DE3149212A1 - Verfahren zur eintellung von ofen-atmosphaeren - Google Patents
Verfahren zur eintellung von ofen-atmosphaerenInfo
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- C23C8/22—Carburising of ferrous surfaces
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- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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Description
PATENTANWÄLTE ··· *··* . JaR.-iNc. franz tfuesthoff
WUESTHOFF-v. PECHMANN-BEHRENS-GOETZ «»»·'«"-'"»*
•DIPL.-ING.GERHARD PULS
EUROPEAN PATENTATTORNEYS
Holcrof t & Company D-8OOO MÜNCHEN
1A-55 47A· " SCHWEIGERSTRASSE
telefon: (089) 6620 51
telegramm: frotectpatent
TELEX: J 24 07O
Beschreibung
In Öfen mit geregelter Atmosphäre zur Einstellung des Kohlenstoffgehaltes von Stahl oder Gußeisen
ist es üblich, daß diese im wesentlichen aus einem neutralen Trägergas mit geringen Anteilen
an aufkohlenden oder entkohlenden Gasen besteht üblicherweise als Zusatzgas bezeichnet -jum
das Kohlenstoffpotential der Ofen-Atmosphäre und
damit das Kohlenstoffangebot auf den gewünschten V/ert einzustellen. Bei diesen Verfahren handelt
es sich um die Gasauf kohlung, die Carbonitrierung, das reine oder neutrale Härten und das Anlassen.
An unterschiedlichen Stellen von kontinuierlichen Öfen oder Durchlauf öfen, oder zu verschiedenen
Zeiten innerhalb einer Ofenreise eines Chargen-Ofens kann, es von Vorteil sein, die Atmosphäre
innerhalb einer bestimmten Zone oder die Atmosphäre einer speziellen Zone mit unterschiedlich
eingestellten Kohlaastoffpotsnifaien einzustellen.
Jedenfalls wird der Gegenstand aus Stahl oder Gußeisen auf eine geregelte hohe Temperatur in
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einem Ofen enthaltend eine Atmosphäre erhitzt, die den Kohlenstoffgehalt der Oberfläche erhöht oder
aufrecht erhält.
Bisher wurde in großem Umfang als Quelle für das Trägergas in der Ofen-Atmosphäre das Zersetzungprodukt
aus der thermischen Zersetzung von Kohlenwasserstoffen wie Erdgas oder Propan mit begrenzter
Luftmenge ^die über einen Nickel-Katalysator zugeführt
wird, angewandt. Dieses Gas fand unter der Bezeichnung AGA Type 302 als endothermes Generatorgas Eingang in
der Praxis und enthielt ausgehend von Erdgas im wesentlichen 20 % CO, 40 % H2 und 40 % N2.
Im allgemeinen erreicht die Anwendung eines Gemisches von Methanol und Stickstoff als Trägergas
immer weitere Verbreitung. In der Wärme dissoziiert Methanol in 1 Teil CO und 2 Teile
H2jwerden in eine Ofen-Atmosphäre 2 Teile N2
zugesetzt, so erhält man ein Gas mit der Grundanalyse entsprechend AGA Typ 302, nämlich 20 % CO, 40 % H2
und 40 % N2.
Es wurde jedoch festgestellt.daß in jeden Fall
das Kohlenstoffpotential der Ofen-Atmosphäre
eingestellt werden muß auf den gewünschten Wert an Kohlenstoff an der Oberfläche des Metallgegenstandes.
Das Kohlenstoffpotential bestimmt die Fähigkeit der Ofen-Atmosphäre,dem zu behandelnden
Gegenstand aus Stahl oder Gußeisen bei der Temperatur,auf die er erhitzt werden soll,Kohlenstoff
zuzuführen, den Kohlenstoffgehalt der Oberfläche aufrecht zu erhalten oder zu vermindern.
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Diese Einstellung erreicht man normalerweise
durch Bestimmung einer oder mehrerer Bestandteile der Ofen-Atmosphäre wie COp, Op oder HpO und
entsprechende Anpassung der Einspeisegeschwindigkeit der Zusatzgase für das erforderliche Kohlenstoffpotential.
Dieses Verfahren beruht auf der Annahme, daß die Bestandteile der Ofen-Atmosphäre-anders
als der oder die zu bestimmenden Bestandteilekonstant bleiben und damit der bestimmte Bestandteil
eine direkte Beziehung zum Kohlenstoffpotential der Atmosphäre darstellt. Diese Annahme stellte
sich als nicht exakt heraus aufgrund der bekannten Wechselwirkung zwischen verschiedenen Bestandteilen
der Ofen-Atmosphäre.
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Bisher war es üblich, bei der Anwendung von endothermem Generatorgas AGA 302 als Trägergas
die Zusammensetzung des den Gasgenerator verlassenden Gases durch Überwachung von dem COp-Gehalt oder
dem Taupunkt von HpO zu analysieren und das Mischungsverhältnis von Luft und Kohlenwasserstoff für
die Herstellung des Trägergases entsprechend einzustellen. Wird als Trägergas ein Gemisch von
Methanol und Stickstoff angewandt, so hat man in der Praxis bisher die eingespeiste Menge beider
Komponenten bestimmt und das Verhältnis Methanol zu Stickstoff entsprechend eingestellt.
Die Atmosphäre innerhalb eines Wärmebehandlungsofens
oder einer speziellen Zone eines solchen Ofens wird durch einen Strom von Gasen aufrecht erhaltene
Wenn diese Gase nun Methanol oder ein ähnlicher Kohlenwasserstoff, Stickstoff und ein entsprechendes
Zusatzgas sind, dessen Aufgabe die Einstellung des
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Kohlenstoffpotentials ist , konnte festgestellt
werden, daß sich eine definierte Beziehung zwischen dem Strom der verschiedenen Gase und dem CO-Gehalt
und Kohlenstoffpotential der Ofen-Atmosphäre einstellt. So ist es möglich, eine Änderung des CO-Gehalts
vorherzusagen, die eintreten wird aus der Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des Zusatzgases
und weiter eine Änderung des Kohlenstoffpotentials, das in einem Ofen bestimmt werden kann, welche
aus der Variation der relativen Strömungsgeschwindigkeiten oder Mengen von Methanol bzw. Kohlenwasserstoff
und Stickstoff herrühren. Durch getrennte Überwachung des CO-Gehalts und Kohlenstoff potentials der
Ofen-Atmosphäre kann gesagt werden, daß eine
zusammenhängende Einstellung der relativen Strömungsgeschwindigkeiten von Methanol oder Kohlenwasserstoff
und Stickstoff primär verantwortlich ist zu dem festgestellten CO-Gehalt, jedoch auch
bezüglich des festgestellten Kohlenstoff potentials.
In gleicher Weise ist bei einem integrierten Regelsystem,in dem die Strömungsgeschwindigkeiten
von Methanol oder Kohlenwasserstoff, Stickstoff und Zusatzgas alle getrennt geregelt werden,
die Regelung des Zusatzgases in erster Linie verantwortlich für das festgestellte Kohlenstoffpotential,
jedoch auch in Bezug auf den CO-Gehalt der Atmosphäre.
Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Einstellung des Verhältnisses von Methanol
oder einem ähnlichen Kohlenwasserstoff und Stickstoff, wenn das Gasgemisch als Trägergas
in einem Ofen angewandt werden soll, in dem
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der Kohlenstoffgehalt eines Gegenstandes aus Stahl oder Gußeisen auf dem gewünschten Wert
eingeregelt werden soll. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht in einer Überwachung des
C0-Gehal1s der Atmosphäre im Ofen an einer oder mehreren Stellen und Einstellung der
relativen Strömung(en) von Methanol oder Kohlenwasserstoff und/oder Stickstoff zur
Aufrechterhaltung des angestrebten CO-Gehalts. Gleichzeitig wird die Menge oder Strömung des
Zusatzgases bzw. der Zusatzgase.die im Ofen
das Kohlenstoffpotential der Ofen-Atmosphäre beeinflussen,durch getrennte Maßnahmen geregelt,
die in erster Linie auf das Kohlenstoffpotential ansprechen.
Es wird betont, daß diese Einstellung der entsprechenden Strömung von Methanol oder
Kohlenwasserstoff und Stickstoff in erster Linie für die Aufrechterhaltung des CO-Gehalts
auf einem vorbestimmten Wert innerhalb des Ofens dient.
Bei Einstellung einer Bedingung, bei welcher der CO-Gehalt der Ofen-Atmosphäre sich bei
einem vorbestimmten Wert befindet, werden die Bestandteile - bestimmt zur Einstellung der
Strömung des Zusatzgases in üblicher Weise repräsentativer für das Kohlenstoffpotential
der Ofen-Atmosphäre.
Dies schließt die Bestimmung einer oder mehrerer Bestandteile der Ofen-Atmosphäre ein, wie C^,
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Op oder HpO (über den Taupunkt) und die Einstellung
der Zuspeisung der erforderlichen Menge an Zusatzgas zur Erhöhung "bzw. Herabsetzung des
Kohlenstoff potentials.
Anstelle der Bestimmung des Kohlenstoff potentials
der im Ofen herrschenden Atmosphäre - wie oben beschrieben - können andere Möglichkeiten der
Bestimmung des Kohlenstoffpotentials angewandt werden wie die übliche "Heißdrahtmethode" zur
Ermittlung des Kohlenstoffpotentials oder die Messung der Flammentemperatur.
In jedem Fall konnte festgestellt werden, daß eine viel bessere Einstellung des KohlensinCfpotentials
der Ofen-Atmosphäre möglich wird, wenn der CO-Gehalt
der Atmosphäre auf einem vorbestimmten Wert gehalten wirdo So kann man den CO-Gehalt der Atmosphäre
beispielsweise bei 20 % halten; sinkt er unter diesen Wert ab, so wird das Verhältnis von Methanol
oder Kohlenwasserstoff zu Stickstoff erhöht.
Die Einstellung auf relative Strömungsmengen von Methanol oder Kohlenwasserstoff zu Stickstoff
in erster Linie zur Aufrechterhaltung des CO-Gehalts auf einem vorbestimmten Wert beeinflußt
das Kohlenstoffpotential der Ofen-Atmosphäre.
In gleicher Weise kann die Einstellung der Einspeisung von Zusatzgas in erster Linie hinsichtlieh
der Einstellung des Kohlenstoffpotentials der Ofen-Atmosphäre den CO-Gehalt der Atmosphäre
beeinflussen« Die Beziehung zwischen den
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Speisegeschwindigkeiten oder Mengen der drei Gaskomponenten der Ofen-Atmosphäre ist vorhersagbar
und die Einstellung der Ventile zur Beeinflussung dieser Ströme kann deren sekundäre Effekte berücksichtigen. Der Mechanismus
der Ventilstellung zur Regelung des Stroms der einzelnen Gaskomponenten kann - muß jedoch nicht durch
Mikroprozessoren programmierbar sein, sodaß dies alles keine Schwierigkeiten darstellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich für chargenweise oder kontinuierliche Betriebsführung
anwenden; es eignet sich auch zur Einstellung des Kohlenstoffpotentials auf verschiedene
Werte während unterschiedlicher Phasen des Verfäorens oder in unterschiedlichen Kammern
oder Unterteilungen eines Ofens χ durch welche
die Gegenstände kontinuierlich oder intermittierend transportiert werden.
Die Geschwindigkeit oder Menge der Zugabe des Gemisches von Methanol oder Kohlenwasserstoff
und Stickstoff sowie von Zusatzgasen muß die Notwendigkeit des Ausspülens des Ofens von
unerwünschten Verunreinigungen oder Bestandteilen berücksichtigen, die durch das notwendige Öffnen
der Ofentüren beim Einsetzen der Werkstücke oder Austragen dieser aus dem Ofen in die Ofen-Atmosphäre
gelangen. Darüberhinaus ist auch zu beachten, daß ein Überdruck im Ofen hexrschen
muß, um ein Eindringen von Verunreinigungen oder Fremdgasen wie Sauerstoff zu vermeiden.
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Strömungsgeschwindigkeit oder Menge kann entsprechend den Betriebsbedingungen nach oben
oder nach unten schwanken. Das erfindungsgemäße .Verfahren läßt sich also auch dort anwenden,
wo die Strömung während eines bestimmten Zeitabschnittes in dem gesamten Verfahrensablauf
herabgesetzt werden soll.
Oben wurde das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben anhand eines Trägergases in der Ofen-Atmosphäre,
welches hergestellt worden ist aus einem Gemisch von Methanol oder einem ähnlichen
Kohlenwasserstoff und Stickstoff. Der bevorzugte Kohlenwasserstoff ist Methanol, da er zu den
gewünschten Mengenverhältnissen von CO und E^
dissoziiert. Man kann jedoch auch andere Kohlenwasserstoffe anwenden und zwar im Hinblick auf die
Dissoziation zu entsprechenden Mengenverhältnissen von CO zu Hp.
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Die Messungen und Überwachungen selbst können kontinuierlich oder von Zeit zu Zeit erfolgen.
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Claims (7)
1. Verfahren, zur Einstellung der Atmosphäre
eines Ofens auf geregelten Kohlenstoffgehalt der eingesetzten Gegenstände aus Stahl oder
Gußeisen durch Einbringen einer Hauptmenge an im wesentlichen neutralem Trägergas, dessen
Bestandteile im wesentlichen ein Kohlenwasserstoff und Stickstoff sind, und einer geringen
Menge eines Zusatzgases zur Einstellung des Kohlenstoffpotentials der Ofen-Atmosphäre,
dadurch g'e .kennzeichnet, daß man den CO-Gehalt der Ofen-Atmosphäre im
wesentlichen auf einem vorbestimmten Wert hält durch Regelung des Verhältnisses von
Kohlenwasserstoff zu Stickstoff und man das Kohlenstoffpotential der Atmosphäre durch
Einstellung der eingespeisten Menge an Zusatzgas regelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als
Kohlenwasserstoff Methanol verwendet.
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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die
Einstellung des Trägergases mit getrennten bzw. unabhängigen Ventilen vornimmt jum die Strömungsgeschwindigkeit
der Bestandteile des Trägergases in den Ofen einzustellen.und man die Einstellung
des Zusatzgases über ein Ventil vornimmt, wobei getrennt der CO-Gehalt und das Kohlenstoffpotential
der Atmosphäre überwacht werden.und man die Ventile für die Trägergasbestandteile in erster
Linie im Hinblick auf den festgestellten CO-Gehalt der Ofen-Atmosphäre und das Ventil für das Zusatzgas
in erster Linie im Hinblick auf das festgestellt Kohlenstoffpotential der Ofen-Atmosphäre
betätigt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der
Regelung des Verhältnisses Kohlenwasserstoff zu Stickstoff die Änderungen des CO-Gehaltes
in Folge der Änderungen der Zugabe des Zusatzgases berücksichtigte
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man bei
der Regelung des Zusatzgases die Änderungen des Kohlenstoff potentials aufgrund der
Änderungen in der Einspeisung von Kohlenwasserstoff und Stickstoff berücksichtigt.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man bei
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• · ο * e
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der Regelung der Einspeisung von Kohlenwasserstoff und Stickstoff die Änderungen des CO-Gehaltes
aufgrund der Änderungen der Einspeisung des Zusatzgases berücksichtigt,und bei der Regelung
des Zusatzgases die Änderungen des Kohlenstoffpotentials aufgrund der Änderung der Zuspeisung
von Kohlenwasserstoff und Stickstoff berücksichtigt.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der
Regelung das Ausspülen des Ofens und Änderungen des Verfahrensvorgangs und dergleichen berücksichtigt.
8163
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DE3436267A1 (de) * | 1984-10-03 | 1986-05-15 | Process-Electronic Analyse- und Regelgeräte GmbH, 7336 Uhingen | Verfahren zum regeln des kohlenstoffpegels in einem gasaufkohlungsofen |
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Also Published As
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Legal Events
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