DE10054765A1

DE10054765A1 - Wärmebehandlungsofen mit Tiefkühlsystem

Info

Publication number: DE10054765A1
Application number: DE2000154765
Authority: DE
Inventors: Jens Mirschinka; Klaus Bleier; Franz Walser
Original assignee: ALD AICHELIN GmbH; Haerterei Wittmann & Co GmbH; Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Ald Aichelin Gesmbh Moedling At; H?rterei Wittmann & Co 73066 Uhingen De GmbH; Air Liquide Deutschland GmbH
Priority date: 2000-11-04
Filing date: 2000-11-04
Publication date: 2002-05-16
Also published as: WO2002036835A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmebehandlungsofen und ein Wärmebehandlungsverfahren für Werkstücke aus Stahl, bei welchen die in einem Behandlungsraum (4) des Wärmebehandlungsofens thermisch oder thermochemisch behandelten Werkstücke zusätzlich mittels eines inerten Flüssiggases in einem Temperaturbereich von minus 60 bis 120 DEG C tiefgekühlt werden. DOLLAR A Der erfindungsgemäße Wärmebehandlungsofen gewährleistet eine zusätzliche kostengünstige Tiefkühlung von thermisch oder thermochemisch vorbehandelten Stahlwerkstücken.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmebehandlungsofen und ein Wärmebehandlungs verfahren für Werkstücke aus Stahl nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und 8.

Derartige bekannte Wärmebehandlungsöfen finden bisher ausschließlich zum Glühen, Anlassen und zum Nitrieren von Stahlwerkstücken Verwendung. Dazu wird das Behandlungsgut in den Behandlungsraum des in elektrobeheizter Ausführung und mit einer herkömmlichen Meß-, Steuer- und Regelanlage betriebenen sowie mit einer herkömmlichen Begasungs-, Entlüftungs- und Sicherheitstechnik ausgerüsteten Wärmebehandlungsofen mittels einer elektro-mechanischen Beschickungseinrich tung durch eine stirnseitige Öffnung eingebracht. Das in dem als Retorte, Topf oder Kammer ausgebildeten Behandlungsraum vorliegende Behandlungsgut wird bei Temperaturen von bis zu 1000°C geglüht oder in einem Temperaturbereich von 100 bis 700°C durch ein sogenanntes Anlassen weiter veredelt. Bei einem aufgrund besonders hoher Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit von Stahlwerkstücken zusätzlich erforderlichen, in einem Temperaturbereich von 400 bis 700°C erfolgenden Nitrieren, wird das in dem Behandlungsraum befindliche Behandlungsgut mit stickstoffhaltigem Gas, beispielsweise mit Ammoniak (NH₃), mittels einer zweckentsprechend ausgebildeten und angeordneten Begasungseinrichtung begast, abgekühlt und bei Raumtemperatur über die stirnseitige Öffnung des Behandlungsraumes dem Wärmebehandlungsofen maschinell entnommen. Das Begasungsmedium wird über eine übliche Entlüftungs-einrichtung aus dem Behandlungsraum abgeführt.

Ein zur Senkung des Restaustenitgehaltes zur Verbesserung der Maßhaltigkeit von Stahlwerkstücken zusätzlich erforderliches Tiefkühlen des Behandlungsgutes mit ca. minus 196°C kaltem Flüssigstickstoff, erfolgt bisher in einer separaten und, damit zusätzlichen Platzbedarf benötigenden und Mehrkosten verursachenden Tiefkühleinrichtung, wie beispielsweise in einer Tiefkühltruhe vom Typ CK 100 der Fa. Messer Griesheim GmbH, Frankfurt (Main).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein auch zum kostengünstigen Tiefkühlen von Stahlwerkstoffen geeigneten Wärmebehandlungsofen und Wärme behandlungsverfahren zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch einen Wärmebehandlungsofen und ein Wärmebehand lungsverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und 8 gelöst.

Der erfindungsgemäße, mit herkömmlicher Meß-, Steuer- und Regeltechnik ausgerüstete Wärmebehandlungsofen besteht aus einem feuerfesten Ofengehäuse mit einem das Wärmgut aufnehmenden und bevorzugt als Retorte ausgebildeten Behandlungsraum. Der mit einer herkömmlichen Begasungs-, Entlüftungs- und Sicherheitseinrichtung ausgerüstete Behandlungsraum weist zudem eine verschließbare, stirnseitige Beschickungsöffnung und an seiner oberen und unteren Längsseite angeordnete Gasleitelemente in Form von Muffeln sowie mindestens einen an der Innenseite der Beschickungsöffnung gegenüberliegenden Wandstirnseite angeordneten Umwälzer in Form eines Ventilators auf, welcher mittels eines an der hinteren Aussenwand des Ofengehäuses angeordneten Motors angetrieben wird.

Das zum Tiefkühlen eingesetzte Flüssiggas, vorzugsweise Flüssigstickstoff (LIN), wird aus einem vakuumisolierten Kryobehälter durch das geöffnete Magnetventil einer wärmeisolierten Flüssiggasleitung über eine in den Behandlungsraum einmündenden und vorzugsweise mit einem Düsensystem ausgebildeten Injektionslanze in den Behandlungsraum eingebracht.

Durch gezielte Dosierung der in dem Behandlungsraum eingebrachten Flüssiggas menge wird die Werkstückcharge zur Restaustenitumwandlung auf ca. minus 60 bis minus 120°C abgekühlt und das gebildete gasförmige Medium als Spülgas über eine mit einem Ventil versehene Gasleitung aus dem Behandlungsraum in den Ofenheizraum eingeleitet.

Die mittels indirekter Heizung auf Raumtemperatur erwärmten Stahlwerkstücke werden nunmehr aus dem Behandlungsraum entnommen oder nach einer weiteren Erwärmung auf bis zu 700°C, einer zusätzlichen Anlaßbehandlung zur Verbesserung ihrer Festig- und Zähigkeit unterzogen.

Es hat sich als besonders günstig erwiesen, daß das bei der Tiefkühlung des Behandlungsgutes in dem Behandlungsraum anfallende Inertgas zum Ausspülen der im Ofenraum befindlichen, feuchten Luft Verwendung findet. Dazu wird das Inertgas aus dem Behandlungsraum über mindestens eine mit mindestens einem Ventil versehene Gasleitung in den zwischen dem Behandlungsraum und dem Ofengehäuse befindlichen Ofenheizraum eingespeist.

Des Weiteren ist der erfindungsgemäße Wärmebehandlungsofen zur Kühlung der Dichtung der Tür der Beschickungsöffnung des Behandlungsraumes und des an der gegenüberliegenden Raumwand angeordneten, bevorzugt aus einem mittels Motor angetriebenen Ventilator bestehenden Umwälzaggregat, mit einem Wärmeträger system versehen.

Für das Tiefkühlen des in den Behandlungsraum eingebrachten Behandlungsgutes ist besonders ein inertes Flüssiggas, wie beispielsweise Flüssigstickstoff mit einem Siedepunkt von minus 196°C, geeignet.

Der erfindungsgemäße, bevorzugt als Kammer-, Glüh- und Anlaßofen mit Retorte ausgebildete und indirekt, bevorzugt elektrisch beheizte und mit einer herkömmlichen Meß,- Steuer und Regeleinrichtung versehene Wärmebehandlungsofen ermöglicht eine vorprogrammierbare, elektronisch geregelte, variable Prozessführung entsprechend den jeweiligen Erfordernissen.

Dieser Wärmebehandlungsofen ermöglicht sowohl eine thermische oder thermo chemische Behandlung als auch ein Tiefkühlen von in dem Behandlungsraum vorliegenden Stahlwerkstücken in der technologisch erforderlichen Reihenfolge in variablen Zeitintervallen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die einzige Figur (Fig. 1) der Zeichnung zeigt in schematischer Schnittdarstellung den Aufbau eines erfindungsgemäßen, mit einer herkömmlicher Meß-, Steuer- und Regeleinrichtung ausgerüsteten Wärmebehandlungsofen mit einem feuerfesten Ofengehäuse 1, in dessen mit einer Heizung 2 ausgerüsteten Ofenheizraum 3 ein das Behandlungsgut aufnehmender Behandlungsraum 4 angeordnet ist. Der nur teilweise und ohne herkömmliche Begasungs-, Entlüftungs- und Sicherheitstechnik dargestellte Behandlungsraum 4 in Form einer Retorte aus Stahl, weist eine - ebenfalls nicht dargestellte - verschließbare, stirnseitige Beschickungsöffnung auf, durch welche die zu behandelnde Werkstückcharge mittels einer elektromecha-nischen Beschickungseinrichtung in den Behandlungsraum 4 eingebracht wird. Der Behandlungsraum 4 ist des Weiteren mit oberen und unteren Gasleitelementen in Form von Muffeln 5 aus Blech und mit einem, an einer der Beschickungsöffnung gegenüberliegenden Stirnwand angeordneten Umwälzer 6 in Form eines Ventilators, welcher mittels eines an der Außenrückwand des Ofengehäuses 1 angeordneten Motors 7 betrieben wird, ausgerüstet. Zum Tiefkühlen der im Behandlungsraum 4 eingebrachten und bereits thermisch oder thermochemischen behandelten Werkstückcharge wird ein etwa minus 196°C kaltes inertes Flüssiggas, bevorzugt Flüssigstickstoff, unter einem Druck von bis zu 10 bar in einer variablen Mengengröße von etwa 0,2 bis 0,5 Kilogramm/Kilogramm Behandlungsgut über eine mit einem Ventil 8 ausgerüstete und mit einem Flüssiggas-Lagerbehälter 10 und mit einer in den Behandlungsraum 4 einmündenden Injektionslanze 11 mit Düsensystem verbundenen, wärmeisolierten Flüssiggas-Leitung 9 eingebracht.

Bei dem nunmehr in dem Behandlungsraum 4 in einem Zeitraum von 0,5 bis 3,0 Stunden in einem Temperaturbereich von minus 60°C bis minus 120°C unter Atmosphärendruck durchgeführten Tiefkühlen von Stahlwerkstücken verdampft flüssiger Stickstoff und erwärmt sich auf ca. minus 140°C, wodurch gasförmiger Stickstoff erzeugt wird, welcher zum Ausspülen der in dem Ofenraumheizraum 3 befindlichen, feuchten Luft über ein geöffnetes Ventil 12 einer Gasleitung 13 in den Ofenheizraum 3 eingeleitet oder einer anderweitigen Verwendung zugeführt wird.

Bezugszeichenliste

1

Ofengehäuse

2

Heizung

3

Ofenheizraum

4

Behandlungsraum (Retorte)

5

Muffel

6

Umwälzer (Ventilator)

7

Motor

8

Ventil

9

Flüssiggasleitung

10

Flüssiggas-Lagerbehälter

11

Injektionslanze

12

Ventil

13

Gasleitung

Claims

1. Wärmebehandlungsofen für Werkstücke aus Stahl, enthaltend ein Ofengehäuse (1), in dessen Ofenheizraum (3) ein das Behandlungsgut aufnehmender Behandlungsraum (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsraum (4) mit einem Tiefkühlsystem verbunden ist.

2. Wärmebehandlungsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefkühlsystem aus mindestens einem Flüssiggas-Lagerbehälter (10), welcher über mindestens eine Flüssiggasleitung (9) mit mindestens einer in den Behandlungsraum (4) einmündenden Injektionslanze (11) verbunden ist und mindestens einer den Behandlungsraum (4) mit dem Ofenheizraum (3) verbindenden Gasleitung (13) besteht.

3. Wärmebehandlungsofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bevorzugt als Stahlretorte mit einer Begasungs-, Entlüftungs- und Sicherheitseinrichtung ausgerüstete Behandlungsraum (4) eine verschließbare stirnseitige Beschickungsöffnung, Gasleitelemente (5) und mindestens einen Umwälzer (6) aufweist.

4. Wärmebehandlungsofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionslanze (11) bevorzugt ein Düsensystem aufweist.

5. Wärmebehandlungsofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der, bevorzugt aus einem mittels Motors (7) angetriebenen Ventilator bestehende Umwälzer (6) an der Innenseite einer der Beschickungsöffnung gegenüber liegenden Stirnwand des Behandlungsraumes (4) angeordnet ist.

6. Wärmebehandlungsofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeisolierte Flüssiggasleitung (9) und die Gasleitung (13) jeweils mit mindestens einem Ventil (8, 12) ausgerüstet sind.

7. Wärmebehandlungsofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung der Türdichtung des Behandlungsraumes (4) und des Umwälzers (6) ein Wärmeträgersystem vorgesehen ist.

8. Verfahren zur Wärmebehandlung von Werkstücken aus Stahl mit Hilfe der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem die Werkstücke in einem Behandlungsraum (4) eines Wärmebehandlungsofens thermisch oder thermochemisch behandelt und gekühlt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke in dem Behandlungsraum (4) mit einem inerten Flüssiggas, vorzugsweise mit Flüssigstickstoff (LIN), gekühlt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische oder thermochemische Behandlung und die Tiefkühlung der Werkstücke in dem Behandlungsraum (4) in variabler Reihenfolge in unterschiedlichen Zeitintervallen durchgeführt werden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mittels Flüssiggas in einem Zeitraum von 0,5 bis 3,0 Stunden erfolgende Tiefkühlen der Werkstücke in dem Behandlungsraum (4) in einem Temperaturbereich von minus 60 bis minus 120°C erfolgt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Tiefkühlen der Werkstücke das Flüssiggas über mindestens eine mit mindestens einem Flüssiggas-Lagerbehälter (10) und mindestens einer Injektionslanze (11) verbundenen und mit mindestens einem Ventil (8) ausgerüsteten Flüssiggasleitung (9) in den Behandlungsraum (4) des Wärmebehandlungsofens eingedüst wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das beim Tiefkühlen der Werkstücke in dem Behandlungsraum (4) gebildete Gas vorzugsweise zum Ausspülen der in einem den Behandlungsraum (4) umgebenden Ofenheizraum (3) befindlichen, feuchten Luft Verwendung findet.