DE3037643A1

DE3037643A1 - Verfahren und vorrichtung zum entkohlenden oder kohlungsneutralen gluehen von metallteilen

Info

Publication number: DE3037643A1
Application number: DE19803037643
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Ing. 8000 München Strigl
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1980-10-04
Filing date: 1980-10-04
Publication date: 1982-05-13
Also published as: EP0049488A1; ATA129881A; AU7598381A; AT375679B; AU547114B2; DE3169071D1; ZA816859B; BR8106371A; EP0049488B1

Description

3 C 3 7 6 4

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

(G 119) G 80/71

Hm/fl 2.10.80

Verfahren und Vorrichtung zum entkohlenden oder kohlungsneutralen Glühen von Metallteilen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum entkohlenden oder kohlungsneutralen Glühen von Metallteilen, wobei die Metallteile in einem Ofen hohen Temperaturen ausgesetzt werden und in den Ofen ein Gas eingeleitet wird.

Das Glühen findet bei Temperaturen von ca. 650-1050⁰C statt, wobei die durch das eingeleitete Gas gebildete Ofenatmosphäre dem Glühgut Kohlenstoff entzieht bzw. ein Entkohlen oder Aufkohlen verhindert. Zum nichtaufkohlenden Glühen von Metallteilen werden herkömmlicherweise Gasgemische eingesetzt, die durch Teilverbrennung eines Brenngases (Erdgas, Propan) in einem Gasgenerator gewonnen werden (siehe Gas, Wärme International, Band 27, 1978, Heft 9, Seiten 463 bis 468).Der Anteil von Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Kohlen-

30dioxid, Methan und Stickstoff am Gasgemisch ist unter anderem abhängig vom Ausgangsbrennstoff und dem Gasgemisch-Herstellungsverfahren. Für ein bestimmtes Herstellungsverfahren sind aufgrund des nur wenig variablen Verbrennungsverhältnisses auch die Anteile der einzelnen Gase am Gas- gemisch nur in engen Grenzen einstellbar. Die Zusammensetzung

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des in den Ofen einzuleitenden Gasgemisches ist daher den unterschiedlichen Ofenbedingungen, die für die einzelnen Glühverfahren erforderlich sind, mit Hilfe der bekannten Verfahren nicht in zufriedenstellender Weise anzupassen.

Außerdem ist die im Gasgenerator pro Zeiteinheit hergestellte Gasmenge nur zwischen ca. 60 % und 100 % der maximalen Generatorleistung regelbar. Dies führt zu einem hohen Brennstoff- bzw. Gasverbrauch, da überschüssiges Gas abgefackelt werden muß.
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Weiterhin ist es bekannt, angefeuchtetes Ammoniak-Spaltgas oder angefeuchtete Stickstoff-Wasserstoff-Gemische mit einem festen Stickstoff-Wasserstoff-Volumenverhältnis als Gasgemisch zum Glühen von Metallteilen einzusetzen..

stickstoff-Wasserstoff-Gemische sind jedoch teuer, so daß ihre Verwendung bisher nur gerechtfertigt war, wenn hohe Qualitätsansprüche an die geglühten Metallteile gestellt wurden, die mit den in einem Gasgenerator hergestellten Gasgemischen nicht zu erreichen waren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem auf wirtschaftliche Weise ein in seiner Zusammensetzung an unterschiedliche Glühverfahren anpaßbares Gasgemisch bereitgestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine organische Flüssigkeit, die sich bei hohen Temperaturen im wesentlichen in Kohlenmonoxid und Wasserstoff zersetzt, von einem sauerstoffhaltigen Gas über einen Injektor angesaugt und versprüht wird, der gebildete Strahl von einem im wesentlichen parallel zu diesem strömenden und diesen mantelförmig einhüllenden inerten Gas umgeben und in den Ofen eingeleitet wird.

Erfindungsgemäß wird eine organische Flüssigkeit in Form

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feiner Tröpfchen in den Ofen eingeleitet. Unter den im Ofen herrschenden hohen Temperatüren spaltet sich diese in Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Diese Gase setzen sich teilweise oder ganz mit dem Sauerstoff des sauerstoffhaltigen Gases, das zum Versprühen der organischen Flüssigkeit dient, in Kohlendioxid und Wasser um. Im Ofenraum stellt sich somit eine aus-Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Kohlendioxid, Wasser sowie dem inerten Mantelgas bestehende Gasatmosphäre ein. Da die organische Flüssigkeit, das sauerstoffhaltige Gas sowie das inerte Gas aus eigenen Vorratsspeichern entnommen und der Fluß dieser Fluide daher leicht geregelt werden kann, sind die Anteile der einzelnen Komponenten an der Gasatmosphäre im Ofenraum innerhalb weiter Grenzen einstellbar, so daß die Gasatmosphäre den gewünschten Ofenbedingungen insbesondere hinsichtlich des Taupunktes und des Kohlendioxidgehaltes - optimal angepaßt werden kann.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es keine Gasgeneratoren erfordert.

Neben Investitionskosten für den Gasgenerator entfallen ebenso die Kosten für eine Waschvorrichtung bzw. für eine Reinigungssäule sowie die Gasverluste, die sich bisher bei einer Wäsche des im Gasgenerator hergestellten Gasgemisches einstellten. Erfindungsgemäß bildet sich die Ofenatmosphäre erst nach bzw. beim Einleiten des Gasgemisches in den Ofen. Da das Gas mithin in statu nascendi mit dem Glühgut reagiert, ist die Reaktivität der Ofenatmosphäre daher wesentlich höher, als beispielsweise die eines im Gasgenerator erzeugten und anschließend gereinigten Gasgemisches. Aus diesem Grund läßt sich beim erfindungsgemäßen Verfahren Gas einsparen. Außerdem bedingt dieser Sachverhalt eine Verkürzung der Glühzeit.

Organische Flüssigkeiten, die sich beim Einleiten in den erhitzten Ofen in Kohlenmonoxid und Wasserstoff spalten,

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sind beispielsweise Alkohole. Diese eignen sich daher beim erfindungsgemäßen Verfahren besonders. Wegen der Verfügbarkeit und der geringen Herstellungskosten findet Methanol beim erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt Anwendung, 5

Als sauerstoffhaltiges Gas werden mit Vorteil reiner Sauerstoff oder Sauerstoff-Stickstoff-Gemische eingesetzt. Auch · komprimierte Luft hat sich als für den erfindungsgemäßen Zweck völlig ausreichend erwiesen. Bei der Verwendung dieser Gase bzw. Gasgemische erübrigt sich zudem eine Anfeuchtung des in den Ofen einzuleitenden Gasgemisches.

Da die Menge des Inertgases, das den im Injektor gebildeten Strahl einhüllt., frei regelbar ist, kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens über die Menge des als Mantelgas dienenden inerten Gases ein bestimmter Ofendruck aufrechterhalten und ein gewünschter Taupunkt eingestellt werden.

In einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung mündet in einen Ofen eine Versorgungsleitung für in den Ofen einzuleitende Fluide. Mit Vorteil ist die Versorgungsleitung als Rohr ausgebildet, innerhalb dessen ein Injektor koaxial zur Rohrachse und mit Abstand zur Rohrwand angeordnet ist.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein in seiner Zusammensetzung variierbares und den gewünschten Bedingungen innerhalb des Ofens in Bezug auf Entkohlungs- und Redoxwirkung anpaßbares Gasgemisch bereitgestellt werden kann, das zudem wesentlich wirtschaftlicher einzusetzen und billiger ist, als beispielsweise Formiergas oder Ammoniak-Spaltgas.

Im folgenden soll anhand einer schematischen Skizze ein

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ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben und das Verfahren erläutert werden.

In einen Ofen 1, von dem in der Zeichnung lediglich ein Teil der Ofenwand dargestellt ist, mündet ein Rohr 10. über ein T-Stück 5, einen Flansch 6, sowie einen Stopfbuchsenkopf 7 mit Dichtung 8 und Überwurfmutter 9 ist ein Injektor 2 an Rohr 10 angeschlossen. Der Injektor 2 ragt koaxial und mit Abstand zur Rohrwand etwa bis zur Höhe der Innenwand des Ofens 1 in Rohr 10 hinein.

. An das T-Stück ist ein weiteres Rohr 11 angeflanscht.

Der Injektor 2 besitzt zwei Eingänge 3 und 4. über Eingang 3 wird der Injektor über eine nicht dargestellte Leitung in regelbarer Weise mit dem sauerstoff haltigen Gas gespeist. Im Ausführungsbeispiel soll das sauerstoffhaltige Gas komprimierte Luft sein. Die Luft tritt mit hoher Geschwindigkeit in eine Mischdüse und saugt dabei über Eingang 4 und eine ebenfalls nicht dargestellte Leitung Methanol an.

Das nebeiförmige Gemisch aus Luft und feinen Methanoltröpfchen strömt innerhalb des Injektors 2 mit hoher Geschwindigkeit zum Ofenraum 1 und tritt strahlförmig in diesen ein. Vor dem Eintritt in den Ofen wird der Strahl von einem \ inerten Gas, im Ausführungsbeispiel Stickstoff, mantelförmig umgeben. Der Stickstoff wird über Rohr 11 und T-Stück 5 in Rohr 10 eingeleitet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist unmittelbar an den Wärmebehandlungsofen angeschlossen. Wie der Methanolfluß zur Injektordüse und der zur Verdüsung dienende Luftstrom ist auch der Stickstoff-Mantelgasstrom, der die Injektordüse 12 umspült, im Durchsatz regelbar. Damit kann die Reaktionsgaszusammensetzung in ihrem Kohlenmonoxid-, Kohlendioxid-, Wasserstoff-, Wasser- und Stickstoffgehalt den gewünschten Ofenbedingungen angepaßt werden.

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Grundsätzlich ist es auch möglich, eine Zweistoffdüse konzentrisch in einem Einleitungsrohr anzubringen, durch das der Stickstoff geleitet wird. Die Zweistoffdüse Wird mit Methanol und mit Preßluft, Stickstoff-Sauerstoff-Gemischen usw. als Zerstäubungsgas beschickt.

Beispiel

Zum entkohlenden Glühen von Elektroblechen werden beispielsweise pro Zeiteinheit 1,5m³ Preßluft in einen Glühofen eingeleitet, wobei Über den Injektor 2,5 1 Methanol angesaugt und versprüht werden. Dem so gebildeten Strahl wird Stickstoff als Mantelgas in einer Menge von 21 m³ zugegeben. Im Ofen stellt sich bei einem Druck von 10 mm WS eine Atmosphäre ein, die zu etwa 2 Vol.% Kohlenmonoxid, zu 3 Vol% aus Kohlendioxid, zu 7 Vol.% aus Wasserstoff, zu 2 Vol.% aus Wasser und zu 86 Vol% aus Stickstoff besteht. Die Glühzeit beträgt etwa 20 Minuten, der Taupunkt hat einen Wert von +2O⁰C.

Zum kohlungsneutralen Glühen werden z.B. 10 m³ N₂ mit 3 % O₂, 8 1 Methanol, 6 m³ Stickstoff in den Glühofen eingeleitet. Die Ofenatmosphäre setzt sich etwa wie folgt zusammen:

14,5 Vol.% CO
0,5 Vol.% CO
30 Vol.% H

^l2
0,1 Vol.% H₂O

54,9 Vol.% N₂
Die Glühzeit beträgt 35 min.

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ORIGINAL INSPECTED

1 Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zum entkohlenden Glühen von Elektroblechen. Es ist aber auch mit Vorteil zum Blankglühen von Stahlblechen, Kupfer, Bronzehalbzeug sowie zum oxidierenden Glühen von Edel-

5 stählen einsetzbar.

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, . 40·._t

Leerseite

Claims

3037S43

(G 119) G 80/71

Hm/fl 2.10.80

Patentansprüche

151. Verfahren zum entkohlenden oder kohlungsneutralen Glühen von Metallteilen, wobei die Metallteile in einem Ofen hohen Temperaturen ausgesetzt werden und in den Ofen ein Gas eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine organische Flüssigkeit, die sich bei hohen Temperaturen im wesentlichen in Kohlenmonoxid und Wasserstoff zersetzt, von einem sauerstoffhaltigen Gas über einen Injektor angesaugt und versprüht wird, der gebildete Strahl von einem im wesentlichen parallel zu diesem strömenden und diesen mantelförmig einhüllenden inerten Gas umgeben und in den Ofen eingeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Flüssigkeit ein Alkohol, vorzugsweise Methanol ist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffhaltige Gas Luft, ein Gemisch aus Sauerstoff und Stickstoff oder reiner Sauerstoff ist.

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1
4. Verfahren nach einem der Ansprüchen bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte Gas Stickstoff ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch 5 gekennzeichnet, daß Druck und Taupunkt der sich im Ofen einstellenden Gasatmosphäre durch Regelung der Menge des inerten Gases eingestellt werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An-10 spruch 1 mit einem Ofen und einer in den Ofen mündenden Versorgungsleitung für in den Öfen einzuleitende Fluide, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsleitung ein Rohr ist, innerhalb dessen ein Injektor koaxial zur Rohrachse und mit Abstand zur Rohrwand

15 angeordnet ist.

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