenstoffhaltigen Substanzen vorzuwärmen, was etwa durch die Abgase des Kohlungsofens oder durch geeig nete Führung der Zuleitungen in der Wan dung des geheizten Kohlungsraumes erfolgen kann.
Um eine ständige Berührung mit den das Kohlungsgas bildenden Substanzen zu ge währleisten, werden mit Vorteil im Kohlungs- raum Mittel angebracht, die die Ofenatmo sphäre in Bewegung halten und umwälzen. Hierdurch wird erreicht, dass nicht nur die zur Bildung des Kohlungsgases führende Re aktion beschleunigt, sondern auch dessen Re generation gefördert und überdies eine schnelle und gleichmässige Erwärmung des zu kohlenden Gutes erfolgen kann.
Wie schon erwähnt, sind für die Durch führung des Verfahrens verschiedenartige Vorrichtungen brauchbar, von denen einige Ausführungsformen an Hand der Fig. 1 bis 3 beispielsweise erläutert werden.
Fig. 1 zeigt einen Kammerofen im Längs schnitt, bei dein der besseren Übersicht halber, die ausserhalb des Ofenraumes liegende Hei zung fortgelassen ist. In Fig. 2 ist eine Ofen form dargestellt, bei der die Beschickung durch Abheben des Deckels von oben erfolgt, während Fig. 3 einen kontinuierlich arbei tenden Ofen mit Hubbalkenförderung wieder gibt. Auch in diesen Figuren sind die zweck mässig ausserhalb des Kohlungsraumes lie genden Elemente nicht gezeichnet.
In Fig. 1 bedeutet 1 den eigentlichen Kohlungsraum, der durch die mit dem Deckel 2 verschlossene seitliche Öffnung beschickt wird. Das Härtegut 4 befindet sich auf einer auf dem Boden der Kammer stehenden Unter lage 3. An den Seitenwänden der Kammer sind bei 5 und 6 Kästen aus Siebblech für die Aufnahme der das Kohlungsgas erzeu genden kohlenstoffhaltigen Substanz vorge sehen, während sich an der Decke des Koh- lungsraumes der Ventilator 7 befindet.
In die Decke der Kammer ist die Luftzuleitung 8 in Form einer Rohrschlange eingelassen und mündet bei 9 in den Kohlungsraum. Die Abzweigleitung 10 ermöglicht es weiterhin, das Gas ganz oder zum Teil durch die Beschik- kung der Behälter 5 und 6 in den Ofenraum einzuführen.
Bei der Ausführungsform der Fig. 2 liegt die Öffnung des Kohlungsraumes auf der Oberseite, so dass das Kohlungsgut auf Ge stellen oder in Kästen 11 von oben in den Ofen eingebracht werden kann. Der Deckel 12 ist in an sich bekannter Weise mit Hilfe einer Sandtasse oder durch einen Flüssigkeitsver- schluss 13 abgedichtet. Das Kohlungsgut ist auf einer gasdurchlässigen Unterlage etwa aus Lochblechen oberhalb des Behälters 14 für die das Kohlungsgas liefernde kohlen stoffhaltige Substanz angeordnet.
Zweck mässig besteht dabei auch der Behälter 14 zu mindest an der dem Kohlungsgut zugekehrten Seite aus gasdurchlässigem Material, wie z. B. Lochblechen. Die Vorrichtung enthält ausser dem noch an den Schmalseiten des Kohlungs- raumes Ventilatoren 15 und 16 für die Gas umwälzung sowie eine Zuführung 17 für die sauerstoffhaltigen Gase, z. B. Luft. Gege benenfalls können durch diese Zuführung auch karburierende Stoffe zusätzlich einge führt werden.
Bei der Vorrichtung gemäss Fig. 3 wird das Einsatzgut 18 in flachen Kästen 19 durch den Ofenraum mit Hilfe eines Hubbalkens 20 ge fördert. An den Längswänden des Ofens sind die Behälter 21 für die kohlenstoffhaltige Sub stanz zur Erzeugung des Kohlungsgases an gebracht. Der Ofenraum ist mit Hilfe der Federtüren 22 beiderseitig verschlossen. An sich ist es möglich, auch bei derartigen Öfen etwa an der Decke des Kohlungsraumes einen oder mehrere Ventilatoren für die Gasumwäl zung anzubringen, jedoch ist durch das häu fige Öffnen und Schliessen des Ofens bei der kontinuierlichen Art der Beschickung und Austragung eine gewisse Bewegung der Ofen atmosphäre unter weiterem Zutritt von Luft zwangläufig gegeben.
Aus diesem Grunde ist es auch nicht unbedingt erforderlich, zu sätzliche Luftmengen einzuleiten, was jedoch im Bedarfsfalle beispielsweise durch die Zu leitungen 23 an verschiedenen Stellen des Kohlungsraumes erfolgen kann. Bei der kon tinuierlichen Durchführung der Kohlung, wie sie etwa in einer Vorrichtung gemäss Fig.3 vorgenommen werden kann, ist die Möglich keit einer Neubeschickung der das kohlen stoffhaltige Material aufnehmenden Behälter 21 von aussen von besonderer Wichtigkeit. Man kann im übrigen auch das kohlenstoff haltige Material getrennt vom Kohlungsgut durch den Ofen befördern, indem Behälter mit diesem Material abwechselnd mit den Be hältern für das zu kohlende Gut in den Ofen eingefahren werden.
Im Hinblick auf eine weitgehende Ausnutzung der kohlenstoffhal tigen Substanzen für die Erzeugung des Koh- lungsgases und die Gleichmässigkeit des Koh- l.ungsvorganges ist. es jedoch vorteilhafter, wie ausführlich beschrieben, feste Behälter für dieses Material vorzusehen, in denen es bei weitgehend konstanter Temperatur gleich mässig mit der sauerstoffhaltigen Ofenatmo sphäre reagiert.