DE3411605A1 - Verfahren und einrichtung zur gasaufkohlung von stahl - Google Patents
Verfahren und einrichtung zur gasaufkohlung von stahlInfo
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Description
Verfahren und Einrichtung zur Gasaufkohlung von Stahl
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gasaufkohlung von Stahl, bei dem das Stahlteil in einer kohlenstoff
angereicherten Gasatmosphäre eines Ofens o.dgl. einem Diffusionsprozeß zur Bildung eines Randbereiches mit erhöhtem
und abhängig vom Randabstand bestimmten Kohlenstoffgehalt ausgesetzt
wird und bei dem in gewissen Z.eitabständen die für den Diffusionsvorgang wichtigen Meßgrößen einschließlich der Temperatur
ermittelt und als Steuergrößen für die Beeinflussung des Diffusionsvorganges verwendet werden.
Solche Gasaufkohlungsverfahren, wie sie der Einsatzhärtung von
Stahlteilen vorausgehen, sind bekannt (Zeitschrift für wirt- ; * schaftliche Fertigung, Heft 9, September 1968, Seite 456 bis
: 464). Bei der Aufkohlung von Werkstücken aus Stahl wird dabei
' deren Randschicht mit Kohlenstoff angereichert. Für das Prozeß-
; ende wird ein bestimmter Kohlenstoffverlauf angestrebt, mit den
Zielgrößen "Aufkohlungstiefe", "Randkohlenstoffgehalt" und "C-
; Verlauf am Rand". Dieser Vorgang kann aufgrund der Diffusions-
j gesetze berechnet werden, weil neben der Temperatur und der Zeit
j sogenannte Randbedingungen als Variable' eingehen, mit denen das
Kohlenstoffangebot an der Oberfläche definiert wird.
Während man in den Anfängen der Aufkohlungstechnik davon ausging,
daß der Rand-C-Gehalt während der gesamten Prozeßdauer angenähert
ι konstant bleibt und daß demnach die Aufkohlungstiefe mit der
j Wurzel aus der Zeit wächst, wurden mit zunehmenden Genauigkeits-
j ansprüchen die Prozeßparameter "Kohlenstoffpotential" und "Reak-
tionsgeschwindigkeit" an der Oberfläche eingeführt. Abhängig von
■ den jeweils gemessenen Werten, dem mathematischen Zusammenhang und
den anderen Prozeßwerten kann daher der C-Verlauf im Werkstück
vorausberechnet werden, wobei die Aufkohlung des Randbereiches
copy
darauf beruht, daß das C-Potential der Gasatmosphäre in der zur
Aufkohlung verwendeten Ofenkammer so geregelt wird, daß die gewünschten
Zielgrößen erreicht werden. Es ist zudem auch bekannt, mit Hilfe einer Recheneinheit das C-Potential während der Aufkohlung
zu verändern, um mit geringstmöglichem Zeitaufwand Karbidbildung am Rand des Werkstückes zu vermeiden (DE-PS 31 39 6 22).
Diese Art der Regelung von Aufkohlungsprozessen läßt sich aber nur
dann durchführen, wenn sogenannte Gleichgewichtsatmosphären vorliegen, weil nur dann das C-Potential definiert ist und auch gemessen
werden kann. Mit Kohlenwasserstoffen übersättigte Atmosphären werden in der Regel wegen ihrer "eingeschränkten Regelfähigkeit
vermieden, obwohl sie, weil sie ein noch qrößeres Kohlenstoff angebot mit sich bringen, eine Rohstoff- und Energieersparnis
bringen können.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auch mit
Kohlenwasserstoffen übersättigte Atmosphären für Aufkohlungsprozesse so eingesetzt werden können, daß
eine eindeutige Steuerung und Bestimmung des Kohlenstoffverlaufes
am Rand der Werkstücke möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren
der eingangs genannten Art vorgeschlagen, unmittelbar durch die Oberfläche_des„
Stahlteils diffundierenden C-Strom als Meßgröße zu verwenden und in
Abhämgigkeit davon die Kohlungsgaszufuhr zu steuern. Ein solches Verfahren läßt sich durchführen, obwohl die theoretisch für den
Kohlenstoffstrom an der Oberfläche der Werkstücke bekannten Zusammenhänge
nicht ohne weiteres in: die Praxis umzusetzen sind,
weil dieser C-Strom im Gegensatz zum C-Potential während des Aufkohlungsprozesses
in komplizierter Weise verändert werden muß, wenn am Ende ein bestimmter Kohlenstoffverlauf vorliegen soll.
Dies läßt sich aber, ebenso wie bei bekannten Verfahren, durch Rechner laufend oder in bestimmten kurzen Zeitabschnitten so be- ·■=
stimmen, daß die gewünschte Regelung möglich ist, wenn Werte für
COPY
den C-Strom zur Verfügung gestellt werden.
Dies ist in einfacher Weise dadurch zu erreichen, daß der C-Strom direkt über die zeitliche Änderung des elektrischen Widerstandes
eines Eisenfühlers gemessen wird.
Um hierbei keine Gefahr zu laufen, daß der Kohlenstoffgehalt des
Fühlers dem Kohlenstoffgehalt am Rand des aufzukohlenden Werkstückes
davonläuft, wird jeweils vorteilhaft dafür gesorgt, daß der mittlere Kohlenstoffgehalt des Eisenfühlers durch schrittweise
kurz-zeitige Entkohlungsphasen dem für den Randkohlenstoffgehalt
des Stahlteiles in bekannter Weise rechnerisch ermittelten Wert nachgeführt wird. Erreicht daher der vom C-
Fühler ermittelte Wert den für den Randkohlenstoffgehalt am Werstück
angestrebten Wert, so muß die Zufuhr von Kohlungsgas so zurückgenommen werden, daß beispielsweise die schädliche Karbidbildung
vermieden wird.
Der C-Strom kann nicht nur unmittelbar über einen Fühler gemessen werden. Er kann auch indirekt über die Differenz der gemessenen,
in den Ofen eingeführten und der daraus wieder abgeführten bzw. nicht verbrauchten Kohlenstoffmenge ermittelt werden. Zweckmäßig
ist es dabei, wenn die zugeführte Kohlenstoffmenge aus der in einer
bestimmten Zeit zugeführten Gasmenge und deren Kohlenstoffgehalt, die abgeführte Kohlenstoffmenge aus der in derselben Zeit abgeführten
Fackelgasmenge und deren Kohlenstoffgehalt und die nicht verbrauchte Kohlenstoffmenge aus dem im Ofen verbleibenden Rußan- ·
teil bestimmt wird. Für die Praxis ausreichend hat es sich dabei erwiesen, wenn die abgeführte Kohlenstoffmenge und die nicht verbrauchte
in Form von Ruß im Ofen verbleibende Kohlenstoffmenge zu einem ofenspezifischen Ausnutzungsfaktor zusammengefaßt werden und
wenn der C-Strom dann aus der zugeführten Kohlenstoffmenge, der Werkstückoberfläche und dem Ausnutzungsfaktor bestimmt wird. Alle
diese Meßgrößen und Prozeßwerte können, wie an sich bekannt, einer Recheneinheit zugeführt werden, die hieraus und aus den für die
Berechnung des Verlaufes des Randkohlenstoffgehaltes wichtigen und
COPY _7_
abgespeicherten Daten, wie Geometrie des Stehlteiles, Kern-C-Gehalt
und Diffusionskoeffizient den zum jeweiligen Zeitpunkt vorliegenden
Verlauf des C-Gehaltes im Stahlteil berechnet und abhängig davon
Signale zur Steuerung der Kohlungsgaszufuhr gibt. Dies kann sowohl durchgeführt werden, wenn der C-Strom direkt über einen Fühler gemessen
wird, oder wenn er, wie beschrieben, aus der zu- und abgeführten Kohlenstoffmenge bestimmt wird. Ein Vorteil dabei ist, daß
auf die Berücksichtigung der Werte für den Kohlenstoffübergangskoeffizienten
und weitgehend auch auf die Legierungszusammensetzung verzichtet werden kann.
Zur Durchführung des Verfahrens mit direkter C-Strom-Messung wird
vorteilhaft eine Einrichtung vorgesehen, die in bekannter Weise einen Aufkohlungsofen mit mindestens einer beheizbaren Kammer, mit
Fühlern zum Erfassen der Kammertemperatur, mit einer Kohlungsmittelzuführleitung,
in der ein steuerbares Regelventil angeordnet ist und mit einem in die Kammer hereinreichenden Fühler vorgesehen, der
mindestens einen der Ofenatmosphäre ausgesetzten elektrischen Meßwiderstand
aufweist, wie das beispielsweise in der Zeitschrift Stahl und Eisen 80 (1960, Heft 26, Seiten 1952 bis 1954) beschrieben ist.
Bei einer solchen Einrichtung wird erfindungsgemäß jedoch vorgesehen,
daß der Meßwiderstand als C-Strom-Fühler wirkt und in einer Fühlerkammer
angeordnet ist, die an eine Zufuhrleitung für ein Entkohlungsgas angeschlossen ist, und daß in diese Zuführleitung ein in Abhängigkeit
von den ermittelten Werten steuerbares Absperrventi]
angeordnet ist. Dieses Entkohlungsgas kann bei Einrichtungen mit einem Fühler, der einen von einem Vergleichsgas umströmten Vergleichswiderstand
zur Temperaturkompensation aufweist, gleichzeitig das Vergleichsgas sein, das für den Kompensations-Vergleichswiderstand
vorgesehen ist. Die das Absperrventil enthaltende Zuleitung kann dabei.in einfacher Weise von der Anschlußleitung zum Vergleichswiderstand
abzweigen. Dieses Absperrventil enthält seine Steuerimpulse zum öffnen und Schließen in einfacher Weise schrittweise von
der Recheneinheit, die damit den Kohlenstoffgehalt des Meßwiderstandes
dem Kohlenstoffgehalt am Rand des aufzukohlenden Werkstücks
nachführt. Der zeitliche Verlauf des C-Gehaltes des Meß-fühlers entspricht
daher dem Aufkohlungsverlauf am Rand des Werkstückes.
-8-COPY
Natürlich läßt sich der Kohlenstoffgehalt des Fühlers analog der
eben beschriebenen Art in umgekehrter Weise auch bei absinkendem Kohlenstoffgehalt in der Atmosphäre nachführen. Die Entkohlungsphasen
werden dann durch Aufkohlungsphasen ersetzt.
Zur Durchführung des vorher erwähnten, zweiten Verfahrens, bei dem
die zu- und abgeführten Kohlenstoffmengen ermittelt werden, wird
vorteilhaft eine ebenfalls bekannte Einrichtung mit einem Aufkohlungsofen
mit mindestens einer beheizten Kammer, mit Kühlern zum Erfassen der Kammertemperatur, mit einer Kohlungsmittelzuführleitung
in der ein steuerbares Regelventil angeordnet ist und mit einer aus der Kammer herausführenden Abzugsleitung mit einer Fackel vorgesehen.
Erfindungsgemäß wird bei einer solchen Einrichtung dem steuerbaren
Regelventil in der Kohlungsmittelzuführleitung ein die durchströmende
Menge erfassendes Meßglied nachgeschaltet und auch in der Abzugsleitung eine die abströmende C-Menge erfassende Meßeinrichtung
vorgesehen. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, insbesondere wenn gewisse ofenspezifische Größen zu einem Ausnutzungsfaktor zusammengefaßt
sind, die von dem Meßglied und der Meßeinrichtung erfaßten Werte und die Werte der Temperaturmessung von der Recheneinheit auswerten
zu lassen, der auch Werte über die Oberfläche und den Anfangs-C-Gehalt
des Werkstückes sowie Daten der zu erreichenden Zielgrößen und des Ausnutzungsfaktors eingegeben sind.
Natürlich ist es auch bei den neuen Verfahren und mit den neuen Einrichtungen
möglich, nicht nur Aufkohlungsprozesse, sondern beispielsweise auch Verfahren zum Karbonitrieren .durchzuführen. Bei Aufkohlungsprozessen
kann in der Schlußphase zur genauen Einstellung des Rand-C-Gehaltes an den Werkstücken auch auf die bekannte C-Potential-Regelung
umgeschaltet werden. Der Vorteil der neuen Verfahren und Einrichtungen ist das höhere Kohlenstoffangebot in der Anfangsphase,
jedoch ohne die Gefahr der überkohlung.
Die Erfindung ist anhand von zwei Ausführungsbeispielen von Einrichtungen
zur Durchführung der neuen Verfahren in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden auch anhand eines Beispiels erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung
zur Stahlaufkohlung, bei der ein C-Strom-Fühler
zur Steuerung des Aufkohlungsvorganges eingesetzt ist,
-9-
Fig. 2 die schematische und vergrößerte Darstellung des
C-Strom-Fühlers der Fig. 1,
Fig. 3 -eine diagrammartige Darstellung, die den Verlauf des
C-Gehaltes des Fühlers der Fig. 2 und dessen Steuerung in Abhängigkeit von der Zeit,
Fig. 4 Diagramme mit dem Verlauf der Temperatur, des Randkohlenstoff
gehaltes, der Aufkohlungstiefe und des
C-Stromes jeweils anhand eines auch beschriebenen Beispieles und über dem Zeitverlauf aufgetragen,
Fig. 5 die diagrammartige Darstellung des KohlenstoffVerlaufes
bei Prozeßende in Abhängigkeit des Abstandes vom Rand und
Fig. 6 die schematische Darstellung einer anderen Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
bei dem ohne C-Strom-Fühler gearbeitet wird.
In der Fig. 1 ist ein Aufkohlungsofen 1 mit einer durch ein Gebläse
1a gebildeten ümwälζeinrichtung vorgesehen, in den eine
Werkstückcharge 2zur Aufkohlung mit der Oberfläche A eingesetzt ist. In den Ofen mündet eine Kohlungsmittelzufuhrleitung 3, in
die das Aufkohlungsgas in Richtung des Pfeiles 3a eingegeben
wird. Aus dem Aufkohlungsofen 1, der in bekannter Weise mit einer
wärmebeständigen Isolierwand versehen ist, heraus führt eine Abzugsleitung 1b, an der das in Richtung des Pfeiles 4 austretende
Abgas abgefackelt wird. In den Ofen 1 hereingeführt ist auch ein Temperaturfühler 6, dessen Meßwerte einer Recheneinheit 7 zugeführt
werden. In die Kohlungsmittelzuführleitung 3 ist ein steuerbares
Regelventil 4 eingesetzt, das über ein Stellglied 5 betätigt werden kann, welches seine Steuerimpulse vom Rechner
erhält..
-10-
Ebenfalls in den Ofen 1 hereingeführt ist ein C-Strom-Fühler 8,
dessen Fühlerkopf 8a mit dem Rechner 7 in Verbindung steht, so daß die vom C-Strom-Fühler 8 ermittelten Werte vom Rechner 7
ausgewertet werden können. Dieser Fühlerkopf 8a steht außerdem aber noch mit einer Zufuhrleitung 9 für ein Entkohlungsgas in
Verbindung, das in Richtung des Pfeiles 9a zugeführt wird. In diese Zuführleitung 9 ist ein Absperrventil 10 eingesetzt, das
über ein vom Rechner 7 gesteuertes Stellglied 11 geöffnet oder geschlossen werden kann. In den Rechner 7 werden außerdem die
gewünschten Zielgrößen Z sowie der Wert für den Anfangs-C-Gehalt CK der Werkstückcharge 2 eingegeben. Der Rechner 7 steht
mit einem Schreiber 12 für den Kohlenstoffverlauf C-X in Verbindung,
welcher den Kohlenstoffverlauf im Werkstück in Ahhängigkeit
von Randabstand aufzeichnet. Dieser Verlauf wird vom Rechner
7 in bekannter Weise ermittelt.
Aus Fig. 2 wird deutlich, daß der C-Strom-Fühler 8 aus einem in zwei Kammern 8b und 8c durch die Wand 13 unterteilten Rohr besteht,
die sich bis in den Fühlerkopf 8a fortsetzen. Die Kammer 8b enthält einen Meßwiderstand 14, der in nicht näher dargestellter
Weise von einem elektrischen Strom durchflossen wird und über die Verbindungsleitung 14a mit einer im Rechner 7 angeordneten
Auswertschaltung in Verbindung steht. Die Kammer 8b steht außerdem mit der Zuführleitung 9 für .,das Entkohlungsmittel in
Verbindung, in der das Absperrventil 10 angeordnet ist.
Die
Kammer 8a des C-Strom-Fühlers 8 steht über eine Anschlußleitung
16 mit der Zuführleitung 9 für das Entkohlungsmittel in Verbindung, so daß die Kammer 8a ständig mit einer gewissen Menge des beim Ausführungsbeispiel
gleichzeitig als Vergleichsgas dienenden Entkohlungsmittel beaufschlagt ist.
COPY
-11-
Die Arbeitsweise der Einrichtung der Fig. 1 und 2 soll nun an einem Beispiel beschrieben werden.
In dem beispielsweise als Retortenofen ausgebildeten Aufkohlungsofen
1 wird die Charge 2 von Werkstücken aus Stahl mit einem Anfangs-C-Gehalt
von 0,20 %C und einer Gesamtoberfläche A von 10 m^ bei 93O°C aufgekohlt. Die Zielgrößen Z bei Prozeßende sind folgende
:
Aufkohlungstiefe AT = 1 mm bei 0,35 %C;
Randkohlenstoffgehalt CR = 0,80 %C; C-Verlauf am Rand soll flach sein.
Diese Zielgrößen ergeben einen Kohlenstoffbedarf - errechnet von
35 g/m .
Aus wirtschaftlichen Gründen wird eine kurze Aufkohlungsdauer, d.h.
ein hohes Kohlenstoffangebot angestrebt. Der Rand-C-Gehalt soll jedoch
während der Aufkohlung 1,00 %C nicht überschreiten, um Carbidbildung
zu vermeiden. Vor dem Ausfahren soll die Temperatur der Charge 2 auf die Härtetemperatur von 86O°C abgesenkt werden.
Beim Aufheizen der Charge 2 wird der Ofen 1 mit Stickstoff gespült.
Ab 85O°C wird etwas Methanol zur Bildung von CO und H2 sowie Erdgas
CH4 als Kohlungsgas zugesetzt, was über die Kohlungsmittelzufuhrleitung
3 geschieht, und zwar in so hohem Anteil, daß eine C-Potentialmessung wegen Übersättigung nicht durchgeführt werden
kann. In dem in der Fig. 4 gezeigten Abschnitt I ist der C-Strom
begrenzt, um übermäßige Rußbildung im Ofen 1 zu vermeiden. Im Abschnitt II wird der C-Strom zurückgenommen, weil sonst der Rand-C-Gehalt
über ein Prozent steigen würde.
Die Atmosphäre im Ofen 1 wird von dem C-Strom-Fühler 8 mit dem
Meßwiderstand 14 überwacht, der beispielsweise aus einem Eisendraht mit einem Durchmesser von 0,2 mm bestehen kann, dessen
Kohlenstoffgehalt sich um 0,26 %C/h verändert, wenn der C-Strom 1 g/m2h beträgt, was sich aus dem Oberflächen-/ Volumenver-
COPY
hältnis des Fühlers 8 ergibt·.
Der Kohlenstoffgehalt C des Fühlers wird, wie .Fig. 3 zu entnehmen
ist, durch vom Rechner 7 gesteuerte Entkohlungszyklen dem Rand-C-Gehalt der Werkstückcharge 2 nachgeführt. In Fig. 3
ist der C-Gehalt des Fühlers durchgehend ausgezogen. Diese sägezahnartige Linie ist mit 18 bezeichnet. Die jeweiligen
Entkohlungsphasen 19 werden vom Rechner 7 gesteuert. In diesem Fall wird das Absperrventil 10 - vom Rechner gesteuert geöffnet
und es fließt kurzzeitig Entkohlungsmittel durch die Kammer 8b.
Der Mittelwert des Verlaufes
des C-Gehaltes am Fühler entspricht so-der gestrichelt dargestellten
Linie 20, welche den Verlauf des Rand-C-Gehaltes am Werkstück 2 darstellt, der vom Rechner ermittelt wird.
Es ist aus Fig. 3 auch zu erkennen, daß die Zeit t„ für die Entkohlungsphasen
nur sehr kurz ist. Sie reicht aber aus, um den Mittelwert des C-Gehaltes des Fühlers 8 dem Rand-C-Gehalt 20 nachzuführen.
Aus dem Wert dC wird der dazu proportionale C-Strom ermittelt,
dt
Die Kohlungsgaszufuhr in Richtung des Pfeiles 3a wird abgebrochen,
sobald die Summe des zugeführten Kohlenstoffes mit dem vorgegebenen
Zielwert 35 g/m2 übereinstimmt. Dies ist im Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 4 nach vier Stunden erreicht. Danach wird unter Stickstoffzufuhr
diffundiert, bis der Rechner 7 den vorgegebenen Rand-C-Gehalt anzeigt, der etwa nach fünf Stunden und 20 Minuten gemäß
Fig. 4 bei 0,8 %, wie gewünscht, liegt, (siehe in Fig. 4 Abschnitt
III). In der Diffusionsphase wird gleichzeitig auf Härtetemperatur
abgesenkt, wie das aus dem oberen Diagramm mit dem Temperaturverlauf
zu ersehen ist.
Das vom Rechner 7 ausgegebene Chargenprotokoll (Fig. 4) zeigt den über den C-Strom geregelten Aufkohlungsprozeß. Fig. 5 zeigt
den endgültigen Kohlenstoffverlauf bei Prozeßende, der mit den vorgegebenen Zielgrößen übereinstimmt. Dabei ist in Fig. 5 auf der
-13-COPY
Abszisse der Randabstand im Werkstück aufgetragen. Auf der Ordinate der C-Gehalt. Der Randkohlenstoffgehalt CR beträgt
O~, 180 %C. Bei der Aufkohlungstiefe 1mm beträgt der C-Gehalt
0,35 %C.
In der Fig. 6 ist eine andere Möglichkeit der Steuerung des Aufkohlungsprozesses mit Hilfe des C-Stromes gezeigt. Dort
sind gleiche Bezugszahlen für gleiche Teile verwendet. Abweichend von der Einrichtung der Fig. 1 ist hier dem steuerbaren
Regelventil 4 in der Kohlungsmittelzuführleitung 3 eine
durchströmende Menge erfassendes Meßglied 21 nachgeschaltet. Auch in der Abzugsleitung 1b wird eine-die abströmende C-Menge
erfassende Meßeinrichtung 22 angeordnet. Bei dieser Einrichtung wird die zugeführte Kohlenstoffmenge aus der in einer bestimmten
Zeit zugeführten Kohlungsgasmenge und deren Kohlenstoffgehalt, der bekannt ist, die abgeführte Kohlenstoffmenge aus der
in derselben Zeit durch die Leitung 1b abgeführten Fackelgasmenge und deren ebenfalls bestimmbaren Kohlenstoffgehalt ermittelt,
sowie aus der nicht verbrauchten Kohlenstoffmenge, die aus dem im Ofen verbleibenden Rußanteil besteht. Die sich daraus
ergebende Differenz des Kohlenstoffes ist in die Werkstückcharge 2 geströmt, deren Oberfläche A ebenfalls bekannt ist. In der
Praxis wird nun so vorgegangen, daß die abgeführte Kohlenstoffmenge,
die durch die Leitung 1b führt, und die nicht verbrauchte, in Form vom Ruß im Ofen 1 verbleibende Kohlenstoffmenge zu einem—
•ofenspezifischen Ausnutzungsfaktor f zusammengefaßt werden und daß der C-Strom aus der zugeführten Kohlenstoffmenge, die mit dem
Meßglied 21 erfaßt wird, der bekannten Werkstückoberfläche A und dem Ausnutzungsfaktor f bestimmt wird, so daß sich der Kohlenstoff strom m ergibt m = f·Κ. κ ist dabei die zugeführte Kohlen-
stoffmenge in gC/m h. Diese Werte werden dem Rechner 7 zusätzlich zu den Werten für den Anfangsrandkohlenstoff gehalt CK des Werkstückes
und den Zielgrößen Z eingegeben. Er ermittelt daraus den Kohlenstoff strom in ähnlicher Weise, wie das auch anhand von Fig. 4 erläutert
wurde. In Abhängigkeit von dieser Ermittlung wird die Zufuhr von Kohlungsmittel durch die Kohlungsmittelzuführleitung
über das Ventil 4 gesteuert.
- Leerseite -
COPY
Claims (11)
- Ansprüche
- 2.Verfahren zur Gasaufkohlung von Stahl, bei dem das Stahlteil in einer kohlenstoffangereicherten Gasatmosphäre eines Ofens o.dgl. einem Diffusionsprozeß zur Bildung eines Randbereiches mit erhöhtem und abhängig vom Randabstand bestimmten Kohlenstoffgehalt ausgesetzt wird und bei dem in gewissen Zeitabständen die für den Diffusionsvorgang wichtigen Meßgrößen einschließlich der Temperatur ermittelt und als Steuergrößen für die Beeinflussung des Diffusionsvorganges verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar der durch die Oberfläche des Stahl teils diffundierende C-Strom als Meßgröße dient und daß in Abhängigkeit davon die Kohlungsgaszufuhr gesteuert wird.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der C- Strom direkt über die zeitliche Änderung des elektrischen Widerstandes eines Eisenfühlers (8) gemessen wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Kohlenstoffgehalt des Eisenfühlers (8) durch schrittweise, kurzzeitige Entkohlungsphasen (19) dem für den Rand-Kohlenstoffgehalt des Stahlteiles ermittelten Wert (20) nachgeführt wird.copy-2-
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der C-Strom indirekt über die Differenz der gemessenen, in den Ofen eingeführten und der daraus wieder abgeführten bzw. nicht verbrauchten Kohlenstoffmenge ermittelt wird und daß die zugeführte Kohlenstoffmenge aus der in einer bestimmten Zeit zugeführten Gasmenge und deren Kohlenstoffgehalt, die abgeführte Kohlenstoffmenge aus der in derselben Zeit abgeführten Fackelgasmenge und deren Kohlenstoffgehalt und die nicht verbrauchte Kohlenstoffmenge aus dem im Ofen verbleibenden Rußanteil bestimmt wird.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeführte Kohlenstoffmenge und die nicht verbrauchte, in Form von Ruß im Ofen verbleibende Kohlenstoffmenge zu einem ofenspezifischen Ausnutzungsfaktor (f) zusammengefaßt werden und daß der C-Strom aus der zugeführten Kohlenstoffmenge, der Werkstückoberfläche (A) und dem Ausnutzungsfaktor bestimmt wird.
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle Meßgrößen und Zielgrößen einer Recheneinheit (7) zugeführt werden, die hieraus und aus den für die Berechnung des Verlaufes des Randkohlenstoffgehaltes wichtigen und abgespeicherten Daten, wie Geometrie des Stahlteiles, Diffusionskoeffizient und Kern-C-Gehalt den zum jeweiligen Zeitpunkt vorliegenden Verlauf (20) des C-Gehaltes im Stahlteil berechnet und abhängig davon Signale zur Steuerung der Kohlungsgaszufuhr gibt.
- 7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3 und 6, mit einem Aufkohlungsofen mit mindestens einer beheizbaren Kammer, mit Fühlern zum Erfassen der Kammertemperatur, mit einer Kohlungsmittelzuführleitung, in der .ein steuerbares Regelventil angeordnet ist, und mit einem in die Kammer hereinreichenden Fühler, der mindestens einen, der Ofenatmosphäre ausgesetzten elektrischen Meßwiderstand aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der. Meßwiderstand (8) als C-StromfühlerCOPY -3-wirkt und in einer Fühlerkammer (8b) angeordnet ist, die an eine Zufuhrleitung (9) für ein Entkohlungsgas (9a) angeschlossen ist, und daß in dieser Zufuhrleitung (9) ein in Abhängigkeit von den ermittelten Werten steuerbares Absperrventil (10) angeordnet ist.
- 8. Einrichtung nach Anspruch 7 mit einem Fühler, der zusätzlich zum Meßwiderstand einen von einem Vergleichsgas umspülten Vergleichswiderstand zur Temperaturkompensation aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß als Entkohlungsgas das Vergleichsgas dient und daß die das Absperrventil (10) enthaltende Zuleitung (9) von der Anschlußleitung (16) zum Vergleichswiderstand (23) abzweigt.
- 9. Einrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerimpulse zum öffnen und Schließen des Absperrventils (10) schrittweise von der Recheneinheit (7) gegeben werden.
- 10. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 4 bis 6 mit einem Aufkohlungsofen mit mindestens einer beheizten Kammer, mit Fühlern zum Erfassen der Kämmertemperatur, mit einer Kohlungsmittelzuführleitung, in der ein steuerbares Regelventil angeordnet ist und mit einer aus der Kammer herausführenden Abzugsleitung mit einer Fackel, dadurch gekennzeichnet, daß dem steuerbaren Regelventil (4) in der Kohlungsmittelzuführleitung (3) ein die durchströmende Menge erfassendes Meßglied (21) nachgeschaltet ist, und daß auch in der Abzugsleitung (1b) eine die abströmende C-Menge erfassende Meßeinrichtung (22) angeordnet ist.
- 11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Meßglied (21) und der Meßeinrichtung (22) erfaßten Werte und die Werte der Temperaturmessung von der Recheneinheit (7) ausgewertet werden, der auch Werte über die Oberfläche (A) und des Anfangs-C-Gehaltes (CK) des Werkstückes (2), sowie Daten der zu erreichenden Zielgrößen (Z) und des Ausnutzungsfaktors (f) eingegeben sind.COPY
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