DE3338205A1 - Gasfoermige decarbonisierungsgemische aus wasserstoff, kohlendioxid und einem traegergas - Google Patents
Gasfoermige decarbonisierungsgemische aus wasserstoff, kohlendioxid und einem traegergasInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Decarbonisierung von eisenhaltigen
Metallgegenständen, wie Stahlblech, welches für elektrische Vorrichtungen, wie Motoren und Umwandler, verwendbar
ist.
Für bestimmte technische Anwendungsgebiete ist es erforderlich, den Kohlenstoffgehalt von Stahl auf einen niedrigen
Wert zu reduzieren. Ein bedeutsames Beispiel ist die Entfernung von Kohlenstoff aus Dünnblech-Stahllaminierungen,
die in den magnetischen Schaltanordnungen von Elektromotoren und Umwandlern verwendet werden. In dieser Anmeldung wird
gewünscht, das Kohlenstoffniveau auf einige Tausendstel
eines Prozents zu verringern, um die Hysteresis-Verluste zu minimieren. Eine weitere Aufgabe, die üblicherweise als Teil desselben Verfahrens erreicht wird, durch welches der Kohlenstoffgehalt der Laminierungen verringert wird, ist die Herstellung einer dünnen, anhaftenden Beschichtung aus Eisenoxid auf der Laminierung. Diese Oxid-Beschichtung, die eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist, isoliert die Laminierungen wirksam untereinander und verhindert den Fluß von Foucalt-Strömen (eddy currents), die zu großen
elektrischen Verlusten führen würden. Die Oxid-Beschichtung tritt als eine einheitliche dunkelblaue Färbung auf der
Oberfläche des abschließend bearbeiteten Teils auf.
eines Prozents zu verringern, um die Hysteresis-Verluste zu minimieren. Eine weitere Aufgabe, die üblicherweise als Teil desselben Verfahrens erreicht wird, durch welches der Kohlenstoffgehalt der Laminierungen verringert wird, ist die Herstellung einer dünnen, anhaftenden Beschichtung aus Eisenoxid auf der Laminierung. Diese Oxid-Beschichtung, die eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist, isoliert die Laminierungen wirksam untereinander und verhindert den Fluß von Foucalt-Strömen (eddy currents), die zu großen
elektrischen Verlusten führen würden. Die Oxid-Beschichtung tritt als eine einheitliche dunkelblaue Färbung auf der
Oberfläche des abschließend bearbeiteten Teils auf.
Die Decarbonisierung wird normalerweise unterhalb der
Ferrit-Austenit-Ubergangstemperatur von reinem Eisen, d.h. unterhalb einer Temperatur von etwa 16700F (9100C) durchgeführt. Eine typische Decarbonisierungstemperatur ist
14500F (788°C), wenn auch höhere oder niedrigere Tempera-
Ferrit-Austenit-Ubergangstemperatur von reinem Eisen, d.h. unterhalb einer Temperatur von etwa 16700F (9100C) durchgeführt. Eine typische Decarbonisierungstemperatur ist
14500F (788°C), wenn auch höhere oder niedrigere Tempera-
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türen angewendet werden können, soweit dies gewünscht wird.
Aufgrund der Durchführung der Decarbonisierung unterhalb der Ubergangstemperatur wachsen bei Entfernung des Kohlenstoffs
von dem Teil große Kristalle aus &-Eisen(ferrit) von der
Oberfläche nach innen. Diese großkörnige Struktur überträgt gute magnetische Eigenschaften auf die endbearbeiteten Teile.
Die Decarbonisierung wird erreicht, indem die Teile einer Atmosphäre ausgesetzt werden, die eine derartige Zusammensetzung
aufweist, daß der in dem Metall gelöste Kohlenstoff reagiert, um gasförmige Produkte zu erzeugen, welche sodann
von der Oberfläche weggespült werden. Die Literatur zur herkömmlichen Hitzebehandlung behauptet, daß drei Substanzen,
die sich normalerweise in Hitzebehandlungs-Atmosphären finden, in der Lage sind, mit gelöstem Kohlenstoff zu reagieren,
um gasförmige Produkte zu erzeugen. Diese sind Wasserstoff, Wasser und Kohlendioxid, gemäß den nachfolgenden Reaktionen:
»
C. Ott ^ /-ITT /ι I
C + H2O >
C0 + H2 (2)
C + CO2 >
2 CO (3)
Es wird angenommen, daß Wasser bei niedrigen Konzentrationen wirksam ist, Kohlendioxid sehr viel langsamer wirkt und Wasserstoff
eine sehr geringe Reaktivität besitzt. Wasser und Kohlendioxid sind in der Lage, sofern sie in einer hinreichend
hohen Konzentration vorliegen, das Eisen zu Eisenoxiden gemäß den nachfolgenden Gleichungen zu oxidieren:
Fe + XH9O >
FeO +. XH9 (4)
^- X 4L·
Fe + XCO9 > FeO + xCO (5)
^ X
ORIGINAL
•b ■
Darin liegt χ im Bereich von 1,0 bis 1,5.
Wasser ist als Oxidationsmittel sehr viel wirkungsvoller als Kohlendioxid. Wenn auch eine abschließende Oxidierung
gewünscht wird, um die dünne anhaftende Isolierbeschichtung zu erzeugen, muß eine Oxidation während des Decarbonisierungsverfahrens
vermieden werden, so daß das Decarbonisierungsmittel freien Zugang zu der Metalloberfläche hat
und eine Diffusion von Kohlenstoff nach außen nicht durch eine Oxidschicht behindert wird.
Ferner ist es wichtig, daß die Oxidbildung nicht bei Temperaturen oberhalb von 10300F (5540C) auftritt, da Eisenoxid
FeO gebildet wird, während unterhalb dieser Temperatur Magnetit Fe3O4 erzeugt wird. Eisenoxid kann bewirken, daß Laminierungen,
die gewöhnlich in Schichten (stacks) decarbonisiert werden, aneinanderhaften, während Magnetit viel weniger
unangenehm ist.
Traditionell wurden decarbonisierende Atmosphären in einer Anzahl von Wegen erzeugt. Ein Verfahren umfaßt die Herstellung
eines sogenannten exothermischen Gases durch Verbrennung von natürlichem Gas in Luft. Die sich ergebende Atmosphäre
besteht aus Stickstoff, Kohlendioxid, Wasser und in Abhängigkeit vom Verhältnis von Brennstoff zu Luft, aus mehr
oder weniger Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Es kann erforderlich sein, das Gas zu kühlen, um einen Teil der großen
Menge an Wasser zu kondensieren und dann es wieder zu erhitzen, um die Oxidation des Metalls zu vermeiden. Die steigenden
Kosten für Naturgas, seine geringen Vorräte und seine unterschiedliche Zusammensetzung machen es zu einer in zunehmenden
Maße weniger attraktiven Primärquelle für die Erzeugung einer Atmosphäre.
Eine andere Atmosphäre, die verwendet wurde, ist ein ange-
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feuchtetes Wasserstoff/Stickstoff-Gemisch, wie es in der
US-PS 3 098 776 beschrieben ist. Ein 3:1 Wasserstoff/Stickstoff-Gemisch
kann durch Cracken von Ammoniak hergestellt werden. Ein alternatives Vorgehen besteht in der Anwendung
des relativ wenig kostenden Stickstoffs, dem eine geringe Menge Wasserstoff zugesetzt wird. Zu beiden geschilderten
Atmosphären ist die Zugabe von Wasser erforderlich, welches entweder als Dampf oder als eine Flüssigkeit, die anschliessend
verdampft wird, zugeführt wird. Der Vorteil dieses Vorgehens besteht in der konsistenten Zusammensetzung dieser
Atmosphäre und in der einfacheren Verfahrensvorrichtung. Der Nachteil liegt darin, daß es wichtig ist, die Konzentration
von Wasser in der Atmosphäre sorgfältig auf einen niedrigen Stand einzuregulieren, um die Möglichkeit einer frühen
Oxidation der Metalloberfläche zu vermeiden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Wasserstoff/Stickstoff-Atmosphäre
mehr kosten kann als eine Exo-Atmosphäre.
Ein weiteres Verfahren ist in der US-PS 4 285 742 beschrieben, worin Gemische aus einem inerten Gas, Wasser und einer
Verbindung von Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff verwendet werden, um die Decarbonisierung von Elektrostählen
zu bewirken. Die Verbindungen aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff, die durch die Patentinhaber identifiziert
werden, sind vorzugsweise Methanol mit Zusätzen von oder alternativ dazu einem hohen aliphatischen Alkohol und/oder
Aceton. Die Zusammensetzung wird ausgewählt, so daß die Ofenatmosphäre bei der Temperatur mindestens 1 % Wasserdampf
enthält.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Decarbonisierung von Eisenmetall-Gegenständen, wie Stahlblech, welches bei
der Herstellung von elektrischen Motoren und Umformern verwendet wird. Die zu decarbonisierenden Gegenstände werden
— 5 —
— —■=*
^;ΰ ORIGINAL
in einen Ofen eingegeben, der auf eine Temperatur von zwischen 12000F (649°C) und 17000F (927°C) erhitzt ist und
unter einer Atmosphäre, die innerhalb des Ofens durch Einführung eines Gemisches von 1 bis 20 Vol.-% Wasserstoff,
1 bis 50 Vol.-% Kohlendioxid, Rest Stickstoff, entwickelt wird. Als eine Wasserstoffquelle für das Verfahren kann
ein Gemisch von 0,5 bis 10 Vol.~,% Methanol mit 1 bis 50 Vol.-% Kohlendioxid, Rest Stickstoff, in den Ofen eingegeben werden.
Vorzugsweise erzielt ein Gemisch von 4 Vol.-% Methanol mit 1 bis 5 Vol.-% Kohlendioxid, Rest Stickstoff, welches in
den Ofen eingegeben wird, unter Erhitzung und Kühlung der zu behandelnden Gegenstände, das gewünschte Ergebnis.
Die Atmosphäre, die leicht aus billigen und einfach zu behandelnden
Rohmaterialien von konstanter Zusammensetzung leicht hergestellt wird, erfordert keine Verarbeitungsvorrichtung
außerhalb des Decarbonisierungs-Ofens. Zusätzlich zu der einfachen Kontrolle des Decarbonisierungsverfahrens
kann das Basis-Decarbonisierungsgas bei niedrigeren Temperaturen
abgewandelt werden, um die gewünschte Bläuungs-Oxidation
der Metalloberfläche zu bewirken.
Die Figur in der Anlage zeigt eine Auftragung des prozentualen Kohlenstoffgehaltes gegen die Zeit, wodurch die Wirkung
des Wasserstoffs auf die Decarbonisierungs-Geschwindigkeit eines Stahlstücks (shimstock) mit einer Dicke von 0,002"
(0,05 mm) in einer Stickstoff-Kohlendioxid-Atmosphäre dargestellt wird.
In einer Ausführungsform besteht das verbesserte erfindungsgemäße Verfahren in der Aussetzung des Metalls zur Decarbonisierung
gegenüber einer Atmosphäre, die aus 1 bis 50 % Kohlendioxid, 1 bis 20 % Wasserstoff und dem Rest an inertem
b----:" .;.:-: ■■■·■-■■ ■ 333820E
'-0I.
Gas wie Stickstoff, bei einer Temperatur zwischen etwa 14000F (7600C) und 17000F (927°C) besteht. Die Decarbonisierung
verläuft sanft und in Abhängigkeit von dem Niveau an Kohlendioxid in der Atmosphäre so rasch, wie die durch
Wasser verursachte Decarbonisierung. Wenn auch behauptet wurde, Wasserstoff habe lediglich eine schwache decarboni-
sierende Wirkung gemäß der Gleichung C + 2H_ >
CH.,
wurde gefunden, daß die Zugabe einer geringen Menge an Wasserstoff
zu der Kohlendioxid/Stickstoff-Atmosphäre einen deutlichen beschleunigenden Effekt aufweist. Die Decarbonisierungs-Geschwindigkeit
ist deutlich größer als diejenige, die vorausgesagt würde durch lineare Addition der Decarbonisierungs-Geschwindigkeiten
von Wasserstoff und Kohlendioxid allein. Es wird angenommen, daß die Funktion des Wasserstoffs
darin besteht, die Oberfläche des Metalls von adsorbiertem Sauerstoff freizuhalten, der die Decarbonisierung retardiert
und durch Umsetzung von Kohlendioxid gebildet werden kann. Zusammenfassend ist demzufolge die Rolle des Kohlendioxids
primär diejenige eines Decarbonisierungsmittels, während die Rolle des Wasserstoffs darin besteht, adsorbierten Sauerstoff
zu entfernen und die Decarbonisierung zu fördern.
Die Decarbonisierungs-Atmosphäre kann durch einfache Vereinigung von gasförmigem Wasserstoff, Kohlendioxid und
Stickstoff erzeugt werden. Alternativ dazu kann die Wasserstoff-Komponente
der Atmosphäre hergestellt werden durch die thermische Zersetzung von Methanol. In diesem Fall
kann Kohlendioxid als solches zugesetzt werden oder es kann durch Zugabe von Wasser hergestellt werden, welches
mit dem Kohlenmonoxid aus dem Methanol reagiert.
CH3OH > 2H2 + CO
CO + H2O >
H2 + CO2
- -.υ ORIGINAL
Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Durchführung dieser Erfindung:
Eine Reihe von Experimenten wurde durchgeführt, um die Geschwindigkeit
des Kohlenstoffverlustes aus dem Stahl bei zwei Temperaturen, 14000F (7600C) und 17000F (927°C) in Gegenwart
einer Atmosphäre, die Kohlendioxid, Wasserstoff und Stickstoff enthält, zu untersuchen. Ein Streifen Stahl mit
niedrigem Kohlenstoffgehalt (0,06 % C) mit den Abmessungen von ungefähr 0,4" (10,2 mm) χ 1,6" (40,6 mm) und 0,002"
(0,05 mm) Dicke wurde ausgesetzt aus einem Mikrogleichgewicht in einer zugeschmolzenen Siliciumdioxid-Röhre. Der
mittlere Teil der Röhre war von einem elektrisch beheizten Ofen umgeben. Thermoelemente innerhalb der Röhre lieferten
eine Vorrichtung zur Messung und Kontrolle der Temperatur. Eine Einrichtung zur Führung eines Stickstoff-Flusses, der
verschiedene gasförmige Zusätze enthielt, nach oben durch die Röhre, war vorgesehen. Änderungen in der Masse des Stahlstreifens
wurden durch das elektronische Mikrogleichgewicht ermittelt und permanent auf einen Meßstreifen aufgezeichnet.
Ein typischer Versuchslauf wurde durchgeführt, indem ein Fluß von Inertgas (Stickstoff) über den Streifen geleitet
wurde und der Ofen auf die gewünschte experimentelle Temperatur beheizt wurde. Der Streifen wurde sodann von dem erhaltenen
Maß von 0,06 % auf ein Maß von 1,3 % bis 1,5 % Kohlenstoff carbonisiert, indem ein Gemisch von Stickstoff,
Kohlenmonoxid und Wasserstoff durch den Ofen geführt wurde. Wenn das gewünschte Gewichtsziel auftrat, wurden die carbonisierenden
Gase abgeschaltet und decarbonisierende Gase
·-■ ■' " 333820!
■/11 ■
(Η2/Η2Ο oder H2/CO2) wurden in den fließenden Stickstoffstrom
eingebracht. Die Zusammensetzung des Gases, welches in den Ofen eintritt, wurde durch Einregulierung der Geschwindigkeit
des Gasstroms durch kalibrierte Fließmeßgeräte festgelegt und durch Entfernung von Proben zur chromatographischen
Analyse aus dem Gasstrom, wenn er in den Boden des Ofens eintrat, verifiziert.
Die durch das Mikrogleichgewicht ermittelte Massenänderung wurde in den Prozentgehalt Kohlenstoff in der Probe überführt
und die Ergebnisse wurden aufgetragen. Zwei typische Decarbonisierungs-Experimente sind in der Auftragung gemäß
der anliegenden Figur dargestellt.
Aus Gründen des Vergleichs unterschiedlicher Experimente wurden die Steigungen der linearen Auftragungen ermittelt.
Die Steigungen wurden mit den Gewichten und Dimensionen der Teststreifen kombiniert, um die Oberflächen-Reaktionsgeschwindigkeit
zu liefern, die als Mol Kohlenstoffverlust pro Flächeneinheit pro Zeiteinheit ausgedrückt wird. Die
Ergebnisse einer Reihe von Experimenten bei zwei Temperaturen mit unterschiedlichen Konzentrationen an Wasserstoff
und entweder Kohlendioxid oder Wasserdampf sind in Tabelle I bzw. II angegeben.
- 9 ORIGINAL
■Al-
TABELLE I Decarbonisierung durch H2-CO0-GeIiIi sehe
| Versuchs- | Tempera | % H0 | % CO0 | % Ho< | Geschwindigkeit des Kohlenstoff verlustes Mol 10-6 |
| lauf Nr. | tur 0F | 0 | 1,0 | — | ) cm2 min. x ιυ |
| 1 | 1700 | 1 | 0,97 | — | 0,54 |
| 2 | 1700 | 2 | 0,98 | — | 2,43 |
| 3 | 1700 | 5,5 | 0,95 | — | 4,04 |
| 4 | 1700 | 18,5 | 0,96 | — | 5,34 |
| 5 | 1700 | 10,0 | 1,0 ' | — | 6,81 |
| 6 | 1700 | 2,1 | 4,90 | — | 7,20 |
| 7 | 1700 | 6,6 | 4,55 | — | 14,02 |
| 8 | 1400 | 5,7 | 19,4 | — | 1,13 |
| 9 | 1400 | 2,1 | 49,3 | — | 2,20 |
| 10 | 1400 | 5,8 | 48,4 | — | 2,98 |
| 11 | 1400 | 10,3 | 49,1 | — | 3,18 |
| 12 | 1400 | 3,20 | |||
Decarbonisierung durch H^-H-O-Gemische
| Versuchs | Tempera | % | 1 | H2 | % CO- | % H0O | Geschwindigkeit des Kohlenstoff verlustes Mol „Λ-6 |
| lauf Nr. | tur 0F | 2 | 0,94 | cm2 min. x IU | |||
| 1 | 1700 | 5 | — | 0,92 | 18,5 | ||
| 2 | 1700 | 10 | — | 0,89 | 19,2 | ||
| 3 | 1700 | 3 | — | 1,02 | 20,2 | ||
| 4 | 1700 | 5 | ,0 | — | 0,75 | 14,9 | |
| 5 | 1400 | 9 | ,6 | — | 0,77 | 4,50 | |
| 6 | 1400 | 9 | ,1 | — | 0,43 | 4,16 | |
| 7 | 1400 | 9 | ,2 | — | 0,77 | 2,67 | |
| 8 | 1400 | ,0 | — | 2,10 | 4,39 | ||
| 9 | 1400 | 5,57 | |||||
- 10 -
Eine Anzahl von Tatsachen sind aus den vorhergehenden Tabellen deutlich. In Tabelle I zeigt der Versuchslauf 1, daß
ohne Wasserstoff die Decarbonisierungs-Geschwindigkeit durch
Kohlendioxid allein langsam ist. In den Versuchsläufen 2 bis 5 bewirkt die Steigerung an Wasserstoff eine Steigerung der
Decarbonisierungs-Geschwindigkeit, wenn auch die gezeigte
relative Geschwindigkeit viel geringer ist als die 5-fache Geschwindigkeit, die durch das erste Prozent Wasserstoff erzielt
wird. Der Vergleich der Versuchsläufe 3 und 7 zeigt einen Anstieg auf das 3,5-fache der Geschwindigkeit des Kohlenstoffverlustes
als ein Ergebnis einer CO2-Steigerung auf
das 5-fache. Ähnliche Anstiege, die geringer als Anstiege erster Ordnung sind, werden in den Versuchsläufen 7 bis 11
beobachtet, die bei einer niedrigeren Temperatur durchgeführt wurden.
Tabelle II zeigt eine ähnliche Steigerung der Decarbonisierungs—
Geschwindigkeit, wenn die Konzentration des aktiven Mittels, Wasser, gesteigert wird. Ebenso deutlich ist jedoch
ein Abfall in der Geschwindigkeit mit steigender Wasserstoffkonzentration, wie er sich in Versuchslauf 4 im Vergleich
zu Versuchslauf 1 und in Versuchslauf 6 im Vergleich zu Versuchslauf 5 darstellt. Dieser Abfall kann als eine Inhibierung
der H-O-Decarbonisierung des Stahls durch Wasserstoff,
ein Produkt der Reaktion, interpretiert werden. Diese Beobachtungen unterstützen die Prämisse, daß Wasserstoff selbst
kein wirksames Decarbonisierungsmittel ist sondern seine wertvolle Funktion eher darin ausübt, indem es die Oberfläche
von Oxiden hält, so daß die Reaktion von H3O oder CO2 gefördert
wird.
Es wird bemerkt, daß die Decarbonisierungs-Geschwindigkeit bei 14000F (7600C) deutlich geringer ist als bei 17000F
- 11 -
.^S ORIGINAL
- -44—
(927°C), jedoch bei der niedrigeren Geschwindigkeit 22
Gemische ebenso schnell wirken, wie H2O/H2-Gemische. Zur
praktischen Arbeit mit dickeren Werkstücken können auf Kohlendioxid basierende Systeme genauso wirksam sein, wie auf
Wasser basierende Systeme, da die Decarbonisierungs-Geschwin digkeit durch die Diffusionsgeschwindigkeit von Kohlenstoff
innerhalb des Werkstücks eher kontrolliert wird, als die Reaktionsgeschwindigkeit an der Oberfläche.
Eine Reihe von Decarbonisierungs- und Bläuungs-Experimenten wurde mit Statorlaminierungs-Bündeln in Atmosphären von
N2/H2/H2O und N2/H2/CO2 in einem kontinuierlichen Umlaufofen
(belt furnace) durchgeführt. Einlaßgemische, wie weiter unten angegeben, wurden in die heiße Zone des Ofens eingegeben
und 20 % CO~/N„ wurden in die Kühlzone eingeführt.
Temperatur und Verweilzeiten der heißen Zone und der Kühlzone waren 15000F (816°C) und 45 Minuten und 8000F (427°C)
(anfänglich) und 20 Minuten. Die Laminate enthielten ursprünglich 0,053 und 0,06 0 Prozent Kohlenstoff.
Rest-Kohlen-
6 % H2 1,7 % H2O 0,019 grau mäßig
10 % H2 18,5 % CO2 0,006 blau leicht
Die Bläuung mit CO2 war einheitlicher, hatte eine bessere
Farbe, zeigte weniger Haftung und decarbonisierte zu einem geringeren Prozentsatz an Rest-Kohlenstoff. Die weitere Untersuchung
zeigte, daß das CO--Experiment die gewünschte grob-kristalline MikroStruktur im Vergleich zu der fein-
- 12 -
333820!
AS-
kristallinen MikroStruktur des H2O-Experiments aufwies.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wurde ein Verfahren verwendet, nach welchem die zu decarbonisierenden Gegenstände (Metall) einerOfenatmosphäre ausgesetzt
werden, welche durch Einführung eines Gemisches von flüssigem Methanol, Kohlendioxid und Stickstoff in den Ofen
erhalten wird. Das Methanol dissoziiert, um unter anderem Wasserstoff in der Ofenatmosphäre zur Verfügung zu stellen,
um eine wirksame Decarbonisierung zu bewirken. Beispiel III faßt die Ergebnisse der vorhergehenden Experimente zusammen,
indem eine auf Methanol-Stickstoff basierende Atmosphäre verwendet
wird, welche Kohlendioxid und/oder Wasserdampf enthält.
III
Eine Reihe von Decarbonisierungs-Experimenten wurde mit Statorlaminierungs-Bündeln in Gemischen von N2/MeOH/CO2 und
N^/MeOH/H^O in einem Chargenofen (batch furnace) bei 14400F
(782°C) für 60 Minuten durchgeführt. Die Laminate enthielten ursprünglich 0,039 Prozent Kohlenstoff. Die Eingangsgemische
sind nachfolgend aufgeführt. Methanol wurde als eine Flüssigkeit eingegeben.
Versuchslauf
1 2 3
4 4 4
MeOH MeOH MeOH
3 % 3 %
| Rest-Pro zent C |
Zustand |
| 0,004 | oxidiert |
| 0,002 | reduziert |
| 0,002 | reduziert |
- 13 -
3333205
Versuchslauf 1 zeigte Anhaften und Oxidation. Versuchslauf 2 und 3 zeigten verbesserte Decarbonisierung und verringertes
Anhaften der Laminate.
Als Ergebnis der oben zusammengefaßten Arbeit wurden weitere Decarbonisierungsversuche unter Verwendung von Methanol-Kohlendioxid-Stickstoff
und Methanol-Wasserdampf-Stickstoff-Gemisch mit Stahlstreifen durchgeführt, die einen ursprünglichen
Kohlenstoffgehalt von annähernd 0,05 % besaßen. Die in Bündeln von 60 bis 70 Stücken gelegten Streifen wurden
für zwei dreiviertel Stunden auf 76O0C erhitzt, für ein einviertel
Stunden bei 6500C in dem Ofen unter Verwendung des Eingangsgemisches gehalten und bei den Ofenatmosphären, die
in der nachstehenden Tabelle III angegeben sind und sodann auf Temperaturen unterhalb von 3500C in einer Atmosphäre von
100 % Stickstoff abgekühlt.
- 14 -
TABELLE III
Decarbonisxeruna von Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt
Decarbonisxeruna von Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt
Tau-Versuchs- Einlaß-Zusammensetzung Ofenatmosphäre-Zusammensetzung punkt Durchschnittlicher
lauf Nr. % MeOH %~CÖ^ % Η£ 0 % CO %Ίζ % €0£ % CH^ (°C) (XH2O) Kohlenstoff-Gehalt l%j_
4 5 - a(1) 5.65 5.55 3.95 0.46 -6 (0.36) c(2) 0.0030
b 3.30 4.71 5.10 0.28 -6 (0.36) d 0.0032
f] 2 4 3 a 4.67 6.40 3.07 0.63 -7 (0.34) c 0.0038
\ b 3.19 6.31 3.93 0.94 -6 (0.36) d 0.0036 O t
i 3 4 1 a 3.98 7.35 1.36 0.25 -5 (0.40) c 0.0046
b 3.56 7.26 1.50 0.57 -13 (0.20) d 0.0038
r 4 4 - 1.2 a 5.07 10.2 0.75 0.27 -2 (0.51) c 0.0058
b 3.17 8.00 1.00 0.63 -2 (0.51) d 0.0041
4 - 2.3 a 4.95 8.65 0.76 0.24 0 (0.60) c 0.049
b 4.07 7.65 1.00 0.62 0 (0.60) d 0.052
a Ofem bei 76C0C C Probe, die vom Ende des Stapels aus-
b Ofen bei 6^0rC gewählt wurde
d Probe, die aus der Mitte des Stapels
ausgewählt wurde
-Π I
CO GJ CO CD K)
O cn
- 45-- -At-
Aus der vorstehenden Tabelle III ist bekannt, daß Methanol-Stickstoff-Eingangsgemische
mit 1 % bis 5 % Kohlendioxid eine effektive Decarbonisierung erzeugen.
Die Versuche unter Verwendung von Methanol-Wasser-Stickstoff-Injektionsgemischen
waren nicht erfolgreich. Es wird angenommen, daß in den Tests von Versuchslauf 5 die Streifen zu
FeO oxidiert worden sind, wodurch jede bedeutsame Decarbonisierung an ihrem Auftreten gehindert wurde. Dieses Ergebnis
befand sich in Übereinstimmung mit früheren Ermittlungen, daß eine kontrollierte Decarbonisierung ohne Oxidation mit
CO~ leichter als mit Wasser erreicht werden kann.
Claims (7)
1. Verfahren zur Decarbonisierung von Gegenständen aus
dünnem Stahlblech, wobei in Verfahrensstufen
die Gegenstände in einen Heizofen eingebracht werden, der bei einer Temperatur von zwischen 12000F
(649°C) und 17000F (927°C) gehalten wird,
ein Gemisch, welches im wesentlichen aus 1 bis 20 Vol.-% Wasserstoff in Gasform oder aus der Zersetzung
von flüssigem Methanol hergeleitet, 1 bis 50 Vol.-% Kohlendioxid, Rest Stickstoff, besteht,
in den Ofen eingespeist wird, wodurch eine decarbonisierende Atmosphäre im Innern des Ofens erzeugt
wird,
BAD ORIGINAL
die Gegenstände bei der Temperatur und unter der
Atmosphäre für eine Zeitdauer gehalten werden, die
zur Erzielung des gewünschten Maßes an gründlicher Decarbonisierung hinreichend ist,
und die Gegenstände auf Raumtemperatur abgekühlt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Ofen bei einer
Temperatur von 17000F (927°C) gehalten wird und das Einlaßgemisch mindestens 4,9 Vol.-% Kohlendioxid,
2,1 Vol.-% Wasserstoff in Gasform, Rest Stickstoff, enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Ofen bei einer
Temperatur von 14000F (7600C) gehalten wird und das
Einlaßgemisch mindestens 4,55 Vol.-% Kohlendioxid, 6,6 Vol.-% gasförmigen Wasserstoff, Rest Stickstoff,
enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Gegenstände decarbonisiert
und gebläut werden, indem die Gegenstände auf eine Temperatur von 15000F (816°C) aufgeheizt werden
und bei dieser Temperatur gehalten werden, worauf sie anfänglich auf eine Temperatur von 8000F (4270C)
gekühlt werden, wobei beide Stufen unter einer Atmosphäre durchgeführt werden, die durch ein Einlaßgemisch geschaffen
wird, welches im wesentlichen aus 18,5 Vol.-% Kohlendioxid, 10 Vol.-% gasförmigen Wasserstoff, Rest
Stickstoff, besteht, und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Verfahrensstufen
die Gegenstände in einen Wärmebehandlungsofen eingebracht
werden, der bei einer Temperatur von zwischen
333820
1200°F (649°C) und 14000F (7600C) gehalten wird,
"ein Gemisch, welches im wesentlichen aus 0,5 bis 10 Vol.-% Methanol, zwischen 1 und 50 Vol.-% CO2, Rest
Stickstoff, besteht, in den Ofen eingespeist wird, wodurch die Bestandteile reagieren, um im Innern des
Ofens eine decarbonisierende Atmosphäre zu bilden,
die Gegenstände bei der Temperatur und unter der Atmosphäre für eine Zeitdauer gehalten werden, die
zur Erzielung des gewünschten Maßes an gründlicher Decarbonisierung
hinreichend ist,
und die Gegenstände auf Raumtemperatur abgekühlt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, worin das Gemisch etwa
4 Vol.-% Methanol, 1 bis 5 Vol.-% CO3, Rest Stickstoff,
enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 6, worin das Gemisch mindestens 3 Vol.-% Kohlendioxid enthält.
ORiGINAL
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|---|---|---|---|
| US06/435,834 US4450017A (en) | 1982-10-21 | 1982-10-21 | Gaseous decarburizing mixtures of hydrogen, carbon dioxide and a carrier gas |
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|---|---|
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