DE10050673C1

DE10050673C1 - Verfahren zum Anlassen von Werkstücken in einem Ofen unter einer Schutzgasatmoshäre

Info

Publication number: DE10050673C1
Application number: DE2000150673
Authority: DE
Inventors: Klaus Schubert; Helmut Egger
Original assignee: KOHNLE W WAERMEBEHANDLUNG
Current assignee: KOHNLE W WAERMEBEHANDLUNG
Priority date: 2000-10-04
Filing date: 2000-10-04
Publication date: 2002-04-18
Anticipated expiration: 2020-10-05
Also published as: EP1203918A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anlassen von Werkstücken in einem Ofen, insbesondere in einem Förderbandofen, unter einer Schutzgasatmosphäre, welche eine inerte Komponente und eine Komponente, die reduzierend wirken kann, enthält. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß durch Einstellen eines Mischungsverhältnisses der beiden Komponenten gezielt ein Minimum des Anteils der reduzierenden Komponente angenähert wird, bei welchem die Menge der reduzierenden Komponente gerade ausreicht, im Ofen vorhandenen Sauerstoff zu binden und eventuelle Oxide auf der Oberfläche der Werkstücke zu reduzieren.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Anlassen von Werkstücken in einem Ofen, insbesondere in einem Förderbandofen unter einer Schutzgasatmo sphäre, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Ein derartiges Verfahren zum Anlassen von Werkstücken in einem Förderbandofen unter einer Schutzgasatmosphäre, welche eine inerte Komponente und eine Komponente enthält, die reduzierend wirken kann, ist aus der GB 1 577 179 bekannt.

Im Temperaturbereich ab 200°C beginnt beim Anlassen von Eisenwerkstoffen un ter Lufteinfluß eine sichtbare Oxidation der Oberfläche, welche mit zunehmender Temperatur ansteigt. Oxidschichten, wie sie bei Temperaturen oberhalb von 450°C entstehen, sind für eine Vielzahl von Bauteilen störend und werden durch Beizen, Strahlen oder andere chemische bzw. mechanische Verfahren entfernt. Diese Verfahren verursachen erhebliche Kosten und belasten die Umwelt.

Eine Möglichkeit, der Oxidation beim Wärmebehandlungsprozeß vorzubeugen, ist eine Umgebungsatmosphäre zu schaffen, die eine Oxidation verhindert oder sogar Oxidschichten wieder auflöst. Einen Schutz vor Oxidation bei der Wärme behandlung gewährleisten inerte Schutzgase, wie Stickstoff, Argon, Helium oder brennbare Schutzgase wie Wasserstoff, CO, CH₄, Spaltgase bzw. Gemische von inerten mit brennbaren Schutzgasen.

Inerte Schutzgase schränken die Oxidation in der Praxis ein, ohne sie vollständig zu verhindern oder vorhandene Oxidschichten wieder aufzulösen. Für ein Blank anlassen sind reduzierende Bestandteile des Schutzgases erforderlich. Dabei handelt es sich in der Regel um ein brennbares Gas wie CO oder H₂.

Bei einer Wärmebehandlung in Luftatmosphäre wird Eisen an der Oberfläche nach der Gleichung

2Fe + O₂ ↔ 2FeO

oxidiert.

Bei Schutzgasen, die eine reduzierende Wirkung besitzen, können die Prozesse wie folgt ablaufen

FeO + CO ↔ Fe + CO₂

FeO + H₂ ↔ Fe + H₂O.

Die Oxidation und Reduktion sind von der Behandlungstemperatur und den An teilen der Prozeßkomponenten abhängig und können von rechts nach links oder umgekehrt ablaufen. Mit steigender Temperatur nimmt die Reduktionsfreudigkeit zu.

Es ist bekannt, Werkstücke unter einer Schutzgasatmosphäre aus Endogasen an zulassen, welche als reduzierende Bestandteile CO und H₂ enthalten. Nachteilig bei einem solchen bekannten Verfahren ist, daß eine erhebliche Explosionsge fahr besteht.

Aufgabe der Erfindung ist es ein wirtschaftliches Verfahren anzugeben, welches die Explosionsgefahr beim Anlassen vermindert und zugleich gewährleistet, daß nach dem Anlassen blanke Werkstücke vorliegen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Eine Möglichkeit das Mischungsverhältnis der beiden Komponenten so einzustel len, daß gezielt ein solches Minimum des Anteils der reduzierenden Komponente angenähert wird, besteht darin zunächst reines Endogas oder Exogas oder auch ein auf Erfahrungswerten beruhendes Mischungsverhältnis der Komponenten zu verwenden. Erhält man bei einem so gewählten Anteil der reduzierenden Kompo nente das Resultat, daß die Werkstücke blank sind, wenn sie den Ofen nach dem Anlassen verlassen, so erhöht man schrittweise den Anteil der inerten Kompo nente an der Schutzgasatmosphäre solange bis die Werkstücke den Ofen nicht mehr blank verlassen. Man macht dann den letzten Schritt rückgängig und erhält damit ein Mischungsverhältnis, bei welchem der reduzierende Anteil der Schutz gasatmosphäre minimiert ist und gleichzeitig die Werkstücke den Ofen noch blank verlassen. Ergibt sich bei dem ursprünglichen, auf Erfahrungswerten beru henden Anteil der reduzierenden Komponente bereits, daß die Werkstücke den Ofen nach dem Anlassen nicht blank verlassen, so führt man die beschriebenen Einstellungsschritte entsprechend aus, indem man den reduzierenden Anteil der Schutzgasatmosphäre schrittweise erhöht. Jenes Mischungsverhältnis, bei dem der Anteil der reduzierenden Komponente nur so groß ist, daß eine merkliche Oxidation der Werkstücke gerade noch unterbunden wird, wird im folgenden als Oxidationsgrenze bezeichnet.

Das im Anspruch 1 beschriebene Verfahren schlägt vor, die Schutzgasatmosphä re an der Oxidationsgrenze der Werkstücke zu betreiben. Der dadurch bestimmte Anteil der reduzierenden Komponente an der Schutzgasatmosphäre ist hinsicht lich der Wirtschaftlichkeit durch den minimalen Einsatz an reduzierenden Gasen am günstigsten und ist unter dieser Randbedingnis auch optimal für das Vermei den von Explosionsgefahr, weil man auf diese Weise am ehesten die Schwelle für das Entstehen eines zündfähigen Gemisches unterschreiten kann. Es ist aber zweckmäßig, das Verfahren nicht genau an der Oxidationsgrenze, sondern mit einem gewissen Sicherheitszuschlag zum Anteil der reduzierenden Komponente unterhalb der Oxidationsgrenze zu betreiben, so daß auch bei praktisch vorkom menden Schwankungen des Sauerstoffpartialdruckes im Schutzgas stets gewähr leistet ist, daß die Werkstücke blank sind, wenn sie den Ofen nach dem Anlassen verlassen.

Da nach dem Stand der Technik als Schutzgasatmosphäre Endo- oder Exogase so, wie sie erzeugt wurden als Schutzgasatmosphäre eingesetzt wurden, weist das erfindungsgemäße Verfahren erhebliche Vorteile hinsichtlich der Wirtschaft lichkeit und Explosionsgefahr auf, indem relativ teures Endo- oder Exogas durch ein Inertgas ersetzt wird, wofür sich preiswerter Stickstoff anbietet.

Erfindungsgemäß wird bei Erreichen eines vorgegebenen oberen Grenzwertes des Sauerstoffpartialdruckes die Zufuhr der reduzierenden Komponente unterbro chen und der Ofen nur noch mit der inerten Komponente gespült. Durch diese Maßnahme kann eine Explosion zuverlässig verhindert und eine eventuelle Ge fahrenquelle, beispielsweise in Form eines Lecks, erkannt werden, bevor der Sauerstoffgehalt im Ofen auf gefährliche Werte angestiegen ist. Vorzugsweise beträgt der Grenzwert hierfür 1 Vol.-% Sauerstoff.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird also erreicht, daß der Anteil re duzierender, also brennbarer, Gase an der Schutzgasatmosphäre vermindert wird und so auch die Explosionsgefahr vermindert wird, wobei trotzdem gewährleistet bleibt, daß die Werkstücke blank sind, wenn sie den Ofen nach dem Anlassen verlassen.

Vorzugsweise wird als inerte Komponente der Schutzgasatmosphäre Stickstoff oder überwiegend Stickstoff verwendet, da dies am kostengünstigsten ist und darüber hinaus den Vorteil hat, den Taupunkt der Schutzgasatmosphäre herab zusetzen, weil Stickstoff selbst einen sehr niedrigen Taupunkt hat, was die redu zierende Wirkung der Schutzgasatmosphäre erhöht.

Vorzugsweise enthält die reduzierende Komponente Kohlenmonoxid oder - be sonders bevorzugt - überwiegend Kohlenmonoxid, da dieses Gas eine relativ niedrige Verbrennungsgeschwindigkeit, eine relativ hohe Zündgrenze besitzt, was für den Explosionsschutz vorteilhaft ist und insbesondere bei Temperaturen unter 750°C besonders wirksam reduziert.

Insbesondere, wenn bei höheren Temperaturen angelassen werden soll, enthält die reduzierende Komponente Wasserstoff, da dieses Gas bei höheren Tempera turen als CO eine stark reduzierende Wirkung hat.

Zweckmäßigerweise wird die reduzierende Komponente ganz oder überwiegend aus einem Endogas oder einem Exogas erzeugt, welches durch endo- bzw. exo therme Umsetzung aus Erdgas erzeugt wird. Auf diese Weise gewinnt man das Schutzgas besonders kostengünstig.

Vorzugsweise wird die Konzentration der einzelnen Bestandteile der reduzieren den Komponente unterhalb der Grenze ihrer Zündfähigkeit in Luft gehalten; sie liegt für CO bei circa 12,5 Vol.-%, für H₂ bei circa 5 Vol.-%. Besonders bevorzugt begrenzt man die Konzentration der reduzierenden Komponente insgesamt auf weniger als 5%. Diese Maßnahme verhindert die Explosionsgefahr.

Bevorzugt ist es, daß durch Einstellen des Mischungsverhältnisses der beiden Komponenten gezielt ein Minimum des Anteils der reduzierenden Komponente angenähert wird, bei welchem die Menge der reduzierenden Komponente gerade ausreicht, im Ofen vorhandenen Sauerstoff zu binden und eventuelle Oxide auf der Oberfläche der Werkstücke zu reduzieren und daran anschließend das Mi schungsverhältnis der verschiedenen Bestandteile der reduzierenden Komponen te derart einzustellen, daß der Anteil der reduzierenden Komponente weiter redu ziert wird und die Werkstücke weiterhin blank sind, wenn sie den Ofen nach dem Anlassen verlassen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß bei hohen Temperaturen der Anteil des dann stärker reduzierenden Wasserstoffs stärker als Kohlenmonoxid gewichtet wird und umgekehrt bei Temperaturen un terhalb von circa 800°C der Anteil des Kohlenmonoxids stärker gewichtet wird als der des bei diesen Temperaturen schwächer reduzierenden Wasserstoffs. Vor teilhaft wird so die Explosionsgefahr weiter reduziert.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß nach dem Einstellen eines Minimums der Sauerstoffpartialdruck in der Schutzgasatmosphäre gemes sen und der reduzierende Anteil geregelt wird, um mit zunehmendem Sauerstoff partialdruck den Anteil der reduzierenden Komponente des Schutzgases im Ofen entsprechend zu erhöhen und/oder ihren Durchsatz durch den Ofen zu erhöhen. Vorteilhaft können so Schwankungen im Sauerstoffgehalt der Schutzgasatmo sphäre, wie sie etwa durch Variation der Menge des an den Werkstücken absor bierten Sauerstoffes entstehen, ausgeglichen und so trotz der Schwankungen des Sauerstoffgehaltes die Zusammensetzung das Schutzgas an der "Oxidati onsgrenze" gehalten werden, wodurch vorteilhaft gewährleistet wird, daß trotz der Schwankungen des Sauerstoffgehaltes die Werkstücke nach dem Anlassen blank sind und zugleich die Explosionsgefahr minimiert ist.

Vorzugsweise wird im schutzgasführenden Ofeninneraum mindestens eine per manent wirksame Zündquelle, z. B. eine oder mehrere Glühkerzen, verwendet. Vorteilhaft kann so die Explosionsgefahr vermindert werden, indem eventuell in den Ofeninnenraum eingedrungener Sauerstoff durch gezielte Verbrennung ge bunden wird, bevor sich eine gefährliche Menge angesammelt hat.

Vorzugsweise werden die Bestandteile des Schutzgases heiß, vorzugsweise mit einer Temperatur von über 750°C, in den Ofen eingeleitet. Vorteilhaft kann so ebenfalls die Explosionsgefahr reduziert werden, weil auf diese Weise anstelle einer Explosion eher eine kontrollierte Verbrennung von kleineren Mengen stattfindet.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für ein Anlassen bei Temperaturen unterhalb von 750°C.

Vorzugsweise wird in dem Verfahren ein Förderbandanlaßofen verwendet, des sen Glühkanal durch Strömungshindernisse in Abschnitte unterteilt ist. Vorteilhaft wird so das Risiko einer Explosion reduziert, indem eine Verpuffung auf einen Abschnitt des Glühkanals begrenzt wird.

Vorzugsweise wird in dem Verfahren ein Förderbandanlaßofen verwendet, bei dem die Strömungshindernisse Bleche sind, welche nach Art von Blenden den lichten Querschnitt des Glühkanals stellenweise verengen. Vorteilhaft wird so ebenfalls das Risiko einer Explosion reduziert, indem eine Verpuffung auf einen Abschnitt des Glühkanals begrenzt wird.

Vorzugsweise wird in dem Verfahren ein Förderbandanlaßofen verwendet, bei dem jeder Abschnitt des Glühkanals eine permanent wirksame Zündquelle, ins besondere eine Glühkerze aufweist. Vorteilhaft kann so eine Umsetzung von eventuell vorhandenem Sauerstoff beschleunigt werden und so das Risiko einer Explosion reduziert werden.

Vorzugsweise wird in dem Verfahren ein Förderbandanlaßofen verwendet, bei dem jeder Abschnitt des Glühkanals ein Sauerstoffsensor aufweist. Durch diese Maßnahme kann jeder Abschnitt des Glühkanals auf Lecks überwacht werden und dann gegebenenfalls die Zufuhr der reduzierenden Komponente unterbro chen werden, so daß vorteilhaft die Gefahr einer Explosion reduziert wird. Eine alternative Ausführungsform des Förderbandanlaßofens sieht vor, daß jeder Ab schnitt des Glühkanals über verschließbare Gasentnahmerohrleitungen mit ei nem gemeinsamen Sauerstoffsensor in Verbindung steht. Mit dieser Maßnahme kann ebenfalls jeder Abschnitt des Glühkanals überwacht werden, wobei vorteil haft die Zahl der nötigen Sauerstoffsensoren reduziert ist.

Vorzugsweise wird in dem Verfahren ein Förderbandanlaßofen verwendet, der an der Eintrittsöffnung Mittel zum Erzeugen eines Flammenschleiers aufweist. Diese Mittel umfassen einen Zündbrenner mit einer eigenen Gasversorgung, welcher eine Flamme erzeugt. Vorteilhaft kann so ebenfalls die Explosionsgefahr redu ziert werden.

Vorzugsweise wird in dem Verfahren ein Förderbandanlaßofen verwendet, der an der Austrittsöffnung des Glühkanals Mittel zum Erzeugen eines Flammenschlei ers aufweist. Diese Mittel und Vorteile sind dieselben wie vorstehend erläutert.

Vorzugsweise wird in dem Verfahren ein Förderbandanlaßofen verwendet, bei dem jedem Abschnitt des Glühkanals eine Gasumwälzeinrichtung zugeordnet ist. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß weniger reduzierendes Gas benötigt wird, wodurch die Explosionsgefahr vermindert wird.

Vorzugswaise wird in dem Verfahren ein Förderbandanlaßofen verwendet, bei dem ein Endo- oder Exogaserzeuger unmittelbar am Ofen angebracht ist. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß sich das Endo- oder Exogas leichter heiß direkt einleiten läßt, wodurch vorteilhaft Heizenergie gespart werden kann.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Einzelheiten der Erfindung werden an hand des Ausführungsbeispieles beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Förderbandanlaßofen.

Das Verfahren sieht vor, Werkstücke in einem Ofen, insbesondere in einem För derbandofen (1) unter einer Schutzgasatmosphäre, welche eine inerte Kompo nente und eine Komponente die reduzierend wirken kann enthält, anzulassen, wobei durch Einstellen des Mischungsverhältnisses der beiden Komponenten ge zielt ein Minimum der reduzierenden Komponente angenähert wird, bei welchem die Menge der reduzierenden Komponente gerade ausreicht, im Ofen vorhande nen Sauerstoff zu binden und zu gewährleisten, daß Werkstücke blank sind, wenn sie den Ofen nach dem Anlassen verlassen.

Für einen gegebenen Werkstoff oder eine Charge von Werkstücken beginnt man zunächst mit einem relativ hohen Anteil der reduzierenden Komponente der Schutzgasatmosphäre und prüft wie die Werkstücke den Ofen verfassen. Verlas sen sie den Ofen blank, so erhöht man den inerten Anteil schrittweise so lange bis die Werkstücke den Ofen nicht mehr blank verlassen. Man macht dann den letzten Erhöhungsschritt der inerten Komponente rückgängig und erhält damit ein Mischungsverhältnis, bei welchem der Anteil der reduzierenden Komponente der Schutzgasatmosphäre minimiert ist und gleichzeitig die Werkstücke den Ofen noch blank verlassen.

Ebenso gut kann man mit einem geringen Anteil der reduzierenden Komponente beginnen und diesen schrittweise erhöhen bis die Werkstücke blank sind, wenn sie den Ofen nach dem Anlassen verlassen. Die reduzierende Komponente des Schutzgases wird ganz oder überwiegend aus einem Endogas oder einem Exo gas erzeugt. Als inerter Anteil wird kostengünstig Stickstoff verwendet.

Endogas oder Exogas läßt sich kostengünstig aus Erdgas gewinnen. Durch Va riation des Sauerstoffgehaltes beim Umsetzen des Erdgases läßt sich wahlweise, je nachdem ob die Umsetzung exo- oder endotherm erfolgt, Exo- oder Endogas gewinnen und dadurch Einfluß nehmen auf den Gehalt von Kohlenmonoxid und den Gehalt von Wasserstoff des reduzierenden Anteils. Dadurch kann in einem zweiten Optimierungsschritt die Konzentration der einzelnen Bestandteile der re duzierenden Komponente gezielt verändert werden, so daß die Explosionsgefahr weiter reduziert wird und die Werkstücke zugleich nach dem Anlassen blank sind. Wie hierzu nachfolgend erläutert wird, ist es aufgrund der Eigenschaften von Kohlenmonoxid und Wasserstoff vorteilhaft bei niederen Temperaturen einen hö heren Kohlenmonoxidgehalt und bei höheren Temperaturen einen höheren Was serstoffgehalt vorzusehen.

Die reduzierenden Bestandteile Kohlenmonoxid und Wasserstoff haben bei un terschiedlichen Temperaturen verschiedene Reduktionseigenschaften.

Im unteren Temperaturbereich bis ca. 810°C besitzt Kohlenmonoxid eine stärker reduzierende Wirkung als Wasserstoff. Oberhalb von 810°C verschlechtert sich die reduzierende Wirkung des Kohlenmonoxids und die des Wasserstoffs ver bessert sich.

Schutzgase auf Wasserstoffbasis neigen auf Grund der höheren Zündgeschwin digkeit des Wasserstoffs in Gas/Luftgemischen stärker zu einer schlagartigen Verbrennung als Schutzgase auf CO-Basis ("Knallgas").

Die untere Zündgrenze für Wasserstoff/Luftgemisch liegt für Wasserstoff bei ei nem wesentlich niedrigeren Anteil als bei CO. So können höhere Anteile von CO als H₂ Schutzgas beigegeben werden, ohne daß es in den Zündbereich fällt.

Aus diesen Erkenntnissen kann man schlußfolgern, daß für das Schutzgasblank anlassen bei niedrigen Temperaturen besonders CO-haltige Gase geeignet sind.

Die Ergebnisse eines Versuchsprogrammes zum beschriebenen Verfahren sind aus den Tabellen 1 und 2 zu entnehmen.

Für die Versuche zum Schutzgasanlassen kamen Plättchen 55 × 15 × 1,2 mm aus 50 CrV4 zum Einsatz. Je Versuchsvariante standen zehn Proben zur Verfügung. Vor dem Anlassen wurde die Proben gehärtet.

Die Versuche wurde in dem in Fig. 1 gezeigten Förderbandanlaßofen 1 mit gas dichtem Glühkanal 3 im kontinuierlichen Betrieb durchgeführt. Der Ofen ist mit ei nem aufgesetzten Schutzgaserzeuger 12 ausgerüstet. Das beschriebene Verfah ren ist jedoch auch bei anderen Öfen durchführbar.

Das Schutzgasgemisch Wasserstoff/Stickstoff wurde aus Flaschenbatterien ent nommen. Der Taupunkt für dieses Gas kann mit kleiner -65°C angenommen wer den. Der integrierte separat beheizte Schutzgaserzeuger erzeugt aus Propan/Luft im Volumenverhältnis von ca. 1 : 7,3 ein Schutzgas mit der Zusammensetzung Endogas und Stickstoff. Das Endogas hatte eine Zusammensetzung von ca. 23,5% CO, ca. 0,5% CO₂, ca. 31,5% H₂ + H₂O, ca. 0,02% CH₄ und Rest N₂. Der Taupunkt betrug ca. +4°C.

Für die Beurteilung und Messung der Oxidschicht nach dem Anlassen wurden die Proben einseitig vor dem Anlassen mit 600er Schleifpapier metallisch blank ge schliffen. Zur Gewinnung von Erkenntnissen über das Reduktionsverhalten der verschiedenen Gaszusammensetzungen wurden zu jeder Versuchsvariante oxi dierte gehärtete Proben mit einer kornblumenblauen Färbung beigefügt. Die Oxi dierung der gehärteten Proben erfolgte unter Luftsauerstoff bei 350°C.

Auf Anlaßversuche ohne Schutzgas wurde verzichtet, da ein Blankanlassen in dem vorgegebenen Temperaturbereich nicht zu erwarten war. Als Basis dienten deshalb unter reinem Stickstoff durchgeführte Versuche.

Die Versuchsergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 zusammengestellt. Folgen de Kriterien werden für die Auswertung der Versuchsergebnisse der verschiede nen Schutzgase herangezogen:

Stickstoff

- Temperatureinfluß

Wasserstoff/Stickstoff

- Temperaturabhängigkeit
- H₂-Konzentration

Endogas/Stickstoff

- Temperaturabhängigkeit
- Endogaskonzentration

Schutzgaszusammensetzung

- N₂; H₂/N₂ Endogas N₂

Neben der Anlaßfarbenbeurteilung der Proben wurden die Reduktionszustände der vorher oxidierten Proben beurteilt.

Bei der Bewertung der Schutzgase auf ihre reduzierenden Bestandteile muß man berücksichtigen, daß 100% Endogas nur ca. 50-55% CO + H₂ enthält.

Anlaßversuche unter reinem Stickstoff

Die Anlaßversuche mit reinem Stickstoff haben erwartungsgemäß ergeben, daß die Oxidation nicht verhindert werden kann, jedoch hinsichtlich der Intensität we sentlich verzögert wird. So wird ein grauer Oxidbelag, wie er unter Lufteinfluß bei ca. 300°C beobachtet wird, bei einer Behandlung unter Stickstoff erst bei 550-700°C festgestellt.

Anlaßversuche unter Wasserstoff und Stickstoff

Die Oxidation und Reduktion ist temperatur- und konzentrationsabhängig. Bei ei nem H₂-Gehalt von 5% wird bis zu einer Temperatur von 400°C ebenso wie bei einem H₂-Gehalt bis 15% und 300°C eine Verfärbung der Oberfläche festgestellt. Für erste Reduktionsmerkmale ist bei einem H₂-Gehalt von 5% eine Temperatur von 550°C erforderlich. Den gleichen Effekt erreicht man bei 300°C und 100% H₂ sowie 350°C und 40% H₂.

Der Taupunkt lag bei allen Versuchen unter -30°C. Der Sauerstoffgehalt in der Schutzgasatmosphäre nimmt mit steigendem Anteil von Wasserstoff bei 300°C und mit steigender Temperatur bei 5% Wasserstoff ab. Wobei diese Erschei nung oberhalb von 350°C und 15% Wasserstoff nicht mehr so ausgeprägt ist.

Anlaßversuche unter Endogas und Stickstoff

Der Unterschied gegenüber der Schutzgasvariante H₂/N₂ besteht darin, daß schon bei 10% Endogas keine Verfärbung der Teile unabhängig, von der Be handlungstemperatur beobachtet wird. Bis zur Anlaßtemperatur von 350°C konn ten keine Reduktionserscheinungen festgestellt werden. Beachtenswert ist, daß ab 450°C schon bei 10% Endogas eine Reduktion beginnt. Gleichermaßen wur de festgestellt, daß ein gewisser N₂-Anteil den Taupunkt (Tp) senkt und somit die Reduktionsbereitschaft anhebt. So wurde bei 400°C und 100% Endogas (Tp + 7°C) eine geringere Reduktion der oxidierten Proben festgestellt als bei 400°C und 40% Endogas (Tp - 20°C). Damit ergibt sich, daß für ein Blankanlassen dem Endogas erhebliche Mengen Stickstoff mit niedrigem Taupunkt zugesetzt werden können, ohne daß die Reduktion negativ beeinflußt wird. Ab 500°C ist es mög lich, unter idealen Bedingungen mit 10% Endogas zum N₂ metallisch blanke Oberflächen beizubehalten und oxidierte Teile wieder zu reduzieren.

Schutzgaszusammensetzung

Die Schutzgasvarianten Wasserstoff/Stickstoff und Endogas/Stickstoff zeigen ähnliche Eigenschaften. Das Verhalten ergibt sich daraus, daß bei beiden Vari anten in überwiegendem Maß Wasserstoff enthalten ist. Aus diesem Grund über lagern sich die Eigenschaften von CO und H₂. Die aus der Literatur bekannte Ei genschaft, daß CO im Temperaturbereich bis ca. 810°C ein stärkeres Redukti onsbestreben als H₂ hat, kommt bei Endogas aus CH₄ oder C₃H₈ nicht so ausge prägt zum Ausdruck. Bei Schutzgasen mit höheren CO-Gehalten im Verhältnis zu H₂ diese Erscheinung stärker hervortreten. Trotzdem kann man aus den Ver suchen erkennen, daß Schutzgas aus Endogas im Gegensatz zu H₂/N₂-Gemischen auch bei 5% reduzierend wirkenden Bestandteilen schon ein Blankanlassen zuläßt. Bei dem Schutzgasgemisch aus Endogas/N₂ wirkt der Stickstoff mit seinem niedrigen Taupunkt förderlich auf das Blankanlassen und die Reduktion.

Zusammenfassung der Versuchsergebnisse und Ausblick

Die Untersuchungen haben gezeigt, daß ein Schutzgasblankanlassen mit H₂/N₂-Gemischen als auch mit Gasgemischen aus CO, H₂ und N₂ möglich ist. Die Versuche wurden in einem gasdichten Stahlretortenofen mit ideal trockenen Tei len durchgeführt. In der Praxis sind Teile nach dem Waschen mit Restfeuchtigkeit behaftet. Diese Restfeuchte beeinträchtigt besonders das H₂/H₂O Verhältnis und verschlechtert somit das Blankanlaßergebnis bei Gasen aus H₂/N₂. Bei Schutzga sen aus CO/N₂ scheint das nicht so problematisch zu sein, da es möglich ist, auch mit Endogas/N₂-Gemischen mit einem etwas höheren Taupunkt blanke Oberflächen zu erhalten. Zur Erzielung blanker Oberflächen wird bei reinen H₂/N₂-Gemischen ein höherer brennbarer Anteil benötigt als bei CO-haltigen Schutzgasen. Auf Grund des günstiger reduzierend wirkenden Bestandteiles CO bei Gasgemischen aus Endogas und Stickstoff werden schon bei 5% CO + H₂ blanke Oberflächen erreicht. Der dem Endogas zugegebene Stickstoff wirkt auf das Gasgemisch trocknend und vermindert somit eine Oxidation. Der für das Blankanlassen mit Endogas/N₂ geringere benötigte Anteil an brennbaren Be standteilen macht das Schutzgas explosionssicherer.

Eine Steigerung des CO-Gehaltes bei gleichzeitiger Verminderung des H₂-Gehaltes im Schutzgas müßten die besseren Reduktionseigenschaften des CO im unteren Temperaturbereich noch stärker hervorheben und die Sicherheit des Schutzgases gegen schlagartige Verbrennung erhöhen. Die dazu benötigten Endogase können durch Zugabe von CO₂ zum Gasspaltungsprozeß erreicht wer den. Mit 5% CO/95% N₂ sind demnach bessere Reduktionseigenschaften zu er warten als mit 5% H₂ und 95% N₂.

Der in Fig. 1 gezeigte Förderbandanlaßofen 1 zur Verwendung in dem beschrie benen Verfahren weist einen von einem wärmeisolierenden Ofengehäuse 2 um gebenen Glühkanal 3 auf durch den das Obertrum 4 eines endlosen angetriebe nen Förderbandes 5 hindurchläuft, dessen Untertrum 6 unterhalb des Gehäuses 3 zurückgeführt wird. Der Glühkanal 3 dieses Förderbandanlaßofens 1 ist durch Strömungshindernisse 7 in Abschnitte unterteilt. Diese Strömungshindernisse 7 sind als Bleche ausgebildet, welche nach Art von Blenden den lichten Quer schnitt des Glühkanals 3 stellenweise verengen. Durch diese Strömungshinder nisse 7 wird erreicht, daß die Auswirkungen einer Verpuffung auf einen solchen Abschnitt des Glühkanals 3 begrenzt bleiben. Jeder Abschnitt des Glühkanals 3 weist eine permanent wirksame Zündquelle 8 in Form einer Glühkerze auf. Diese Zündquellen 8 gewährleisten, daß Sauerstoff umgesetzt wird, bevor er eine ge fährliche Konzentration erreicht.

Jeder Abschnitt des Glühkanals 3 weist außerdem einen Sauerstoffsensor 9 auf. Diese Sauerstoffsensoren dienen zum einen dazu, ein eventuelles Leck im Ofen frühzeitig zu erkennen und zum anderen dazu den Anteil der reduzierenden Kom ponente, so zu regeln, daß sich die Schutzgasatmosphäre stets nahe an der Oxi dationsgrenze befindet.

Die Eintrittsöffnung des Glühkanals 3 weist Mittel 10 zum Erzeugen eines Flam menschleiers auf. Hierfür ist ein Zündbrenner mit einer stetig brennenden Gas flamme vorgesehen. Ein solcher Zündbrenner ist auch an der Austrittsöffnung des Glühkanals 3 vorhanden. Jedem Abschnitt des Glühkanals 3 ist eine Gasum wälzeinrichtung 11 zugeordnet, wodurch eine gleichmäßige durch Mischung der inerten Komponente und der reduzierenden Komponente gewährleistet wird. Am Ofen ist ein Endo- oder Exogaserzeuger 12 angebracht, durch welchen diese Ga se durch Gaseinlaßöffnungen 13, 14 heiß in den Ofen eingeleitet werden. Ther moelemente 15 dienen zur Messung der Temperatur des Glühkanals.

Claims

1. Verfahren zum Anlassen von Werkstücken in einem Ofen, insbesondere in einem Förderbandofen (1), unter einer Schutzgasatmosphäre, welche eine inerte Kompo nente und eine Komponente enthält, die reduzierend wirken kann, wobei der Sauer stoffpartialdruck gemessen wird und durch Einstellen des Mischungsverhältnisses der beiden Komponenten gezielt ein Minimum des Anteils der reduzierenden Kom ponente angenähert wird, bei welchem die Menge der reduzierenden Komponente gerade ausreicht, im Ofen vorhandenen Sauerstoff zu binden und eventuelle Oxide auf der Oberfläche der Werkstücke zu reduzieren, dadurch gekennzeichnet, daß mit Erreichen eines vorgegebenen oberen Grenzwertes des Sauerstoffpartialdruc kes die Zufuhr der reduzierenden Komponente unterbrochen und der Ofen nur noch mit der inerten Komponente gespült wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als inerter Anteil Stick stoff oder überwiegend Stickstoff verwendet wird.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die reduzierende Komponente Kohlenmonoxid, oder überwiegend Kohlenmon oxid enthält.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die reduzierende Komponente Wasserstoff enthält.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die reduzierende Komponente des Schutzgases ganz oder überwiegend aus ei nem Endogas erzeugt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Endogas aus Erd gas erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der reduzierende Anteil des Schutzgases ganz oder überwiegend aus einem Exogas erzeugt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Exogas aus Erdgas erzeugt wird.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die Konzentration der einzelnen Bestandteile der reduzierenden Komponente unterhalb der Grenze ihrer Zündfähigkeit in Luft gehalten wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenmon oxid-Gehalt auf weniger als 12,5 Vol.-% beschränkt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoff- Gehalt auf weniger als 5 Vol.-% beschränkt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentrati on der reduzierenden Komponente insgesamt auf weniger als 5 Vol.-% be schränkt wird.

13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß das Mischungsverhältnis von verschiedenen Bestandteilen der redu zierenden Komponente derart eingestellt wird, daß man sich gezielt einem Mi nimum annähert, bei welchem die Werkstücke nach dem Anlassen blank sind und zugleich die Explosionsgefahr minimiert ist.

14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß vorzugsweise nach dem Einstellen eines Minimums der reduzieren den Komponente der Sauerstoffpartialdruck in der Schutzgasatmosphäre ge messen und geregelt wird, um mit zunehmendem Sauerstoffpartialdruck den Anteil der reduzierenden Komponente des Schutzgases im Ofen entspre chend zu erhöhen und/oder ihren Durchsatz durch den Ofen zu erhöhen.

15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß der Grenzwert zu 1 Vol.-% vorgegeben wird.

16. Verfähren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß im schutzgasführenden Ofeninnenraum mindestens eine permanent wirksame Zündquelle verwendet wird, z. B. eine oder mehrere Glühkerzen.

17. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die Bestandteile des Schutzgases heiß, vorzugsweise mit einer Temperatur über 750°C, in den Ofen eingeleitet werden.

18. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche auf ein Anlassen bei Temperaturen unterhalb von 750°C.

19. Förderbandanlaßofen zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, welcher in einem wärmeisolierenden Gehäuse (2) einen Glühkanal (3) mit einem Sauerstoffsensor (9) aufweist, durch den das Ober trum (4) eines endlosen, angetriebenen Förderbandes (5) hindurchläuft, des sen Untertrum (6) unterhalb des Gehäuses (2) zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühkanal (3) durch Strömungshindernisse (7) in Abschnitte unterteilt ist und jeder Abschnitt des Glühkanals (3) eine perma nent wirksame Zündquelle (8) aufweist.

20. Förderbandanlaßofen nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungshindernisse (7) Bleche sind, welche nach Art von Blenden den lich ten Querschnitt des Glühkanals (3) stellenweise verengen.

21. Förderbandanlaßofen nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die permanent wirksame Zündquelle (8) eine Glühkerze ist.

22. Förderbandanlaßofen nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch ge kennzeichnet, daß jeder Abschnitt des Glühkanals (3) einen Sauerstoffsen sor (9) aufweist.

23. Förderbandanlaßofen nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch ge kennzeichnet, daß jeder Abschnitt des Glühkanals (3) über verschließbare Gasentnahmerohrleitungen mit einem gemeinsamen Sauerstoffsensor (9) in Verbindung stehen.

24. Förderbandanlaßofen nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch ge kennzeichnet, daß der Ofen (1) an der Eintrittsöffnung des Glühkanals (3) Mittel (10) zum Erzeugen eines Flammenschleiers aufweist.

25. Förderbandofen nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekenn zeichnet, daß der Ofen an der Austrittsöffnung des Glühkanals Mittel (10) zum Erzeugen eines Flammenschleiers aufweist.

26. Förderbandofen nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekenn zeichnet, daß jedem Abschnitt eine Gasumwälzeinrichtung (11) zugeordnet ist.

27. Förderbandofen nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Endo- oder Exogaserzeuger (12) unmittelbar am Ofen (1) angebracht ist.