DE3231699C2

DE3231699C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer schwärzenden bzw. bläuenden Oxidschicht auf der Oberfläche von pulvermetallurgisch hergestellten eisenenthaltenden Teilen

Info

Publication number: DE3231699C2
Application number: DE19823231699
Authority: DE
Inventors: Dieter 5160 Düren Johnen
Original assignee: Elino Industrie-Ofenbau Carl Hanf and Co 5160 Dueren De GmbH
Current assignee: Elino Industrie-Ofenbau Carl Hanf and Co 5160 Dueren De GmbH
Priority date: 1982-08-26
Filing date: 1982-08-26
Publication date: 1986-07-24
Also published as: DE3231699A1

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung einer schwärzenden bzw. bläuenden Oxidschicht auf der Oberfläche von pulvermetallurgisch hergestellten eisenenthaltenden Teilen beschrieben. Die Teile werden in einer Reaktionskammer mit einer oxydierenden Atmosphäre bei Temperaturen oberhalb von 300 ° C behandelt. Diese oxydierende Atmosphäre wird aus bei einer scheinbaren Reaktionstemperatur von T > 800 ° C unterstöchiometrisch verbrannten Brennstoffen hergestellt, und die Verbrennungsprodukte werden von der Brennstelle unmittelbar an den Reaktionsraum abgegeben. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß sie als Drucklaufofen ausgebildet ist und mindestens einen innerhalb der Ofenkammer angeordneten bzw. in diese hineinreichenden Brennraum aufweist, dem eine Mischvorrichtung vorgeschaltet ist, mittels der dem Brennraum ein Brennstoff-Luft-Gemisch zuführbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung einer schwärzenden bzw. bläuenden Oxidschicht, vorwiegend bestehend aus Fe3O4, auf der Oberfläche von pulvermetallurgisch hergestellten eisenenthaltenden Teilen durch Behandeln in einer Reaktionskammer mit einer oxydierenden Atmosphäre bei Temperaturen oberhalb von 300° C.
Es ist bekannt, das sogenannte Bläuen von pulvermetallurgisch hergestellten Eisenteilen mittels des Dampfbehandlungsverfahrens durchzuführen (»Die Anwendung des Dampfbehandlungsverfahrens bei gesinterten Eisenteilen« von Friedrich W. Regel, Sonderdruck aus »Werkstatt und Betrieb«, 96. Jahrgang 1963, Heft 8, Seiten 497 — 500). Hierbei werden die blanken Eisenteile in einem Spezialofen bei Ofentemperaturen zwischen 450 und 570°C erhitzt, und es wird eine Wasserdampfatmosphäre in den Ofen eingeführt. Der chemische Vorgang

3 4

der Eisenbläuung im Spczialofen in Gegenwart einer Ofen auftreten. Auch werden hierbei zusätzliche reinen Dampfatmosphäre verläuft ab 300⁰C nach fol- Dampfmengen benötigt, um den Ofen gründlich von

gender Formel: Luft freizuspülen. Schließlich sind die beim Chargieren

des Ofens auftretenden Wärmeverluste auszugleichen.

3Fe+8H₂O-— Fe₃O₄+4 H₂O+4 H₂ 5 Durch die in den Ofen einzuführenden Chargiergestelle

etc. liegt ein relativ ungünstiges Verhältnis Nutzgut/

Die Dampfbehandlung wird in der Praxis in elektrisch Totgut vor.

beheizten, gasdichten Schachtofen in diskontinuierli- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver-

cher Weise durchgeführt Eisensinterteile, die nach die- fahren der angegebenen Art zu schaffen, das mit einem

sem Verfahren behandelt werden, zeigen gegenüber un- io geringeren Energiebedarf auskommt und mit dem eine

behandelten eine höhere Härte, erweisen sich wider- Oxidschicht mit verbesserten Eigenschaften, insbeson-

standsfähiger gegen mechanischen Abrieb und haben dere einer größeren Eindringtiefe und einer gleichmäßi-

vor allem einen korrosionsschützenden Oberzug. geren Verteilung, hergestellt werden kann.

Es ist ferner bekannt, die Oxydation des Eisens durch Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der einErhitzung in Luft und in CO₂ bei höherer Temperatur 15 gangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch ge- bzw. durch abwechselndes oxydierendes und reduzie- löst, daß die oxydierende Atmosphäre aus bei einer rendes Glühen des Eisens in einem Regenratiwerfahren scheinbaren Reaktionstemperatur (Gleichgewichtstemdurchzuführen (Machu, Nichtmetallische organische peratur) von >800°C unterstöchiometrisch verbrann-Öberzüge, Springer-Verlag, 1952, Seiten 142—144). Bei ten Brennstoffen, insbesondere Heizgas, hergestellt dem letztgenannten Verfahren werden die sorgfältig ge- 20 wird und daß die Verbrennunj-rprodukte von der reinigten Eisengegenstände in gasgefesierten öfen auf BrennsteHe unmittelbar an die Reaxticmskammer abge-700 bis 850⁰C vorsichtig erhitzt und dann abwechselnd geben werden.

der Einwirkung oxydierender und reduzierender Feuer- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren findet somit gase in Gegenwart von Dämpfen von Kohlenwasser- zur Erzeugung der Oxidschicht keine reine Darnpfatmostoff unterworfen und abschließend in ruhiger Luft ab- 25 Sphäre Verwendung, wie dies bei dem bekannten Vergekühlt fahren der Dampfbehandlung der Fall ist, sondern es

Es ist auch bekannt (US-PS 37 08 351), die zum Bläu- werden hierzu die Verbrennungsprodukte (Rauchgase) en bzw. Schwärzen erforderliche oxydierende Gas- eingesetzt, die aus bei einer Temperatur > 800° unieratmosphäre in einer feuerfest ausgemauerten Verbren- stöchiometrisch verbrannten Brennstoffen gewonnen nungskammer zu erzeugen, die entstandenen Verbren- 30 werden. Diese Verbrennungsprodukte stellen ein Gasnungsgase zu kühlen, mit zusätzlicher Luft bzw. zusatz- gemisch dar, das im wesentlichen die Bestandteile CO₂, lichem Sauerstoff und Wasserdampf zu versehen und in H₂O, CO, H₂ und N₂ enthält Je nach der Art der unterdie Reaktionskammer einzuführen, in der sich die zu stöchiometrischen Verbrennung (Luftbeiwert λ zwibehandelnden Eisenteile befinden. Zur Verbesserung sehen 0,9 und 0,99,/Z=I bei stöchiometrischer Verbrendieses realtiv umständlichen Verfahrens, bei dem eine 35 nung) und der Reaktionstemperatur ergibt sich eine Kühlung der Verbrennungsgase erforderlich ist, hat spezielle Zusammensetzung des Gasgemisches, von der man ein Schwärzungsverfahren entwickelt (DE-PS die Verhältniswerte H₂O/H₂ und GO₂/CO von besonde-24 40 447), bei dem Heizgas bei einer scheinbaren Reak- rer Bedeutung für das Schwärzungsverfahren sind. Ertionstemperatur (Gleichgewichtstemperatur) von 500 findungsgemäß wurde festgestellt, daß bei unterstöchiobis800°C verbrannt wird und die Verbrennungsproduk- 40 metrischer Verbrennung (A zwischen 0,9 und 0,99) mit te anschließend mit einer Temperatur wesentlich über tiner scheinbaren Reaktionstemperatur (Gleichgedem Taupunkt der Reaktionskammer zugeführt wer- wichtstemperatur) von T>800°C ein Gasgemisch erden. In Verbindung mit diesem Verfahren ist es auch zielt wird, das von der Brennstelle unmittelbar an die bereits bekannt geworden, eine Verbrennungskammer Reaktionskammer abgegeben und dort zur Behandlung zur Herstellung der oxydierenden Atmosphäre in der 45 der eisenenthaltenden Teile eingesetzt werden kann, Reaktionskammer selbst anzuordnen. ohne daß es hierzu einer Zwischenkühlung des Gasge-

Die beiden letztgenannten Verfahren, bei denen die misches zur Entfernung von Wasserdampf bzw. einer zur Behandlung der eisenenthaltenden Teile eingesetz- erneuten Zuführung von Anteilen des Gasgemisches beten oxydierenden Atmosphären keine reinen Dampfat- darf. Bei den zur Anwendung kommenden Verbrenmosphären sind, sind nicht in Verbindung mit der Be- 50 nungstemperaturen ist eine Kühlung der Brennstelle handlung von pulvermetallurgisch hergestellten eisen- bzw. Verbrennungskammer zur Erzielung von niedrigeenthaltenden Teilen bekannt geworden. Hierauf bezieht ren Temperaturen nicht erforderlich,
sich jedoch das eingangs erwähnte Dampfbehandlungs- DeT wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Ververfahren. Dieses Verfahren läuft beispielsweise so ab, fahrens gegenüber dem bekannten Dampfbehandlungsdaß die zu behandelnden Teile mit Hilfe eines Chargier- 55 verfahren bestejn darin, daß erfindungsgeraäß durch eigestelles in einen Schachtofen eingebracht werden, der nen einzigen Prozeß gleichzeitig die zur Behandlung der Deckel des Schachtofens geschlossen wird, der Ofen auf Teile erforderliche Wärmeenergie und die erforderliche die Verfahrenstemperatur erhitzt und die entsprechen- oxydierende Atmosphäre beigebracht wird. Bei dem de Dampfatmosphäre in den Ofen eingeführt wird. Dampfbehandlungsverfahren muß bekanntlich der Nach Beendigung der Behandlung muß die Dampfat- 60 Ofen aufgeheizt und die Dampfatmosphäre extern ermosphäre entfernt und der Ofen wieder abgekühlt wer- zeugt werden. Es versteht sich, daß dadurch eine beden, wonach die Teile entnommen werden können. Es trächtliche Energieeinsparung erreicht werden kann,
sind somit die bei einer diskontinuierlichen Arbeitswei- Da die oxydierende Atmosphäre permanent im Reakse typsichen Nachteile vorhanden. tionsraum aufrechterhalten werden kann, kann das er-

Ferner hat (Jieres Verfahren den Nachteil, daß ein 65 findungsgemäße Verfahren kontinuierlich durchgeführt

externer Dampferzeuger mit einem entsprechend ho- werden, d. h. die zu behandelnden Teile werden mittels

hen Energieverbraucn benötigt wird und daß entspre- einer geeigneten Fördereinrichtung durch den Reak-

chcnde Wärmeverluste in den Dampfleitungen zum tionsraum geführt. Eine derartige kontinuierliche Ar-

beitsweise ist beim bekannten Dampfbehandlungsverfahren mit Schwierigkeiten verbunden, da die Dampfatmosphäre beim Einlaufen von kalten Teilen in den Reaktionsraum an den Teilen auskondensiert, so daß es zu Unregelmäßigkeiten bei der Erzeugung der Oxidschicht kommen kann, die dann insbesondere ein fleckiges Aussehen besitzt.

Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Verbrennungsprodukte unmittelbar von der Brennstelle bzw. dem Brennraum in den Reaktionsraum gelangen, müssen die Verbrennungsprodukte auf die Behandlungstemperatur abgekühlt werden. Dies geschieht durch intensive Vermischung mit der Reaktionsraumatmosphäre. Dabei macht man sich den Brennerimpuls zunutze, und/oder es findet eine zusätzliche Atmosphärenumwälzung im Reaktionsraum statt.

Die unterstöchiometrische Verbrennung (Menge des Brennstoff-Luft-Gemisches) wird zweckmäßigerweise liucr uic iTiCssüPig ucr ι Ciupcraiur ucr GXjuicrcriviCii Atmosphäre innerhalb des Reaktionsraumes gesteuert. Zusätzlich zu dieser temperaturabhängigen Steuerung kann auch eine Steuerung über die Messung des CO-Gehaltes der oxydierenden Atmosphäre im Reaktionsraum stattfinden, wobei die Zusammensetzung des zur Verbrennung gelangenden Brennstoff-Luft-Gemisches CO-abhängig geregelt wird. Mit anderen Worten, wenn die tatsächliche Behandlungstemperatur von der gewünschten Behandlungstemperatur bzw. der tatsächliche CO-Gehalt vom gewünschten CO-Gehalt im Reaktionsraum abweicht, wird die Gesamtmenge bzw. der Brennstoff- oder Luftanteil des zur Verbrennung gelangenden Brennstoff-Luft-Gemisches erhöht bzw. erniedrigt

Eine Steuerung der unterstöchiometrischen Verbrennung über eine Taupunktmessung ist ebenfalls möglich.

Bevorzugte scheinbare Reaktionstemperaturen der Verbrennung liegen in einem Bereich von 900— 1200⁰Cs wobei eine Temperatur von etwa 1100° C besonders bevorzugt wird und gute Ergebnisse liefert. Im Reaktionsraum wird vorzugsweise eine solche oxydierende Atmosphäre aufrechterhalten, daß die zu behandelnden Teile auf eine Temperatur zwischen 300 und 700° C, vorzugsweise etwa 570° C aufgeheizt werden. Der Begriff der scheinbaren Reaktionstemperatur (Gleichgewichtstemperatur) wird nachfolgend in Verbindung mit der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels erläutert An dieser Stelle sei nur erwähnt daß die tatsächlich gemessene Temperatur an einzelnen Punkten der Brennstelle (Brennraum) von dieser scheinbaren Reaktionstemperatur abweichen kann.

Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen aufgeführt

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens. Diese Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet daß sie als Durchlaufofen ausgebildet ist und mindestens einen innerhalb der Ofenkammer (Reaktionsraum) angeordneten bzw. in diese hineinreichenden Brennraum aufweist und daß dem Brennraum eine Mischvorrichtung vorgeschaltet ist, mittels der dem Brennraum ein Brennstoff-Luft-Gemisch zuführbar ist

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung findet somit die Erzeugung der oxydierenden Atmosphäre (Verbrennungsprodukte) direkt im Ofen statt, wodurch die vom Ofen zur Behandlung der Teile benötigten Wärmemengen komplett durch den Wärmeinhalt der VerbrennuRgsprodukte gedeckt werden können. Das Ofensystem ist nicht ständigen Temperaturwcchseln wie bei den bisher eingesetzten Schachtofen unterworfen, sondern arbeitet überwiegend mit einer stabilen Temperaturkurve über die Ofenlänge. Es liegt ein günstiges Verhältnis Nutzgut/Totgut vor.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist somit der Brennraum in die Ofenkammer (Reaktionsraum) integriert. In diesem Brennraum muß die zur Behandlung der Teile erforderliche oxydierende Atmosphäre erzeugt und kontinuierlich an den Ofenraum abgegeben werden können. Es hat sich jedoch gezeigt, daß herkömmlich ausgebildete Brenner, bei denen der Brennstoff und die Luft dem Brennraum getrennt zugeführt und erst im Brennraum gemischt werden, diesen Anforderungen nicht genügen. Bei derartigen Brennern treten im Brennraum Unregelmäßigkeiten auf, die es unmöglieh machen, dem Reaktionsraum kontinuierlich eine oxydierende Atmosphäre ohne besondere Schwankun- «v»r> -FnfiiUrAn γ»μ 1/Ληηαη Γ\»α A»*f »r»/4» »r»rrcr»#»rr»H ft*» I /Ken η tr gVII &UIUIII Mf 4 *-M nvi Kiuii. i/m «*■ <«atuu>i£is£ *.·*<«**«· ·—«***-.._ft basiert daher darauf, daß dem Brennraum eine Mischvorrichtung vorgeschaltet ist, so daß diesem bereits das fertige Brennstoff-Luft-Gemisch zugeführt werden kann. Mit dieser vorgeschalteten Mischvorrichtung lassen sich die vorstehend aufgezeigten Nachteile weitgehend ausschalten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt vorzugsweise die nachfolgenden Steuer- bzw. Regeleinrichtungen:
Um die Behandlungstemperatur der oxydierenden Atmosphäre innerhalb der Ofenkammer regeln zu können, ist in der Ofenkammer eir. Temperatursensor vorgesehen, dem ein Temperaturregler zugeordnet ist. Der Temperaturregler steuert ein der Mischvorrichtung nachgeschaltetes Mengenregelventil, über das die Gesamtmenge des dem Brennraum zugeführten Brennstoff-Luft-Gemisches reguliert werden kann. Um jedoch auch den Brennstoff- bzw. Luftanteil des Gemisches variieren zu können, ist in der Ofenkammer ferner eine Meßsonde für den CO-Gehalt der oxydierenden Atmo-Sphäre vorgesehen, der ein CO-Analysator und ein Meßumformer zugeordnet sind. Die Signale des Meßumformers werden einem Regler zugeführt, der ein in der Brennstoffzuführleitung für die Mischeinrichtung angeordnetes Mengenregelventil steuert. Auf diese Weise kann der Brennstoffanteil des dem Brennraum zugeführten Gemisches erhöht oder erniedrigt werden. Es versteht sich, daß die vorstehend beschriebenen Steuereinrichtungen manuell betätigt werden oder halbautomatisch bzw. vollautomatisch arbeiten können.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gehen aus den entsprechenden Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert Sämtliche dargestellten und beschriebenen Teile können dabei von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung;

F i g. 2 einen Querschnitt durch die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung;

Fig.3 ein schematisches Steuerdiagramm der Vorrichtung; und
F i g. 4 ein CO₂ZCO - FbO/I-b-Massenverhältnis-Diagramm, in dem die scheinbare Reaktionstemperatur und die Behandlungstemperatur eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt sind.
In den F i g. 1 und 2 ist eine Ausführungsform eines

Durchlaufofens 1 im Längs- und Querschnitt dargestellt, mit dem eine schwärzende bzw. bläuende Oxidschicht auf der Oberfläche von pulvermetallurgisch hergestellten eisenenthahenden Teilen erzeugt werden kann. Die Teile werden dabei in Fig. I von links nach rechts auf einer geeigneten Fördereinrichtung 4 durch den Ofen geführt. Dem eigentlichen Ofen ist eine Kühlzone 6 na<_^geschaltet. Es versteht sich, daß mit dem Ofen auch noch andere Behandlungszonen in beliebiger Art und Weise kombiniert werden können, die jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt sind.

Der Ofen ist mit fünf Gasbrennern 3 versehen, die quer zur Durchlaufrichtung des Ofens im unteren Teil der Ofenwandung eingebaut sind, so daß der Brennraum 7 der Brenner 3 in die Ofenkammer 2 hineinragt (F i g. 2). Die in Brennraum 7 erzeugten Verbrennungsprodukte (Rauchgase) gelangen somit unmittelbar in die Ofenkammer und werden dort vorwiegend quer zur DuruhiaüM ichiung der Teile üuigc'wäiii, wobei ΓπάΓι sich entweder den Brennerimpuls selbst zunutze macht oder eine zusätzliche Atmosphärenumwälzung vorsieht. Dabei vermischen sich die Verbrennungsprodukte intensiv und rasch mit der in der Ofenkammer befindlichen Atmosphäre, so daß sie sich auf die zur Behandlung der eisenenthaltenden Teile erforderliche Temperatur abkühlen. Die Verbrennungsprodukte werden schließlich über an den jeweiligen Ofenenden angeordnete Abzugsorgane 5 aus der Ofenkammer entfernt.

Bei dem beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Ofen fünf Brenner 3 auf, die gemeinsam aber auch unabhängig voneinander gesteuert werden können. Es wird dabei bevorzugt, in Längsrichtung des Durchlaufofens ein für die Behandlung besonders günstiges Temperaturprofil (Behandlungstemperatur) aufzubauen, so daß die in den Ofen gelangenden Teile erst allmählich, d. h. nach einer bestimmten Zeitdauer auf die bevorzugte Behandlungstemperatur aufgeheizt werden. Am stromabgelegenen Ende des Ofens kann man einen entsprechenden Temperaturabfall einstellen. Es versteht sich, daß die Ofenkammer auch in mehrere unterschiedliche thermische Zonen bzw. Verfahrenszonen unterteilt sein kann, die vorzugsweise in Durchlaufrichtung hintereinander angeordnet sind. Diese unterschiedlichen Verfahrensvarianten lassen sich durch entsprechende Einstellung der Brenner verwirklichen.

F i g. 3 zeigt in schematischer Weise den Aufbau eines Brenners 3 in Verbindung mit den vorgesehenen Steuer- bzw. Regeleinrichtungen. Wie bereits erwähnt, ist der Brenner in der seitlichen Wand des Durchlaufofens 1 angeordnet und erstreckt sich mit seinem Brennraum 7 in das Ofeninnere hinein. Es handelt sich hierbei um einen speziell ausgebildeten Gasbrenner, bei dem das Gas-Luft-Gemisch nicht erst im Brennraum sondern bereits vor dem Brennraum abgemischt wird. Hierzu ist eine Mischeinrichtung 16 vorgesehen, der eine Gaspumpe 15 nachgeschaltet ist, die das Gas-Luft-Gemisch zum Brennraum 7 fördert Die Mischeinrichtung 16 und die Gaspumpe 15 werden durch eine Bypassleitung 18 umgangen, in der ein Überströmregler 17 angeordnet ist In der Zuführleitung des Gemisches ist eine Flammenrückschlagsicherung 13 vorgesehen. Der Mischeinrichtung 16 werden über getrennte Leitungen Gas und Luft zugeführt

Bei diesem Ausführungsbeispie! sind zwei Steuerbzw. Regelkreise zur Regulierung der Behandlungstemperatur bzw. der unterstöchiometrischen Verbrennung des Gas-Luft-Gemisches vorgesehen. Zur Aufrechter-

haltung einer gewünschten Behandlungstemperatur im Ofen wird die Gesamtmenge des dem Brennraum 7 zugeführten Gas-Luft-Gemisches geregelt. Hierzu ist im Ofeninneren ein Temperatursensor 8 vorgesehen, dem ein Temperaturregler 10 zugeordnet ist. Der Regler 10 steuert ein in der Gemischzuführleitung für den Brenner vorgesehenes Mengenregelventil 14.

Der zweite Steuer- bzw. Regelkreis betrifft die Regulierung der zur Verbrennung gelangenden Gas- bzw. Luftanteile in Abhängigkeit vom CO-Anteil der Ofenatmosphäre. Hierzu ist im Ofeninneren eine Meßsonde 9 vorgesehen, der ein CO-Analysator 11 mit einem Meßumformer 12 zugeordnet ist. Die von dem Meßumformer 12 abgegebenen Signale gelangen zu einem Regler 19, der ein in der Gaszuleitung für die Mischeinrichtung 16 angeordnetes Mengenregelventil 22 steuert. Mit dieser Einrichtung kann der der Mischeinrichtung zugeführte Gasanteil in Abhängigkeit vom CO-Gehalt der OienäirüüSphärc Variiert Werden.

In der Gas- und Luftzuführleitung für die Mischeinrichtung 16 sind ferner entsprechende Meßblenden 23, 24 angeordnet, denen Meßumformer 20, 21 zugeordnet sind. Die von den Meßumformern 20, 21 abgegebenen Signale werden ebenfalls dem Regler 19 zugeführt.

In der vorstehend beschriebenen Vorrichtung wurden pulvermetallurgisch hergestellte Eisenteile behandelt. Es wurde mit Erdgas (Quelle Schlochteren) als Ausgangsbrennstoff gearbeitet, das folgende Zusammensetzung aufwies:

CH₄	81,8 Vol.-%
C_nH_n,	3,37 Vol.-%
CO₂	0,77 Vol.-%
N₂+ He	14,06 Vol.-%

Der Brennstoff wurde in einer geeigenten Mischeinrichtung mit Luft vermischt, und das erhaltene Brennstoff-Luft-Gemisch wurde dem Brennraum des vorstehend beschriebenen Brenners zugeführt und dort bei einer Brennraumtemperatur von 1100⁰C verbrannt Fs fand eine unterstöchiometrische Verbrennung statt, wobei der Luftfaktor λ 0,9792 betrug. Diese Werte sind in dem CO2/CO — H2O/H2-Massenverhältnis-Diagramm der F i g. 4 eingetragen. Dieses Diagramm wird nachfolgend erläutert.

Kurve I ist die temperaturabhängige Gleichgewichtslinie zwischen Eisen und Eisenoxiden im CO2/CO — H2O/H2-Diagramm. Liegt der Schnittpunkt aus den Verhältnissen CO2/CO und H₂O/H₂ eines Verbrennungsgases oberhalb dieser Linie, so wirkt dieses Gas oxydierend (Bläuen, Schwärzen). Es bilden sich also auf den Oberflächen von Eisenwerkstoffen Eisenoxidsdiichten.

Kurve II ist die temperaturabhängige Gleichgewichtslinie eines durch unterstöchiometrische Verbrennung erzeugten, teilverbrannten Abgases. Punkt A auf Kurve II kennzeichnet die Temperatur und die Gaszusammensetzung, mit der die Verbrennungsprodukte den Brennraum bzw. die Brennstelle verlassen. Diese Temperatur beträgt im vorliegenden Fall etwa 110O⁰C und kann als Brennraumtemperatur bezeichnet werden. Wie erwähnt, handelt es sich hierbei um eine scheinbare Reaktionstemperatur. Die tatsächlich gemessene Temperatur an einzelnen Punkten des Brennraumes kann von dieser scheinbaren Reaktionstemperatur abweichen. Die scheinbare Reaktionstemperatur ist somit diejenige Temperatur, die sich für ein bestimmtes CO2/CO-H2O/H2-Verhältnis anhand des in F i g. 4 gezeigten Dia-

grammes ergibt.

Beim Austritt aus dem Brennraum besaß das Abgas (Verbrennungsprodukte) die folgende Zusammensetzung:

H₂O

N₂+ He

CO₂

H₂O
H₂

9,0 Vol.-o/o 0,98 Vol.-%

17,96 Vol.-% 0,94 Vol.-%

71,12 Vol.-%

9.18 19,1

CO₂

H₂O

N₂+ He

CO₂ TO"

H₂O

9,67 Vol.-% 0,306 Vol.-%

17,29 Vol.-% 1,61 Vol.-%

71,12 Vol.-%

31,6 10,74

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

10

15

Das Abgas gelangte vom Brennraum unmittelbar in den Reaktionsraum (Ofenkammer) und wurde dort intensiv mit der bereits vorhandenen Ofenatmosphäre vermischt. Bei der Abrnischurig des Abgases auf Reaktionsraumtemperatur können schon Teilreaktionen mit dem zu behandelnden Nutzgut stattfinden. Nach Abkühlung des Abgases auf 570° C (Behandlungstemperatur) besaß es ohne Berücksichtigung der vorstehend erwähnten Teilreaktionen folgende Zusammensetzung:

25

30

35

Der Abkühlvorgang der den Brennraum verlassenden Verbrennungsprodukte ist in F i g. 4 durch die Kurve II angedeutet. Die entsprechende Behandlungstemperatur von 570° C ist markiert.

Die in der vorstehend beschriebenen Weise behandelten pulvermetallurgisch hergestellten Eisenteile wurden in der Kühlzone 6 des Ofens abgekühlt und danach dem Ofen entnommen. Sie besaßen eine besonders gleichmäßige, fleckenfreie Oxidschicht, die eine größere Eindringtiefe aufwies als Teile, die einer vergleichbaren Behandlung mit dem Dampfanlaßverfahren in einem Schachtofen unterzogen worden waren.

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung einer schwärzenden bzw. bläuenden Oxidschicht, vorwiegend bestehend aus Fe3<)4, auf der Oberfläche von pulvermetallurgisch hergestellten eisenenthaltenden Teilen durch Behandeln in einer Reaktionskammer mit einer oxydierenden Atmosphäre bei Temperaturen oberhalb von 300°C, dadurch gekennzeichnet, daß die oxydierende Atmosphäre aus bei einer scheinbaren Reaktionstemperatur (Gleichgewichtstemperatur) von T > 800° C unterstöchiometrisch verbrannten, gasförmigen Brennstoffen hergestellt wird und daß die Verbrennungsprodukte von der Brennstelle unmittelbar an den Reaktionsraum abgegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es kontinuierlich durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Verbrennungsprodukte durch intensive Vermischung mit der Reaktionsraumatmosphäre auf die Behandlungstemperatur gebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsprodukte innerhalb der Reaktionskammer durch den Brennerimpuls und/oder durch zusätzliche Atmosphärenumwälzung umgewälzt werden.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Reaktionsraum eine solche oxydierende Atmosphäre aufrechterhalten wird, daß die zu oehandelnden Teile auf eine Temperatur zwischen 300 und 700° C aufgeheizt werden.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die unterstöchiometrische Verbrennung über die Messung des CO-Gehaltes der oxydierenden Atmosphäre gesteuert wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die unterstöchiometrische Verbrennung (Menge des Brennstoff-Luft-Gemisches) über die Messung der Temperatur der oxydierenden Atmosphäre gesteuert wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die oxydierende Atmosphäre bei einer scheinbaren Reaktionstemperatur von 900- 1200⁰C hergestellt wird.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu behandelnden Teile auf eine Temperatur von etwa 570° C aufgeheizt werden.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über die Länge des Reaktionsraumes eine differenzierte Temperaturregelung durchgeführt wird.

1!. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Durchlaufofen (1) ausgebildet ist und mindestens einen innerhalb der Ofenkammer (Reaktionsraum) (2) angeordneten bzw. in diese hineinreichenden Brennraum (7) aufweist und daß dem Brennraum eine Mischvorrichtung (16) vorgeschaltet ist, mittels der dem Brennraum ein Brennstoff-Luft-Gemisch zuführbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischvorrichtung (16) ein Magnetventil (14) nachgeschaltet ist, das einem Temperaturregler (10), der von einem in der Ofenkammer angeordneten Temperatursensor (8) gesteuert wird, zugeordnet ist

Ϊ3. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennstoffzuführleitung für die Mischvorrichtung (16) ein MengenregelventO (22) angeordnet ist dem ein Regler (19), der von einer in der Ofenkammer angeordneten Meßsonde (9) über einen CO-Analysator (11) und einen Meßumformer (12) gesteuert wird, zugeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis

13, dadurch gekennzeichnet daß mehrere Brennräume über die Länge des; Durchlaufofens verteilt unterhalb von dessen Fördereinrichtung angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis

14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ofenkammer in mehrere thermische b:zw. Verfahrenszonen unterteilt ist, die insbesondere in Durchlaufrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei sich die Aufteilung nach Temperaturzonen und die nach Verfahrenszonen ganz oder teiilweise überlagern kann.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zone der Ofenkammer einen oder mehrere Brennräume aufweist

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie so konzipiert ist, daß zonenweise sowohl unterschiedliche Temperaturen als auch unterschiedliche Atmosphären einstellbar sind, wobei die zonenweise unterschiedlichen Atmosphären dadurch realisierbar sind, daß die Verbrennungsbedingungen für die Brennräume zonenweise variierbar und daß zonenweise unterschiedliche Brennstoffe einsetzbar sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum Teil eines quer zur Durchlaufrichtung des Ofens angeordneten Brenners ist

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner ein Gasbrenner ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß dem Durchlaufofen eine Kühlzone (6) nachgeschaltet ist und daß an beiden Ofenenden eine Abzugseinrichtung (5) für die Verbrennungsprodukte vorgesehen ist.