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Verfahren und Anlage zum Entkohlen und Entsticken von Stahlblechen
in feuchter Wasserstoffatmosphäre Verfahren und Anla-e zum Entkohlen und Entsticken
von Stahlblechen in feuchter Wasserstoffatmosphäre.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entkohlen
und Entsticken von Stahlblechen in feuchter Wasserstoffatmosphäre durch Glühen von
locker, mit Abständen zwischen jeder einzelnen Windung gewickelten Blech- oder Bandbunden
in Haubenglühöfen, in denen sie nacheinander in einer Schutzgasatmosphäre aufgeheizt,
während. der Dauerglühperiode in feuchter Wasserstoffatmosphäre gehalten und nach
Aufsetzen der Kühlhauben in einer Schutzgasatmosphäre gekühlt werden.
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Die Möglichkeit, Stahlblech durch Glühen in feuchter Wasserstoffatmosphäre
Kohlenstoff und Stickstoff zu entziehen, ist seit längerem bekannt. Man weiß auch
bereits, daß ein Blech aus unberuhigtem Stahl durch Entzug der letzten Spuren von
Kohlenstoff und Stickstoff alterungsunempfindlich gemacht werden kann.
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Trotz des großen Interesses der Feinblechindustrie an einem solchen
Verfahren konnte jedoch bisher eine technische Verwirklichung desselben noch nicht
durchgeführt werden, da die Kosten des Entkohlungs-und Entstickungsglühens derart
hoch sind, daß sich ein gegenüber dem Handelswert von gutem Tiefziehblech unzumutbarer
Preis ergeben würde. Ab-(Yesehen vom hohen Bedarf an Wasserstoffgas, der für die
Entkohlung und Entstickung notwendig ist, muß hierbei auch in Rechnung gestellt
werden, daß die Durchlaufglühöfen, die - um die Reaktion zwischen Wasserstoff
und Blechoberfläche sicherzustellen - an die Stelle von Haubenglühöfen treten
müßten, eine sehr kleine Fertigungskapazität haben; diese geringe Fertigungskapazität
beruht auf der Tatsache, daß die Reaktionen zwischen der Blechoberfläche und dem
Wasserstoffgas sehr langsam ablaufen, so daß die Bleche während vieler Stunden dem
Einfluß des Wasserstoffgases ausgesetzt sein müssen. Mit diesen bekannten Mitteln
ergeben sich demnach für das beschriebene Glühen von Stahlblechen so hohe industrielle.
Gestehungskosten, daß ihre industrielle Anwendung praktisch nicht in Betracht gezogen
werden kann.
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Durch die Verwendung von Haubenglühöfen für das Glühen von locker,
mit Abstand zwischen den einzelnen Windungen gewickelten Blech- oder Bandbunden,
wie sie in der kanadischen Patentschrift 630 352 von W i 1 s o n und
C o r n s beschrieben wird, ist das Interesse der Feinblechindustrie am Entkohlungs-
und Entstickungsglühen erst kürzlich erneut erweckt worden. Durch diese Verwendung
von Haubenglühöfen ist es möglich geworden, sich von den durch die Durchlaufglühöfen
bedingten Beschränkuneen zu befreien. Für dieses neuartige Glühen ist eine Methode
entwickelt worden, die Blechwickel mit Abständen zwischen jeder Wicklung so genau
aufzurollen erlaubt, daß das im Haubenglühofen =gewälzte. Gas zwischen den einzelnen
Windungen des Blech- oder Bundwickels durchstreichen kann, wodurch eine ausreichende
Wechselwirkuno, zwischen der derart locker -ewickelten C bl Blechoberfläche
und dem daran vorbe-istreichenden Gas zustande kommt.
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Die bei diesem bekanntgewordenen Verfahren zur Anwendung kommenden
Haubenglühöfen weichen in ihrer konstruktiven und baulichen Ausbildung von den bekannten
Haubenglühöfen zum Glühen von dicht Windung an Windung anliegend gewickelten Bunden
nur sehr wenig ab, und sie sind, wie diese bekannten Haubenöfen mit einem Herd,
mit einem System für die interne Umwälzung der Ofenatmosphäre durch Ventilatoren
ausgestattet; von den üblichen Haubenglühöfen unterscheiden sie sich praktisch nur
durch ihre Dimensionen und einige, die Gasdichtigkeit der Verbindungen betreffenden
konstruktiven Einzelheiten.
Im Prinzip er,-eben sich bei der Verwendung
derartiger Haubenöfen für das Entkohlungs- und Entstickungsglühen drei verschiedene
Verfahrensabschnitte: 1. eine Periode der Aufwärmung oder Aufheizung C in
einer neutralen Schutzgasatmosphäre, z. B. Monogas 11 oder Monogas III, 2.
eine Periode des Dauerglühens bei einer konstanten Ofentemperatur während der gesamten
Periode in einer feuchten Wasserstoffatmosphäre und 3. eine Periode der Abkühlung
in einer Atmosphäre von trockenem Schutzgas, Monogas 11
oder Monogas
111 od. dgl.
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Werden die Haubenglühöfen gemäß diesem neuen Verfahren auf diese Weise
ausgenutzt, bekommt man nichtalternde Stahlbleche. Dieser Erfol- wird aber nur dadurch
erzielt, daß die Zeitdauer des Dauerglühens in feuchtem - Wasserstoffgas
übermäßig verlängert wird; auch bei einem Stahl mit besonders niedrigem Stickstoffgehalt
erfordert die Entstickung Zeiträume von der Größenordnun- von 10 bis 20 Stunden.
Es ist klar, daß dadurch die Fertigungskapazität erheblich beeinträchtigt wird und
ein erheblicher Verbrauch an Gas und Heizenergie verursacht wird. -
Der Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die
diese Nachteile nicht aufweisen und die durch den Einsatz von Haubeng glühöfen das
Entkohlungs- C und Entstickungsglühen in industriellem Maßstab ermöglichen.
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Demgemäß werden bei dem Verfahren zum Entkohlen und Entsticken von
Stahlblechen der eingangs erläuterten Art erfindungsgemäß mehrere Öfen in Reihe
-eschaltet und in -leicher Weise betrieben, und die jeweilige Ofenatmosphäre wird
ausschließ-Ech von außerhalb der Ofenreihe nacheinander durch jeden einzelnen Ofen
einer Reihe geführt.
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Diesem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die neue Erkenntnis zugrunde,
daß bei den bekannten Haubenglühöfen, wie sie für das Glühen von locker gewickelten
Bunden verwendet werden, infolge der Verwendung eines Umwälzsystenis, durch das
mittels Radialventilator (Zentrifugalventilator) die Gaszirkulation, aufrechterhalten
wird, durch mangelhaften Umlauf des feuchten Wasserstoffgases zwischen den Windungen
der Bunde die vorstehend gekennzeichneten Schwierigkeiten, die in erster Linie einer
industriellen Anwendung solcher Haubenglühöfen entgegenstehen, verursacht werden.
In einem Kreislauf mit einem Ventilator und mit locker gewickelten Bunden verhalten
sich nämlich die Geschwindigkeiten der umlaufenden Strömungsmittel ganz anders als
in einem Kreislauf mit einem Ventilator und einem beliebigen, insbesondere dicht
gewickelten Einsatz, wenn an leichtem und heißem Wasserstoffgas schweres und kaltes
Schutzgas, z. B. Monogas 11 oder Monogas HI, vorbeigeführt wird. Hierdurch
wiederum wird es außerordentlich schwierig und kostspielig, den für die schnelle
Durchführung der Entkohlung und insbesondere der Entstickung notwendigen hohen Durchsatz
an Gas zu erreichen, weil 1. es sich zwischen Windungen eines locker gewickelten
Bundes um eine laminare Strömung handelt und weil 2. der Ventilator in sehr heißem
Wasserstoffgas (etwa 700' Q arbeitet, wobei das Material des Ventilatorlaufrades
den durch auch nur gering fügige Erhöhung der Umfanggsgeschwindigkeit bedin-ten
wachsenden Belastun-en nicht standhalten könnte, wenn versucht würde, den Durchsatz
durch Erhöhuna des Arbeitsdruckes durch Erhöhunor der Umlaüfgeschwindigkeit des
Laufrades zu erhöhen.
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Andererseits ist eine theoretisch mögliche Erhöhung dieses Durchsatzes
durch Vermehrung der Arbeitsstufen des Ventilators in industriellem Maßstab nicht
durchführbar, weil hierdurch eine Verteueran- des Verfahrens bedingt ist, die in
keinem Verhältnis zum erreichten Erfolg stehen würde.
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Unter Ausnutzung dieser neuen Erkenntnis werden bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung desselben die beschriebenen
Schwierigkeiten dadurch beseitigt, daß jeder innere, durch einen Ventilator aufrechterhaltene
Gaskreislauf unterdrückt wird, indem auf den Ventilator verzichtet wird und das
Gas den Ofeneinsatz nur ein einziges Mal durchströmt; dadurch wird optimaler Gasdurchsatz
sowohl während des Dauerglühens in feuchtem Wasserstoffgas als auch während des
Anheiz- sowie Abkühlungsperiode erzielt, und gleichzeitig wird eine Vermischuno,
des beim Entkohlen und Entsticken verunreinigten Gases mit frischem Gas überhaupt
vermieden, was für die zum Entkohlen und Entsticken erforderlichen Reaktionen von
größter Wichtigkeit ist. Außerdem ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, das
bei einer technischen Verwirklichung außerordentlich schwer zu lösende Problem der
Dichtunor bei Verwendun- von heißem Wasserstoff-C C
C aas bestmöglich und
betriebssicher zu lösen: Dadurch, daß die Öfen hintereinander in Gruppen oder Serien
geschaltet sind, kann auf Absperrorgane oder Dichtungen, die mit heißem Wasserstoffgas
in Berührung kommen, zwischen den Öfen in jeder einzelnen Gruppe, verzichtet werden,
und diese werden untereinander direkt über einen Kühler verbunden. Es genügt hierbei,
am Eingang und am Ausgang einer Ofengruppe je ein Absperrorgan anzuordnen
und jeweils am Ausgang einer Ofengruppe eine einmali-e Kühluncr vorzusehen.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindun- ist es besonders vorteilhaft,
bereits vor Beendigung der Aufheizperiode an Stelle von Schutzgas trockenes oder
feuchtes Wasserstoffgas zur Anwendung zu bringen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahren
wird während der Ab-
kühlung in der Schlußphase Luft durch die Öfen ,geblasen.
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Die Erfindung betrifft auch eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens
mit Haubenöfen, deren Sockel je eine Innenhaube und eine gegen eine Kühlhaube
auswechselbare Außen- oder Heizhaube zugeordnet ist, wobei erfindungsgemäß die Haubenöfen
derart in Reihen hintereinandergeschaltet sind, daß jede wärmeisolierende Verbindungsleitung
zwischen den Öfen über einen Kühler mit einer Umweg klappe führt, wobei Absperrorgane
in den Gas- und Luftleitungen nur am Anfang und am Ende einer Ofenreihe vorgesehen
sind und sämtlichen Öfen eine Reihe außerhalb der Ofenreihe liegender Druckerzeuger
oder Druckgasbehälter zugeordnet sind.
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C C
Es wird nunmehr eine Anlaae -emäß der Erfindung
beschrieben: Im Vergleich zu bekannten Anlagen ergibt die Ausnutzuna der Anlagen
gemäß der Erfinduung wichtige. Ersparnisse.
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Es wird eine Wasserstoffersparnis erreicht, indem dieses Gas nacheinander
jeden der Ofen durchfließt. Es steht fest, daß die letzten Kohlenstoffspuren im
Blech nur durch Einwirkung eines sehr kohlenstofffreien Gases beseitigt werden,
können, dessen Bereitung besonders teuer ist. Jedoch ist es nicht notwendig, so
kohlenstoff.freie Gase am Beginn des Prozesses zu benutzen, wenn der Kohlenstoffgehalt
im Blech noch hoch ist. Die bei ihrem Durchgang durch die ersten Ofen der Ofengruppe
verunreinigten Gase sind daher in den folgenden Gruppen nicht unwirksam. Die Reinheit
der Gase wird allmählich verbessert, und endlich empfängt der letzte Ofen ein sehr
reines, für die Durchführung des Prozesses befähigtes Gas.
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Die Anlage gemäß der Erfindung eignet sich besonders gut zur Rückgewinnung
verunreinigten Wasserstoffgases, zu seiner Reinigung und zu seiner Wiedereinführung
nach einem den Gegenstand einer früheren Erfindung derselben Patentinhaberin bildenden
Verfahren.
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Eine Wärmeersparnis ergibt sich dadurch, daß die von den während der
Erhitzung und der Tränkung aus einem Ofen austretenden Gasen mitgenommenen erheblichen
Wärmemengen praktisch vollständig in den nachfolgenden Ofen wiederverwendet werden.
Ein Verlust entsteht nur bei dem letzten Ofen der Gruppe und kann noch teilweise
wiede-rgewonnen werden. Dies ermöglicht, sehr große Gasvolumina ohne übermäßige
Verluste in Umlauf zu bringen.
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Beim Anwärmen und dem Tränken ergibt sich eine Zeitersparnis infolge
der sehr großen Gasmengen, die in Umlauf gebracht werden können. & .
el Auch die Abkühlun- wird zugleich durch die großen Gasmengen und die Wirkung der
sehr großen Kühlflächen der Kühler beträchtlich beschleunigt, wozu man noch die
Abstrahlung der übrigens an sich bekannten Kühlhauben hinzurechnen kann.
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Eine bedeutende Anlagekostenersparnis folgt aus der beträchtlichen
Vereinfachung des Zubehörs und insbesondere durch Wegfall der den Luftumlauf der
Öfen bewirkenden Ventilatoren und ihrer Motoren, durch Wegfall aller Abschlußorgane
und Mengenregler außer am Eingang und am Ausgang der Ofengruppe. Es darf nicht vergessen
werden, daß das Wasserstoff,-as im Gebrauch sehr ,gefährlich ist und die Sicherheitserfordernisse
kostspielige Komplikationen mit sich bringen, damit der Umlauf der verschiedenen
Gase und die vollkommene Isolierung der -wasserstoffführenden Umlaufwege gesichert
werden" um so mehr, als die Gase aus den Ofen mit Temperaturen austreten, die
700' C erreichen und sogar überschreiten können.
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Die Anzahl der in Reihe zu schaltenden Einheiten ist einerseits dadurch
begrenzt, daß die für den Umlauf der Gase, in jedem der Öfen notwendigen Drücke
sich addieren und die Aufgabe der Fugenabdichtung stellen, und andererseits dadurch,
daß der gleichzeitige Betrieb mehrerer Öfen den gleichförmigen Beschickungs- und
Entleerungsrhythmus der Glüh- und Aufwickelanlage unterbricht. Gruppen von
vier oder fünf Einheiten mit je zwei übereinandergestellten Blechbunden sind
in dieser Hinsicht zufriedenstellend. Dies ist aber bei weitem keine Grenze. In
einer solchen Ofengruppe kann man 3000 bis 7000 m3/h Monogas in der
Anwärm-und Abkühlungsperiode umlaufen lassen, ohne einen Gesamtdruck von
1500 mm Wassersäule zu überschreiten. In einer Periode des Tränkens mit feuchtem
Wasserstoff werden 200 mm Wassersäule bei Gasmengen in der Größenordnung von 2000
M3/h nicht überschritten. Dies ergibt annehmbareBetriebsbedingungen für die Abdichtungsfugen
der Hauben und ermöglicht, die für die Glühung erforderliche Gesamtdauer um ungefähr
501/o zu verringern.
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In der gegenwärtigen Praxis werden die geglühten Blechbunde freigelegt,
sobald die Temperatur auf ein Niveau gesunken ist, bei dem die Oxydation durch die
Luft nicht mehr zu befürchten ist, und man befördert die Bunde auf für deren Abkühlen
an der Luft eingerichtete Abstellflächen. In den Anlagen gemäß der Erfindung, deren
Einrichtung weniger kostspielig ist und die schon ihr Schnellkühlsystem enthalten,
kann es für die Ersparnis der Anlage von Abstellflächen zum Abkühlen an der Luft
und für die Erhaltung der Blechbunde zweckmäßig sein, die Abkühluno, an der Luft
auf der Ofensohle selbst durchzuführen. Es genügt hierfür, den, Eingangsofen mit
einem hinreichend leistungsfähigen Luftgebläse zu verbinden.
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Die nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele dienen zum besseren
Verständnis der Erfindung, ohne diese hierauf zu beschränken.
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F i g. 1 stellt zwei gemäß der Erfindung ausgestattete und
verbundene Ofen einer Ofengruppe dar. 1 und 2 sind transportable Glühhauben,
die nach F i 1 die beiden Ofenstellen überdecken.
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Diese Ofenstellen haben jedoch jede einen durchbrochenen Sockel
3, der durch den Kasten 4 dicht an die Austrittsleitun- 5 für die
Gase der Ofenatmosphäre angeschlossen ist. Auf diesen Sockel werden die aufgelockerten
Blechbunde 6 abgestellt. Sie werden mit einer Schutzglocke 7 bedeckt,
die sie mittels einer Fugendichtung 8 vollkommen abschließt. Der freie Ringraum
9 zwischen der Schutzglocke und den Bunden ist dicht an die Eintrittsleitung
10 für die Gase der Ofenatmosphäre angeschlossen.
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Zwischen die beiden Ofen ist mit oder ohne Vermittlung von Abschlußorganen
unmittelbar der mit einer inneren Umgehungsklappe 12 versehene Kühler
11 eingeschaltet. Der Eintritt und der Austritt des Kühlmittels erfolgen
bei 13 bzw. 14. Der Umlauf der Gase der Ofenatmosphäre ist durch gestrichelte
Linien und Pfeile 15 dargestellt.
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F i g. 2 stellt ein Schema einer Anlage nach der Erfindung
mit drei Gruppen von je vier Ofen dar; dabei ist die erste Gruppe im Anwärmzustand,
die zweite Gruppe im Kühlzustand und die dritte während der Beschickung oder Entleerung
dargestellt. Jeder Ofen ist durch einen Sockel 3 angedeutet, und die verschiedenen
Elemente sind mit den gleichen Ziffern wie in F i g. 1 bezeichnet. Jede Gruppe
enthält vor dem Eingangsofen einen Gasvorwärmer 16
und hinter dem letzten
Ofen einen Gaskühler 17.
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Die Speisung mit Wasserstoffgas erfolgt unter dem treibenden Druck
des Gasbehälters 18 über die Leitung 19 und Abschlußorgane 20. Das
Wasserstoffga . s durchströmt der Reihe nach jeden Ofen der Gruppe; es wird
im Kühler 17 gekühlt und durch das das
Abschlußorgan 21,
die Leitung 22, das Zusatzgebläse 23 und den Reiniger 24 zur Entfernung der
Verunreinigungen, des Kohlenoxydes und des Stickstoffes umfassende Leitungssystem
wiedergewonnen; das Gas kehrt so durch die Leitung25 zum Gasbehälter 18 zurück.
Die Speisung mit frischem Wasserstoff erfolgt bei 26, die, Abfuhr der Verunreinigungen
bei 27.
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Die Speisung mit Schutzgas erfolgt unter dem treibenden Druck des
Gasbehälters 28 und des Zusatzgebläses 29 über die Leitung
30 und die Abschlußorgane 31. Das Schutzgas kann im Gasbehälter
28 über den die Abschlußorgane 32 und die Leitung 33 enthaltenden
Kreislauf wieder aufgefangen wer-den. Die Zufuhr von frischem Schutzgas erfolgt
bei 34. Die Abfuhr des mit Öldampf am Beginn der Erhitzung verunreinigten Schutzgases
erfolgt durch die mit Abschlußorganen 36 und ölabscheidern 37
versehenen
Leitungen 35.
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Für die bei Temperaturen, die keine Oxydations-Clefahr ergeben, beginnende
Luftkühlung werden das Gebläse 38, die Leitung 39 und die Abschlußorgane
40 benutzt, wobei der Austritt über die Leitung 41 und das Abschlußorgan 42 erfolgt.
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Mit 43 sind Kühlhauben bezeichnet. Zur Vereinfachung des Schemas ist
die Anfeuchtung des Wasserstoffes nicht dargestellt; sie kann mit bekannten Mitteln
ein für alle Male für die ganze Oberfläche erfolgen.
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Das Glühverfahren spielt sich wie folgt ab: Während der durch die
untere Gruppe der F i g. 2 dargestellten Beschickung und Entleerung der Öfen
einer Gruppe genügt es, die Abschlußorgane 20, 31,
40 am Eingang und 21,
32 am Ausgang der Gruppe zu schließen, um mit voller Sicherheit zu arbeiten.
Es genügt nämlich, daß die mit kaltem Wasserstoff unter verhältnismäßig geringem
Druck beaufschlagten Abschlußorgane 20 und 21 dicht sind.
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Wenn die Heizstellen beschickt und mit ihrer dicht schließenden Glocke
und der Ofenhaube bedeckt sind (was durch die obere Gruppe der F i g. 2 dargestellt
ist), wird ein erster Durchlauf von Schutzgas durch Öffnen von 31 und
36 eingeleitet, und es werden alle Öfen der Gruppe sowie der Vorwärmer
16
angeheizt. In dem Maß, wie die Temperatur steigt, entweichen die frei gewordenen,
öldämpfe bei 35.
Sobald die bei 35 entweichenden Gase hinreichend frei
von Öldampf sind, können sie durch Öffnen von 32 und Schließen von
36 wiedergewonnen werden, nachdem der Kühler 17 in Betrieb gesetzt
ist.
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Um zur Tränkung mit feuchtem Wasserstoff überzugehen, genügt es,
32 zu schließen und 36 zu öffnen sowie 31 zu schließen und
20 zu öffnen.
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Ist der Stickstoffgehalt in dem bei 35 entweichenden Gas hinreichend
gesunken, wird zur Rückgewinnung von Wasserstoff durch öffnen von 21 und Schließen
von 36 Übergegangen, nachdem das Zusatzgebläse 23
und die Reinigungsstation
24 in Betrieb genommen wurden. Bei allen diesen unter Hitze erfolgenden Arbeitsvorgängen
sind die Zwischenkühler durch geeignete Einstellung der Umgehungsklappe und/ oder
durch Absperren des Kühlmittels außer Betrieb.
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Um die Kühlung herbeizuführen, werden die Glühhauben. abgehoben und
durch Kühlhauben ersetzt (mittlere Gruppe der F i g. 2) und die Zwischenkühler
11 in Betrieb gesetzt. Der Austausch des Wasserstoffgases durch Schutzgas
erfolgt zu geeigneter Zeit durch ähnliche Manöver, wie sie schon für den umgekehrten
Wechsel beschrieben worden sind. Sobald die Temperatur hinreichend gesunken ist,
wird durch entsprechende Manöver das Schutzgas durch einen stärkeren Luftumlauf
ersetzt, nachdem das Gebläse 38 angestellt worden ist. Man läßt die Luft
am Aus-an- durch das Ventil 42 und die Leitung 41 entweichen.