-
Verfahren und Vorrichtung zum Entkohlen und Entsticken von zu lockeren
Bunden aufgewickelten Stahlblechen in feuchter Wasserstoffatmosphäre Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Entkohlen und Entsticken von zu lockeren Bunden aufgewickelten
Stahlblechen in feuchter Wasserstoffatmosphäre, bei dem das Anwärmen unter Schutzgas,
das Dauerglühen in einer feuchten Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur zwischen
650 und 750° C und das Abkühlen wieder in einer Schutzgasatmosphäre erfolgt, wobei
die Behandlungen in einem oder mehreren, voneinander unabhängig arbeitenden Öfen
durchgeführt werden, von denen jeder Ofen eigene, unabhängig arbeitende Heiz- und
Kühleinrichtungen aufweist, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
-
Bei der Herstellung nichtalternder Bleche aus Stahl, bei dem Unempfindlichkeit
gegen Alterung durch Behandlung in feuchter Wasserstoffatmosphäre bei etwa 7a0°
C erreicht wird, ist bekanntlich eine hochgradige Entkohlung und Entstickung erforderlich.
-
Entkohlendes und entstickendes Glühen locker, mit Abständen zwischen
den einzelnen Windungen gewickelter Stahlbleche ist ein Verfahren, dessen Grundsätze
zwar bekannt sind, dessen industrielle Verwirklichung aber bisher noch nicht durchgeführt
wurde, und zwar in erster Linie infolge der außerordentlich hohen Kosten eines solchen
Glühens. Gründe für diese außerordentlich hohen Kosten sind unter anderem die geringe
Produktivität der hierbei Verwendung findenden Öfen sowie die dabei benötigte außerordentlich
lange Zeit für das Entkohlen und das Entsticken, insbesondere aber für das Entsticken.
-
Es hat sich nun gezeigt, daß die zur Zeit zum Glühen und zur Behandlung
locker gewickelter Bunde ausschließlich verwendeten Öfen, die in jedem Falle zur
Herstellung und Aufrechterhaltung der inneren Zirkulation der Ofenatmosphäre einen
Ventilator enthalten, für die besonderen Zwecke des entkohlenden und entstickenden
Glühens nicht geeignet bzw.- ihrem besonderen Zweck nicht ausreichend angepaßt sind.
Der in diesen bekannten Öfen durch den Ventilator erzeugte Druck des heißen, feuchten
Wasserstoffgases bzw. die durch diesen ausgeübte Förderwirkung reicht nämlich nicht
aus, einen wirklich wirksamen Gasumlauf innerhalb der lockeren Blechbunde hervorzubringen,
da er dadurch erheblich herabgesetzt wird, daß Wasserstoff bei 700° C eine sehr
geringe Dichte aufweist und beim Kreislauf des feuchten Wasserstoffes durch die
Windungen der lockeren Bunde nicht mit der Gasdichte vermindern.
-
Es konnte festgestellt werden, daß diese Verluste ausschließlich von
der Zähigkeit (Viskosität) des strömenden Mittels abhängig sind und die Viskosität
des Wasserstoffes sich mit der Temperatur erhöht. Diese Faktoren zusammen bedingen
eine beträchtliche Minderung des Gasdurchsatzes bei der inneren Zirkulation in solchen
bekannten Öfen, die während des Dauerglühens in feuchter Wasserstoffatmosphäre durch
den Ventilator erzeugt und aufrechterhalten wird.
-
Es hat sich also gezeigt, daß die Anwesenheit eines Ventilators in
einem derartigen Ofen beim entkohlenden und entstickenden Glühen den Durchsatz einer
ausreichenden Menge Gas durch die Windungen der Bunde geradezu verhindert, gleichgültig,
welche Gasmenge auch immer in den Ofen eingeführt wird.
-
Andererseits bringt der einfache Verzicht auf diesen Ventilator erhebliche
Schwierigkeiten mit sich. Einerseits bewirkt zwar der direkte Durchgang großer Mengen
feuchten Wasserstoffes während des Dauerglühens eine erhebliche Beschleunigung der
Entkohlungs- und Entstickungsreaktionen, durch das Fehlen einer inneren, durch einen
Ventilator erzeugten und aufrechterhaltenen Gaszirkulation wird jedoch der Wärmeübergang
zwischen Ofen und Bund während des Anwärmens und des Abkühlens erheblich verlangsamt.
Ein Verzicht auf einen Ventilator führt demnach gleichzeitig zur Verkürzung des
Dauerglühens
und Verlängerung des Anwärmens bzw. Abkühlens, was letzten Endes wiederum eine erhebliche
Verlängerung der gesamten Behandlungszeit bedeutet. Außerdem konnte festgestellt
werden, daß langsames Abkühlen von locker gewickelten Bunden zwar für die Qualitätsverbesserung
von nicht entkohlten Stählen außerordentlich günstig ist, bei entkohlten und entstickten
Stählen dagegen keineswegs erwünscht ist.
-
Die Erfindung geht von der neuen Erkenntnis aus, daß die Schwierigkeiten
bei den benannten Ofen beim erstkohlenden und erststickenden Glühen von locker gewickelten
Blechbunden bei einem Kreislauf, bei dem heißes Wasserstoffgas rezirkuliert wird,
keineswegs in einer Beschränkung des Durchsatzes des Ventilators zu suchen sind,
sondern einzig und allein in einer Beschränkung des vom Ventilator erzeugten Arbeitsdruckes,
der wiederum von der Gasdichte und der Umfangsgeschwindigkeit des Ventilators abhängt.
Gerade die Abhängigkeit des Arbeitsdruckes von der Ventilatorumfangsgeschwindigkeit
verursacht aber größte Schwierigkeiten bzw. schwerwiegende Beschränkungen, und zwar
nicht nur infolge der Anordnung des Ventilators im Ofen selbst, sondern vor allem
bezüglich des Widerstandes der Ventilatorschaufeln gegenüber den Zentrifugalkräften
bei einer Temperatur des heißen Wasserstoffgases von etwa 700° C, und diese Schwierigkeiten
waren bisher noch nicht gelöst.
-
Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, bei Haubenöfen zur Wärmebehandlung
von Stahlblechbunden das Umwälzen der Ofenatmosphäre durch außerhalb des Ofens angeordnete
Einrichtungen (Ventilatoren od. dgl.) zu bewirken, und weiter ist vorgeschlagen
worden, die Eintritts- und/oder Austrittsöffnungen des Ventilators, Gebläse od.
dgl. durch einen geeigneten Verschluß abzusperren und eine Gasquelle zu verwenden,
die unter einem hinreichenden Druck steht, um den Umlauf des Wasserstoffes und gegebenenfalls
anderer Gase zwischen den Windungen der locker gewickelten Bunde zu erzwingen. Schließlich
ist ein Verfahren zur Verkürzung des Anwärmens, des Dauerglühens und des Abkühlens
vorgeschlagen worden, bei dem die jedem Ofen eigenen Umlaufgebläse fortgelassen
und die Ofen in Gruppen von je mehreren, in bezug auf den Umlauf der verschiedenen
Behandlungsstufen benutzten Ofengasatmosphärengase in Reihe geschalteten Ofen betrieben
werden, wobei jeder Ofen seine eigenen Heiz- und Kühlmittel besitzt.
-
Alle diese verschiedenen vorgeschlagenen Verfahren haben aber bisher
noch nicht zur vollständigen Beseitigung der beschriebenen Schwierigkeiten und Beschränkungen
geführt. Das zuletzt genannte vorgeschlagene Verfahren weist vor allem den Nachteil
auf, daß dessen Durchführung einen Gruppenbetrieb erforderlich macht, der sich in
vielen Fällen, wenn die Kapazität der Glühanlagen nicht entsprechend groß ist, nicht
rechtfertigen läßt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren und eine Vorrichtung
zur Durchführung des erstkohlenden und erststickenden Glühens locker gewickelter
Blechbunde so zu verbessern, daß alle beschriebenen Schwierigkeiten und Nachteile
behoben und die Notwendigkeit eines Gruppenbetriebes von Ofen beseitigt wird.
-
Demgemäß durchströmen bei dem Verfahren zum Erstkohlen und Entsticken
von zu lockeren Bunden aufgewickelten Stahlblechen in feuchter Wasserstoffatmosphäre,
bei dem das Anwärmen unter Schutzgas, insbesondere Monogas II oder Monogas III,
das Dauerglühen in einer feuchten Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur von
etwa 700° C und das Abkühlen wieder in einer Schutzgasatmosphäre, insbesondere Monogas
III, erfolgt, wobei diese Glühbehandlungen in voneinander unabhängig arbeitenden
Öfen durchgeführt werden, erfindungsgemäß die jeweils verwendeten Gase ausschließlich
von außerhalb des Ofens die Bunde zum Aufwärmen und Dauerglühen in Mengen zwischen
4 und 12 Nm3/h Schutzgas oder feuchtes Wasserstoffgas je Tonne des zu behandelnden
Stahles und diese Gase werden vor ihrem Eintritt in den Ofen durch die gleichartigen,
den Ofen verlassenden Eisengase vorgewärmt, und zum Abkühlen wird zwischen 40 und
120 Nms/h Schutzgas je Tonne des zu behandelnden Stahles zugeführt, wobei dieses
Schutzgas am Ofenausgang einem Wärmerückgewinnungsprozeß unterworfen und teilweise
wieder in den Ofen zurückgeführt wird.
-
Die Erfindung hat auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
zum Gegenstand, die im wesentlichen durch mehrere Haubenöfen mit eigenen, voneinander
unabhängig arbeitenden Heiz-und Kühleinrichtungen, durch ein Leitungsnetz für Zufuhr
und Abfuhr von Schutzgas sowie durch ein Leitungsnetz für Zufuhr und Abfuhr von
feuchtem Wasserstoffgas zur Versorgung der Ofen gekennzeichnet ist, wobei in der
Gasabfuhrleitung ein Wärmeaustauscher sowie ein Kühler parallel geschaltet sind,
Schieber od. dgl. für die jeden Ofen verlassenden Gase zur Zufuhr zum Wärmeaustauscher
oder zum Kühler vorgesehen sind, der Wärmeaustauscher mit seinem anderen Ende mit
der Gaseinfuhrleitung des Ofens verbunden ist, sowie gekennzeichnet durch ausschließlich
außerhalb des Ofens angeordnete Druckerzeugegr für die Gaskreisläufe.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet, durch den Umlauf einer hinreichend
großen Strömungsmenge von feuchtem Wasserstoff die für Entkohlung und Entstickung
erforderliche Zeit beträchtlich zu verkürzen und sie annähernd auf den Betrag zu
bringen, der andererseits zur Kornbildung erforderlich ist, weiter durch den Umlauf
einer reichlichen Strömungsmenge von kaltem Schutzgas die zur Abkühlung erforderliche
Zeit beträchtlich zu verkürzen und sie mindestens auf ein Viertel der Zeit zu bringen,
die in den bekannten Ofen mit Innengebläse erforderlich ist, sowie durch den während
des Anwärmens erfolgenden Umlauf einer Gasströmung, deren Art und Menge verändert
werden kann, auch die Anwärmzeit zu verkürzen; beispielsweise kann die Strömungsmenge
den dem benutzten Haubenofen und der Schutzgashaube eigenen Möglichkeiten der Beheizung
und des Wärmeaustauschers angepaßt werden. Auch kann der Wärmeaustausch dadurch
verbessert werden, daß das Schutzgas während der ganzen Anwärmzeit oder während
eines Teiles derselben durch Wasserstoff ersetzt wird.
-
Zur Veranschaulichung der Größenordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens seien als Beispiel ohne einschränkende
Bedeutung folgende Angaben gemacht: Ein 60-t-Ofen mit zwei oder drei übereinandergestellten
Blechbunden kann einerseits aus einem Wasserstoffnetz mit einem Druck von 150 mm
Wassersäule
und andererseits aus einem Schutzgasnetz mit einem Druck von 300 mm Wassersäule
gespeist werden. Er ist mit einem Wärmeaustauscher ausgestattet, der den Durchgang
einer Strömungsmenge von 500 Nm3/h Schutzgas oder Wasserstoff während des Anwärmens
oder des Dauerglühens zuläßt, und zur Kühlung ist ein Kühler vorgesehen, der einschließlich
seiner Leitungen und seiner Anschlußorgane für den Durchfluß und die Wiedergewinnung
von 5000 Nm3/h Schutzgas bemessen ist.
-
Nachfolgend werden zum besseren Verständnis der Erfindung an Hand
der Zeichnungen ohne einschränkende Bedeutung Ausführungsbeispiele erläutert.
-
Dabei sind zur Vereinfachung die für die Anfeuchtung des Wasserstoffes
benutzten Mittel in den Zeichnungen nicht dargestellt. Es zeigt F i g. 1 schematisch
eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
für den Fall, daß das zur Kühlung benutzte Schutzgas wieder in das Schutzgasnetz
eingeführt wird, und F i g. 2 schematisch eine abgewandelte Vorrichtung für den
Fall, daß das zur Abkühlung benutzte Schutzgas unmittelbar ohne Vermittlung des
Schutzgasnetzes in den Ofen wieder eingeführt wird.
-
Bei der Vorrichtung gemäß F i g. 1 enthält der Wasserstoffkreislauf
den Gasbehälter 1, die Hauptspeiseleitung 2, die dem Ofen 4 eigene Speiseleitung
3, das dichtschließende Abschlußorgan 5, den Wärmeaustauscher 7, die Eingangsleitung
8 des Ofens, die Austrittsleitung 9 und die Verzweigung 10, wieder den Wärmeaustauscher
7, die Leitung 11, das Abschlußorgan 12, die Hauptrückleitung 13, einen beliebigen
Drucksteigerer bzw. ein Zusatzgebläse 14, die Reinigungsanlage 15 für den Wasserstoff
und die Rückleitung 16 zum Gasbehälter.
-
Der Schutzgaskreislauf enthält den Trockengasbehälter 17, die Hauptspeiseleitung
18, einen dem Ofen 4 eigenen Leitungsabschnitt 19, die Leitung
20
und das Abschlußorgan 21, einen Abschnitt der Leitung 3, den Wärmeaustauscher
7, die Eingangsleitung 8 des Ofens, die Austrittsleitungen 9 und
10,
wieder den Wärmetauscher 7, einen Abschnitt der Leitung 11, die Leitung
22, das Abschlußorgan 23, die Leitung 30 und die Hauptrückleitung 24, einen Kühler
25, einen Drucksteigerer 26 und die Rückleitung zum Gasbehälter 17; dieser Kreislauf
wird während der Erwärmperiode benutzt.
-
Während der Abkühlungsperiode wird der Parallelkreislauf von größerem
Querschnitt benutzt, der zwischen den beiden Hauptleitungen folgende Teile enthält:
das Abschlußorgan 27, die Eingangsleitung 8, die Austrittsleitung 9, den
Kühler 28, die Leitungen 29 und 30 und das Abschlußorgan 31.
-
Die Leitungen 32, 33, 34 ermöglichen das Reinigen oder Durchspülen
des Ofens, des Kühlers bzw. des Wärmeaustauschers; 35 und 36 stellen die Wasserstoff-
bzw. die Schutzgasquelle, 37 und 38 die Abgasauslässe der Hauptleitungen
2 und 18 dar.
-
Bei der in F i g. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung ist
gegenüber der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung am Wasserstoffkreislauf nichts
geändert. Der eigentliche Kühlkreislauf mit großer Leistung enthält die Austrittsleitung
9, den Kühler 28, einen Drucksteigerer 39 für kaltes Gas, das Abschlußorgan 40 und
die das abgekühlte Gas dem Ofeneingang wieder zuführende Leitung 41. Die Speisung
mit Schutzgas erfolgt durch den in der Erhitzungsperiode benutzten Kreislauf, d.
h. durch die Leitung 42, das Abschlußorgan 43, den Wärmeaustauscher 7 und
die Leitung B.
-
Das Verfahren wird wie folgt durchgeführt: Nachdem der Ofen beschickt
und bedeckt ist, wird er mittels Schutzgas durchgespült und angeheizt. Sobald die
dem Blech anhaftenden Ölrückstände entwichen sind, wird das aus dem Ofen austretende
Schutzgas zum Wärmeaustauscher geleitet und entweder in das Schutzgasnetz zurückgeführt
oder nach außen abgelassen. Gleichzeitig wird die Strömungsmenge des Schutzgases
in Abhängigkeit von den Kapazitäten der Heizung und des Wärmeaustauschers des Ofens
geregelt. Diese Praxis ermöglicht am besten die Bestimmung der für die verschiedenen
Stadien des Temperaturanstieges günstigsten Strömungsmengen.
-
Der Übergang vom Schutzgas auf feuchtes Wasserstoffgas erfolgt im
Prinzip dann, wenn der Ofen die Glühtemperatur erreicht hat. Er erfordert eine dazwischenliegende
Spülungsperiode, während welcher das aus dem Ofen austretende Gas im allgemeinen
nach außen abgelassen wird. Dieses Gas könnte streng genommen im Schutz-Gasnetz
wieder aufgefangen werden, doch würde dies ein Trocknungsproblem aufwerfen. Nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren sind aber die für das Spülen erforderlichen Gasvolumina
sowie die für diese Spülung erforderliche Zeit im Vergleich zu dem bekannten, den
Umlauf der Ofenatmosphäre durch ein inneres Gebläse benutzenden Verfahren stark
herabgesetzt. Das äußere Gebläse mischt sehr innig das Spülgas mit dem im Ofen vorhandenen
Gas, was zusammen mit dem kleinen Betrag der Gasströmung, die man in den Ofen hineintreiben
kann, Spülzeiten in der Größenordnung von einer Stunde mit sich bringt. Bei dem
Verfahren nach der Erfindung sind diese Spülzeiten auf einige Minuten verringert,
und die verlorengehenden Wasserstoffmengen sind zu klein, um deren Wiedergewinnung
zu lohnen.
-
Das feuchte Wasserstoffgas strömt am Eingang und am Ausgang des Ofens
durch den Wärmetauscher. Um die Vorgänge der Entkohlung und Entstickung zu beschleunigen,
verwendet man bedeutende Strömungsmengen von Wasserstoff in der Größenordnung von
8 m3/h je Tonne des Behandlungsgutes, wobei der Wasserstoff im allgemeinen aufgefangen
wird, um ihm das Kohlenoxyd und die Stickstoffverbindungen zu entziehen, und in
das Wasserstoffnetz wieder eingeführt wird.
-
Wenn es die Kapazitäten der Wasserstoffreinigungsanlage erlauben,
ist es nach der Erfindung von Bedeutung,, das Schutzgas lange vor Beendigung des
Anwärmens durch trockenen oder feuchten Wasserstoff zu ersetzen, um die ausgezeichneten
Wärmeleitungseigenschaften des Wasserstoffs auszunutzen.
-
Der Übergang vom Dauerglühen mit feuchtem Wasserstoff zur Kühlung
durch Schutz-Gasumlauf erfordert eine Spülzeit, die entgegen dem, was sich in Öfen
mit Innenventilatoren abspielt, nur von kurzer Dauer ist. Dies erleichtert beträchtlich
das durch die Möglichkeit eines Feuchtigkeitsgehalts im Schutzgas im Lauf der Abkühlung
entstehende Problem. Die daraus folgende Oxydationsgefahr erfordert in dem bisherigen
Verfahren mit Innenventilator eine Spülung mit trockenem Wasserstoff in der Dauer
von einer Stunde. Bei dem Verfahren nach der Erfindung kann die Spülung im allgemeinen
wegen
ihrer kurzen Dauer und Wirksamkeit mit dem Schutzgas selbst
ohne Mitwirkung - oder in schwierigen Fällen mit nur sehr kurzen Mitwirkung - von
trokkenem Wasserstoff erfolgen.
-
Sobald das durch die Spülung entweichende Schutzgas hinreichend trocken
ist, wird es in den Kühler geleitet und in das Netz oder in den Ofen wieder eingeführt.
Es werden Strömungsmengen von Schutzgas in der Größenordnung von 80 Nm31h je Tonne
Behandlungsgut benutzt.