DE2419997C2

DE2419997C2 - Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung härtbarer bzw. verschleißfester Oberflächenschichten von Stahlteilen in einem Glühofen

Info

Publication number: DE2419997C2
Application number: DE19742419997
Authority: DE
Inventors: Hans Georg Ing.(Grad.) Domres; Manfred Ing.(grad.) 4600 Dortmund Türk
Original assignee: Ruhrgas AG
Current assignee: EOn Ruhrgas AG
Priority date: 1974-04-25
Filing date: 1974-04-25
Publication date: 1986-02-27
Also published as: DE2419997A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung härtbarer bzw. verschleißfester Oberflächenschichten von Stahlteilen in einem Glühofen, wobei eine von einem Exo-Generator erzeugte Menge an Trägergas in Abhängigkeit von der Gaszusammensetzung im Behandlungsraum über die Brenngas- und Luftzuführung geregelt wird und ab einer bestimmten Temperaturhöhe entsprechend dem Mischungsverhältnis der Ofenatmosphäre ein geeignetes Sekundärgas in dosierter Menge zugegeben wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Einrichtupj zur Durchführung dieses Verfahrens.

Beim Gasaufkohlen, das in einem Temperaturbereich von 900 bis 950⁰C stattfindet, oder beim Nitrieren in einem Temperaturbereich zwischen 480 und 58O⁰C wird von Stahlteilen in einer Gasatmosphäre Kohlenstoff oder Stickstoff zur Erzeugung härtbarer bzw. verschleißfester Oberflächenschichten aufgenommen.

Zur Herstellung derartiger Oberflächenschichten wird bei einer Reihe bekannter öfen das Trägergas als Endo-Gas in von den Ofen getrennt aufgestellten Generatoren erzeugt, die unter Wärmezufuhr betrieben werden. Derartige Anlagen, die jeweils aus einem Ofen und einem Gaserzeuger bestehen, bedingen sowohl hohe Herstellungskosten als auch erhebliche laufende Energiekosten, da die Gasgeneratoren getrennt von den Ofen beheizt werden.

Andere Glühofen haben in deren Behandlungsräumen mit einem Katalysator gefüllte und Zuleitungen für das zu spaltende Gas und die Verbrennungsluft aufweisende Retorten zur endothermen Erzeugung des Trägergases. Derartige Anlagen sind zwar sowohl in der Herstellung als auch im Betrieb weniger aufwendig als Anlagen mit separaten Gasgeneratoren, haben jedoch den Nachteil, daß in den Ofenräumen die Zusammensetzung der Atmosphäre nur dann an allen Stellen gleichmäßig ist, wenn für eine ausreichende Luftumwälzung gesorgt wird. Ohne eine solche Luftumwälzung sind Stahlteile an Stellen relativ hoher Trägergaskonzentration einem erheblichen Rußniederschlag ausgesetzt, der ein gleichmäßiges Vergüten der zu behandelnden Stahlteile vei hindern kann.

Aus der DE-OS 22 28 746 ist ein Verfahren zur Herstellung von Karbonitridschichten an Eisenlegierungen in einem Temperaturbereich von 550 bis 750⁰C bekannt, bei dem mit einer Atmosphäre aus teilweise dissoziiertem Ammoniak und einem Trägergas aus einer exothermen Atmosphäre mit abgetrenntem Kohlendioxid und Wasserstoff und einem Stickstoffgehalt über 90% gearbeitet wird. Die Behandlungsatmosphäre wirkt nicht aufkohlend. Das bekannte Verfahren ist auf die Behandlung von Eisenlegierungen mit hohem Kohlenstoffgehalt beschränkt.

Durch das nicht-vorveröffentüchte DE-Patent 23 24 918 ist bei einem Verfahren zur Herstellung von i-Karbonitridschichten auf Teilen aus Eisenlegierungen in einer Ofenkammer, in einer Gasatmosphäre aus teilweise gespaltenem, gegebenenfalls mit N2 verdünntem NH3, in Gegenwart von CO2 in einem Temperaturbereich von 500—65O⁰C, sowie bei einem mittleren Nitrierpotential zwischen 0,5 und 5 unter Schutz gestellt, daß in die Ofenkammer zusammen mit dem NHj ein CO2-haltiges Gas mit einer Summe der brennbaren Bestandteile unter 5 Vol.-% in einem solchen Mengenverhältnis ständig eingeführt wird, daß in Gegenwart von in der Summe 2-20 Vol.-% CO und CO₂ ein Partialdruckverhältnis Pco/Pco. zwischen 1 und 10 während der Behandlungszeit in der Ofenkammer ständig aufrechterhalten wird. In die Ofenkammer wird eine Mischung von NHj und ungereinigtem Exo-Gas in einem Mengenverhältnis zwischen 1 :0,3 bis 1 :3 eingeführt. Die Zusammensetzung des Exo-Gases wird durch Regelung des Brenngas-Luft-Gemisches der Gasbeheizung der Ofenkammer konstant gehalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim Aufkohlen oder Nitrieren von Stahlteilen, beginnend mil deren Aufheizen, über den Behandlungszeitraum hin bei

b5 jeder Temperaturhöhe ohne irgendeinen manuellen Eingriff im Ofenraum immer die richtige Zusammensetzung der sich im Ofen befindlichen Atmosphäre zu gewährleisten.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art, sieht die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe vor, daß zum Aufkohlen oder Nitrieren von Stahlteilen die von einem Mantelstrahlrohr als Exo-Generator zum indirekten Beheizen des Glühofens erzeugte Menge an Trägergas zusätzlich zur Gaszusammensetzung auch in Abhängigkeit von der im Behandlungsraum herrschenden Temperatur geregelt wird. Auf diese Weise erreicht die Erfindung den angestrebten Behandlungseffekt auch bei schwankenden oder sich kontinuierlich verändernden Temperaturen im Ofenrauin. Die Verfahrensweise ist voll automatisch und dementsprechend betriebssicher. Die bei der exothermen Erzeugung des Trägergases entstehende Wärme wird zum A ufheizen des Glühofens ausgenutzt.

Zum Aufkohlen der Stahlteile wird ein kohlenstoffhaltiges Sekundärgas verwendet, das ab einer bestimmten Ttmperaturhöhe entsprechend dem Mischungsverhältnis der Ofenatmosphäre in dosierter Mengt zugegeben wird.

Um das erfindungsgemäße Verfahren mit einfachen Mitteln durchführen zu können, ist eine Einrichtung vorgesehen, die sich dadurch auszeichnet, daß der Exo-Generator ein Mantelstrahlrohr ist, in dessen Innenrohr sich der Behälter für einen Katalysator befindet, eine mit einer Rußbegrenzungseinrichtung ausgerüstete Kohlen- oder Wasserstoffpotential-Regelanlage vorhanden ist, der eine sich automatisch umschaltende Abfrageeinrichtung für die sowohl im Mantelstrahlrohr als auch im Behandlungsraum angeordneten Temperaturmeßeinrichtungen und Meßgasentnahmestellen vorgeschaltet und der für die Betätigung der in den das Brenngas, die Luft und ein kohlen- oder stickstoffhaltiges Sekundärgas führenden Leitungen angeordneten Magnetventile ein Steuergerät nachgeordnet ist.

Im folgenden werden das erfindungsgemäße Verfahren und die Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anhand der einzigen Figur näher erläutert.

In den die zu vergütenden Stahlteile aufnehmenden Behandlungsraum 1 eines geschnitten dargestellen Glühofens 2 reichen die in der Zeichnungsebene hintereinander angeordneten Mantelstrahlrohre hinein. Von diesen ist daher nur das als Exo-Generator ausgebildete Mantelstrahlrohr 3 zu sehen, das in bekannter Art und Weise mit einer nicht dargestellten Zünd- und Flammenüberwachungseinrichtung versehen ist. Das Mantelstrahlrohr hat in seinem Innenrohr 4 den Behälter 5 für einen Katalysator. Das Mantelstrahlrohr ist 'veiterhin zur Überwachung seiner Innentemperatur mit einer Temperaturmeßeinrichtung 6 ausgerüstet und hat außerdem noch eine Meßgasentnahmestelle 7 für das Rauch- und Exogas.

Im Betrieb wird das Mantelstrahlrohr 3 durch in der Brenngas- und Luftleitung 8,9 angeordnete Gebläse 10, 11 mit diesen Mitteln versorgt. In beiden Leitungen 8,9 befinden sich noch Magnetventile 12, 13 und Staublendcn 14, 15 in bekannter Anordnung zur Regelung des Spaltvorganges.

Von dem Mantelrohr 3, das im Behandlungsraum 1 gasdicht verschlossen ist, führt die äußere, mit einem Kühler 16 bestückte Rohrleitung 17 in den Behandlungsraum. In diese Rohrleitung mündet noch an der Mischstelle 18 eine Zuleitung 19 ein, die ebenfalls mit einem Magnetventil 20 und einer Staublende 21 versehen ist. e,5

Über die Rohrleitung 17 wird dem Behandlungsraum 1 das Exogas zugeführt, dem über die Zuleitung 19 ein kohlen- oder stickstoffhaltiges Sekundärgas in regelbarer Menge zugegeben werden kann.

Im Behandlungsraum 1 befindet sich die Temperaturmeßeinrichtung 22 und eine Meßgasentnahmestelle 23.

Beide Temperaturmeßeinrichtungen 6, 22 und die zwei Meßgasentnahmestellen 7, 23 vom Mantelstrahlrohr 3 und Behandlungsraum 1 sind über ein Hilfsschütz 24 bzw. die beiden Magnetventile 25,26 der automatisch umschaltenden Abfrageanlage 27 an die eine Rußbegreiizungseinrichtung aufweisende Kohlen- und Wasserstoffpotential-Regelanlage 28 angeschlossen.

Durch diese Anlage werden entsprechend der Temperaturhöhe und Gaszusammensetzung im Behandlungsraum 1 über das Steuergerät 29 die in der Brenngas- und Luftleitung 8,9 sowie auch in der Zuleitung 19 für das Sekundärgas angeordneten Magnetventile 12,13 und 20 so verstellt, daß zu jedem Zeitpunkt im Behandlungsraum die vorgeschriebene Zusammensetzung der Atmosphäre aufrecht erhalten wird.

Da sowohl die Brenngas- als auch die Luftleitung 8,9 mit einem Gebläse 10, 11 versehen sind, kann bei geschlossenen Magnetventilen 12, 20 der Brenngasleitung 8 und der Zuleitung 19 für das Sekundärgas, wenn es erforderlich ist, bei laufendem Gebläse 11 und geöffnetem Magnetventil 13 im Behandlungsraum 1 auch eine oxydierende Atmosphäre hergestellt oder nach Beendigung eines Behandlungsvorganges mit Luft gespült werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung härtbarer bzw. verschleißfester Oberflächenschichten von Stahlteilen in einem Glühofen, wobei eine von einem Exo-Generator erzeugte Menge an Trägergas in Abhängigkeit von der Gaszusammensetzung im Behandlungsraum über die Brenngas- und Luftzuführung geregelt wird und ab einer bestimmten Temperaturhöhe entsprechend dem Mischungsverhältnis der Ofenatmosphäre ein geeignetes Sekundärgas in dosierter Menge zugegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufkohlen oder Nitrieren von Stahlteilen die von einem Mantelstrahlrohr als Exo-Generator zum indirekten Beheizen des Glühofens erzeugte Menge an Trägergas zusätzlich zur Gaszusanimensetzung auch in Abhängigkeit von der im Behandlungsraum herrschenden Temperatur gerege' t wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufkohlen der Stahlteile ein kohlenstoffhaltiges Sekundärgas verwendet wird, das ab einer bestimmten Temperaturhöhe entsprechend dem Mischungsverhältnis der Ofenatmosphäre in dosierter Menge zugegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergas im Exo-Generator durch einen Katalysator geführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturen und Meßgasentnahmestellen im Mantelstrahlrohr und im Behandlungsraum automatisch umschaltend abgefragt und zum Regeln des Kohlenstoff- oder Wasserstoffpotentials herangezogen werden.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Exo-Generator ein Mantelstrahlrohr (3) ist, in dessen Innenrohr (4) sich der Behälter (5) für einen Katalysator befindet, eine mit einer Rußbegrenzungseinrichtung ausgerüstete Kohlenoder Wasserstoff potential-Regelanlage (28) vorhanden ist, der eine sich automatisch umschaltende Abfrageeinrichtung (27) für die sowohl im Mantelstrahlrohr (3) als auch im Behandlungsraum (1) angeordneten Temperaturmeßeinrichtungen (6, 22) und Meßgasentnahmestellen (7, 23) vorgeschaltet und der für die Betätigung der in den das Brenngas, die Luft und ein kohlen- oder stickstoffhaltiges Sekundärgas führenden Leitungen (8,9 und 19) angeordneten Magnetventile (12, 13 und 20) ein Steuergerät (29) nachgeordnet ist.