DE1583380A1 - Verfahren,um unberuhigtes Stahlblech durch Entzug von Sticksoff alterungsbestaendig zu machen - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE
DIPIi. ING. C. STOEPEL · DIPL. ING. W. GOLLWITZEB 1583380

LANDAU/PFALZ · AM SCHÜTZENHOB¹

21. August 1967

Koniiiklijke Nederlandsche Hoogovens en Staalfabrieken N. V., Ijmuiden

(Niederlande)

"Verfahren, um unberuhigtes Stahlblech durch Entzug· von Stickstoff alterungsbeständig zu machen, nach Patent (Auslegeschrift 1 245 402)

-..' · Gegenstand der Erfindung ist eine Weiterbildung des Verfahrens

nach dem Hauptpatent, um unberuhigtes (unruhiges, nichtberuhigtes) Stahlblech durch Entzug von Stickstoff aus diesem Blech durch Ausglühen in Anwesenheit eines Stickstoff bindenden Elementes, wie etwa beruhigtem Stahlblech, alterungsbeständig zu machen.

Das Hauptpatent hat ein Verfahren zum Gegenstand, um unberuhigtes Stahlblech alterungsbeständig zu machen, indem ihm Stickstoff entzogen wird, wobei beruhigtes Stahlblech mit einem Überschuß an Nitrit bildenden Elementen, wie etwa Aluminium, in Berührung oder im wesentlichen in Berührung mit dem zu behandelnden unberuhigten Stahlblech gebracht wird. Dies könnte geschehen durch gleichzeitiges Aufspulen der Bleche zu einer Doppelspule. Hier findet die Wanderung des Stickstoffes ohne Hilfe der gasförmigen Phase statt, nämlich'direkt vom einen Blech zum anderen oder, wenn ein leichter oder zufälliger örtlicher Abstand zwischen den Blechplatten vorhanden ist, auch durch, eine im wesentlichen stillstehende Zwischengasschicht, deren Zusammensetzung im wesentlichen unbedeutend ist und beträchtlich schwanken könnte, während trotzdem die Fähigkeit besteht, Stickstoff vom einen Blech zum anderen zu übertragen. '

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"Dieses Verfahren hat gewichtige Vorteile verschiedener Art, besitzt jedoch den Nachteil, daß das kombinierte Zusammenspulen von zwei Blechbändern ein besonderes Spulwerk notwendig macht, mit unter anderem synchron laufenden Haspeln und einer sehr sorgfältigen Kon-

■ des plechs struktion und Ausführung, um ein Verkratzen oder andere Beschädigungen/ zu vermeiden. Außerdem ist es schwieriger, eine eng aufgewundene Spule-gleichmäßig durch und durch auf die gleiche Temperatur zu bringen und sie gleichmäßig auf dieser Temperatur zu halten. Außerdem ist es nicht möglich, das bekannte Verfahren mit anderen Glühb.ehandlungen zu kombinieren, z.B. zum Entkohlen. Das gleiche gilt im wesentlichen, wenn das Verfahren bei flachen Blechplatten zur Anwendung gebracht werden soll, die sandwichartig aufeinandergelegt werden.

Die Erfindung will das genannte Verfahren nach dem Hauptpatent noch verbessernd weiterbilden, indem der Stickstoff dem unberuhigten Blech durch ein Wasserstoff enthaltendes Gas entzogen wird, das in großer Menge je Zeiteinheit über das unberuhigte Stahlblech strömt, welches sich als offene Spule in einem Offen-Spulen-Ofen, üblicherweise einem sogenannten Glockenofen, befindet.

Verfahren dieser Art als solche sind aus einem Aufsatz von J.Arnold bekannt: "Das Offen-Spulen-Verfahren zeigt Wege zum Gaslegieren", veröffentlicht in "iron and Steel Engineer", August 1960, Seiten 3 - 23, und aus dem Artikel von J. F. Enrietto: "Beanspruchungsalterung und Entnitridieren von Stählen", in der Zeitschrift "The Iron >

and Steel Institute" März 1966, Seiten 252-258.

Aus diesen Veröffentlichungen geht hervor, daß ein Teil des zirkulierenden Gases, in dem Ammoniak gebildet wird, aus dem Ofen y entfernt werden könnte, um regeneriert oder durch einen Schornstein • oder Kamin abgeleitet zu werden und durch frisches Gas ersetzt zu. werden, cias dem Ofen zugeleitet wird. Die Regenerierung könnte in verschiedener Art und Weise stattfinden, z.B. durch Molekularsiebe, wie in dem genannten Artikel von Enrietto nur als Experiment beschrieben, oder

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durch Behandeln des Gases mit Nairiumhydrosulfat, um das Ammoniak , auszuwaschen (Franz. Patent 1 380 1G9). Im allgemeinen und besonderen ist bei diesem Auswaschen die Regenerierung nur bei einer wesentlich niedrigeren Temperatur möglich, als der Glühtemperatur, Die Regenerierung könnte Vorteile im Vergleich mit der Abgabe eines Teiles des Gases durch einen Kamin haben, aber andererseits hat die Regenerierung viele Nachteile, wie etwa eine viel kompliziertere Anlage und hohe Wärmeverluste beim Abkühlen des Gases auf eine Temperatur, die für die Regeneration geeignet ist.

Wenn kein Gas aus dem Ofen abgegeben würde, dann würde die Ansammlung von Ammoniakgas im Ofen bereits bei einer sehr niedrigen Konzentration dem Entziehen von Stickstoff aus dem Stahl beträchtlich entgegenwirken. Wenn Gas aus dem Ofen abgegeben wird, bestimmt die Menge der Abgabe des Gases und die Zuführung von friscuem oder regeneriertem Gas im wesentlichen die Geschwindigkeit und den Wert des Stickstoffentzuges aus dem unberuhigten Stahl.

Die. vorliegende Erfindung zielt darauf ab, einer unberuhigten Stahlplatte Stickstoff in einfacher Art und Weise zu entziehen, nämlich mit Hilfe einer baulich einfachen Vorrichtung, ohne besonder*- Vorkehrungen, die sie komplizieren würden. Außerdem will die Erfindung die Möglichkeit schaffen, einer solchen Stahlplatte Stickstoff schnell und in großen Mengen zu entziehen.

Der Lös,ung dieser Aufgabe dient in Fortbildung des Haup;patentes ein Verfahren, bei welchem das unberuhigte Stahlblech als ein offener Haspel vorhanden ist und ein Wasserstoff enthaltendes Gas in großer Menge je Zeiteinheit entlang und durch den Haspel in einer sogenannten Offen-Spulen-AnIa ge mit einem Offen-Spulen-Ofen geleite; wird, üblicherweise einem sogenannten Glockenofen, wobei das aen Stickstoff bindende Element in dem Ofen außerhalb von und in einem Abstand von der offenen Spule angeordnet ist und das zirkulierende Gas ebenfalls entlang diesem Stickstoff bindenden Element geleitet wird.

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Auf diesem Weg entfällt jegliche Regeneration außerhalb des Ofens. Dennoch wird die Ammoniakkonzentralion in dem Gas, das in dem Ofen zirkuliert, auf einem sehr nie'drigen Niveau gehalten, so daß der Stickstoffentzug mit hoher Geschwindigkeit stattfindet.

Vornehmlich wird das neue Verfahren in solcher Art und Weise durchgeführt, daß das Stickstoff bindende Element eine offene Spule von beruhigtem Stahlblech ist, die auf, unter oder an die Seite der aus unberuhigtem Stahlblech bestehenden Spule gebracht wird. Dadurch ist es möglich, bestehende Glockenöfen zu verwenden, die dazu bestimmt sind, gleichzeitig zwei oder mehrere offene Spulen aus dem gleichen Material zu behandeln, die aufeinandergesetzt sind, wie in dem oben erwähnten Aufsatz von Arnold, und zwar in einer· einfachen Art und Weise zur Durchführung dieser Erfindung. . -

Stattdessen und zur Beschleunigung des Verfahrens könnte in Kombination damit die innere Wand des Ofens oder der Glocke ganz oder teilweise aus beruhigtem Stahlblech oder einem ähnlichen Material bestehen, das ein Nitrit bildendes Element wie etwa Aluminium enthält.

Die gasförmige Atmosphäre, wie sie gemäß der Erfindung zur Anwendung gebracht wird, könnte in bekannter Art und Weise besonderen Anforderungen bezüglich der Glühbehandlung angepaßt sein. Es is möglich, eine normale Glühbehandlung zu erreichen (Blankglühen) zusammen mit dem Alterungsbeständigmachen des Stahles nach der Erfindung durch Anwendung einer gasförmigen Atmosphäre aus 25% Stickstoff und 75% Wasserstoff.

Zu einer Glühbehandlung, die auch den Stahl entkohlt, ist die folgende Zusammensetzung des Gases wünschenswert: 23% Stickstoff, .71% Wasserstoff und 6% Wasserdampf. . .

Innerhalb des Rahmens der Erfindung könnte das Stickstoff bindende Element, z.B. Schrott aus Aluminium-beruhigtem Stahl sein.

Der Vorteil der Anwendung von beruhigtem Stahl als Bindeelement

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für den Stickstoff besteht darin, daß der -letztere in jedem Falle geglüht werden sollte, was ohne Schwierigkeit und/oder Nachteil mit dem Verfahren nach der Erfindung kombiniert werden kann, wobei die Beschaffenheit des beruhigten Stahles durch die gleichzeitige Anwesenheit des unberuhigten Stahles während der Glühbehandlung nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Insbesondere der beruhigte Stahl behält das Merkmal, nämlich alterungsbeständig zu sein.

Das Gas wird vorzugsweise in dem Ofen auf einem etwas höheren als dem atmosphärischen Druck gehalten. Eine geringe Gasmenge, nämlich höchstens 10% der Menge, die je Zeiteinheit Hießt, vorzugsweise etwa .4 bis 5% davon, werden aus dem Ofen kontinuierlich oder periodisch ausgetragen und durch frisches Gas ersetzt oder dem Ofen wieder zugeleitet, wobei die eine oder die andere Möglichkeit verwendet wird, um einen etwas höheren Druck im Ofen aufrechtzuerhalten.

Es könnte auch etwas Gas aus dem Ofen entfernt werden, nur um die Möglichkeit zu haben, dem Ofen während des Verfahrens etwas Gas zuzuleiten, was der einfachste Weg ist, um trotz auftretender Leckstellen den Druck zuverlässig etwas über dem atmosphärischen Druck im Ofen zu halten, was noch den zusätzlichen Vorteil ergibt, daß der Eintritt von Sauerstoff aus der Atmosphäre verhindert wird.

• An sich ist es bekannt, Stickstoff zum Stahl hinzuzufügen., um seine Oberfläche zu härten, indem dieser Stahl in einer Atmosphäre geglüht wird, die Ammoniakgas enthält. Das Ammoniakgas zersetzt sich in diesem Falle und bildet Wasserstoff und Stickstoff. Dieses Verfahren könnte auch in einer Offen-Spulen-Ofenanlage verwendet werden, wie das aus der oben erwähnten Veröffentlichung von Arnold hervorgeht.

Die Erfindung wird unter Hinweis auf (die beigefügte Zeichnung erläutert, die einen Glockenglühofen zeigt, wie er zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung bekannt ist. Die Zeichnung zeigt den Ofen im senkrechten Querschnitt.

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Auf einem feuerfesten Boden 1 befindet sich eine innere Glocke 2, die im Verhältnis zum Boden bei 3 mit einem geeigneten Dichtungsaufbau abgedichtet ist, z. B. in einem Sand- oder Wasser-Schloß, wie das an sich bekannt ist. Die innere Glocke wird von einer dünnen Metallwand gebildet. Um letztere herum befindet sich eine Ofenglocke 4, die an ihrer Innenseite Gas- oder Ölbrenner 14 und eine nicht dargestellte Einrichtung hat, um die Verbrennungsprodukte abzuleiten.

Innerhalb der inneren Glocke 2 befindet sich auf dem.feuerfesten Boden 1 ein Gasführungskasten 5 mit einem Ventilator 6 in seinem mitt_r leren Teil. Auf dem Gasführungskasten 5 befindet sich ein Führungsund Trägerkasten 7. In der gezeigten Ausführungsform sind zwei

7 offene Spulen 8 und 9 aus Stahlblech auf den genannten Kasten, aufgesetzt. Diese Spulen werden durch ein gelochtes Blech' 10 getrennt, das es dem Gas, das zwischen den Windungen der Spulen 8 und 9 fließt, gestattet, durch dieses Blech so hindurchzufließen, daß es gleichmäßig verteilt wird.

Der Ventilator 6 läßt eine große Menge an Gas in dem Ofen in einer solchen Art und Weise, zirkulieren, daß dieses Gas durch die Windungen der Spulen 8 und 9 und durch die Durchlochungen in dem gelochten Blech 10 abwärts fließt und danach durch den Kasten 7 zu dem Ventilator 6 und danach von dem Kasten 5 radial auswärts geführt. j wird, um entlang der Wand der inneren Glocke 2 aufwärts und so wieder i in die Spulen hineinzufließen. Der Strömungsweg dieses Gases ist durch Pfeile im linken Teil der Zeichnung angedeutet.

Die Spule 8 ist eine offene Spule aus unberuhigtem Stahl, der alterungsbeständig gemacht werden soll, während die Spule 9 eine offene , Spule von Aluminium-beruhigtem Stahl ist, die als stickstoff bindendes Element wirkt. Die Spulen haben beispielsweise eine Blechstärke von 1 mm. Der Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Umgängen ■

beider Spulen beläuft sich z.B. auf 2, 5 mm. Die Spule 8 hat einen Stickstoffgehalt von 0, 003% und die Spule 9 einen Stickstoffgehalt von 0,006%.

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Durch die Brenner 14 wird Wärme in das Innere der Glocke 4 geleitet. Dadurch wird die innere Glocke 2 erhitzt und damit axich deren Inhalt. Das wird in einer solchen Art und Weise durchgeführt/ daß eine Glühtemperatur von 690 C erzielt wird. Durch den Gaseinlaß 11 wird vorerhitztes Gas unter einem gewissen Druck oberhalb des atmosphärischen Druckes zugeführt. Dieses Gas wird dur ch den Ventilator 6 in heftigen

f.

Umlauf gebracht. Das Gas enthält z.B. 25% Stickstoff und 75% Wasserstoff. Da der offene Kern der Spulen an dem Führungs- und Träger-Fasten 7 durch einen Deckel 13 geschlossen ist/ wird das Gas daran gehindert', durch den Kern der Spulen zu fließen, es muß zwischen den Windungen der Spulen 8 und 9 strömen. In einem solchen Glockenofen

3 ist es möglich, eine Gasmenge von z. B. 18. 000 Nm /Std. umlaufen

zu lassen. · .

Um einen gewissen oberhalb der Atmosphäre liegenden Druck

■ 3 aufrechtzuerhalten, kann eine geringe Menge Gas, z.B. 75 Nm /Std. kontinuierlich durch die Austragleitung 12 abgeleitet werden. Dieses Gas oder frisches Gas kann kontinuierlich dem Ofen durch den Gaseinlaß 11 durch eine Druckerhöhungspumpe oder einen Kompresser wieder zugeleitet werden.

In verhältnismäßig kurzer Zeit, nämlich nach einem Glühzyklus, der aus 6 Stunden Erhilzen auf 690⁰C, einer Stunde Glühen bei 6S0°C und 15 Stunden Kühlen besteht, hatte sich der Stickstoffgehalt de^ unberuhigten Stahles in der Spule 8 von 0, 003% auf unter 0, 0005% gesenkt, was ein'sicherer Wert in bezug auf die Alterungsgefahr st. Die Spule 9 aus beruhigtem Stahl hatte einen Stickstoffgehalt, der vor 0, 006% auf 0, 0095% erhöht wurde, so daß der Stahl dieser Spule sich danach noch für viele Zwecke eignete. Bei dem umlaufenden Gas konnte kein Ammoniakgas oder nur eine vernachlässigenswerte Menge festgestellt werden. .

Zu Vergleichszwecken könnte gesagt werden, daß, wenn zwei Spulen aus unberuhigtem Stahl in den gleichen Ofen übereinandergese: zt

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und mit dem gleichen Gas während des gleichen Zeitraumes geglüht wurden, es sich zeigte, daß eine mehr als vernachlässigenswerte Menge von Ammoniakgas in dem zirkulierenden Gas vorhanden war, wobei der Stickstoffgehalt des Stahles gesenkt worden war, aber er hatte nur in einigen Bereichen einen Wert erreicht, der zum Alterungsbeständigmachen sicher war, nämlich unter 0, 0005%.-

Wenn der Ofen angeheizt wird, ist es möglich, ein neutrales •Gas, z.B. Stickstoff, wie er für normale technische Zwecke verwendet wird, in den Ofen einzuführen und ihn durch ein Wasserstoff enthaltendes Gas zu ersetzen, wenn die gewünschte Glühtemperatur nahezu erreicht ist.

Anstatt oder zusammen mit dem Vorhandensein der Spule 9 von Aluminium-beruhigtem Stahl könnte die Wand der inneren Glocke 2 aus Aluminium-beruhigtem Stahl bestehen oder damit überzogen sein.

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Claims (5)

DIPL. ING. C. STOEPEL · DIPL, ING. W. GOMAVITZER tANDAU/PPALZ · A3I SCItUTZENUOP .21. August 1967 Patentansprüc he : .

1.) Verfahren nach Patent . . (Auslegeschrift 1 245 402)

um eine Platte aus unberuhigtena Stahl alterungsbeständig zu machen, indem Stickstoff aus dieser Platte entzogen wird, indem sie in Anwesenheit eines stickstoffbindenden Elementes, wie etwa einer beruhigten Stahlplatte, geglüht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der unberuhigte Stahl in Form einer offenen Spule zur Behandlung kommt und da f.^; ein Stickstoff enthaltendes Gas in großer Menge je" Zeiteinheit entlang und durch die genannte Spule in einer sogenannten Offen-Spulen-Anlage mit einem Offen-Spulen-Ofen geleitet wird, üblicherweise einem sogenannten Glockenofen, wobei das stickstoffbindende Element in dem Ofen außerhalb und in einem Abstand von der offenen Spule angeordnet ist und das zirkulierende Gas ebenfalls entlang und in Berührung mit diesem stickstoffbindenden Element geführt wird.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stickstoffbindende Element eine offene Spule von beruhigtem Stahlblech ist, die auf, unter oder an die Seite der Spule aus dem unberuhigten Stahlblech gebracht wird.

3.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des glockenförmigen Ofens ganz oder teilweise aus beruhigtem Stahlblech oder einem ähnlichen Material besteht, das einen Nitritbildner, wie etwa Aluminium, enthält. \

4.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas im Ofen unter einem Druck gehalten wird, der etwas höher ist als der atmosphärische Druck und daß

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kontinuierlich oder periodisch eine kleine Menge an Gas, nämlich höchstens 10% der Menge, die je Einheitszeit in dem Ofen zirkuliert, vorzugsweise ungefähr 4 bis 5% davon aus dem Ofen abgegeben und durch frisches Gas ersetzt wird oder wieder in den Ofen eingeführt wird, um den etwas höheren Druck in dem Ofen aufrechtzuerhalten.

5.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmige Atmosphäre, die Glühzeit und die Ofentemperatur so gewählt werden, daß während des Entzuges von Stickstoff auch andere Reaktionen zwischen Gas und Metall" stattfinden, wie etwa ein Blankglühen oder Entkohlen in einer feuchten Wasserstoff-Stickstoff-Atmosphäre.

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