DE3310733C2

DE3310733C2 - Verfahren zur Verringerung des Schutzgasverbrauchs sowie der Randoxidation von zu behandelnden Bauteilen in Schleusen-Durchstoßanlagen mit Endogas als brennbarem Schutzgas

Info

Publication number: DE3310733C2
Application number: DE19833310733
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 7550 Rastatt Fritzsche
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1983-03-24
Filing date: 1983-03-24
Publication date: 1986-04-03
Also published as: DE3310733A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Verringerung des Schutzgasverbrauchs sowie der Randoxidation von zu behandelnden Bauteilen in Schleusen-Durchstoßanlagen mit brennbarem Schutzgas beschrieben. Die Schleusen werden nunmehr nicht mehr konstant durch im Überfluß in den Ofen eingespeistes Schutzgas gespült, sondern die in den Ofen eingespeiste Schutzgasmenge wird auf die zur Deckung der Leckverluste und Erzielung eines Mindestüberdruckes von 0,5 mbar erforderliche Menge reduziert und die Schleusen werden lediglich während des Öffnungstaktes bis 5 bis 10 Sekunden nach dem Schließen der äußeren Schleusentüren mit einem Stickstoffstrom, der dem 1- bis 2,5fachen des Schutzgasstroms entspricht, gespült. Durch die Spülung mit Stickstoff ergeben sich geringere Schwankungen des im Ofen eingestellten Kohlenstoffpotentials sowie eine Verringerung der Randoxidation bzw. Randabkohlung infolge Vermeidung stärkerer Unterdruckphasen im Ofen. Der Gesamtgasverbrauch der Anlage nimmt ab.

Description

Massengüter werden vielfach in Durchstoßanlagen värmebehandelt, in welchen die Bauteile auf Ofenrosten oder Hängegestellen taktweise durch die Anlagen transportiert werden. Um den Zutritt von Sauerstoff in den Ofen der Anlagen zu verhindern, sind sowohl am Ofeneingang als auch am Ofenausgang Schleusen angebracht. Zur Vermeidung eines Sauerstoffeintritts in den Ofen beim Öffnen der ofenseitigsn {= inneren) Schleusentüren, müssen die Schleusen zu diesem Zeitpunkt möglichst sauerstofffrei sein. Zu diesem Zweck werden die Schleusen mit Schutzgas gespült. Das Schutzgas wird deshalb in einer so großen Menge (Volumenstrom) in den Hochtemperaturteil des Ofens in konstanter Menge eingespeist, daß die über Öffnungen an den inneren Schleusentüren in die Schleusen eintretende Gasmenge pro Ofentakt etwa dem 3- bis4fachen Schleusenvolumen entspricht. Trotz dieser relativ hohen Gasmenge ist das Wärmebehandlungs-Ergebnis nicht immer voll befriedigend.

Nach den Takten der Anlage baut sich nämlich durch die Reaktion des in die Schleusen eingetretenen Sauerstoffs mit dem brennbaren Schutzgas — im allgemeinen Endogas — kurzfristig im Ofen ein Unterdruck auf, wodurch zusätzlich noch weitere Luft in den Ofen gesaugt wird. Beobachtet wurden Unterdrücke von bis zu 6 mbar. Durch den in den Ofen eingebrochenen Luftsauerstoff kommt es z. B. bei Endogas-Anlagen zu einem starken Anstieg des CO2-Gehalts, wodurch das Kohlungspotential und die Randoxidation ungünstig beeinflußt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, in Schleusen-Durchstoßanlagen mit Endogas als brennbarem Schutzgas den Schutzgasverbrauch zu verringern, eine Randabkohlung oder Randoxidation weitestgehend zu vermeiden sowie gegebenenfalls in Aufkohlungsanlagen die Schwankungen des Kohlenstoffpotentials zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch das in den Patentansprüchen beschriebene Verfahren gelöst. Es hat sich gezeigt, daß die Schutzgasmenge auf die zur Deckung der unvermeidbaren Leckverluste und zur Erzielung eines Mindestüberdruckes von 0,5 mbar erforderliche Menge reduziert werden kann, wenn die Schleusen während bis kurz nach dem Schließen der Schleusenaußentüren mit einem Stickstoffstrom beaufschlagt werden. Der Stickstoffstrom beträgt dabei pro Schleuse das 1- bis 2,5fache des gesamten Schutzgasstromes. Eine Beeinflussung des Kohlenstoffpotentials der Ofenatmosphäre bei Durchstoß-Aufkohlungsanlagen, z. B. durch Verdünnung, unzulässiges Ansteigen des Methangehalts usw, tritt dabei nicht auf. Es zeigt sich sogar, daß infolge des Wegfalls

ίο der bisherigen durch den Sauerstoffeinbruch in den Ofen verursachten Schwankungen des Kohlenstoffpotentials der zur Aufkohlung erforderliche ?ropan-Gehalt im Endogas auf 2J5°/o gesenkt werden kann. Der Verbrauch von Stickstoff zum Spülen der Schleusen ist gegenüber dem bisher benutzten konstanten F'jispeisen einer hohen Schutzgasmenge nach dem ursprünglichen Verfahren relativ gering, da die Einspeisung des Stickstoffs praktisch nur während der Öffnungstakte der Schleusen (maxima! etwa 40 Sekunden) erforderlich ist Insgesamt gesehen ergibt sich dadurch eine deutliche Verringerung des gesamten Gasverbrauchs. Überschreitet man bei der Stickstoffzugabe einen Volumenstrom, der dem etwa 4fachen des Schutzgasstromes entspricht, so ist eine weitere Verbesserung der Ergebnisse praktisch nicht mehr gegeben, lediglich die Stickstoff-Verbrauchskosten steigen. Unterschreitet man einen Stickstoffstrom pro Schleuse, der dem einfachen Volumenstrom des Endogases entspricht, so besteht die Gefahr eines Sauerstoffeinbruchs in den Ofen, als dessen Folge die Schwankungen des Kohlenstoffpotentials in der Ofenatmosphäre zu nehmen, die Randoxidation ansteigen und die zum Ausregeln der Schwankungen des Kohlenstoffpotentials der Ofenatmosphäre notwendige Pm^onnipnffp anstehen können. Ais recht ^ünst^er Wert für den Stickstoffstrom hat sich das 1,5- bis 2fache des Schutzgasstroms erwiesen.

Als Folge der Spülung der Schleusen mit Stickstoff kann die in den Ofen eingeleitete Schutzgasmenge nunmehr soweit reduziert werden, daß sie gerade zur Dekkung der Leckverluste und zur Erzielung eines Mindestüberdrucks von 0,5 mbar ausreicht. Der genaue Wert des in dem Ofen einzuhaltenden Mindestüberdrucks hängt jedoch von der Konstruktion des Ofens und seiner Größe ab und muß für jeden einzelnen Fall von dem Fachmann anhand der ihm geläufigen fachlichen Überlegungen ermittelt werden. Die Menge an brennbarem Schutzgas, die bei dem erfindungsgerrr.ßen Verfahren eingespart werden kann, kann infolgedessen nicht generell angegeben worden. Sie ist ofenspezifisch, hängt von der Taktzeit, dem Materialdurchsatz, der Materialoberfläche, dem in der Ofenatmosphäre einzuhaltenden Kohlenstoffpotential und der zum Regeln dieses Potentials notwendigen Propan-(oder dergleichen)-Menge ab, kann jedoch aufgrund fachmännischer Überlegungen leicht bestimmt werden.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen nicht nur in einer erheblichen Einsparung an Endogas, wobei ohne Schwierigkeiten mehr als 25% der bisher erforderlichen Endogasmenge eingespart werden, sondem auch in einem geringeren Abdriften des Kohlungspotentials der Ofenatmosphäre, wodurch auch die zum Regeln des Kohlenstoffpotentials notwendige Propangasmenge (Kohlungsgasmenge) reduziert werden kann. Weiterhin wird der Einbruch von Luftsauerstoff mit seinen negativen Folgen durch die praktisch vollständige Unterdrückung der Unterdruckphase praktisch gänzlich vermieden, wodurch insbesondere die Randoxidation günstig beeinflußt wird.

Beispiel 1 (zum Vergleich)

In den Hochtemperaturteil einer Durchstoß-Aufkohlungsanlage zur Einsatzhärtung von Kfz-Getriebeteilen mit einem Monatsdurchsatz von ca. 60 Tonnen und einem Ein- und Austrittsschleusenvolumen von jeweils 1 m³ wurden 24 m³ pro Stunde Endogas sowie ca. 500 I pro Stunde Propan (als Maximalregelmenge) zum Regeln des verlangten Kohlenstoff-Atmosphären-Potentials von 03% C eingeleitet In dem Ofen stellte sich ein Überdruck von ca. 2 mbar ein. Diese Endogasmenge reichte aus, um die Schleusenvo'.umina pro Taktzeit (=15 Minuten) dreimal zu spülen. Zum Ein- und Ausfahren der Ofenpaletten wurden die Schleusen jeweils ca. 28 Sekunden lang geöffnet Nach jedem Schließen der Schleusen trat im Ofen etwa 6 Sekunden lang ein Unterdruck von ca. 1 mbar auf. Durch den als Folge davon angesaugten LufUsauerstoff sank das eingestellte KohleriStöff-Aimosphären-Poieniia! auf etwa 0,4% C.

20 Beispiel 2

In der gleichen Anlage wurden nun nur noch 18 m³ pro Stunde Endogas sowie 5001 pro Stunde Propan als Maximalregelmenge für das verlangte Kohlenstoffpotential von 03% in den Ofen eingespeist, wobei der Ofen-Überdruck nun nur noch ca. 1,5 mbar betrug. Während des Öffnungstaktes der Schleusen, der etwa 28 Sekunden dauerte, bis 10 Sekunden nach dem Schließen der Schleusentüren wurde die Emlaufschleuse mit einem Stickstoffstrom von 30 m³ pro Stunde (was dem l,67fachen des Endogasstroms entspricht) und die Ausiaufschleuse mit einem Stickstoffstrom von 22 m³ pro Stunde (was dem l,22iachen des Endogasstroms entspricht) gespült. Die nunmehr zu beobachtende Unterdruckphase dauerte nur noch etwa 1 Sekunde und der sich einstellende Unterdruck betrug maximal noch 0,2 mbar. Das eingestellte Kohlenstoffpotential in der Ofenatmosphäre sank lediglich auf Schlechtestenfalls 0,8% C, was einer maximalen Abdrift von nur noch 0,1% C entspricht Die gegenüber dem Vergleichsbeispiel eingesparte Gasmenge ergibt sich wie folgt:

Beispiel 1:

24 m³/h Endogas konstant

Beispiel 2:

18 m³/h Endogas konstant

+ 2,2 m³/h Stickstoff

Einsparung: 6 m³/h Endogas Aufwand: 2,2 m³/h Stickstoff.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verringerung des Schutzgasverbrauchs sowie der Randoxidation von zu behandelnden Teilen in Schleusen-Durchstoßanlagen mit Endogas als brennbarem Schutzgas, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ofen eine zur Dekkung der Leckverluste und zur Erzielung eines Mindestüberdruckes von 0,5 mbar ausreichende Schutzgasmenge eingeleitet wird und daß während des Öffnungstaktes der Schleusen bis 5 bis 10 Sekunden nach Schließen der äußeren Schleusentüren ein Stickstoffstrom (m³ · h-') in jede Schleuse eingeleitet wird, der das 1- bis 2^fache des Gesamtvolumenstroms [m^z - h-') an Schutzgas beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß ein Stickstoffstrom, beginnend mit oder kurz nach dem öffnen der äußeren Schieusentüren und endend ca. 5 Sekunden nach dem Schließen dieser Türen in die Schleusen eingeleitet wird, der dem 1,5- bis 2fachen Volumenstrom des Schutzgases entspricht