DE2636273C3

DE2636273C3 - Verfahren zur Regelung eines Aufkohlens von Teilen in einem Vakuumofen

Info

Publication number: DE2636273C3
Application number: DE2636273A
Authority: DE
Inventors: Franz Ing.(Grad.) 4190 Kleve Bless; Ferdinand Berg En Dal Limque (Niederlande)
Original assignee: Ipsen International GmbH
Current assignee: Ipsen International GmbH
Priority date: 1976-08-12
Filing date: 1976-08-12
Publication date: 1980-02-07
Also published as: FR2361476B1; US4232852A; DE2636273B2; GB1534463A; JPS5322131A; FR2361476A1; JPS5848626B2; US4168186A; ES461548A1; DE2636273A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Aufko! 'ens von Teilen unter Vakuum in einem Vakuumofen, bei dem als Kohlenstoffträger ein Kohlenwasserstüffgas in den Ofen eingeführt wird.

Das Aufkohlen unter Vakuum bzw. Unterdruck ist bekannt. Hierzu werden alsgasiormige Aufkohlungsmittel Kohlenwasserstoffe, insbesondere Methan, verwendet. Es befinden sich im Ofen mehrere Gaskomponenten, z. B. CH₄ und N₂ oder CH₄ + CO + N₂ + H₂. Da sich bei diesem Verfahren kein chemisches Gleichgewicht einstellt zwischen den Gasen und dem gewünschten Kohlenstoff des aufzukohlenden Stahls muß für ein Überangebot an Kohlenstoff im Gas gesorgt werden, z. B. durch CH₄. Dieses notwendige Überangebot an Kohlenwasserstoffen ist mit dem Nachteil verbunden, daß mit dem Ablauf der Reaktion, z. B. Methan,

CH₄ = C + 2 H₂

freier Kohlenstoff entsteht, der nicht zur Stahloberflache gelangt. Aus diesem freien Kohlenstoff entsteht Ruß. Bei höherer Konzentration ist dieser Ruß optisch an einer, aus der Heizkammer kommenden Rußwolke erkennbar und hat den Nachteil, einerseits die Aufkohlung zu behindern und andererseits die zu behandelnden Teile und den Ofen zu verschmutzen. Darüber hinaus besteht bei Verwendung eines elektrisch beheizten Ofens eine Kurzschlußgefahr.

Zur Verringerung des entstehenden Rußes wird bereits das Kohlenwasserstoff gas in konstanter oder nach Menge und Zeit geregelter Weise pulsierend dem Ofen zugeführt (US-PS 3 74Γιίι 15). Die Zeit in Form einer Impulsfolge wird dabei als alleinige Regelgröße Verwendet, Wobei eine Rußbildung durch geeignete Wahl def Aufkohlungsbedingüngen ausgeschaltet werden soll- Ein durchgreifender Erfolg konnte jedoch hiermit nicht erzielt werden. Nachteilig ist insbesondere bei diesem bekannten Verfahren, daß zur Einstellung bestimmter Aufköhlungsticfen Und be*

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stimmter Randkohlenstoffgehalte das Erfordernis besteht, für die verschiedensten zu behandelnden Teile empirisch die Pulsationsfolgen zu ermitteln, um überhaupt einen Besserungserfolg hinsichtlich der Vermeidung der Rußbildung zu erzielen. Die Dosierung ist deshalb nur mit aufwendigen Versuchen unter schwierigen Bedingungen in etwa empirisch festzulegen. Bei dem bekannten Regelungsverfahren hat es sich ferner als notwendig herausgestellt, den Druck v/ährend der Zugabephase so niedrig wie möglich zu fahren, um starke Rußnebelbildung zu unterdrücken, womit jedoch die Aufkohlungsgeschwindigkeit verringert wird und eine schlechte Gleichmäßigkeit der Aufkohlung an der Stahloberfläche sich einstellt, da das Glas eine geringe Dichte hat und folgüch schlecht gleichmäßig im Heizraum zu verteilen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Regelung zum Aufkohlen im Unterdruck zwecks Verkürzung der Rußbildungsphasc- zu schaffen, die es in sehr feinfühliger Weise ermöglicht, die Kohlenwasserstoffzufuhr an der Grenze der Rußnebelbüdung zu regeln.

Die Aufgabe ist an dem eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Auftreten von Rußnebel festgestellt wird, daß die Kohlenwasserstoffzugabe bei Auftreten von Rußnebel vollständig oder teilweise unterbrochen wird und daß die Kohlenw^sserstoffzugabe nach Abklingen der Rußnebelbildung erneut aufgenommen wird. Vorzugsweise wird das Auftreten von Rußnebel durch optische Messung mittels einer aus einem Lichtsender und einem Lichtempfänger bestehenden Lichtschranke festgestellt, deren Unterbrechung durch auftretenden Rußnebel ein Regelsignal auslöst, welches zur vollständigen oder teilweisen Beendigung der Kohlenwasserstoffzugabe verwertet wird, wobei nach der Aufhebung der Unterbrechung der Lichtschranke mit dem Abklingender Rußnebelbildung erneut Kohlenwasserstoffgas zugegeben wird. Das Auftreten von Rußnebel kann auch nach anderen an sich bekannten Verfahren, beispielsweise mittels Ionisations- oder Leitfähigkeitsmessungen des (jases vorgenommen werden.

Mit der erfindungsgemäßen Regelung ist es in außerordentlich feinfühliger Weise möglich, die Kohlenwasserstoff/»fuhr zum Vakuumofen an der Grenze der Rußnebelbildung zu regeln und folglich dafür /u sorgen, daß das CH₄-Angebot möglichst nahe gemäß folgender Formel /ur Aufkohlung ausgenutzt wird

CH₄ = C f 2 H₁

wobei der Kohlenstoff in optimaler Menge bis /ur Sättigung des Austcnits vom Stahl aufgenommen wird.

Eiine Rußnebelbildung wird nahezu im F^;ntstchungstadium vermieden, so daß die bisher hin/unchmcnde Hemmung der Aufkohlung, die Ofcnvcrschmutzung, die Verschmutzung der Teile sowie die Kur/schlußgefahr bei elektrischen FIcizelcmenten behoben sind.

In der praktischen Ausführung wird /. B. elwa 460 Torr gefahren, und es wird bei einer Aufkohlungszcit von 1 Stunde etwa vier- bis fünfmal eine CH₄-Zugabc eingeleitet. Die Dauer der CH₄-Zugabe beträgt nach grobem Übersdhiagswört etwa I Min., wo hingegen die Abschaltzeit etwa 10 Min, ausmacht. Im Anschluß äri die Aufkohlungszeit wird mittels Diffusion uhtcf Hochvakuum der Randkohlehstoffgehalt auf dcti gewünschter! Wert gebracht.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der

Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausführungsform einer Regelvorrichtung dargestellt ist. In der Zeichnung bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Lichtsender, dessen Strahlengang durch ein Schutzrohr 2 zu einem Lichtempfänger 3 geführt ist. Linsen 4 und 5 sowie Blenden 6 und 7 sind als optische Einrichtungen im Schutzrohr 2 angeordnet, um einen einwandfreien reproduzierbaren Strahlengang herzustellen.

Die durch eine gepfeilte Linie in der Zeichnung verdeutlichte Lichtschranke 8 aus dem vom Lichtsender 1 zum Lichtempfänger 3 verlaufenden Strahlenbündel kann durch auftretenden Rußnebel 9 dadurch unterbrochen werden, daß das Schutzrohr 2 über Öffnungen 10 an die Ofenkammer angeschlossen ist, was schematisch durch eine Heizkammeröffnung 11 in der Zeichnung verdeutlicht ist.

Um zu erzielen, daß sofort bei Auftreten von Rußnebel dieser durch die Unterbrechung der Lichtschranke 8 festgestellt wird und eine Kohlenwasserstoffzugabe je nach Wunsch vollständig oder teilweise unterbrochen wird und daß nach Abklingen dei Rußnebelbildung die Kohlenwasserstoffzugabe erneut wieder aufgenommen wird, ist die aus der Zeichnung erkennbare Regelmimik vorgesehen. Gemäß dieser erhält der Lichtsender 1 seinen Betriebsstrom über eine Stromquelle 12 und ist der Lichtempfänger an einen Verstärker 13 mit Relais angeschlossen, der das von der Unterbrechung der Lichtschranke 8 aus dem Lichtempfänger 3 hervorgehende Signal zur Öffnung eines Regelschalters 14 verstärkt, wodurch ein Magnetventil 15 geschlossen wird, das in ditr Zuführungsleitung 16 von Kohlenwasserstoffgas zum Ofenraum eingesetzt ist. Im Augenblick der Unterbrechung der Lichtscnranke 8 durch Rußnebei 9 wird damit wunschgemäß die Kohlenwasserstoffzugabe unterbrochen. Der Betriebsstrom des Empfänger- und Regelsystems wird von einer Stromquelle 17 erhalten. Es ist erkennbar, daß mit dem Abklingen der Rußnebelbildung der Lichtempfänger 3 die Licht-

schranke 8 wieder aufnimmt, womit der Regelschalter 14 geschlossen wird und das Magnetventil 15 sich öffnet, so daß die Zufuhr von Kohlenwasserstoffgas erneut einsetzt.

15	1	Bezugszeichenliste	Lichtsender
	2	Schutzrohr
	3	Lichtempfänger
	4	Linse
	5	Linse
20	6	Blende
	7	Blende
	8	Lichtschranke
	9	Rußnebel
	10	Öffnung
2Ϊ	11	Heizkammeröffnung
	12	Stromquelle
	13	Verstärker
	14	Regelschalter
	15	Magnetventil
il)	16	Zuführungsleitung
	17	Stromquelle

Hierzu 1 Blatt Zeiehntiimen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regelung eines Aufkohlens von Teilen unter Vakuum in einem Vakuumofen, bei dem als Kohlenstoffträger ein Kohlenwasserstoffgas in den Ofen eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftreten von Rußnebel festgestellt wird, daß die Kohlenwasserstoffzugabe bei Auftreten von Rußnebel vollständig oder teilweise unterbrochen wird und daß die Kohlenwasserstoffzugabe nach Abklingen der Rußnebelbildung erneut aufgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftreten von Rußnebel durch optische Messung mittels einer aus einem Lichtsender und einem Lichtempfänger bestehenden Lichtschranke festgestellt wird, deren Unterbrechung durch auftretenden Rußnebel ein Regelsignal auslöst, welches zur vollständigen oder teilweisen Beendigung der Kohlenwasserstoffzugabe verwertet wird, wobei nach Aufhebung der Unterbrechung der Lichtschranke mit dem Abklingen der Rußnebelbildung erneut Kohlenwasserstoffgas zugegeben wird.