DE2601741A1

DE2601741A1 - Kastengluehen mit verringerter kohlenstoffabscheidung

Info

Publication number: DE2601741A1
Application number: DE19762601741
Authority: DE
Inventors: Harry Howard Podgurski
Original assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Current assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Priority date: 1975-01-22
Filing date: 1976-01-19
Publication date: 1976-07-29
Also published as: US3966509A; BE837604A; FR2298607A1; JPS5197513A

Description

PA^vEN1AN'^fl'ÄLTE A. GRÜNECKER

DIP1--ING.

H. KINKELDEY W. STOCKMAIR DR-ING. · Art (CALTEEH

2601741 K. SCHUMANN

DR BSI NAT ■ DIPU-PKVS

P. H. JAKOB

DlPU-INQ

G. BEZOLD

DR RSl ΝΑΠ· DtPL-CHBA

MÜNCHEN

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE 43

======= . 19. Januar 1976

ITSS EITGIEEEES AlTD COiTSULTANOiS, IFC. 600 Grant Street, Pittsburgh, Pennsylvania / U.S.A.

Kastenglühen mit verringerter Kohlenstoffabscheidung

Die Erfindung "betrifft das Kastenglühen von Metairblechen und bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Vermeidung von Kohlenstoffabscheidungen bei derartigen Glühungen.

Stahlbleche werden gewöhnlich mit Hilfe eines als Kastenglühung bezeichneten Vorganges geglüht. Das Material"wird in Form einzelner Blechtafeln oder, was hauptsächlich anzutreffen ist, in Porm von Bunden auf Traggerüsten angeordnet. Sodann werden Thermoelemente an geeigneten Orten am Blech angeordnet und wird der Ofen auf das Traggerüst über eine innere Abdeckung abgesenkt, so daß ein umschlossener Raum gebildet wird, in welchem vor oder während des Glüh-

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Vorganges eine kontrollierte Schutzgasatmosphäre hergestellt wird. Eine Vielzahl von Schutzatmosphären kann zur Verwendung gelangen. Bei einer gerne verwendeten Schutzgasatmosphäre werden durch teilweise Verbrennung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen, d.h. von Erdgas, Propan oder Butan erzeugte Gase verwendet. Eine weitere weitverbreitete Schutzatmosphäre wird durch Mischen von Hp und Fo hergestellt. Welche Gase auch immer verwendet werden, so ist es vorteilhaft, außerdem ein unerwünschtes Maß an Oxidation und Entkohlung am Metall zu verhindern. Außerdem ist zu beachten, daß die verwendete Glühatmosphäre nicht die Ursache für Kohlenstoffabscheidungen ist, wobei es von ganz besonderem Nutzen wäre, Glühatmosphären zu verwendön, welche imstande sind, Kohlenstoffabscheidungen zu entfernen, die aus anderen Quellen stammen, wie beispielsweise Kohlenstoffabscheidungen, die ihre Ursache in auf dem Blech verbliebenen Walzenschmiermitteln haben. Bei der Glühung von Stahlblechen hängt die Wahl der Glühatmosphäre häufig vom Bestimmungszweck des geglühten Bleches ab. Steht beispielsweise die Beschichtbarkeit des Stahlbleches im Vordergrund, so wird eine im wesentlichen aus IL, und Hg bestehende Schutzatmosphäre mit geringen Feuchtigkeitsspuren (HHK-Gas) verwendet. Andererseits wird dann, wenn das Erzielen einer glatten Oberfläche, sogar nach starken Verformungsvorgängen, im Vordergrund steht, häufig eine Atmosphäre verwendet, die im wesentlichen aus ITo, Hg, CO2' ^ u&ä- HgO (DX-Gas) besteht. Keine dieser gemeinhin benutzten Atmosphären ist 3 edoch für sich allein imstande, das Ausbilden von Kohlenstoffabscheidungen zu verhindern.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Veränderung der Schutzgasatmosphäre während des

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Glühvorganges zu schaffen, mit dessen Hilfe die Reinheit der Metalloberflächen verbesserter ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst.

Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare Fortschritt ist in erster Linie darin zu sehen, daß mit Hilfe des Verfahrens nach der Erfindung eisenhaltige Bleche geglüht werden können, ohne daß nennenswerte Kohlenstoff abscheidungen zurück bleiben.

Weitere Vorteile,.Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung .anhand der Zeichnung. Deren einzige Figur zeigt ein graphisches Schaubild zur näherungsweisen Bestimmung der vorbestimmten Auswechseltemperatur als Funktion der Gehalte an GO und COp für eine etwa 10% H₂ und 1% H₂O enthaltender Atmosphäre.

Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß sich nach Erreichen einer vorgeschriebenen höheren Temperatur eine verbesserte Entfernung von Kohlenstoffabscheidungen vom Stahlblech mit Hilfe einer als DX-Atmosphäre bezeichneten Gasatmosphäre erzielen läßt, bei welcher es sich um eine solche handelt, die wenigstens etwa 3% CO₂, 3% CO, Ψ/ο H₂ und 0,5% H₅O enthält. Das Erhitzen des Bleches erfolgt zunächst in einer ersten, im wesentlichen CO- und C0₂-freien Atmosphäre, d.h. einer Atmosphäre vom HHX-Typ, einer lediglich Stickstoff enthaltenden Atmosphäre oder in bestimmten Fällen unter Verwendung von Luft. -Wenn diejenigen Bereiche des Bleches, welche mit der Schutzatmosphäre in Berührung gelangen, eine vorbestimmte Mindestauswechseltemperatur (MRT) erreichen, so wird die erste Atmosphäre entfernt und gegen eine Atmosphäre vom DX-Typ ausgewechselt. Erfolgt der Atmosphärenwechsel zu frühzeitig, so stellt die Atmosphäre vom DX-Typ eine Quelle für die Kohlen-

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stoffabscheidung dar. Es ist deshalb wichtig, daß ein derartiger AtmoSphärenwechsel nur dann vorgenommen wird, wenn die freiliegenden (exposed) Blechbereiche, d.h. die äußeren Wicklungen und die Blechkanten beim aufgehaspelten Blech, tatsächlich die vorbestimmte Mindestauswechseltemperatur (MET) erreicht oder überschritten haben. Wenngleich der Atmosphärenwechsel zu einer Zeitperiode lange nach dem Erreichen der MKD vorgenommen werden kann, ist eine derartige Arbeitsweise nicht anzuraten, da ein Zeitraum, ungenutzt für die Entfernung von Kohlenstoffabscheidungen verstreicht. Deshalb wird erfindungsgemäß die kostspieligere Atmosphäre vom DX-Typ vorteilhaf erweise in Benutzung genommen, sobald nach Erreichen der vorbestimmten Auswechseltemperatur die GlühatmoSphäre umgeschaltet wird.

Die vorbestimmte Mindestauswechseltemperatur hängt ab von der Konzentration der KohlengasatmoSphäre und liegt grob gesagt innerhalb eines Bereiches von 538 bis 760 C. Da diese Atmosphäre jedoch zwischen weiten Konzentrationsgrenzen schwanken und eine Vielzahl von Bestandteilen enthalten kann, ist es nicht- möglich, mit einem bestimmten Maß an Genauigkeit eine Formel zur Berechnung dieser Temperatur anzugeben. Die Figur veranschaulicht wie stark diese Auswechseltemperatur in Abhängigkeit von den CO- und COp-Gehalten einer etwa 10% H₂ und 1% HpO enthaltenden Atmosphäre schwankt, weshalb die Figur nützlich zur Zusammenstellung der vielen herkömmlicherweise verwendeten DZ-AtmoSphären ist. Werden Gase mit einem höheren Verhältnis von H₂ zu H₂O verwendet, so wird die Kurve nach rechts verschoben, was das Erzielen höherer Blechtemperaturen (in den freiliegenden Bereichen) vor der Beiführung des Atmosphärenwechsels erfordert. Wird demgegenüber das Verhältnis von H₂O zu H₂ vergrößert, so wird die Kurve nach links verschoben, was zu verringertem Mindest-

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auswechseltemperaturen (MRT) führt.

Selbstverständlich kann die !figur als Richtschnur "benutzt werden. Da die günstigste MRT jedoch nicht nur allein mit der Konzentration des Gases vom DX-Typ schwankt, -sondern auch (a) von der Konzentration der Gase in der ersten Schutzgasatmosphäre, (b) von der Entfernungsgeschwindigkeit der ersten Atmosphäre, (c) von der Aufheizgeschwindigkeit des Bundes oder Blechstapels und (d) von dem Charakter der freiliegenden Blechbereiche (fest oder lose gewickelte Bunde usw.) beeinflußt wird, sollte die vorbestimmte MRT empirisch, d.h. mit Hilfe der trial-and-error-Methode bestimmt werden. Selbstverständlich stellt es keine absolute Notwendigkeit dar, daß die Bestimmungen der Auswechseltemperatur bei Versuchen im großtechnishen Maßstab vorgenommen werden. Näherungsweise MRT-BeStimmungen können leicht unter Verwendung eines Probebleches ausgeführt werden, welches in einem kleinen Ofen, wie einem Muffelofen, angeordnet ist, und wobei die Gasizusammensetzungen und Spülgeschwindigkeiten entsprechend den tatsächlichen Glühbedingungen eingehalten werden. Ein derartiger Laboratoriumsversuch, bei welchem die Atmosphäre in Temperaturabständen von ca. 28⁰C .(innerhalb eines Temperaturbereiches von 538 bis 76O°C) untersucht werden, ist ausrechend, um näherungsweise die Mindesttemperatur zu bestimmen, bei welcher der Atmosphärenwechsel gefahrlos ausgeführt werden kann, ohne daß die DX-Atmosphäre selbst die Ausbildung von Kohlenstoffabscheidungen verursacht.,

Die MRT spielt auch zum Ende des Glühvorganges oder Glühzyklus eine Rolle, wenn die Temperatur der freiliegenden Blechbereiche abzusinken beginnt. Fällt nämlich die Temperatur

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der freiliegenden Bereiche unter die Mindestauswechseltemperatur, so kann die unerwünschte Kohlenstoffabscheidung erneut auftreten. In Fällen, wo derartige Abscheidungen auftreten, ist es erforderlich, die DX-AtmoSphäre mit einer Atmosphäre zu spülen, die im wesentlichen frei von Kohlenmonoxid und Kohlendioxid ist. Ein solcher Spülvorgang kann beispielsweise dadurch herbeigeführt werden, daß die erste Atmosphäre, die während der anfänglichen Erhitzungsphase benutzt wurde, erneut verwendet wird. Glücklicherweise ist beim Kastenglühen ein derartiger Rückgriff (switch back procedure) normalerweise nicht erforderlich, sofern der Glühofen am Ende der Glühperiode rasch genug von dem Glüh-Traggerüst entfernt wird. Wird der Glühofen derart entnommen oder entfernt, so kühlt sich die das geglühte Bund umschließende Abdeckung rasch ausreichend tief unter die Bundtemperatur ab. Wegen des zwischen der Abdeckung und dem Bund gebildeten großen Temperaturgefalles richtet sich die resultierende Kohlenstoffabscheidung auf die kältere Abdeckung. Bei solch ungewöhnlichen Fällen, in denen der Glühofen am Ende der Glühzeit nicht rechtzeitig entfernt wird, ist jedoch der Rückgriff oder das Zurückschalten auf eine im wesentlichen kein CO und kein CO^ enthaltende Atmosphäre ratsam.

Der vorstehend erläuterte Gaswechsel ist in der Praxis eines Hüttenbetriebes angewandt worden, wobei sich herausstellte, daß mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens die Kohlenstoffabscheidungen auf geglühten Bunden sehr weitgehend verringert und in den meisten Fällen sogar gänzlich beseitigt werden konnten. In einigen Fällen, wie in solchen, wo ungewöhnlich große Mengen an Schmiermitteln auf dem kaltgewalzten Blech zurückgeblieben sind, kann die Wirksamkeit des Gaswechselverfahrens jedoch noch dadurch gesteigert werden, daß der Temperaturanstieg der Bunde während der an-

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fänglichen Aufheizphase ausreichend gering gehalten wird, wenn die Bunde auf ihre Glühtemperatur erhitzt werden. Ist der Temperaturanstieg der Bunde während des Aufheizens zu rasch, so werden die auf dem Blech verbliebenen Walzenschmiermittel ("bei den üblicherweise in herkömmlichen Kastenglüheinrichtungen herrschenden Drücken) thermisch zu festen kohlenstoffhaltigen Erzeugnissen zersetzt. Bei höheren Temperaturen gebildete Zersetzungsprodukte sind außerdem weniger leicht zu vergasen. Werden die Bunde mit einer relativ niedrigen Temperatursteigerungsgeschwindigkeit aufgeheizt, so wird das Temperaturgefälle zwischen den inneren Bundwicklungen und den stärker der Atmosphäre ausgesetzten Bereichen (äußere Wicklungen und Blechkanten) beträchtlich verringert. Es ist deshalb ratsam, mit Aufheizvorgängen zu arbeiten, bei welchen die Temperatur der inneren Bundwicklungen ausreichend ist, um ein Hydrocracken des Schmiermittels (beispielsweise bei 288°C) zu erzielen, wodurch ein flüchtiges Reaktionsprodukt gewonnen wird. Demgegenüber liegen die Temperaturen der mehr freiliegenden oder der Atmosphäre ausgesetzten Bereiche niemals unterhalb Temperaturen (beispielsweise 538°C)"_?bei welchen eine rasche Verkohlung auftritt. Dieses läßt sich am leichtesten dadurch erreichen, daß die äußersten und demzufolge am heißesten Bereiche der Bunde rasch auf ein Temperaturband von beispielsweise 510 bis 566⁰C erhitzt und ausreichend lange auf dieser Temperatur gehalten werden, daß die Innenwicklungen eine Temperatur von 260 bis 316⁰C erreichen. Bei Bunden, die breiter sind und/oder einen größeren Durchmesser besitzen, erfordert die Anwendung einer derartigen Temperaturbandpraxis insbesondere eine zusätzliche Aufheizdauer von beispielsweise 8 Stunden über die herkömmlichen Aufheizzeiten oder -geschwindigkeiten hinaus. Ein solcher zusätzlicher Zeitbedarf ist jedoch kostspielig. Es sei deshalb unterstrichen, daß eine derartige Temperaturbandpraxis nur in solchen schwie-

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rigen Fällen empfehlenswert ist, wo erkennbar ist, daß die Gasumschaltung nach, der Erfindung allein nicht ausreicht, um das angestrebte Maß an Blechreinheit zu erzielen.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Kastenglühen von Metairblechen, bei welchem das .Blech in einer überwachten Schutzatmosphäre auf eine

• im Bereich von 538 bis 927°C liegende Glühtemperatur erhitzt und auf dieser Temperatur gehalten wird, bis die angestrebte Erweichung erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur deutlichen Verringerung des Auftretens von Eohlenstoffabscheidungen

a) während der anfänglichen Aufheizperiode, wenn die Blechtemperatur erhöht wird, eine erste Gasatmosphäre benutzt wird, die im wesentlichen frei von CO und COp ist,und.daß

b) im Anschluß an das Erhitzen der freiliegenden Blechbereiche auf eine im Bereich von 538 bis 76O°C liegende Mindestauswechseltemperatur die Schutzgasatmosphäre in eine zweite Atmosphäre verändert wird, die aus . 3 bis 30% CO₂, 3 bis 30% CO, 4- bis 20% H₂, 0,5 bis 5% H₂O, Rest Stickstoff besteht, welche zweite Atmosphäre während des Glühvorganges beibehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß während der anfänglichen Heizperiode eine aus wenigstens 5% H₂ und wenigstens 0,2% H₂O, Rest Stickstoff bestehende Atmosphäre verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zweite Atmosphäre eine aus 4- bis 10% CO₂, 7 bis 15% CO, 6 bis 14% H₂, 0,5 bis 2% H₅O, Rest Stickstoff bestehende Atmosphäre verwendet wird.

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4. Verfahren nactL mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Quadrates des CO-Partialdruckes zum C0₂-Partialdruck zwischen etwa 0,04 und 0,3 liegt und daß die vorbestimmte Auswechseltemperatur größer ist als die dem Verhältnis entsprechende aus der Kurve gemäß der Figur ablesbare Temperatur.

5· Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche Λ bis 4, bei welchem das Blech zu Bunden aufgehaspelt und vor dem Glühen mit einer ölschicht bedeckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das anfängliche Aufheizen so ausgeführt wird, daß das Temperaturgefälle zwischen den inneren Bundwicklungen und den mehr freiliegenden Bereichen minimiert wird, derart, daß die Temperatur der inneren Bundwicklungen ausreichend zur Förderung des Hydrocrackens des Öls ist, während die Temperatur der mehr freiliegenden Bereiche unterhalb derjenigen Temperatur gehalten wird, bei welcher eine rasche Carbonisation auftritt.

6. Verfahren nach Anspruch 5? dadurch g e k e η η ζ ei c hn e t, daß die inneren Bundwicklungen eine Temperatur von wenigstens etwa 260⁰C erreichen, bevor die mehr freiliegenden Bereiche eine Temperatur von mehr als etwa 566 C erreicht haben.

7· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennz eichn e t, daß als erste Atmosphäre eine 7 bis 15% H₂, O»3 bis 2% H₂O, Rest Stickstoff enthaltende Atmosphäre benutzt wird..

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