DE2824171A1 - Verfahren zum aufkohlen von stahl - Google Patents

Verfahren zum aufkohlen von stahl

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DE2824171A1
DE2824171A1 DE19782824171 DE2824171A DE2824171A1 DE 2824171 A1 DE2824171 A1 DE 2824171A1 DE 19782824171 DE19782824171 DE 19782824171 DE 2824171 A DE2824171 A DE 2824171A DE 2824171 A1 DE2824171 A1 DE 2824171A1
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steel
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passage
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DE19782824171
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Jack Solomon
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Union Carbide Corp
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Union Carbide Corp
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gasaufkohlen von
Stahl und insbesondere ein Verfahren, bei dem die Beeinflussung der Aufkohlungsatmosphäre optimiert wird.
Aufkohlen stellt das konventionelle Verfahren zur Einsatzhärtung von niedriggekohltem Stahl dar. Beim Gasaufkohlen
wird der Stahl für eine vorbestimmte Zeitdauer einer rasch
strömenden Aufkohlungsatmosphäre ausgesetzt, bis die gewünschte Kohlenstoffmenge in die Oberfläche des Stahls bis zu einer vorbestimmten Tiefe eingebracht ist, die als Einsatztiefe bezeichnet wird. Die einsatzgehärtete Schicht hat wegen ihrer
extremen Härte gute Verschleißeigenschaften, während der
innenliegende Teil des Werkstücks, d.h. der als Kern bezeichnete Teil jenseits der Einsatztiefe, relativ weich und duktil bleibt und gute Zähigkeitseigenschaften hat. Einsatzgehärtete
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Stähle werden beispielsweise bei Zahnrädern, Nockenwellen, Granaten, Zylindern und Zapfen benutzt, wo eine Kombination von einer verschleißfesten Oberfläche und einem zähen Kern von Wichtigkeit ist. Das Aufkohlen, und insbesondere das Gasaufkohlen, das Carbonitrieren und eine ausführlichere Liste von verschiedenen Stahlteilen, die einer Aufkohlung ausgesetzt werden, sind in "Metals Handbook", herausgegeben von T. Lyman, veröffentlicht von der American Society for Metals, Novelty, Ohio, 1948, Seiten 677 bis 697 beschrieben. Das Aufkohlverfahren sowie Kastenöfen und Tiefofen, in denen der Aufkohlprozess durchgeführt wird, sind in "The Making, Shaping and Treating of Steel, 8. Ausgabe, 1964, Seiten 1O58 bis 1O68 erläutert. Aufkohlungsöfen sind ferner in dem vorstehend genannten "Metals Handbook" in einem Aufsatz "Electrically Heated Industrial Furnaces" von Cherry u.a., Seiten 273 bis 278, insbesondere Fign. 1, 2 und 8, beschrieben, wobei letztere ein Beispiel für einen Stoßofen zeigt, wie er allgemein für ein Aufkohlen im Durchlaufverfahren, als Alternative zu einem satzweisen Einsatz, verwendet wird.
Es wurde seit langem erkannt, daß die Aufkohlungsatmosphäre gesteuert werden muß, um für die gewünschte Kohlenstoffmenge in der -gewünschten Einsatztiefe zu sorgen sowie um eine Entkohlung und Oxidation des Werkstücks im wesentlichen zu vermeiden. Es wurde ferner in Betracht gezogen, daß zur Ausbildung der Aufkohlungsatmosphäre bei bekannten Verfahren über-
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maßig viel Gase unnütz verwendet werden. Daher wurde vorgeschlagen, die Aufkohlungsatmosphäre unter Verwendung von Filtern und Spüleinrichtungen anzureichern und zu reinigen sowie in hohen Durchflußmengen umzuwälzen. Es zeigte sich jedoch, daß diese Vorschläge den Aufkohlungspro2ess komplizieren. Die bei industriellen Anwendern vorgesehene praktische Lösung bestand darin, über den gesamten Aufkohlungsprozess hinweg mit einer hohen und konstanten Durchflußmenge an Endogas (dem zur Bildung der Aufkohlungsatmosphäre am häufigsten verwendeten Trägergas) zu arbeiten, wodurch zwar Erdgas verlorengeht, was jedoch einfach ist und eine geeignete Aufkohlungsatmosphäre sicherstellt. Die Gase (einschließlich verdampfter Flüssigkeiten), beispielsweise Erdgas, Methan und Propan, die die Quelle des zur Bildung der Aufkohlungsatmosphäre benutzten Endogases darstellen, stehen jedoch insbesondere während der kalten Monate nur in unzureichender Menge zur Verfügung und/oder sind vergleichsweise kostspielig. Es ist daher erwünscht, den übermäßigen Einsatz dieser Gase zu vermeiden, ohne daß die Einfachheit des Prozesses oder die Beeinflussungsmöglichkeit der Aufkohlungsatmosphäre verlorengeht .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen an sich bekannten Aufkohlungsprozess dahingehend zu verbessern, daß die Menge der zur Ausbildung der Aufkohlungsatmosphäre notwendigen Gase beträchtlich vermindert wird, während die Einfachheit des
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Prozesses und eine geeignete Entkohlungsatmosphare aufrechterhalten bleiben.
Die Erfindung geht aus von einem bekannten Aufkohlungsverfahren. Bei dem bekannten Verfahren wird Stahl aufgekohlt, um eine Oberflächenkohlenstoffkonzentration von mindestens ungefähr O,4 %, bezogen auf das Gewicht des Stahls, zu erreichen oder aufrechtzuerhalten. Das Verfahren wird in einem Ofen mit mindestens einer Aufkohlungskammer durchgeführt. Die Kammer ist mit Ausnahme mindestens eines Durchlasses geschlossen, durch den hindurch der Stahl in die Kammer hinein und aus der Kammer heraus gelangt. Ferner sind Mittel zum Öffnen und Schließen des Durchlasses vorgesehen. Bei der Durchführung des Verfahrens wird der Durchlaß geöffnet, Stahl durch den Durchlaß hindurch in die Kammer eingebracht, der Durchlaß geschlossen, der Stahl einer Aufkohlungsatmosphäre bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 645 C bis ungefähr 1205 ° C bis zum Aufkohlen des Stahls ausgesetzt, der Durchlaß geöffnet, der Stahl durch den Durchlaß hindurch entnommen und der Durchlaß geschlossen .
Die erfindungsgemäße Verbesserung dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß in die Kammer ein Trägergas und ein gasförmiger Kohlenwasserstoff eingeleitet werden, die so beschaffen sind, daß in der Kammer eine Entkohlungsatmosphare
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-1O-
ausgebildet wird, die in Vol.% bezogen auf das Gesamtvolumen der Aufkohlungsatmosphäre, enthält:
Komponente der Atmosphäre
Kanlenmonoxid
Wasserstoff
Stickstoff
Kohlendioxid
Wasserdampf
Kohlenwasserstoff
Vol.%
etwa 4 bis etwa 3O etwa 1O bis etwa 6O etwa 10 bis etwa 85
O bis etwa 4
O bis etwa 5
etwa 1 bis etwa 1O.
Dabei liegt der Kohlenwasserstoff in ausreichender Menge vor, um
Z. auf einem Wert von etwa
C + CO2 j
= Vol.% Kohlendioxid; = Vol.% Kohlenmonoxid;
= Gleichgewichtskonstante für die Reaktion
2 CO:
= vorbestimmter Gewichtsprozentsatz an Kohlenstoff auf der Stahloberfläche, bezogen auf das Gewicht
des Stahls; und
= Aktivitätskoeffizient für in dem Stahl gelösten
Kohlenstoff.
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Des weiteren wird das Trägergas bei geschlossenem Durchlaß in einer niedrigen Durchflußmenge und bei offenem Durchlaß in einer hohen Durchflußmenge eingeleitet, wobei
(i) die minimale niedrige Durchflußmenge ausreichend gehalten wird, um die in die Aufkohlungsatmosphäre gelangenden Sauerstoffkomponenten zu begrenzen, so daß eine Menge von nicht mehr als ungefähr 10 % Kohlenwasserstoff erforderlich ist, um den vorstehend genannten Wert von Z. aufrechtzuerhalten;
(ii) die maximale niedrige Durchflußmenge nicht größer als ungefähr die Hälfte der minimalen hohen Durchflußmenge ist; und
(iii) die minimale hohe Durchflußmenge ausreichend gewählt wird, um die Oxidation und Entkohlung des Stahls im wesentlichen zu verhindern.
Das vorliegende Verfahren wird als Aufkohlungsprozess bezeichnet. Dieser Begriff soll vorliegend jedes Verfahren zur Wärmebehandlung von Stahl umfassen, bei dem der in dem Stahl vorhandene Kohlenstoff durch Verwendung eines Kohlenwasserstoffes beeinflußt oder gesteuert wird, beispielsweise das Aufkohlen oder Einsatzhärten, das Carbonitrieren, das Blankglühen, die Rückkohlung und andere ähnliche Pro-
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zosiie. In jedem Fall werden entsprechende Vorteile erzielt. Handelt es sich um das Aufkohlen, Carbonitrieren oder Rückkohlen, wird Kohlenstoff zugesetzt. Beim Blankglühen oder Blankhärten hat der Stahl einen anfänglichen Kohlenstoffgehalt, der während des Prozesses aufrechterhalten wird. Der Kohlenstoff wird entsprechend den unten diskutierten Gleichungen (A), (B) und (C) angeliefert.
Die bei dem vorliegenden Verfahren eingesetzten Öfen haben für gewöhnlich konventionellen Aufbau. Oben wurden bereits Kastenöfen, Tiefofen und Stoßofen genannt; es stehen jedoch zahlreiche Variationen zur Verfügung. Diesen Öfen ist gemeinsam, daß Heiz- und Kühleinrichtungen vorhanden sind, daß eine oder mehrere Aufkohlungskammern vorliegen, in denen die Werkstücke auf einen Herd oder eine Plattform aufgesetzt oder aufgehängt und der Wärme sowie der Aufkohlungsatmosphäre ausgesetzt werden, sowie daß eine oder mehrere Türen vorhanden sind, durch die hindurch Stahl in die Kammer hinein- oder aus dieser herausgelangt. Vorgesehen sind ferner normalerweise Entlüftungen, um einen Druckaufbau zu vermeiden, Vorkammern zwischen den Türen zu der Aufkohlungskammer und den zu dem Ofen führenden äußeren Türen sowie Umwälzgebläse, die den Stoffübergang in der Gasphase und den Wärmeübergang beschleunigen. Der Stoß- oder Durchlaufofen unterscheidet sich nur darin, daß er eine Folge von Kammern und Türen aufweist, durch die hindurch die Werkstücke vom
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einen Ende des Ofens zum anderen gestoßen werden. Ein wichtiger Unterschied zwischen Öfen für satzweisen Einsatz und Durchlaufofen besteht darin, daß in Öfen für satzweisen Einsatz die Aufkohlung erst beginnt, wenn der Ofen die Aufkohlungstemperatur erreicht, was typischerweise ungefähr 30 min nach dem Schließen der Türen der Fall ist, und daß keine Tür geöffnet wird, bis der Aufkohlungsvorgang abgeschlossen ist, was ungefähr 4 h danach der Fall sein kann. Bei den Durchlaufofen werden dagegen Türen häufig geöffnet und geschlossen, typischerweise ungefähr jede Stunde.
Die Aufkohlungskammern der vorliegend interessierenden Öfen sind "geschlossen", was bedeutet, daß Entlüftungen oder andere Öffnungen, durch die hindurch Gase in die Kammer hinein- oder aus dieser herausgelangen können, geschlossen sind und während des Prozesses geschlossen gehalten werden, mit Ausnahme der Durchlässe, Türen oder anderen Öffnungen, durch die hindurch die Stahlwerkstücte in die Kammer hinein- und aus dieser herausgebracht werden, von Gaseinlaßöffnungen, die zur Ausbildung der Aufkohlungsatmosphäre erforderlich sind, und von Probenöffnungen, die normalerweise für Testzwecke verwendet werden. Die Aufgabe der "geschlossenen" Kammer ist es, den Einfluß von oxidierenden Gasen minimal zu halten und Verluste an der Aufkohlungsatmosphäre zu begrenzen. Es versteht sich jedoch, daß ein gewisses Lecken auf Kosten eines optimalen Betriebsverhaltens toleriert
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werden kann. Obwohl nicht üblich, gehören zu den vorliegend in Betracht gezogenen "geschlossenen" Kammern auch Kammern, die ohne Entlüftungen oder andere Öffnungen mit Ausnahme der Durchlässe für Werkstücke, der erforderlichen Gaseinlaßöffnungen und der Probenöffnungen aufgebaut sind. Selbst bei geschlossenen Türen oder anderen Durchlässen treten Gase in gewissem Umfang durch die Türdichtungen oder andere Dichtungen hindurch, weil alle Dichtungen bis zu einem gewissen Grad gasdurchlässig sind oder werden. Es wurde gefunden, daß die Verwendung der geschlossenen Kammer sowie konventioneller Türdichtungen in Verbindung mit der niedrigen Durchflußmenge des Prozesses geeignet ist, eine nennenswerte Luftinfiltration zu verhindern und Gasleckvorgänge zu minimieren, wenn die Türen geschlossen sind, wobei die nach außen strömende Aufkohlungsatmosphäre und die eintretende Luft einander gegenseitig blockieren.
Das Öffnen und Schließen der Türen sowie das Einbringen der Stahlwerkstücke oder das Beladen können von Hand oder automatisch erfolgen, und zwar ebenso in konventioneller Weise wie die Wahl der Innentemperatur der Kammer, in der die Aufkohlung stattfindet. Diese Temperatur liegt in einem Bereich von ungefähr 645 C bis ungefähr 12O5° C und vorzugsweise zwischen etwa 815° C und etwa 1010° C.
Die Aufkohlungsdauer beträgt zwischen ungefähr 1 und unge-
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fähr 5O h; typischerweise liegt sie zwischen etwa 3 und etwa 9 h. Im Einzelfall wird die Zeitdauer jedoch entsprechend der gewünschten Einsatztiefe und den mit den verschiedenen Werkstücken gemachten Erfahrungen, den Kohlenstoffkonzentrationen und den verwendeten Aufkohlungsatmosphären gewählt.
Die Aufkohlungsatmosphäre wird normalerweise ausgebildet, indem Endogas, getrocknetes Endogas oder Stickstoff und Methanol (oder Äthanol) in die Aufkohlungskammer eingeleitet werden. Die Aufkohlungsatmosphäre kann erhalten werden, indem jede ihrer Komponenten in den gewünschten Anteilen eingebracht wird; normalerweise eignet sich ein solches Vorgehen jedoch nur für Verfahren im Laboratoriumsmaßstab. Bei industriellen Anwendungen wird das Endogas in einem Gasgenerator durch die Reaktion von Luft mit Erdgas (oder Propan) zubereitet. Diese Gas- oder Endogeneratoren arbeiten unabhängig von dem Ofen; sie sind am verläßlichsten, wenn ihre Ausgangsdurchflußmenge im wesentlichen konstant ist. Große Änderungen der Abgabemenge zwecks Einleitung von zusätzlichem Gas in den Ofen, wenn die Durchlässe offen sind, begrenzen die Verläßlichkeit des Endogenerators. Die Reaktion von Luft und Erdgas führt zu einem Gemisch, das hauptsächlich aus Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Stickstoff besteht. Dieses Gemisch wird als Endogas bezeichnet. Eine typische Endogaszusammensetzung bei Zubereitung des Endo-
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gases aus Erdgas ist etwa 2.0 bis 23 % Kohlenmonoxid, etwa 30 bis 4O % Wasserstoff, etwa 40 bis 47 % Stickstoff, etwa O bis 1 % Wasserdampf und etwa O bis 0,5 % Kohlendioxid. Die Zusammensetzung des Endogases schwankt mit der Zusammensetzung des Erdgases, das für die Endogasherstellung verwendet wird. Das Endogas kann eine Reinigung erfahren, um Feuchtigkeit und Kohlendioxid zu beseitigen.
Endogas stellt eine Quelle für die Aufkohlungsatmosphäre dar. Eine andere Quelle ist Stickstoff und Methanol. Diese und andere Quellen, die zur Ausbildung der Aufkohlungsatmosphäre verwendet werden, werden als "Trägergas" bezeichnet. Der Begriff "Trägergas" umfaßt daher alle Gase und/oder Flüssigkeiten (die bei Ofentemperaturen verdampfen und zerlegt werden) sowie Gemische derselben, die zur Ausbildung der Atmosphäre in der Aufkohlungskammer herangezogen werden. Zwei Quellen wurden erwähnt, nämlich Endogas und die Kombination aus Stickstoff und Methanol. Stickstoff und Methanol werden in der Regel getrennt, wenn auch für gewöhnlich gleichzeitig, in die Kammer eingeleitet. An Stelle von Methanol kann Äthanol vorgesehen werden. Die Ergebnisse sind ähnlich. Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Stickstoff lassen sich auch in geeigneten Mengen in die Kammer einführen, und zwar wiederum getrennt aber für gewöhnlich gleichzeitig. Wasser wird nicht absichtlich eingeführt; es kann jedoch in Dampfform in die Kammer zusammen mit dem Endogas oder zu-
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sammen mit Luft gelangen, die trotz entsprechender Vorsorgemaßnahmen in die Kammer eindringt. Wasser stellt auch ein Produkt einer in der Kammer stattfindenden Reaktion dar. Kohlendioxid gelangt in ähnlicher Weise wie Wasser in die Kammer. Die Verwendung von getrocknetem oder gereinigtem Endogas oder Stickstoff-Methanol als Trägergas stellt eine Maßnahme dar, die das Einbringen von Kohlendioxid und Wasserdampf von der Außenseite des Systems her wesentlich einschränkt. Weil Methanol handelsüblich normalerweise in gereinigtem Zustand vorliegt, wird die Reinigungsbehandlung, die normalerweise das Endogas erfährt, nicht allgemein bei Methanol vorgesehen.
Die Komponenten der Aufkohlungsatmosphare in der Kammer sowie ihre Prozentsätze in Vol.%, bezogen auf das Gesamtvolumen der Atmosphäre in der Kammer sind wie folgt:
VoI . %
Komponente d. Atmosphäre Kohlenmonoxid
Wasserstoff Stickstoff
Kohlendioxid Wasserdampf Kohlenwasserstoff
maximaler Bereich bevorzugter Bereich
etwa 4 bis etwa 3O
etwa 10 bis etwa 60
etwa 1O bis etwa 85 O bis etwa 4 O bis etwa 5
etwa 1 bis etwa 1O
etwa 18 bis etwa 23
etwa 27 bis etwa 45
etwa 34 bis etwa 47
O bis etwa 1 O bis etwa 2
etwa 1 bis etwa 8
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Das Endogas sorgt für Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Stickstoff, wahrend Kohlenmonoxid und Wasserstoff von dem Methanol stammen. Kohlenmonoxid und Wasserstoff reagieren unter Bildung von Kohlenstoff und Wasser; das Kohlenmonoxid liefert Kohlenstoff und Kohlendioxid. Der Kohlenwasserstoff wird unter Bildung von Kohlenstoff und Wasserstoff zerlegt.
Die Gleichungen sind wie folgt:
(A) 2CO<r> C + CO2
(B) CO + H2^ C + H2O
Bei Verwendung von Methan als Beispiel für einen Kohlenwasserstoff :
(C) CH4-> C + 2H2
Die Atmosphäre muß ständig reduzierend sein, um eine Metalloxidation durch Luft, Wasser oder Kohlendioxid zu vermeiden.
Bei dem Kohlenwasserstoff kann es sich um jeden beliebigen Kohlenwasserstoff handeln, der in dem oben genannten Temperaturbereich in Kohlenstoff und Wasserstoff zerfällt. Dazu gehören Kohlenwasserstoffe aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen einschließlich aliphatischen, cycloaliphatischen, gesättigten und ungesättigten sowie aromatischen Kohlenwasserstoffen. Bevorzugt sind die C- bis Cg-Kohlenwasserstoffe. Am häufig-
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sten wird Methan benutzt. Erdgas wird in der Regel verwendet, um die Methankomponente bereitzustellen. In einigen Fällen wird auch mit Propan sowie wie Butanen und Pentanen gearbeitet. Die Kohlenwasserstoffkomponente wird oft als das Anreicherungsgas bezeichnet. Der Begriff "gasförmiger Kohlenwasserstoff" soll vorliegend Kohlenwasserstoffe umfassen, die Gase oder Flüssigkeiten (die bei Ofentemperaturen verdampfen) und Gemische derselben sind.
Die Menge des gasförmigen Kohlenwasserstoffs wird gesteuert, indem eine ausreichende Menge vorgesehen wird, um Z. auf ei-
/KA \ /x2 \
nen Wert von ungefähr gleich (TrY^) lv~ ) 2U halten> wobei:
\ ' UU/ \' 3 I
Z. = VoI.% Kohlendioxid; X = Vol.% Kohlenmonoxid;
ΚΛ = Gleichgewichtskonstante für die Reaktion 2CO*—> C + CO2;
Y = vorbestimmter Gewichtsprozentsatz an Kohlenstoff auf der Oberfläche des Stahls, bezogen auf das Stahlgewicht (und gleich dem Gewichtsprozentsatz an Kohlenstoff, der bis zur Einsatztiefe erwünscht ist); sowie
g = Aktivitätskoeffizient für in dem Stähl gelösten Kohlenstoff.
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Dadurch, daß der geeignete Kohlenwasserstoffpegel aufrechter-
g XQ
halten wird, wird auch Zn ungefähr gleich —- —J ge-
b \ 'U<J/ \ ■ 9 /
halten, wobei Z0 Vol.% Wasserdampf ist; X, Y und g die oben genannte Bedeutung haben; KD die Gleichgewichtskonstante für
die Reaktion CO + H <—ς C + H0O ist und Q VoI.% Wasserstoff ist. Durch Aufrechterhalten von Z0 bezüglich des Wasserdampfs wird zwangsläufig Z. für Kohlendioxid aufrechterhalten und umgekehrt.
Dadurch, daß der geeignete Kohlenwasserstoffpegel aufrechter-
/Kn \ Ix \
halten wird, wird auch Zn ungefähr gleich I ττ^τΙ I χτ~ 1 gehal-
u ^i UU/ \ υ g /
ten, wobei ZQ die Quadratwurzel der Sauerstoffkonzentration ist; X1 Y und g die oben genannte Bedeutung haben und Kn die Gleichgewichtskonstante für die Reaktion C0^~> C + 1/2 Q ist. Wenn man daher Zn als Quadratwurzel der Sauerstoffkonzentration aufrechterhält, wird zwangsläufig auch Z,., d.h. die Kohlendioxidkonzentration, aufrechterhalten und umgekehrt.
In den obigen Gleichungen bedeutet "ungefähr", daß in der Praxis aufgrund der unterschiedlichen Kenngrößen der Öfen, der Probenentnahme aus der Aufkohlungsatmosphäre oder anderen Arbeitsparametern die Gleichheit nicht immer erreicht wird. Der dem Begriff "ungefähr" entsprechende Korrekturfaktor liegt zwischen 0,5 und 1,5.
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Weil die Diffusionsgeschwindigkeit von Kohlenstoff in den Stahl proportional dem Kohlenstoffgradienten in dem Stahl ist, wird vorzugsweise der Pegel der Kohlenstoffzufuhr zu Beginn des Aufkohlungsvorgangs hoch gehalten, während er niedriger wird, wenn die Aufkohlung fortschreitet. Wenn die Kohlenstoffkonzentration an der Oberfläche die Löslichkeit des Kohlenstoffs im Stahl übertrifft, bildet sich Ruß (Kohlenstoff) auf der Oberfläche. Dadurch, daß der Kohlenwasserstoff auf einem solchen Wert gehalten wird, daß Z. ungefähr
Ko ^
, Λ \fVZ\
gleich 1~όηΚγ~~) ist« wird dieses Problem vermieden, vorausgesetzt, daß Y unter dem Löslichkeitspegel von Kohlenstoff in dem Stahl liegt.
Um Z. auf dem angegebenen Wert zu halten, wird die Menge an Kohlenwasserstoff vergrößert oder verringert. Zusätzlich zu der Reaktion gemäß der obigen Gleichung (C) reagiert der Kohlenwasserstoff beispielsweise im Falle von Methan entsprechend den folgenden Gleichungen:
(D) CH4 + CO2 —s. 2 CO + 2H2
(E) CH4 + H2O —*- CO + 3H2
Sauerstoffkomponenten in der Form von Wasser, Kohlendioxid, Luft und Oxiden dringen in die Wärmebehandlungskammer ständig von einer Vielzahl von Quellen aus ein, von denen eini-
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ge oben genannt sind: Luftinfiltration; Kohlendioxid und V/asser im Endogas; Reaktionen an der Oberfläche des Stahls sowie Wasser und Oxid, die mit den Werkstücken eingeschleppt werden. Die Konzentrationen der Sauerstoffkomponenten in der Ofenatmosphäre werden gesteuert, indem die Kohlenwasserstoffzufuhr und die Durchflußmenge des Trägergases eingestellt werden.
Es ist darauf hinzuweisen, daß nicht mehr als ungefähr 1 Gew.% des die Aufkohlungskammer betretenden Kohlenstoffs zur Aufkohlung des Stahls genutzt wird. Infolgedessen wird durch eine wesentliche Absenkung der Durchflußmenge die für die Aufkohlung verfügbare Menge an Kohlenstoff nicht begrenzt.
Niedrige Durchflußmengen werden für die Zeitdauer vorgesehen, wenn die Durchlässe, durch die die Werkstücke oder die Beladung hindurchlaufen, geschlossen sind. Mit hohen Durchflußmengen wird gearbeitet, wenn die Durchlässe offen sind. Vorzugsweise dauert die Periode hoher Durchflußmenge für eine kurze Zeitspanne an, nachde'm die Durchlässe geschlossen sind, um die Aufrechterhaltung der gewünschten Aufkohlungsatmosphäre zu gewährleisten, da es andernfalls aufgrund des starken Druckabfalls zu Prozess-Störungen kommen kann, wenn die Durchlässe offen sind sowie kurz danach. Durch die hohe Durchflußmenge werden Prozess-Störungen beherrscht.
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Wie ausgeführt wurde, reicht die minimale niedrige Durchflußmenge aus, um die in die Kammeratmosphäre gelangenden Sauerstoffkomponenten zu begrenzen, so daß eine Menge von nicht mehr als ungefähr 10 % Kohlenwasserstoff und vorzugsweise nicht mehr als ungefähr 8 % Kohlenwasserstoff erforderlich ist, um den vorstehend genannten Wert von Z. aufrechtzuerhalten. Die Beschränkung der Kohlenwasserstoffmenge gewährleistet, daß es im Rahmen des Prozesses nicht zu einer Rußbildung kommt. Eine solche minimale Durchflußmenge hält die Aufkohlungsatmosphäre auf einem passenden Wert; sie blockiert ferner die Infiltration von Luft. Durch Verwendung eines getrockneten Endogases wird die minimale Durchflußmenge weiter abgesenkt. Das Stickstoff/Methanol-Gemisch, das kein oder wenig Wasser und Kohlendioxid enthält, ist in dieser Beziehung gleichfalls von Vorteil.
Die maximale niedrige Durchflußmenge ist nicht größer als ungefähr die Hälfte der minimalen hohen Durchflußmenge. Sie ist so bemessen, daß eine Vergeudung des Trägergases vermieden wird. Aus diesem Grunde ist vorzugsweise die maximale niedrige Durchflußmenge nicht größer als ungefähr ein Viertel der minimalen hohen Durchflußmenge.
Die minimale hohe Durchflußmenge reicht aus, um die Oxidation und Entkohlung des Stahls im wesentlichen zu verhindern. Sie kann bestimmt werden, indem die Durchflußmenge stufenweise
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herabgesetzt wird, bis Metallproben eine Entkohlung oder Oxidation zeigen. Die minimale hohe Durchflußmenge wird ferner bestimmt, indem die Metallproben analysiert werden, um zu ermitteln, ob der Stahl mit der geeigneten Geschwindigkeit aufgekohlt wird. Die Analyse der Metallproben geschieht auf konventionelle Weise. Optische Kontrollen können durchgeführt werden, um ein Blauanlaufen (Oberflächenoxidation) oder Rußbildung (Abscheidung von Kohlenstoff) zu beobachten.
Um den Gasverbrauch kleinstmöglich zu halten, wird vorzugsweise mit der minimalen niedrigen Durchflußmenge und der minimalen hohen Durchflußmenge gearbeitet. Es bringt keinen Vorteil, über den Mindestwert hinauszugehen, mit der Ausnahme daß sichergestellt wird, daß gewisse Störungen nicht unbeabsichtigt bewirken können, daß die Durchflußmenge unter den Mindestwert sinkt. Es ist keine maximale hohe Durchflußmenge angegeben, weil der obere Grenzwert nur durch praktische Erwägungen bestimmt wird. Wiederum wird vorzugsweise mit der niedrigstmöglichen hohen Durchflußmenge gearbeitet.
Das Trägergas, das sowohl während der Periode niedriger Durchflußmenge als auch während der Periode hohe Durchflußmenge verwendet wird, kann Endogas sein. Um jedoch die Endogasgeneratoren auf einer konstanten Ausgangsleistung zu halten und damit deren Zuverlässigkeit zu gewährleisten, wird vor-
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zugsweise die Differenz zwischen der niedrigen Durchflußmenge und der hohen Durchflußmenge durch Verwendung eines anderen Trägergases bereitgestellt, beispielsweise in Form von Stickstoff-Methanol oder Stickstoff-Erdgas. Die Verwendung eines anderen Trägergases als Endogas zur Bereitstellung der Differenz zwischen niedriger Durchflußmenge und hoher Durchflußmenge sorgt für eine Aufkohlungsatmosphärenquelle, deren Durchflußmenge leicht und rasch verändert wird, um die Verhältnisse von Wasser zu Wasserstoff und Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid derart zu halten, daß die Atmosphäre stets reduzierend ist. Wo die Steuerung von Oberflächenkohlenstoff ständig kritisch ist, wie beispielsweise bei Durchlaufverfahren, zeigte es sich, daß Stickstoff-Methanol günstiger ist. In dem Ofen für satzweisen Einsatz, wo die Kohlenstoffsteuerung während des anfänglichen Teils des Arbeitsspiels nicht so kritisch ist, kann entweder mit Stickstoff-Methanol oder mit Stickstoff-Erdgas wirkungsvoll gearbeitet werden, weil die hohe Methankonzentration der Erdgasquelle durch die niedrige Durchflußmenge ausgespült wird und die Kohlenmonoxidkonzentration ansteigt, bis sie den Großteil des Kohlenstoffs bereitstellt. Bei einigen Öfen für satzweisen Einsatz kann Stickstoff allein vorgesehen werden, um für die zusätzliche Durchflußmenge zu sorgen, solange die Atmosphäre in der Aufkohlungskammer zu der Sollzusammensetzung zurückkehrt, bevor die Beladung die Aufkohlungstemperatur erreicht.
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Zur Änderung der Durchflußmenge beim Öffnen der Türen (d.h. für den Übergang von der niedrigen auf die hohe Durchflußmenge) können konventionelle Mittel vorgesehen werden, beispielsweise Magnetventile oder andere automatische Ventile in Verbindung mit Zeitgliedern und/oder Verriegelungen.
Im Falle von Stickstoff-Erdgas kann jeder der oben genannten Kohlenwasserstoffe als Substitut für Erdgas herangezogen werden. Dieser wird als Teil des gasförmigen Kohlenwasserstoffs betrachtet, der zusammen mit dem Trägergas die oben genannte Aufkohlungsatmosphäre bildet. Die akzeptablen und bevorzugten Kohlenwasserstoffbereiche in der Aufkohlungsatmosphäre werden durch die Verwendung des Stickstoff/Erdgas-Gemischs während der Arbeitsphase mit hoher Durchflußmenge nicht geändert.
Bevorzugte Trägergaskombinationen mit niedriger Durchflußmenge und hoher Durchflußmenge sind (i) die Verwendung eines konstanten Endogasstroms bei ständiger niedriger Durchflußmenge, wobei das zur Bildung der hohen Durchflußmenge benutzte zusätzliche Gas Stickstoff-Methanol ist, und (ii) die Verwendung von Stickstoff-Methanol für die niedrige und die hohe Durchflußmenge.
Wenn der vorliegende Prozess mit einer Stickstoffquelle durchgeführt wird, ergibt sich der Vorteil, daß bei einem
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Versagen von Endogeneratoren durch Stromausfall, Unterbrechung der Erdgaszufuhr oder anderen Gründen der Stickstoff benutzt werden kann, um die Stahlbeladung des Ofens vor einer Oberflächenoxidation zu retten. Die Verwendung von Stickstoff-Methanol im Trägergas während des gesamten Verfahrens hat den zusätzlichen Vorteil, daß reproduzierbare Verhältnisse geschaffen werden; Endogas ist in dieser Beziehung weniger günstig.
Eine Carbonitrierung wird normalerweise bei Temperaturen im unteren Teil des oben erwähnten Bereichs von 645° C bis 1205 C ausgeführt. Vorzugsweise wird mit einer Temperatur von ungefähr 7O5 C bis ungefähr 885 C gearbeitet. In diesem Fall wird Ammoniakanhydrid oder Ammoniak mit einem sehr niedrigen Wassergehalt benutzt, um der Stahloberfläche Stickstoff zuzuführen. Obwohl die Ammoniakkonzentration von der Größe des Ofens, der Prozesstemperatur und anderen Prozessdetails abhängt, wird typischerweise eine Menge von ungefähr 1 bis ungefähr 10 Vol.%, bezogen auf das Gesamtvolumen der Aufkohlungsatmosphäre, verwendet.
Die Erfindung ist im folgenden anhand von Beispielen dargestellt.
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Beispiele 1 bis 20
Diese Beispiele werden in einem Kastenofen von herkömmlicher Ausbildung, jedoch in kleinerem Maßstab, durchgeführt. Der Ofen hat eine Hauptheizzone oder Kammer sowie eine Vorkammer. Die Kammer hat ein Volumen von ungefähr 28 dm . Zwischen der Kammer und der Vorkammer befindet sich eine Tür. Eine weitere Tür ist zwischen der Vorkammer und der Außenseite des Ofens vorgesehen. Die Kammer enthält eine Muffel aus einer Legierung von ungefähr 76 % Nickel, 16 % Chrom und 6 % Eisen. Der aufzukohlende Stahl (die Beladung) wird in die Muffel eingebracht. Ein 25OW-Gebläse, das zur Umwälzung der Aufkohlungsatmosphäre vorgesehen ist, bewirkt eine Strömungsgeschwindigkeit vergleichbar derjenigen in konventionell grossen Aufkohlungsöfen. Elektrische Heizelemente am Boden und an den Seiten werden unter Verwendung eines Thermoelements geregelt, das sich innerhalb der Muffel nahe der Beladung befindet. Ein weiteres Steuergerät mit einem zwischen der Muffel und den Heizelementen sitzenden Thermoelement schaltet die Energiezufuhr ab, wenn der Ofen eine sichere Temperatur überschreitet.
Die Aufkohlungsatmosphäre gelangt in die Kammer über ein Rohr, das entlang der Oberseite des Ofens verläuft und auf das Gebläse zu gerichtet ist. Die Aufkohlungsatmosphäre wird über
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einen wassergekühlten Wärmetauscher über eine Membranpumpe abgezogen und auf Kohlendioxid und Methan mittels Infrarot-Analysegeräten, auf Stickstoff, Kohlenmonoxid und Methan durch Gaschromatographie sowie auf Feuchtigkeit mittels eines Taupunktmessers analysiert. Der gesamte Probenstrom wird in die Kammer zurückgeleitet. Der einzige Gasauslaß ist abgedichtet; infolgedessen gelangt im wesentlichen der ganze Strom durch die Tür hindurch in die Vorkammer.
Die Zusammensetzung der Aufkohlungsatmosphäre in der Vorkammer ist im wesentlichen die gleiche wie in der Kammer, was erkennen läßt, daß die die Kammer und die Vorkammer verbindende Tür keine Sperre für den freien Strom der Aufkohlungsatmosphäre zwischen den beiden Kammern bildet. Alles Trägergas und der gesamte gasförmige Kohlenwasserstoff (Anreicherungsgas) werden unmittelbar der Kammer zugesetzt.
Die Temperatur der Beladung unterscheidet sich von der Solltemperatur um nicht mehr als 6 C. Die Beladung besteht aus ungefähr 9 kg SAE 8620-Stahlstangen von unterschiedlicher Größe, zu denen eine Stange mit einem Durchmesser von 25 mm gehört. Die 25mm-Stange wird stufenweise spanabhebend bearbeitet; die Späne werden auf Kohlenstoff analysiert.
Synthetisches Endogas wird hergestellt, indem 0,5 % Wasser (in einem Saturateur mit einer Packung aus Raschig-Ringen bei
809849/0991
4,8 bar und ungefähr 20 C einem Gemisch aus 4O Vol.% Stickstoff, 40 Vol.% Wasserstoff und 20 Vol.% Kohlenmonoxid, bezogen auf das Gesamtgewicht des Gemischs aus Stickstoff, Wasserstoff und Kohlenmonoxid, zugesetzt wird. In das Gas werden dann 0,25 Vol.% Kohlendioxid eingebracht. Die Ofenatmosphäre wird gesteuert, indem Methan mit einem druckbetätigten Regelventil in Abhängigkeit von der Kohlendioxidkonzentration und entsprechend der obigen Gleichung
K \ I2)
Die Aufkohlungsdauer beträgt 4 h beginnend mit dem Zeitpunkt, zu dem die Kammer- (oder Arbeits-) temperatur 927 C beträgt. Nach 4 h wird die Beladung heraus in die Vorkammer gebracht, wo sie 2 h lang abkühlt. Es erfolgt keine Abschreckung .
Das Testverfahren ist wie folgt:
(1) Stelle hohe Durchflußmenge (1,27 m /h) ein und lasse die Ofenatmosphäre den COp-Steuerwert (siehe (3) und (4)) erreichen.
(2) Belade die Vorkammer.
(3) Belade Ofen, wenn CO2 auf O,33 % zurückkehrt.
(4) Vermindere Strom auf niedrige Durchflußmenge, wenn CO auf 0,33 % zurückkehrt.
(5) Halte C0„ auf 0,2 % (Beispiele 1 bis 6) oder 0,125 %
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2024171
(Beispiele 7 bis 2O) bis das Steuerthermoelement 927 C (Start der Aufkohlung) erreicht.
(6) Regle auf gewünschten CO?-Steuerpunkt 4 h lang ein.
(7) Zeichne Erdgasstrom, Methankonzentration und CO^-Konzentration stündlich auf.
(8) Zeichne Gaschromatographiewerte und Taupunkt eine Stunde und 4 Stunden nach dem Start der Aufkohlung auf.
(9) Steigere Strom auf hohe Durchflußmenge und ziehe Beladung in die Vorkammer,
(10) Halte die Beladung bei hoher Durchflußmenge zwei Stunden lang in der Vorkammer und nehme sie dann heraus.
Die Variablen und die Ergebnisse sind in den Tabellen I, II und III zusammengestellt. "Beladung" ist die Zeitspanne vom Beladen bis zum Beginn der Aufkohlung. "Durcherhitzen" ist die Zeitspanne von dem Zeitpunkt, zu welchem das Thermoelement die Betriebstemperatur erreicht, bis zum Ende der Aufkohlung. In der "Beschreibung" steht der niedrige Trägergasstrom über der Linie und der hohe Trägergasstrom unter der Linie. Wo dem hohen Trägergasstrom ein Pluszeichen (+) vorangeht, ist der niedrige Trägergasstrom dem hohen Trägergasstrom hinzuzufügen, um den hohen Gesamtträgergasstrom zu erhalten.
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TABELLE I
Beispiel Nr.
Beschreibung
Zeit (h)
Durchflußmengen (N dm /h)
,CO1I
CO
CH
Methanbedarf (dm3)
0,42 m /h
0,85 rn /h N2,CO,H2
bei Türöffnung
2,1
3,3
23 22
14
10
Bel . 56. Dhi . 48
I.R. (Vol.%)
Zeit CO5 CH.
(h) 2 4
O 0,20 0,6
1 O.125 3,2
2,1 0,125 1,6
3,3 0,125 1,6
4 0,125 1,6
Ofenatmosphäre
G.C. (Vol.! t) CO H9 Zeit Wasser VoI
Zeit CH 2
als
Diffe		 (h) Tau %
(h) 2 renz punkt
/O r* \
\ c;
34,4 2,0 20 43,6
34,5 1,5 20
-12 0,24
-11 0,26
CO 4Γ-
TABELLE I
Beispiel Beschreibung
Nr.		 Zeit
(h)		 Durchfl
N2.CO.H2 		ußmengen
CO2 		(N dm3/h)
» H2O		 Methanbedarf
(dm3)
2 0,42 m3/h O
1		 425
425		 1 ,1
1 ,1		 42
48		 ges. t
bei		 Bel .
144
0,42 m"Vh Endo+
0,85 m3/h N2,
MEOH bei
Türöffnung		 1 ,75
3,1
4		 425
425
425		 1 ,1
1 .1
1 ,1		 34
34
31		 4,7
bar
Über
druck		 Dhi .
129
I.R.
Zeit CC 20 CH. ,4
(h) 125 ,7
O o, 125 3 ,8
1 o, 125 4 ,5
1 ,75 o, 125 3 ,5
3,1 O, 3
4 o, 3
CO
,8 5,2 19 44
32,8 3,4 20 43,8
32,8 3,6 2O 43,6 4
Of enatmosphäre (VoI .%) CO r H2 Zeit Wasser
G.C. CH als (h) Tau- Vol.
Zeit No Diffe punkt %
(h) 2 renz \ c;
-12 0,24
-10 0,28
OO K)
TABELLE I
Beispiel Beschreibung Nr.
0,28 m /h
O,42 m3/h Endo+
O,85 m3/h N9, MEOH bei Türöffnung
Durchflußmengen (N dm Jh)
Zeit 283
(h) 283
O 283
1 283
2,4 283
3
4
CH.
H2O
23,5 19,5
19
Methanbedarf (drn3)
Bei . 77 Dhi . 67
O CO CD
Ofenatmosphäre
I.R. (VoI.%) 2,5 CO Zeit G. C. (VoI .%) CO H9 Zeit Wasser VoI 26
Zeit CO0 CH. 2,8 (h) N0 2
als		 (h) Tau %
(h) 4 2,5 2. 4 Diffe punkt
/O λ\
2,5 renz
2,5 1 19,6 43,7 1 -11 0, 26
O 0,2O 34 2,7
1 0,125
2,4 0,125
3 0,125 4 20,6 41 ,9 4 -11 O1
4 0,125 35 ,6 1 ,9
TABELLE I .
Durchflußmengen (N dm /h)
Beispiel Beschreibung
Nr.		 Zeit
(h)		 N2,CO,H2 co2 CH4 H2O Methanbedarf
(dm3)
4 O, 85 rrrVh
Endo		 O
1		 OO
in m
CO CO 		2,1
2,1		 31
34		 ges . t
bei		 Bei.
99
O,42 m /h Endo+
0,85 m3/h N ,
MEOH bei ^
Türöffnung		 2,3
3,3
4		 850
850
850		 ν- τ- ν-
ΟΙ CM CvI 		25
22
19		 4,7
bar
Über
druck		 Dhi.
86
I .R. (Vol.%)
Zeit c< CH .
(h) 4
O o, 20 1 ,2
1 O, 125 2,1
2,3 O, 125 1 ,8
3,3 o, 125 1 ,7
4 O, 125 1,6
Ofenatmosphäre
G,c. (vol.:
CO
Zeit N,
U C0 H2
als
Differenz
Wasser
Zeit Tau- Vol.
(n) punkt %
(O r*\ c;
34,9 1,7 2Ο,7 42,7
3,3 34,3 2O,5 43,5
4 34 1 ,4 20,2 44,4 4
-12 0,24
-12 0,24
TABELLE I
Durchflußmengen (N dm /h)
Beispiel
Nr.		 Beschreibung Zeit
(h)		 N2,CO,H2 co2 CH4 H2O Methanbedarf
(dm3)
5 0,28 m3/h
Endo		 O
1
1 ,75
2,9
4		 283
283
283
283
283		 0,7
O,7
0,7
O,7
0,7		 65
48
43
39
39		 ges. t
bei
4,8
bar
Über
druck		 Bei .
164
Dhi .
140
0,42 m3/h Endo+
0,85 m3/h N ,
MEOH bei
Türöffnung
75 I.R. (VoI ,7
9 co2 ,5
Zeit
(h)		 0,20 CH4 ,3
O 0,125 5 ,0
1 0,125 4
1, 0,125 4
2, 0,125 4
4 4
Ofenatmosphäre
CO
G.C. (VoI .X) CO H2
als		 Zeit
(h)		 Wasser
Zeit
(h)		 N2 CH4 Diffe Tau- Vol.
punkt %
\ c;
renz
1 34,4 4,5 18 45,1 4 34,3 4,2 20,1 41 ,4
-11
0,26
TABELLE I
σ co co
Beispiel
Nr.		 + Beschreibung Zeit
(h)		 N2 DurchfluBmengen
MEOH CH		 1 ,
1 ,
0,
0,
0,		 (N cm /min)
4 H2°		 Methanbedarf
(dm3)
6 0,28 m3/h
N2-MEOH		 O
1
2
3
4		 4
4
4
4
4		 1 ,58
1 ,58
1 ,58
1 ,58
1 ,58		 77
CO
71
60
52		 Bei.
91
Dhi.
67
0,42 m3/h
0,85 m3/h
N2, MEOH bei
Türöffnung
U)
"Nl
Ofenatmosphäre
I.R. (Vol. %)
Zeit 0 CO0 ,20 CH
(h) 0 2 ,125
0 O ,125 2,4
1 O ,125 2,7
2 0 ,125 2,3
3 2,0
4 2,0
G.C. (Vol. %)
Zeit
(h)
CH.
H2 als Differenz
Wasser
Zeit Tau- Vol. (h) punkt % (0C)
34
34,1
33,2
34
34
3,4 2,4 1,6 1 ,9 1 .0
19,6 19,5 20,3
19,5
43 44,1 44,9 45,1 45,5
-11 Ο.26
-10,5 0,27
TABELLE I
oo ο co
Beispiel Nr.
Beschreibung
0,85 nfVh Endo
O, 85 m3/h N2-MEOH O,42 m3/h N2,CO,H2 bei Türöffnung
Durchflußmengen (N dm /h)
Zeit (h)
N2,CO,
O 1
2 3 4
850 850
850 85Ö 850
co2 . CH4 H2O Methanbedarf
(dm3)
2,1 46 ges . t Bei .
2,1 39 bei 131
2,1 32 4,7
bar		 Dhi .
107
2,1 29 Über
2,1 29 druck
O CO CO
Ofenatmosphäre
I.R. (Vol.%) 4 CO Zeit 1 G.C. (VOl.0/ CO r H0 Zeit Wasser Vol. CO
Zeit C0„ CH (h) N- CHA 2
als		 Ch) Tau % ίθ
(h) 2 4 18, Diffe punkt
/O ^l
2,1 4 renz ( c)
2,25 20
O 0,125 2,1 2O 6 44,2 1 0,22
1 Ο.1Ο5 1,8 20 35 2,23 -13
2 Ο.1Ο5 1 ,75 2O
3 Ο.1Ο5 20 4 0,24
4 0,105 -12
TABELLE I ;
O CD OO
Durchflußmengen (N dm /h)
Beispiel Beschreibung
Nr.		 Zeit
(h)		 N2,CO,H2 co2 83 H2O Methanbedarf
(dm3)
8 0,28 m3/h
Endo		 0
1		 283
283		 0,7
O,7		 48
40		 ges. t
bei		 Bel.
193
0,85 m3/h N-
MEOH _
+ 0,42 m /h N9,
CO1H2
bei
Türöffnung		 2
3,1
4		 283
283
283		 0,7
O,7
0,7		 4,7
bar
Über
druck		 Dhi.
161
Ofenatmosphäre
Zeit (H)
I.R. (Vol.? CO„ CH
CO
Zeit (h)
(Vol.%)
CH.
Wasser
CO H Zeit
als (Ό
Differenz
1
2
3,1 4
0,125 0,105 0,105 0,10 0,10
18,5 18,5 18,7 19,0 19,0
32,6 4,85 17,6 45,O
Tau VoI . 1S3
punkt % OO
/O r* \
\ Cj 		K)
-12,5 0,23
-13,5 0,21
TABELLE I
Beispiel Beschreibung Nr.
Zeit (h)
Durchflußmengen (N dm /h)
CO.
CH.
H2O
Methanbedarf (dm3)
0,28 m /h N2,CO,H2
O,99 m3/h N-
MEOH +-.
O,28 m /h N9,
CO1H2
bei Türöffnung
283 283
41
21
Zeit (h)
O 1
283
Ofenatmosphäre
18
I.R. (Vol.%)
CO.
CH Λ CO
Zeit (h)
G.C. (Vol.!
ΝΛ CH.
Bei. 79
Dhi. 62
CO H
als
Differenz
Wasser
Zeit Tau- Vol. (h) punkt % (° C)
0,125 0,10
2,0 19,7 1,8 19,0 35,4 1,6 18,4 44,6
-12 O,24
Ο.Ο96 1,5 19,5 4 34,2 1,7 18,1 46
-13 0,22
TABELLE I
■F-CO
Beispiel Nr.
Beschreibung
1O
0,21 m /h
1 ,06 m3/h N9-MEOH + , 0,21 m /h Np, CO1H
Zeit (h)
Durchflußmengen (N dm /h) N31CO1H2 CO2
O 1
3,25
212 212
212 212 212
CH4 H2O Methanbedarf
(dm3)
63 Bei .
50 187
Dhi.
47 1 54
42
43
Ofenatmosphäre
I.R. (VoI CO 5 Zeit
Zeit CO0 O (h)
(h) d CH. 18, 0
O 0,125 19, 2 1
1 0,11 5, 19, 2
2 0,11 4, 19,
3,25 O.1O 4, 19,
4 0,10 3,
3,
,2
,5
,1
,9
,7
G.C. (Vol.%)
CH
CO
H2
als
Differenz
Wasser
Zeit Tau- VoI.
(·">) punkt %
(° C)
5,3 17,0 44,7 1
-13,5 0,21
-13 0,22 —■>
TABELLE I
DurchfluQmengen (N dm /h)
OO O CD OO
Beispiel
Nr.		 0
N		 Beschreibung Zeit
(h)		 N2,CO,H2 co2 CH4 H2O Methanbedarf
"(dm3)
11 O ,28 m3/h
2,CO1H2 		Ov- 283
283		 28 35 Bel .
68
Dhi .
,85 m3/h N2+
,1 4 m3/h CH.		 2 283 16 51
bei Türöffnung
283
Ofenatmosphäre
O I.R. (VoI, 8 CO ,O Zeit
(h)		 G. C. (VoI . "A) 1 ) co H2
als
Zeit
(h)		 O co2 ■°/o) O ,5 N2 CH4 1 Diffe
O CH4 O ,6 renz
O 8 19 ,0 O I 1 8,6 40,3
O ,125 19 1 37 ,5 3,6 8,9 42,3
1 ,098 1 , 19 35 ,9 2,9
2 ,098 2, 20 4 8,1 45,8
4 ,095 2, 34 ,6 1 ,5
1 ,
Wasser
Zeit Tau- Vol
(h) punkt %
(O r> \ c;
ro
-13,5 0,21 ^
OO JsJ
-13,5 0,21 ·*"·
TABELLE I
Durchflußmengen (N dm /h)
α> ο co
Beispiel
Nr.		 Beschreibung Zeit
(h)		 N2,CO,H2 Co2 c 'H4 H2° Methanbedarf
(dm3)
12 O,21 m3/h
Endo		 Ov- 212
212		 0,7
0,7		 ges.t.
bei		 Bei .
153
1,O6 m3/h N2-
MEOH + -.
0,21 m /h Endo
bei Türöffnung		 2,5
3,5
4		 212
212
212		 0,7
0,7
0,7		 4,8
bar
Über
druck		 Dhi .
119
I ,125 (Vol.%) CO Zeit
Zeit :.r. ,1O CH. (h)
(h) co„ ,10 4 19fO
O .10 4,6 19,0 1
1 O ,1O 4,1 19,5
2,5 O 3,65 19,7
3,5 O 3,4 19,5 4
4 O 3,5
O
Ofenatmosphäre
G.C. (Vol.%)
CO H
als
Differenz
Zeit (h)
34,1 4,3 18,1 43,5
34,9 4,1 18,9 42,1
Wasser
Tau- Vol. ρunkt %
v c;
-13
-13
0,22
0,22
TABHLLF I
Durchflußmongen (N dm /h)
σ co co
Beispiel
Nr.		 Beschreibung Zeit
(h)		 N2,CO,H2 co2 CH4 H2O Methanbodarf
(dm3)
13 O,28 m3/h Endo
(Durchlauf
ofen)		 O
1
2
3
4		 283
283
283
283
283		 0,7
0,7
0,7
O,7
O,7		 59
24
17
2o
18		 gos. t
bei
4,8
bar
Über
druck		 Bei .
93
Dhi .
65
+ 0,99 m3/h N„-
MEOH
bei Türöffnung
Ofenatmosphäre
I.R. (Vol. %) CO Zeit
(h)
Zeit
(h)		 co2 CH A 20
O 0,086 4, 5 20 1
1 0,085 3 20,5
2 0,09 2, 5 20
3 O.O95 20 4
4 0,095 1 , 7
G.C. (VoI.0/=)
NL· CH.
CO
H2 als
Differenz
Zeit )
33,3 1,9 20,7 44,1
Wasser
Tau- VoI. punkt %
33,5 1,9 20
44,6
-13,5 0,21
-13,5 0,21
TABELLE I
O CO OO
Durchflußmengen (N dm^/h)
Beispiel
Nr.		 + Beschreibung Zeit
(h)		 N21CO1H, , CO 2 CH4 H2O Methanbedarf
(dm3)
14 O.28 m /h Endo O
1
2
3
4		 283
283
283
283
283		 OOOOO 7
7
7
7
7		 57
31
22
16
17		 ges . t
bei
4,8
bar
Über
druck		 Bel ,
99
Dhi .
74
O.99 m3/h N-
MEOH
bei Türöffnung
Zeit (h)
O 1 2 3 4
I.R. C0„
(Vol.? CH
CO
Ofenatmosphäre (VoI .%) CO H2
als
G.C. CH4 Diffe
Zeit N0
(h) 2 		renz
V.'a s s e r
Zeit Tau- Vol. (h) punkt % (° C)
0,125 0,075 0,075 0,075 0,075
4,5 3,2 2,2 2,O 1 .8
19.Ο 19,0 19,3 19,5 19,5
34,1 3,2 18,1 44,6
33,7 1,8 18,5
-16 0,15
-15,5 0,16
TABfILLE: I
O, Beschreibung Zeit O Durch:" !ußmonge η (N dc 29 >3/h) Methanbedarf
Beispiel +0, (h) 1 N?,CO,H? ρ CH4 27 HO (dm3)
Nr. 28 m /h Endo 1 ,9 *-r 16 Bei.
15 bei 99 m /h N„ 3,1 283 0,7 17 ges . t 77
4 283 0,7 13 bei
Türdf fnung 283 0,7 4,8 Dhi .
283 0,7 bar 63
283 0,7 Über
druck
I.R. (VoI.0/*)
Ofenatmosphäre
G.C. (VoI
Zeit
(h)
CO
CH
CO
Zeit (h)
CH.
CO H0 Zeit
ι (h)
als v '
Diffe-
' renz
1 ,9
3,1
4
0,125
0,10
0,10
0,10
0,095
3,2 2,7 2,1 1 ,9 1 ,7
18,5 19,5 19,7 19,7 20
34,7 2,4 18,1 44,5 1
34,7 1,7 18,1 45, 5 4
Wasser
Tau- Vol. punkt % (° C)
-13,5 0,21
-13
0,22
TABELLE I
Beispiel
Nr.
Beschreibung
Zeit (h) Durchflußmengen (N dm /h) ,CO1H2 CO2 CH4 H2O
Methanbedarf (dm3)
16
-P-CO
0,14 m /h Endo
1,13 m3/h N2-
MEOH
bei Türöffnung
Zeit
(h)
O
1
2,5
3,1
4,16
CO»
0 1
2,5 3,1 4,16
I.R. (Vol.%]
CH. 142,
142
0, 3 35
0, 3 34
0, 3 31
0, 3 29
0, 3
Ofenatmosphäre
Zeit
(h)
G.C,
(Vol.'/)
CO
ges . t
bei
4,8
bar
Über-r
druck
H2 als
Differenz
Bel . 115
Wa s s e r
Zeit Tau Vol.
(h) punkt %
to γ·\
\ C)
0,125 0,10
0,10
0,097
0,095
5,3
4,1
3,7 3,5 3,2
33,5 3,4 18 45,1
-14
0,20
TABELLE I
Beispiel Nr.
Beschreibung
GO CO O
17 0,21 m /h
N2-MEOH
+ 1,06 m3/h N2-MEOH bei Tu roffnung
Durchflußmengon (N dm /h)
Zeit N0
(h) 2
O 85
1 85
2 85
3 85
4 85
CH3UH
CH
H2O
34
34
34
34
34
63 35
22
16 16
I.R. (VoI .%) ,1 CO 5 Zeit
Zeit CO0 CH, ,6 4 (h)
(h) ,3 18, 6
O 0,125 5 ,1 19, 6 1
1 0,10 3 ,8 19, 8
2 0,10 2 19,
3 0,10 2 19, 4
4 0,095 1
Ofenatmosphäre
G.C. (Vol.%) ΝΛ CH.
Methonbedarf (dm3)
Bei , 103
Dhi , 73
CO H0 Zeit
als <h>
Diffe-' renz
V/asser
Tau-' Vol. punkt % (° )
19,2 45,7
-13
0,22
34,7 2,5 18,9
TABELLE
Beschreibung Zeit N2 Durchflußmengen (N dm3/h) Methanbedarf
Beispiel (h) CH3OH CH 4 H2° (dm3)
Nr. 0,14 m3/h 0 57 4T &· Bei.
18 N2-MEOH 1 57 23 39 137
1,13 m3/h N2- 2 57 23 35 Dhi.
MEOH 3 57 23 33 110
hfii Türöffnunä. 4 57 23 32
23 29
Zeit
(h)
I.R. (Vol.%)
CO,
0,125 0,097
0,097 0,097 0,097
CH
Ofenatmosphäre
G.C. (Vol.%)
CO
Zeit (h)
CH
CO
H2 als
Differenz
Wasser
Zeit Tau- VoI . (h) punkt %
3,5 4,0
18,7 18,7
4,0 19,1 3,7 19,3 3,5 19,5
33,4 4,8 18,1 43,7
33,0 3,7 18,3 45
-14 O, 20 TO
OD
K)
-13 O, 22
TABELLE I
co
co 00 *·» to
DurchfluGmengen (N dm /h)
Beispiel Beschreibung Zeit N51CO1H0 co Cm CH •"t HO Methanbedarf
Nt*. (h) 0,7 45 (dm3)
19 0,28 m3/h 0 263 0,7 20 ges . t Eel .
Endo 1 ,1 283 0,7 13 be i 6 C
2 283 0,7 14 4,8 Dhi
3 283 0,7 9 bor 54
4 283 Über
druck
ui O
O co co
Ofenat rno Sphäre
I .R. ,125 (Vol. %) CO 4 Zeit G. C. (VoI .*) CO t 9 H Zei t Wasser Vol. KD
Zeit CO0 ,097 Ch 5 (h) O CH4 als (h ) Tau % CO
(h) ,077 8 18, Diffe punkt
/O r~-\ 		NJ
,O97 9 2 renz \ ^)
,097 19, O
O O 1 , 8 19, 1 19, 43,8 1 0,24
1 ,1 0 1 , 4 19, 35 ,6 1 ,7 -12
2 0 1 , 1 19,
3 0 1 , O 20, 4 43,8 4
4 0 O, 8 36 ,0 1 ,0
-»J
TABELLE I
O co co
Durchflußmengen (N dm /h)
Beispiel
Nr.		 + Beschreibung Zeit
(h)		 N2, ,65
,65
,65		 CO1H2 CO2 CH4 H2O Methanbedarf
(dm3)
20 0,28 m3/h
MEOH		 Ov- MEOH
2,65
2,65		 cm /min 1 ,62
1 ,66		 Bei .
161
0,99 m3/h N2
bei Tür
öffnung		 2
3
4		 2
2
2		 1,18
1 ,22
1 , 5O		 Dhi .
133
Zeit (h)
1 2 3 4
Ofenatmosphäre
I.R. (Vol.%) CO^ CH„
CO
Zeit (h)
(Vol.·/)
CO
H2 als
Differenz
Zeit (h)
Wasser
Taupunkt ( )
VoI %
O,33
0,174
0,174
0,174
0,174
3,7 4,0 3,6 3,7 4,5
>25
^25 >25
4,97
3,6
24,5 61 23 66
■co ro
TABELLE II
METALLURGISCHE ERGEBNISSE (KOHLENISTOFFKONZENTRATION)
Beispiel Schnitt- O.O64
Nr. tiefe
(mm)
0,13
O,25
O,38
0,51
0,64
O,76
O,
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1O
11
12
13
14
15
O,745
0,804
O,771
0,835
0,860
O,812
0,78
0,82
0,79
0,86
O, 88
O,91
0,80
0,93
Of76
0,741
O,813
O,789
0,853
0,893
0,824
0,80
0,83
0,82
0,85
0,87
O,92
O,82
O,94
0,80
0,752
0,776
0,741
0,812
O,844
0,770
0,77
0,79
0,76
O,79
0,81
O.85
0,77
0,88
0,76
O,723
0,689
0,663
0,721
O,744
0,683
0,70
0,70
0,67
O, 70
O,73
O,78
0,68
0,79
O, 71
O.644
O.59O
0,571
0,627
0,655
0,599
0,61
0,61
0,60
0,63
0,63
0,68
0,59
0,69
0,59
0,554
0,509
0,490
0,538
0,558
0,516
0,53
0,52
0,53
O,55
0,58
0,52
0,59
0,50
O.47O
O,422
0,487
0,456
0,478
0,432
O,46
0,44
O,44
0,46
O,47
0,49
0,45
O,50
O,43
O1
O1
0,410
0,381
O,41
0,371
O,38
O,37
0,38
0,39
O,39
0,42
O,38
0,42
0,37
1 ,02
0,344
0,351
0,346
O,313
0,351
O,3O7
O,32
O,32
0,33
0,33
0,33
O,36
0,34
O,37
0,31
**■ co
d> co co
TABELLE, II METALLURGISCHE ERGEBNISSE (KOHLENSTOFFKONZENTRATION)
Beispiel
Nr.		 Oberflächen
Kohlenstoff
,(Gevi.%) 		Einsatztiefe
bis 0,4 % C
(mm)
1 0,75 0,86
2 O,81 0,76
3 O,8O 0,84
4 O,85 O,79
5 0,9 0,84
6 O.81 0,76
7 O, 80 0,80
8 O,82 0,79
9 O,81 O,79
10 O,86 0,83
11 0,S8 0,79
12 O,92 O,86
13 0,82 0,79
14 O,94 0,86
15 0,80 0,76
CO
TABELLE II
OO O CO OO
O CO CO
Schnitt
tiefe
(mm)		 METALLURGISCHE 0,13 ERGEBNISSE (KOHLENSTOFFKONZENTRATION) 0,51 O1 64 O,76 O1 89 1 ,02 I
Beispiel
Nr.		 0,064 0,87 0,25 0,38 0,64 O1 55 O,47 O1 40 O ,33 UI
16 O,82 0,84 0,81 0,72 0,64 O1 55 0,48 O, 40 O ,34
17 0,80 0,88 O,79 0,72 0,67 O1 58 O, 50 O, 42 O ,36
18 0,84 0,77 O,83 O,76 0,62 O, 54 O,45 O, 39 O ,33
19 0,63 1 ,10 0,77 0,69 0,85 O, 75 O,64 O, 54 O ,45
2O 1 ,0O 1 ,07 0,96
TO OD KJ
TABELLE II METALLURGISCHE ERGEBNISSE (KOHLENSTOFFKONZENTRATION)
Beispiel
Nr.		 Oberflächen
Kohlenstoff
(Gew.%)		 Einsatztiefe
bis 0,4 % C
(mm)
16 0,82 O,83
OD 17 O,8O 0,83
O
CO		 18 0,84 0,86
CO 19 O,63 0,79
CO 20 1,0 1 ,00
660/
σι
Ul
ro co
-J
TABELLE III
2A =
ZB = [v5öj (Yt;
O wobei:
S Κδ 0,0175 ι
1A
O "B
KR = 0,025
Y - 0,8 (mit Ausnahme von Beispiel 14, wo Y = 1(0)
9 = 0,725
TABELLE III
Beispiel
Nr.
Zeit
(h)
"B
Faktor =
Istwert
Faktor = Istwert
00
ö		 2
CD
00
**· 3
CD
*^*»
O
CO 		4
CD
■ ■ m 5
7
8
1
4
1
4
1
4
1
4
1
4
1
4
1
4
1
4
0,12 0,12
0,11 0,12
0,12 0,13
0,13 0,12
0,10 0,12
0,115 0,115
0,12 0,12
O.1O O,1O
0,10 0,10
20
20
19
20
2O
21
21
20
18
2«
19,5
19,5
2O
20
18
19
18
18
0,38 0,38
0,38 0,38
0,37 0,38
0,39 0,38
O,35 0,35
0,37 0,38
O,38
0,35
O,35 O,36
44
44		 1 ,04
0,96
44
44		 0,96
1 ,04
44
42		 1 ,25
1 ,04
43
44		 1 ,09
1 ,09
45
41		 O,88
0,88
44
45,5		 1 ,05
1 ,O
44 1 ,0
0,96
45
45
46
0,66 O,68
0,63 0,74
O, 70 O,68
O1 62 O, 63
0,74
O, 70 0,71
O,58 O,66
0,69 O, 61
TABELLE ΠΙ
Beispiel Zeit Z. X Zg Q Faktor = Faktor =
Nr. (h) Istwert Istwert
Ja z_b_
1O 1 0,11 19 O,37 45 1,0 0,57
4 0,11 19 0,91
11 1 0,1119 0,34 42 1 ,1
4 0,10 18 O,36 46 1,16
12 1 0,10 18 0,34 44 1 ,0
co 4 0,1119 0,34 42 1,1
0,11 19
0,11 19
0,11 19
0,10 18
0,10 18
0,11 19
0,13 21
0,12 20
O,O8 18
O,O9 19
O,1O 18
O,1O 18
O 13 1 0,13 21 O,4O 44 0,65
4 0,12 20 0,39 45 0,80
~* 14 . 1 O,O8 18 O,28 45 O,94
4 O,O9 19 O,3O 46 0,83
15 1 O,1O 18 Ο.35 45 1 ,0
4 O,1O 18 0,36 46 0,95
16 1 0,10 18 0,35 45 1,0
4 0,91
17 1 0,11 19 O,38 46 0,91 4 0,11 19 O,36 44 O,86
0, 11 1 9
0, 11 1 9
0, 10 1 8
0, 10 1 8
18 1 0,10 18 O,34 44 0,96
4 0,10 18 O,35 45 0,88
0,62
0,58		 ι
Ul
00 		K)
co
O,65
O,65		 I
0,53
0,54
0,54
0,53
0,60
0,61
O,57
0,58
0,58
0,59
0,63
TABELLE III
*■» CO
Beispiel
Nr.		 Zeit
(h)		 ZA X ZB Q Faktor =
Istwert		 Faktor =
Istwert
ZA ZB
19
20		 1
4
O
1		 0,11
0,11
0,19
0,16		 19
19
25
23		 O,36
O,36
0,66
O,65		 44
44
61
66		 O,88
O,88
O,89
1 FO4		 0,67
Erklärungen zu den Tabellen I, II und III
Bei. Dhi. I.R. Vol.%
G.C. MEOH Endo
ges. t Gew.%
"B
KB
Q
Faktor
Beladung
Durcherhitzen
Infrarot-Analyse
Volumenprozent, bezogen auf das Gesamtvolumen von Np, CO und H2 Gaschromatographische Analyse Methanol
Synthetisches Endogas, wie oben beschrieben
gesättigt
Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls Volumenprozent Kohlendioxid
Volumenprozent Wasserdampf
Gleichgewichtskonstante für die Reaktion 2 CO t^T C + C0_
Volumenprozent Kohlendioxid vorbestimmter Gewichtsprozentsatz an Kohlenstoff auf der Stahloberfläche, bezogen auf das Gewicht des Stahls Aktivitätskoeffizient für in dem Stahl gelösten Kohlenstoff Gleichgewichtskonstante für die Reaktion CO + H„ "f~^ C + H?0 Volumenprozent Wasserstoff oben erwähnter Korrekturfaktor entsprechend dem Begriff "ungefähr".
Die Beispiele 4 und 7 simulieren herkömmliche Verfahren mit hoher Durchflußmenge. Im Beispiel 19 ist der Stahl vollkommen gebläut und der geringe Oberflächenkohlenstoff weist auf Ent-
809849/0991
kohlung hin. Das Beispiel 13 ist eine Nachahmung eines Durchlaufverfahrens, wie es in einem Stoßofen ausgeführt würde. Die äußere Tür wird zweimal jede Stunde für 1 min geöffnet. Hohe Durchflußmengen werden 5 min lang während und nach jedem Öffnen der Tür in allen Beispielen mit Ausnahme der Beispiele 4, 7 und 19 angewendet.
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Claims (11)

  1. Ansprüche
    Verfahren zum Aufkohlen von Stahl in einem Ofen mit mindestens einer Auf kohlungskammer, die mit Ausnahme mindestens eines Durchlasses geschlossen ist, durch den hindurch der Stahl in die Kammer hinein und aus der Kammer heraus gelangt, sowie mit einer Einrichtung zum Öffnen und Schließen des Durchlasses, wobei der Durchlaß geöffnet, Stahl durch den Durchlaß hindurch in die Kammer eingebracht, der Durchlaß geschlossen, der Stahl einer Aufkohlungsatmosphäre bei einer Temperatur im Bereich von ungefähr 645° C bis ungefähr 1205 C bis zum Aufkohlen des Stahls ausgesetzt, der Durchlaß geöffnet, der Stahl durch den Durchlaß hindurch entnommen und der Durchlaß geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kammer ein Trägergas und ein gasförmiger Kohlenwasserstoff unter Ausbildung einer Aufkohlungsatmosphäre mit
    809849/0991
    FERNSPRECHER: 049/6012039 · KABEL: ELECTRICPATENT MÜNCHEN
    ORiGfNAL INSPECTED
    Komponente der Atmosphäre
    Kohlenmonoxid Wasserstoff Stickstoff Kohlendioxid Wasserdampf Kohlenwasserstoff
    Vol. %
    etwa 4 bis etwa 3O
    etwa 10 bis etwa 6O
    etwa 1O bis etwa 85
    O bis etwa 4
    O bis etwa 5
    etwa 1 bis etwa 10
    eingeleitet werden, wobei die VoI.%-Angaben auf das Gesamtvolumen der Aufkohlungsatmosphäre bezogen sind,
    (a) der Kohlenwasserstoff in ausreichender Menge vorliegt, um
    Z. auf einem Wert von etwa
    zu halten, wobei:
    2A = Vol.% Kohlendioxid;
    = Vol.% Kohlenmonoxid;
    Gleichgewichtskonstante für die Reaktion 2 CO ^ C + CO2;
    vorbestimmter Gewichtsprozentsatz an Kohlenstoff auf der Stahloberfläche, bezogen auf das Gewicht des Stahls; und
    Aktivitätskoeffizient für in dem Stahl gelösten Kohlenstoff; und daß
    809849/0991
    (b) das Trägergas bei geschlossenem Durchlaß in einer niedrigen Durchflußmenge und bei offenem Durchlaß in einer hohen Durchflußmenge eingeleitet wird, wobei
    (i) die minimale niedrige Durchflußmenge ausreichend gehalten wird, um die in die Aufkohlungsatmosphäre gelangenden Sauerstoffkomponenten zu begrenzen, so daß eine Menge von nicht mehr als ungefähr 10 % Kohlenwasserstoff erforderlich ist, um den vorstehend genannten Wert von Z. aufrechtzuerhalten;
    (ii) die maximale niedrige Durchflußmenge nicht
    größer als ungefähr die Hälfte der minimalen hohen Durchflußmenge ist; und
    (iii) die minimale hohe Durchflußmenge ausreichend gewählt wird, um die Oxidation und Entkohlung des Stahls im wesentlichen zu verhindern.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas Endogas, Stickstoff und Methanol oder Stickstoff und Äthanol verwendet werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    809849/0991
    die Aufkohlungsatmosphäre Ammoniak in einer Menge von ungefähr 1 bis ungefähr IO Vol.% enthält.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufkohlungsatmosphäre verwendet wird mit
    Komponente der Atmosphäre
    Kohlenmonoxid Wasserstoff Stickstoff Kohlendioxid Wasserdampf Kohlenwasserstoff
    Vol.*
    etwa 18 bis etwa 23
    etwa 27 bis etwa 45
    etwa 34 bis etwa 47
    0 bis etwa 1
    O bis etwa 2
    etwa 1 bis etwa 8.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas Stickstoff und Methanol verwendet wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als gasförmiger Kohlenwasserstoff ein C1- bis C,--Kohlenwasserstoff oder Gemische solcher Kohlenwasserstoffe verwendet werden.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als gasförmiger Kohlenwasserstoff Methan oder Propan verwendet wird.
    809849/0991
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als gasförmiger Kohlenwasserstoff Methan verwendet wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Methanquelle Erdgas verwendet wird.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Temperatur im Bereich von ungefähr 815 C bis ungefähr 1O1O C gearbeitet wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Temperatur im Bereich von ungefähr 815° C bis ungefähr 1O1O° C gearbeitet wird.
    809849/0991
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