DE1951926A1 - Vorrichtung fuer Diffusionsprozesse in Ammoniak enthaltenden Gasatmosphaeren - Google Patents

Description

• Titel: Vorrichtung ftir Diffusionsprozesse in Ammoniak enthaltenden Gasatmosphären Unter den in der Industrie angewendeten Verfahren der wärmechemischen Verarbeitung von Stählen nehmen die Prozesse auf der Basis der Stickstoffdiffusiont gegebenenfalls auch der gleichzeitigen Diffusion von Stickstoff und Kohlenstoff einen bedeutenden Platz ein, Auch die gleichzeitige Diffusion des Stickstoffes und des Schwefels oder des Stickstoffes t Kohlenstoffes und Schwefels, die zum Sättigen der Oberfläche der zu bearbeitenden Teile das teilweise dissozierte Ammoniak, eventuell den Ammoniakzusatz zur sättigen Atmosphäre ausnUtzen finden eine weitgehende Verwendung.
• Zu diesen Prozessen gehört das Nitrieren von Konstruktions- und Werkzeugstdhlent antikorrosives Nitrieren1 Sulfonitrierenr Sulfokarbonitrieren, Tieftemperaturkarbonitrieren von Stählen und Gußeisen unter der Temperatur A1 des Systems Fe - C und auch die Nitrozementierung von StähLen mit einem niedrigen oder mittleren ( 0,3 - 0,4 ) Kohlenstoffgehalt unter den Temperaturen 0 von 800 - 870 cm Der Gehalt des nicht zersetzten Ammoniaks ist in dem thermodynamischen Gleichgewicht mit dem Wasserstoff und Stickstoff der Nitrierungs-, Karbonitrierungs-, Sulfonitrierungs und Nitrozementierungsatmosphören bekanntlich sehr niedrig.
• Diese Atmospharen sind infolgedessen höchst unstabile Systeme1 die wesentlich höhere Mengen von nicht zersetztemAmmoniak enthalten, als es dem thermodynamischen Gleichgewicht entspricht und bei denen somit der partielle Druck des nicht zersetzten Ammoniaks von den kinetischen Bedingungen seiner thermischen ersetzung abhängt.
• Die Geschwindigkeit der thermischen Zersetzung des Ammoniaks wächst wie bekannt, mit der Temperatur und der Zeit, während der die Atmosphäre auf der erhöhten Temperatur bleibt. Sie ist aber ebenfalls sehr beträchtlich von der katalytischen Wirkung von Teilen der Ofenvorrichtung abhängig mit denen die Atmosphäre in Berührung kommt.
• Die katalytischen Bedingungen beeinflussen den Inhalt des nicht zersetzten Ammoniaks in der Atmosphäre in einem so bedeutenden Maße, daß die thermische Dissoziation des Ammoniaks direkt in der Gasphase nur innen kleinen Bereich verläuft, sie geschieht aber im größten Teil bei der BerUhrung der Ammoniakmoleküle mit der Oberfläche der Metallteile des Ofens.
• Ein bedeutender Nachteil der bekannten Nitrierungs-, Karbonitrierungs-, Sulfokarbonitrierungs-, und Nitrozementierungsprozesse besteht darin, daß die Metallteile des Ofens durch ihre katalytische Wirkung die Geschwindigkeit des thermischen Zersetzens des Ammoniaks beschleunigen. Infolgedessen erhöht sich der Verbrauch der Atmosphäre, die zur Erzielung der erforderlichen Nitridierungswirkung unentbehrlich ist, sehr wesentlich.
• Die absolut reine Metalloberfläche des Eisens oder der Legierung auf Basis des Eisens und ebenfalls der Legierungen auf Basis des Nickels hat von selbst nur eine kleine katalytische Wirkung.
• Es genügt aber eine kurzfristige Oxydierung der rein metallischen Oberfläche unter erhöhten Temperaturen zur wesentlichen Erhöhung der katalytischen Wirkung und der Inhalt des nichtzersetzten Ammoniaks wird in der Atmosphäre bei dem gleichen Durchfluß mehrfach erniedrigt0 Diese wesentliche Erhöhung der katalytischen Wirkung kann jedoch nicht in einem bedeutenden Maße durch eine Erwärmung in einem Reduziermilieu der sättigenden Atmosphären eliminiert werden, nicht einmals in irgendwelcher anderen Reduktionsatmosphäre.
• Das Wechselns der Oxydations- und Reduktionsbedingungen, das beim praktischen Betrieb einer solchen Vorrichtung unvermeidlich ist, ist mit einer so groben Änderung der katalytischen Wirkung begleitet, daß bei den Prozessen, die eine hohe Nitrierungsfähigkeit und damit auch einen hohen Inhalt des nichtzersetzten Ammoniaks in der Atmosphäre erfordern, konstante Ergebnisse nicht garantiert werden können. Dieser Umstand ist insbesondere bei dem antikorrosiven Nitrieren Nitrieren von Werkzeugstählent Sulfonitrieren1 Tieftemperaturkarbonitrieren und bei Sulfokarbonitrieren bedeutend.
• Der Erfindung lieg die Aufgabe zugrunde, die angeführten Nachteile des bekannten Standes der Technik die in einem hohen Verbrauch von Ammoniak, ggfls. in Kombination mit anderen Komponenten der sättigenden Atmosphäre liegen, und bei einer Reihe der Applikationen ebenfalls in Unstetigkeit der erreichten Qualität der Schichten zu suchen sind, zu beseitigen0 Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß man die Berührung des Gasammoniaks in Atmosphäre mit der Oberfläche der Metallkonstruktionsteile des Ofens durch Bedeckung dieser Teile in geeigneter Art mit einer nicht metallischen zusommenhängenden und undurchlössigen Schicht irgendwelchen Emails, das die genügende Wärmebeständigkeit und eine Beständigkeit gegen die Wärmestösse aufweist1 oder mit einer Schicht des feuerbeständigen Oxyds, Karbids, Nitrids, Bords, Silikats, aufgetragen z.B. durch einen Plasmabrenner oder Anstrich, Begießen mit einer Beimischung des geeigneten Bindemittels verhindert. Die Schutzschicht des feuerbestöndigen Oxyds kann derart vorbereitet werden~ daß die Metallkonstruktionsteile des Ofens mittels eines beliebigen Verfahrens mit Aluminiums, Chrom, Titan oder mit einem anderen geeigneten Metall Uberzogen werden, auf dessen Oberfläche eine kleine Schicht des feuerbeständigen Oxyds automatisch durch Oxydation gebildet wirdg Als ein Beispiel der Ergebnisse ist anzufUhren, daß z.B, beim Tieftemperaturkarbonitrieren unter der Temperatur 6200 in einer Atmosphäre des Ammoniaks und des Propans bei einem Grad Dissoziations max. 50%, das Emaillieren der Retorte, der Zirkulationseinlage und der weiteren geräumigecen Metallteile des Schachtkarbonitrierungsofens mit einem Zwangsumlauf minimal eine 5 - 8 fache Vergrößerung des Verbrauchs von Ammoniak und Propan zeigt, und außerdem eine unerreichbare Qualzitätsdauerhaftigkeit der karbonitrierten Schicht, beständig gegen Abreiben und Verschleiß erzielt wird0 Als ein anderes Beispiel der Ergebnisse ist anzuführen, daß das Bedecken der Metallteile des Ofens mit einem Emailüberzug oder Aluminiumoxyd A1203, aufgetragen durch einen Plasmabrenner, die Erreichung der geforderten genügend hohen und konstanten Nitrierungsfähigkeit löst, die zur kurzfristen Nitrierung der Werkzeuge aus Schnellstählen unter die Temperatur von 500 - 5600 C in einer Atmosphäre des teilweise dissozierten-Ammoniaks unentbehrlich ist.

Claims (2)

PATENTANSPRUCHE:

1. Vorrichtung zum-Nitrieren von Konstruktions- und Werkzeugstählen, zum antikorrosiven Nitrieren, Tieftemperaturkarbonitrieren, Sulfonitrieren, Sulfokarbonitrieren und Nitrozementieren in einer Gasatmosphäre, dadurch-g ek e n n -z e i c h n e t , daß zum Zwecke der Erniedrigung des Ammoniaksverbrauches, gegebenenfalls in Kombination mit weiteren Komponenten sättigender Atmosphären und zum Zwecke des Garantierens der optimalen und konstanten Qualität von Schichten bei Prozessen, die eine hohe Nitrierungsfähigkeit der Atmosphären erfordern, die expressive katalytische Wirkung von Metallteilen des Ofess, die den Verlauf des thermischen Zersetzens des Ammoniaks beschleunigen, durch Bedecken der Metallkonstruktionsteile des Ofens mit einem nicht metallischen, undurchlässigen Uberzug irgendwelchen Emails, das sich durch seine Wärmebeständigkeit und die Beständigkeit gegen Ablösen infolge der thermischen Stöße auszeichnet oder mit einem Uberzug irgendwelchen Oxyds, Karbids, Nitrids, Borids oder Silikats mit einer genügenden Feuerbeständigkeit, das auf die Oberfläche mittels eines Plasmabrenners oder durch Anspritzen mit 1Ausnutzung des Bindemittels aufgetragen wird, eliminiert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die kleine Schutzschicht des feuerbeständigen Oxyds durch Uberziehen der Metallteile des Ofens mittels einer beliebigen Methode mit Aluminium, Chrom oder Titan oder mit einem anderen Metall vorbereitet wird, auf dessen Oberfläche eine kleine Schicht vom feuerbeständigen Oxyd automatisch durch Oxydation gebildet wird.