CN105987613B - 用于为工业用炉设备处理工艺气体的工艺气体处理装置以及用于对金属工件气体渗碳和淬火的工业用炉设备 - Google Patents

用于为工业用炉设备处理工艺气体的工艺气体处理装置以及用于对金属工件气体渗碳和淬火的工业用炉设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种工艺气体处理装置(5)，用于为工业用炉设备处理工艺气体，包括处理反应器(6)，所述处理反应器具有催化器(7)并且能通过输送管路(8)将工业用炉(2)使用过的工艺气体输送给该处理反应器，并且从该处理反应器将在催化器(7)上处理的工艺气体通过回流管路(11)排出到工业用炉(2)。在输送管路中在所述处理反应器上游连接有压缩器(9)，所述处理反应器(6)此外与供应管路连接，碳氢化合物和空气通过所述供应管路输送给处理反应器。此外设置控制装置，通过该控制装置能调节工艺气体处理和工艺气体回流。在输送管路中此外设置截止阀(18)，通过该截止阀能中断使用过的工艺气体到处理反应器(6)的输送。

Description

用于为工业用炉设备处理工艺气体的工艺气体处理装置以及 用于对金属工件气体渗碳和淬火的工业用炉设备
技术领域
本发明涉及一种用于为工业用炉设备处理工艺气体的工艺气体处理装置，所述工艺气体处理装置包括处理反应器，所述处理反应器具有能被加热的、温控的催化器并且一方面能通过输送管路将使用过的工艺气体从工业用炉输送给该处理反应器，并且另一方面从该处理反应器能将在催化器上处理过的工艺气体通过回流管路排出到工业用炉，其中，在输送管路中在处理反应器上游连接有压缩器，其中，所述处理反应器此外与供应管路连接，碳氢化合物和空气能通过这些供应管路输送给处理反应器，并且设置控制装置，通过该控制装置能调节工艺气体处理和工艺气体回流。此外，本发明涉及一种用于对金属工件气体渗碳和淬火的工业用炉设备，该工业用炉设备包括上述的工艺气体处理装置。
背景技术
在工业用炉设备中通常使用工艺气体，这些工艺气体用于保护在相应的工业用炉中待处理的工件的表面或者也用于改变该工件的化学成分。因此，在金属工件的淬火中已知，相应的工件的渗碳借助于工艺气体进行，其中，所述工艺气体在该情况下于是经常由(具有成分：一氧化碳、氢气、氮气、二氧化氮、氧气和/或水蒸气的)保护气体以及(具有用于渗碳过程的碳氢化合物的)富集气体组成。在此，相应的工业用炉(金属工件为了渗碳过程和淬火被装入到该工业用炉中)的处理腔在过压下被加载以工艺气体，以便一方面避免周围空气的不期望的进入并且另一方面保证在处理腔中对于气体渗碳足够的碳水平。
在此，在传统的情况下，工业用炉的处理腔被工艺气体冲刷，即该工艺气体被持续地引导通过该处理腔并且在流过该腔后被导向工业用炉的燃尽部位，排出的工艺气体在那里被点燃装置安全地点燃并且燃尽。但是，因为这导致工艺气体的相应大的消耗以及此外在工业用炉的区域中出现相应的排放，所以也已知这样的系统，其中，在封闭的回路中的工艺气体在流过相应的工业用炉的处理腔后重新被处理并且接着被提供为重新输送到工业用炉的处理腔。
由DE 10 2009 038 598 A1已知一种用于对金属工件气体渗碳和淬火的工业用炉设备，其中，在具有处理腔的工业用炉的区域中设置工艺气体处理装置。在此，该工艺气体处理装置包括具有催化器的处理反应器，其中，该处理反应器通过输送管路与处理腔连接，使得使用过的工艺气体能从处理腔被引导到该处理反应器中。此外，在该处理反应器与工业用炉的处理腔之间设置回流管路，该回流管路用于将在催化器上处理的工艺气体回流到工业用炉的处理腔中，使得该处理腔与处理反应器通过输送管路和回流管路在封闭的回路中连接。此外，碳氢化合物和空气通过供应管路输送给处理反应器，以便能在催化器的区域中处理使用过的工艺气体并且产生期望的碳含量。为了使得使用过的工艺气体输送到处理反应器以及回流到工业用炉的处理腔中，在输送管路中设置压缩器，该压缩器通过控制装置控制，该控制装置也调节工艺气体处理和工艺气体回流。
发明内容
从上述的现有技术出发，现在本发明的任务在于，提供一种用于工业用炉设备的工艺气体处理装置，在此，通过该工艺气体处理装置应当能尽可能最佳地实现使用过的工艺气体的处理以及到工业用炉的输送。
该任务从权利要求1的前序部分与其特征部分的特征相结合出发实现。从属的各从属权利要求分别描述本发明的有利的扩展方案。此外，用于对金属工件气体渗碳和淬火的工业用炉设备由权利要求6至10得出，该工业用炉设备包括按本发明的工艺气体处理装置。
按照本发明，工艺气体处理装置包括处理反应器，所述处理反应器具有能被加热的、温控的催化器并且一方面能通过输送管路将使用过的工艺气体从工业用炉输送给该处理反应器，并且另一方面在催化器上处理的工艺气体能从该处理反应器通过回流管路排出到工业用炉。此外在输送管路中设置压缩器，该压缩器与此相应地连接在处理反应器上游，其中，该处理反应器此外与供应管路连接，碳氢化合物和空气能通过这些供应管路输送给处理反应器。最后还设置控制装置，通过该控制装置能调节工艺气体处理和工艺气体回流。
于是，上述的工艺气体处理装置尤其是用于对金属工件渗碳和淬火的工业用炉设备的部分，该工业用炉设备除了该工艺气体处理装置之外还包括具有处理腔的工业用炉。在此，所述工艺气体处理装置的处理反应器与工业用炉的处理腔通过输送管路和回流管路在封闭的回路中连接。
在本发明的意义上，为了气体渗碳而输送给处理腔的工艺气体尤其是由载体气体和富集气体组成的气体。在此，载体气体基于一氧化碳和氢气，而富集气体是碳氢化合物。于是，金属工件在工业用炉中的气体渗碳和淬火用技术人员原则上已知的方式方法借助于工艺气体进行，如在DE 10 2009 038 598 A1中也描述的一样，其公开内容在此被明确地纳入本发明中。使用过的工艺气体在工艺气体处理装置的处理反应器中的处理也用技术人员原则上已知的方式方法(碳水平富集的形式)实现，其中，在DE 10 2009 038 598 A1中所述的反应例如这样进行：
2CH4+O2→2CO+4H2
CH4+CO2→2CO+2H2
CH4+H2O→CO+3H2，并且从而进行碳的富集。
在此，在工业用炉的处理腔的区域中，碳水平的监测优选通过基于氧气压力测量的氧探头和热偶持续地进行。如果在此通过工艺气体与一个或多个工件的表面的永久的相互作用以及与之伴随的气体的碳取出确定碳水平下降，那么通过输送(优选以天然气的形式的)碳氢化合物在工艺气体处理装置上实现相应的富集。
在此，工艺气体处理以及工艺气体到工业用炉的处理腔中的回流通过工艺气体处理装置的控制装置监测和调节，其中，控制装置优选是电的、计算机辅助的和可程序化的控制装置。出于该目的，该控制装置被供以工业用炉的相应的参数，例如尤其是处理腔中的实时的碳水平、在那里存在的温度等。此外，该控制装置尤其与压力计连接，通过该压力计持续地测量和监测在处理腔中存在的压力。在此，如果检测到相对于预先给定的理论压力的偏差，那么可以通过将碳氢化合物气体和空气相应地输送到处理反应器中实现压力的提高，或通过暂时将工艺气体从封闭的回路中排出实现压力的减少。
现在本发明包括如下技术教导，即在工艺气体处理装置的输送管路中此外设置截止阀，通过该截止阀能中断使用过的工艺气体到处理反应器的输送。此外，控制装置借由压差测量监测催化器的功能状态并且能针对性地启动在该催化器中的燃尽过程。换句话说，即通向处理反应器的输送管路设有截止阀，通过该截止阀能封闭输送管路并且与此相应地能中断使用过的工艺气体到处理反应器的流动。此外，控制装置监测处理反应器的催化器，方式为：在催化器上进行压差测量。在此，如果识别出催化器已被填满，那么通过控制装置启动在催化器中的燃尽过程。
在此，工艺气体处理装置的这种实施方案的优点在于，一方面通过截止阀能针对性地中断使用过的工艺气体到处理反应器的输送，从而实现工业用炉仅被在处理反应器中由空气和碳氢化合物的输送而新制成的工艺气体供应。另一方面能通过催化器被控制装置持续的监测以及通过可能的情况下启动的燃尽过程，保证催化器的永久的功能良好性。由此总体上最优地形成工艺气体处理的方法。
不同与此，在DE 10 2009 038 598 A1中没有为处理反应器在输送管路中设置截止阀并且与此相应地没有设置该管路的闭锁可能性。就这点而言，在此不可能针对性地中断使用过的工艺气体到处理反应器的流动。此外，也不进行对催化器的功能状态的监测并且也不启动该催化器的针对性的燃尽循环。
根据本发明的一种实施形式，在输送管路中在压缩器上游连接有冷却器。有利地，从工业用炉的处理腔排出的使用过的工艺气体能由此在压缩器上游被冷却，使得一方面避免压缩器被否则仍是热的工艺气体损坏并且另一方面防止工艺气体由于慢的冷却而发生不期望的分解。按照本发明，冷却器可以是简单的热交换器，尤其是以管道的弯折的延伸的形式的热交换器，在该热交换器上与工业用炉的周围空气进行热交换是可能的。但是，尤其优选在这样构成的热交换器中还附加地设置风机，从而将周围空气强制引导通过热交换器。
根据本发明的一种另外的实施可能性，在用于碳和空气的各供应管路中设置质量流调节器，通过这些质量流调节器能分别控制碳氢化合物和空气到处理反应器的输送。在此，这样的实施方案的优点在于，空气或碳氢化合物到处理反应器的输送能借助于各自的质量流调节器而因此被精细地调节。
在本发明的扩展方案中，所述控制装置与压缩器、截止阀以及各质量流调节器连接并且相应地调节这些装置。如果在压缩器的区域中，此外设置具有可调节的部件(例如风机)的冷却器，那么这些部件也与控制装置连接，以便这些部件被该控制装置相应地调节。
根据本发明的一种另外的实施形式，所述处理反应器、压缩器、质量流调节器、截止阀和控制装置被容纳在一个共同的壳体中。如果此外在压缩器的区域中又设置冷却器，那么该冷却器优选也位于该壳体中。这尤其当在工业用炉设备的实施可能性范畴中的工艺气体处理装置在外部设置在相应的工业用炉上时实现。但是，当工艺气体处理装置集成到工业用炉中时，原则上也能实现上述部件在一个共同的壳体中的组合。
在本发明的一种实施形式的范畴中，其中，工艺气体处理装置至少部分地集成到工业用炉中，但是处理反应器优选处于处理腔下方，而用于处理反应器的质量流调节器位于工业用炉的气体混合阀中并且控制装置安装在工业用炉的开关盒中。由此，工艺气体处理装置的尤其紧凑的集成是可能的。
通常，在气体处理装置处于相应的工业用炉的外部上的情况下，在已经存在的工业用炉中改装是可能的，而尤其在新制造的工业用炉中能应用至少部分的集成。
根据工业用炉设备的一种另外的实施形式，处理腔此外通过废气排出管路与燃尽部位连接，其中，所述废气排出管路设有阀，通过该阀所述废气排出管路能在工艺气体处理的过程中被闭锁。由此，通过工艺气体排出管路的闭锁可以防止使用过的工艺气体到达燃尽部位(替代地，可以如期望地被导向工艺气体处理装置)。但是，当在处理腔中的压力超过预先给定的理论值时，工艺气体到燃尽部位的输送于是能被针对性地启动。在此，尤其优选工艺气体处理装置的控制装置能够对废气排出管路中的截止阀进行调控。在此，在废气导出部中的阀应当是气密的。
在本发明的扩展方案中，输送管路和回流管路在工艺气体喷枪处被引导到处理腔中。由此能形成使用过的工艺气体到工艺气体处理装置的合适的输送以及到炉的处理腔中的回流。但是除此之外，在本发明的范畴中也可考虑的是，在分开的点处实现工艺气体的输送和排出，或者也为工艺气体的输送和排出设置相应多个点。
本发明不限于独立权利要求或其从属的权利要求的特征的给出的组合。此外也存在将各单个特征相互组合的可能性，只要这些特征从权利要求、下面对本发明的优选的实施形式的描述或者直接从附图中已知。各权利要求通过使用附图标记对附图的参考不应限制各权利要求的保护范围。
附图说明
下面阐述的本发明的有利的实施形式在各附图中示出。附图示出：
图1示出根据本发明的第一实施形式的具有工艺气体处理装置的工业用炉设备的示意图；以及
图2示出根据本发明的第二实施可能性的具有按本发明的工艺气体处理装置的工业用炉设备的示意图。
具体实施方式
由图1得知根据本发明的第一实施形式的工业用炉设备1的示意图，其中，该工业用炉设备1包括工业用炉2，其中，处理腔3设置为用于对金属工件热处理。该热处理在此设计成，使得实现被装入到处理腔3中的工件的渗碳和淬火，如技术人员原则上已知的一样。为此，处理腔3在过压下被持续地供以工艺气体，其中，该工艺气体由基于一氧化碳和氢气的载体气体以及由碳氢化合物的形式的富集气体组成。
在此，处理腔3不被工艺气体冲刷，也就是说，被输送给处理腔3的工艺气体接着不在燃尽部位4上被燃尽，而是对在气体渗碳中使用过的工艺气体进行处理。出于该目的，工业用炉设备1配设有工艺气体处理装置5，该工艺气体处理装置具有处理反应器6。
在该处理反应器6中设置催化器7，在该催化器上通过相应的碳富集进行工艺气体的处理。在此，使用过的工艺气体从处理腔3通过输送管路8被引导到处理反应器6并且因此被引导到催化器7，其中，该输送在此通过压缩器9形成，在该压缩器上游连接有冷却器10。在此，冷却器10构成为具有风机的热交换器，其中，工业用炉2的相应的环境空气通过该风机被引导通过热交换器。
在催化器7中处理过的工艺气体经由回流管路11又被引导到处理腔3，其中，输送管路8和回流管路11在工艺气体喷枪12处通入到处理腔3中。此外，供应管路13和14还被引导到处理反应器6，其中，碳氢化合物能经由供应管路13并且空气能经由供应管路14被引导到处理反应器6。在此，经由供应管路13和14的输送分别经由一个质量流调节器15或16进行，通过该质量流调节器能分别准确地调整流过相应的供应管路13或14的气体质量。
在此，工艺气体处理以及其到处理腔3中的回流通过工艺气体处理装置5的控制装置17调节和控制，该控制装置可以是电的、计算机辅助的和可程序化的控制装置。在此，控制装置17不仅与催化器7连接，而且也与压缩器9和冷却器10、以及质量流调节器15和16连接并且能相应地调节这些装置。此外，控制装置17能对两个截止阀18和19进行控制，其中，截止阀18位于输送管路8中，而截止阀19设置在燃尽部位4上游。最后，控制装置17也还与压力计20连接，处理腔3中的压力通过该压力计被持续地监测。此外，控制装置17(在此不另外示出)被传送处理腔3的另外的参数，例如尤其是腔3中的实时温度，以及那里存在的工艺气体的碳含量。
根据在处理腔3中的压力，工艺气体经由回流管路11的回流通过控制装置17调节。在此，如果检测到存在的压力过小，那么通过碳水化合物气体和空气经由工艺管路13和14的相应的添加来提高压力。相反，如果识别到压力过大，那么打开截止阀19并且通过在燃尽部位4上燃尽工艺气体来减小压力。
此外，控制装置17能针对性地闭锁截止阀18并且因此闭锁输送管路8，使得使用过的工艺气体不能继续流到处理反应器6中。在该情况下，处理腔3的气体处理仅通过在处理反应器6中经由供应管路13和14相应的供应而新产生的工艺气体实现。
此外，控制装置17持续地监测催化器7的功能状态，方式为：在催化器7的区域中进行压差测量。如果在此确定催化器7被过强地加载，那么控制器17针对性地触发燃尽循环，使得催化器7被相应自由地燃烧。
在此，工艺气体处理装置5被完全地集成到工业用炉2中。这具体地如此实现，即处理反应器6在结构上设置在处理腔3下方，而质量流调节器13和14安装在工业用炉2的气体混合阀中，并且控制装置17安装在该工业用炉的开关盒中。
由图2得出工业用炉设备21的第二实施可能性，在此，该工业用炉设备基本上与图1的变型方案一致。在此唯一的区别在于，工艺气体处理装置22不被集成到工业用炉23中，而是作为单独的单元安装在该工业用炉上。出于该目的，工艺气体处理装置22的已经在图1的变型方案中描述的各部件被安装在一个壳体24中，该壳体相应地设置在工业用炉23上。除此之外，根据图2的实施方案与根据图1的变型方案一致，从而参考对于图1的变型方案的描述。
借由按本发明的工艺气体处理装置的实施方案，以及具有该工艺气体处理装置的工业用炉设备，能最优地形成工艺气体处理。
附图标记列表
1 工业用炉设备
2 工业用炉
3 处理腔
4 燃尽部位
5 工艺气体处理装置
6 处理反应器
7 催化器
8 输送管路
9 压缩器
10 冷却器
11 回流管路
12 工艺气体喷枪
13 供应管路
14 供应管路
15 质量流调节器
16 质量流调节器
17 控制装置
18 截止阀
19 截止阀
20 压力计
21 工业用炉设备
22 工艺气体处理装置
23 工业用炉
24 壳体

Claims (10)

1.一种工艺气体处理装置(5；22)，用于为工业用炉设备(1；21)处理工艺气体，所述工艺气体处理装置包括处理反应器(6)，所述处理反应器具有能被加热的、温控的催化器(7)并且一方面能通过输送管路(8)将来自工业用炉(2；23)的使用过的工艺气体输送给该处理反应器，并且另一方面从该处理反应器能将在催化器(7)上处理过的工艺气体经由回流管路(11)排出到工业用炉(2；23)，其中，在输送管路(8)中在所述处理反应器(6)上游连接有压缩器(9)，其中，所述处理反应器(6)此外与供应管路(13，14)连接，碳氢化合物和空气能经由所述供应管路输送给处理反应器(6)，并且设置控制装置(17)，通过该控制装置能调节工艺气体处理和工艺气体回流，其特征在于，在输送管路(8)中此外设置截止阀(18)，通过该截止阀能中断使用过的工艺气体到处理反应器(6)的输送，并且催化器(7)的功能状态能通过控制装置(17)借由压差测量进行监测并且能针对性地在该催化器中启动燃尽过程。
2.按权利要求1所述的工艺气体处理装置(5；22)，其特征在于，在所述输送管路(8)中在压缩器(9)上游连接有冷却器(10)。
3.按权利要求1所述的工艺气体处理装置(5；22)，其特征在于，在各供应管路(13，14)中设置质量流调节器(15，16)，通过这些质量流调节器能分别控制碳氢化合物和空气向处理反应器(6)的输送。
4.按权利要求3所述的工艺气体处理装置(5；22)，其特征在于，所述控制装置(17)与压缩器(9)、截止阀(18)和质量流调节器(15，16)连接并且相应地调节压缩器、截止阀和质量流调节器。
5.按权利要求3所述的工艺气体处理装置(22)，其特征在于，所述处理反应器(6)、压缩器(9)、质量流调节器(15，16)、截止阀(18)和控制装置(17)被容纳在一个共同的壳体(24)中。
6.一种用于对金属工件进行气体渗碳和淬火的工业用炉设备(1；21)，所述工业用炉设备包括工业用炉(2；23)，所述工业用炉具有处理腔(3)，并且所述工业用炉设备包括按权利要求1至5中任一项或多项所述的工艺气体处理装置(5；22)，其中，所述工艺气体处理装置(5；22)的处理反应器(6)与工业用炉(2；23)的处理腔(3)通过输送管路(8)和回流管路(11)在封闭的回路中连接。
7.按权利要求6所述的工业用炉设备(1；21)，其特征在于，所述处理腔(3)此外通过废气排出管路与燃尽部位(4)连接，其中，所述废气排出管路设有截止阀(19)，通过该截止阀所述废气排出管路能在工艺气体处理过程中被闭锁。
8.按权利要求6所述的工业用炉设备(1；21)，其特征在于，所述输送管路(8)与回流管路(11)在工艺气体喷枪(12)处被引导到所述处理腔(3)中。
9.按权利要求6所述的工业用炉设备(1)，其特征在于，所述工艺气体处理装置(5)至少部分地集成到工业用炉(2)中。
10.按权利要求6所述的工业用炉设备(21)，其特征在于，所述工艺气体处理装置(22)在外部设置在工业用炉(23)上。
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