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Verfahren und Einrichtung zum Zementieren von Eisen und Eisenlegierungen.
Zum Zementieren von Eisen und Eisenlegierungen verwendet man neuerdings vielfach
Gase, z. B. kohlenwasserstoffhaltige Gase, als Kohlungsmittel sowohl unmittelbar
und alleiri als auch in Verbindung mit körnigen Stoffen, in welche die zu zementierenden
Stücke eingebettet sind. -
Diese Zementierungsverfahren gestatten zwar rasche
Arbeit. Die Güte und Tiefe der Zementierung ist aber abhängig von der Form undder
gegenseitigen Lage der zu zeinentierenden Gegenstände. Abschirmungen, Wirbel, tote
Winkel verhindern, daß die zu behandelnden Gegenstände auf ihrer ganzen Oberfläche
gleichmäßig Kohle aufnehmen. Besonders nachteilig macht sich die Wirkung der Abschirmung
auf der der Gasströmung entgegengesetzten Seite bemerkbar.
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In dieser ' Beziehung ist die altbewährte Zementierung in einem
Einsatzpulver irgen4-einer bewährten Zusammensetzung wesentlich besser. Auch diesem
Verfahren haften aber wesentliche Nachteile an. Solche sind vor allem die lange
Dauer der Zementierung und deren beschränkte Tiefe.
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Die die Zementation bedingende Wechselwirkung zwischen dem Eisen und
dem Einsatzpulver tritt nämlich in ihrem ganzen, überhaupt möglichen Umfang nur
dann ein, wenn das Eisen eine angemessene Temperatur besitzt und. gleichzeitig die
für die Zeinentation besonders wirksamen Gase noch völlig in der Zementationskiste
enthalten sind bzw, uneingeschränkt -entwickelt werden, Die Gase bilden sich aber
und entweichen bei der heut üblichen ganz rohen Lehindichtung der Kiste ungenutzt
schbn bei sehr. niedriger Temperatur praktisch von dem Augenblick an, in dem der
Einsatzkasten in, den Ofen ge-,schoben wirdi,. während das Eisen erst bei etwa 7oo'
merklich aufnahmefähig für Kohlenstoff wird' und die praktisch angewendeten Zeinentationstemperaturen
bei 8oo bis iooo' liegen. Bis aber ein, Kasten und damit auch das darin in Pulver
eingebettete Eisen diese Temperatur erreicht hat, vergehen, besonders bei großen
Stücken, oft Stunden, während welcher die sich aus dein Einsatzpulver bildenden
Gase ununterbrochen weiter entweichen und nutzlos verbrennen, so daß, wenn endlich
das Eisen so warm ist, daß die Wechselwirkung zwischen Eisen und Gas eintreten kann,
das Gas zum größten Teil nicht mehr vorhanden ist oder von dem Einsatzpulver nur
noch in ganz geringen Mengen und gegebenenfalls in nur noch, wenig, wirksamer Beschaffenheit
abgegeben werden kann.
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Durch das in nachstehendem. beschriebene neue Zeinentierungsverfahren
ist es nun gelungen, eine qualitativ ebenso gute 7ementierung wie bei dem alten
Verfahren mit Einsatzpulver zu erzielen, jedbch, rascher und mit weniger Kosten
als beim alten Verfahren, währendt gleichzeitig die obenerwähnten Nachteile der
Zementierung in einer künstlich, geschaffenen Gasatmosphäre, besonders deren ungleichmäßige
Wirkung, gleichfalls vermieden sind,
Das neue Verfahren beruht im
wesentlichen darauf, daß dfe zu zementierenden Eisengegenstände zwar in Einsatzpulver
eingebettet werden, daß aber die aus dem Einsatzpulver entstehenden Gase, die man
bisher zum überaus größten Teil verbrennen ließ, in besonderen Behältern gesammelt
und dem Zementierungshehälter unter Druck wieder zugeleitet werden.
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Gegenüber der- Zementierung im Einsatzpulver nach der alten Methode
ist so einem unwirtschaftlichen Verbrauch an Einsatzpulver vorgebeugt, und gegenüber
der Zementierung im gasförrnigen Kohlungsmittel nach dien bisher bekannten Verfahren
ist die besondere Erzeugung, Heranschaffung, Zusammensetzung und, Dosierung dieser
Gase vermieden, ganz abgesehen von den Übrigen, obenerwähnten Nachteilen jenes Verfahrens.
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In den beiliegenden Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele
von Einrichtungen schematisch dargestellt, die zur Ausübung des neuen Verfahrens
mit Vorteil verwendet werden können.
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Fig. i zeigt einen einfachen Anschluß eines Zementierungsbehälters
an einen besonderen Gasbehälter; Fig. 2 zeigt eine Anordnung anderer Art mit'Ausnutzung
des Auftriebes der erhitzten Gase zum Zwecke der Zirkulation; Fig. 3 ist
eine Anordnung mit pendelnder Gasführung unter Verwendung eines Gasbehälters, Fig.
4 eine ebensolche Anordnung mit Anwen,dung von zwei Gasbehältern, Fig.
5 eine Anordnung mit einem Sammelbehälter von unveränderlichem Volumen. Gemäß
Fig. i ist der Zementierungsbehälter a in binen, normalen Eintsatzofen
b einzusetzen, wobei nur die Tür c des Ofens so geändert werden muß,
daß sie dieses Einsetzen erlaubt.
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Zum Abführen der aus dem Einsatzpulver sich entwickelnden Gase ist
in geeigneter Weise die Rohrleitungd an den Einsatzbehälter angeschlossen, durch
eine Kühlvorrichtunge hindurch und über ein Absperrorgan g an einem Wasserschloß
f vorbei in den Gasbehälter h geführt.
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Aus dem Gasbehälterh können die darin angesammelten Gase durch die
Leitung i wieder entnommen und gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines Flügelgebläses
k durch die Leitung 1, den Dreiweghahn m und Leitung m
dem Zernentierbehälter
wieder zugeführt werden. Die Zuführung geschieht daib#ei zweckmäßig durch, einen
in den Behälter a eingeschobenen hohlen Kasten o mit einer großen Anzahl kleiner
Durchtrittsöffnungen zum Verteifen der Gase über den ganz#en Querschnitt, Hierbei
kann dIas Gaszuführungsrohr it im Ofen, wie gezeichnet, derart angeordnet sein,
daß die Gase vor dem Wiedereintritt in den Behälter a vorgewärmt werden.
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Der Dreiw:eghahn in ermöglicht es, Überschüssige Gase aus dein geschlossenen
Gasumlaufsystem entweichen zu lassen, und zwar vorteilhaft in die Feuerung des Einsatzofens.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.:2 ist von einem besonderen Gasbeweger
(vgl. k in Fig.i) abgesehen unä- Gasumlauf infolge des Auftriebes der erwärmten
Gase erreicht.
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Der Zementierbehältera bildet hier einen besonderen Einsatz in einer
zweckmäßig aus Schamotte o. dgl. hergestellten Muffel, so daß beim Auswechseln des
Zementierbehältersa keine Leitungen zu lösen sind.
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Die aus dem Einsatzpulver sich entwickelnden Gase steigen durcheigenen
Auftrieb nach oben und. werden durch die Wasservorlage q und, durch die Rohrleitung
d wieder in den Gasbehälter h und von dort durch die Rohrleitung i und,die
im Heizraum liegende Heizschlarige m mit aufsteigen-den Windungen und den
Verteilungskasten o wieder dem Zernentierbehälter zugeführt. Die Beheizung der Schlange
n unterstützt dabei natürlich den Umlauf der Gase. In den Rohrleitungen,
d
und i können dieselben Sondereinrichtungen vorgesehen werden, die in Fig.
i angedeutet sind.
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Der Ausbau des Einsatzbehälters a kann noch dadurch weiter erleichtert
werden, daß die Retorte p mit ihren beiden Stirnseiten aus dem Ofen
b herausgeführt wird..
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Gemäß Fig. 3 ist der irgendwie zu erhitzende Einsatzbehälter
a nur einseitig, närnlieh nur durch die Leitung d mit dem Gasbehälter
h Verbunden. Die andererseits an den Behälter a sich anschließende Gasleitung
n ist zu einem verstellbaren Ab-sch'Iußorgan r geführt. In diesem Abschlußorgan
schließt eine Flüssigkeitsfüllung für gewöhnlich die Ausflußöffnung der Rohrleitung
n ab. Der Behälter t für die Abschlußflüssigkeit kann je-
doch, beispielsweise
mittels des Fußhebels u, soweit gesenkt wer-den, daß die Ausflußöffnung der Leitung
n frei wird, und nun die Gase durch die Austrittsöffnung s entweichen können, beispielsweise
der Feuerung d;es Einsatzofens zugeführt werden können.
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Der Regulierhebel 24 istdurch einen Seilzug v oder ein anderes kraftübertragendes
Organ derart mit dem Gasbehälter k verbunden, daß bei nahezu völlig -mit Gas gefüllter
Tauchglocke diese einen Anschlag w anliebt, so daß, infolge der Verbindung dieses
Anschlages w mit dem Hebel u, dieser letztere sinken und dabei den Gasauslaß freigeben
kann. -
Während.- zuer##t, (bei geschlQssenem Gasauslaß
)
die aus dem Einsafzpulver entwikkelten Gase,d-urch die Leitungd in den Gasbehälterh
strömten, ist jetzt die Strörnungsrichtung =gekehrt worden undes fließen die im
Behälterh angesammelten Gase nach dem Einsatzbehälter a zurück.
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Eine noch, vollkommenere Einrichtung zur Erzielung der pendelnden
Gafsbewegung ist in Fig. 4 dargestellt.
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Hier ist jede der beiden Seiten des Zementierbehälters a an Gashehälter
hl bzw. h2 angeschlossen. Die Tauchglocken der beiden Gasbehälter sind durch ein
Zugseil v derart miteinander verbunden, daß, wenn die eine Glocke steigt, die andere
sinkt. Diese gegenläufige Bewegung,der Glocken wird entweder durch entsprechende
Gewichtsbelastung der Glocken oder durch, maschinellen Antrieb herbeigeführt. Hierbei
wird das Gas in ständig wechselnder Richtung -durch den Zementierungsbehälter geleitet.
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Zum Auslassen überschüssigen Gases und zur Vermeidüng zu hohen Gasdruckes
kann ein Wasserschloß x angewendet werden, außerdern können an geeigneten Stellen
der Leitungen d' und d' ins Freie oder in die Ofenheizung mündende Absperr-
oder Auslaßor-,-aiiey angewendet werden.
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Die pen-d#elnde Gasführung bietet den Vorteil, daß die einzusetzenden
Eisenteile im Behälter a nicht einseitig stärker gekohlt: werden, wiedies gegebenenfalls
bei Gasströmung in immer gleich gerichtetem Sinne eintreten könnte.
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Es ist keineswegs notwendig, daß zur Aufnahme der aus dem Einsatzpulver
entwikkelten und dem Einsatzbehälter wieder zuzuführenden Gase ein Gasbehälter mit
veränderbarem Fassungsraum (Gasometer) verwendet wird, vielmehr kann auch irgendein
Behälter mit unveränderlichem Volumen Änwendung finden, wie Fig. 5 beispielsweise
zeigt. Die Anlage wird, in diesem Fall recht einfach und billig.
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Hier sinkt -das im Einsatzbehälter a entwickelte Gas durch die abgekühlte
Leitungd in den Sarnmelbehälter h herab, der durch ein genügend weites Rohrstück
gebildet sein kann, und steigt aus ihm durchl eine von außen erwärmte Rohrschlange
n wieder zum Einsatzbehälter a empor. Ein Wasserschloß x und .Auslaßventil
y vervollständigen im wesentlichen die Einrichtung.
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Wie diese vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen, läßt sich,
die Erfindung durch Einrichtungen der verschiedensten Art verwirklichen. Natürlich
ist durch die beschriebenen Ausführungsbeispiele #die Anwendungsmöglichkeit der
Erfindung noch keineswegs erschöpft. Die beschriebenen Einrichtungen können miteinander
kombiniert werden. Auch andere Abänderungen sind möglich, heispielsweise istes keineswegs
notwendig, daß teure Ga,someter zur Aufnahme der Gase verwendet werden, sondern
es könnten auch einfache, großrätimige Behälter als Sammelräume verwendet werden.
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Zweckmäßig ist es, bei größeren Anlagen, mehrere Zementierungsbehälter
derart miteinander zu verbinden, daß die in ihnen sich entwickelnden Gase nicht
bloß immer durch einen und denselben Behälterhindurchgeführt werden,-sondern der
Reihe nach durch melirere oder alle Behälter.
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Möglich, wenn auch nicht unbedingt nötig, ist es, die aus dem Einsatzpulver
sich entwickelnden Gase noch durch besonders zugeführte hochwertige Gase anzureichern.
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Wenn zur Erzielung der erforderlichen Gasb#ewegung besondere Luftbeweger
(vgl. k
in Fig. i) angewendet werden sollen, so kann zu deren Antrieb
#die Abwärme der Zementierungseinrichtung ausgenutzt werden. Da die Gasbewegung
ganz langsam erfolgen kann, also wenig Energieaufwand dafür nötig, ist, genügt unter
Umständen schon ein durch die aufsteigende Abwärme in Betrieb gesetztes Flügelra#d.