DE4439440C2 - Vorrichtung zur Aufrechterhaltung eines Oxydationsprozesses - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung zur Aufrechterhaltung eines Oxydationsprozesses von aus Eisen oder einer Eisen-Nickel-Legierung gebildeten Bildröhrenteilen in einem Durchlaufofen.

Gemäß dem Stand der Technik werden Bildröhrenteile, etwa Masken-Rahmen-Kombinationen oder Abschirmhauben, vor ihrer Weiterverwendung einem Wärmebehandlungsschritt unterworfen. Dieser Wärmebehandlungsschritt hat die Aufgabe, Materialspannungen aufzuheben sowie die Materialoberflächen gegen Korrosion zu schützen. Letzteres erfolgt allgemein in der Weise, daß die entsprechenden Bildröhrenteile in einen Durchlaufofen eingesetzt werden und dort bis etwa 650°C erwärmt werden. Die Ofenatmosphäre ist leicht oxydierend eingestellt. Gemäß einem aus EP 259979 A2 bekannten Oxydationsprozeß werden die aus einer Eisen-Nickel- Legierung gebildeten Bildröhrenteile einem Reaktionsgas bestehend aus N₂ CO₂CO und/oder H₂ sowie Wasserdampf ausgesetzt. Gemäß einem weiteren und aus US 4714497 bekannten Oxydationsprozeß wurden in einem Durchlaufofen eingesetzte Bildröhrenteile aus Eisen dadurch oxydiert, daß einem aus Stickstoff und Wasserstoff bestehenden Reaktionsgasgemisch Wasserdampf zugeführt wird. Gemäß einen aus den Valvo Berichten (Band XVIII, Heft 12, Seite 86) bekannten Verfahren, welches gleichzeitig auch den Ausgangspunkt für die vorliegende Erfindung bildet, wird zur großserienmäßigen Realisation Erdgas unterstöchiometerisch (d. h. unter Luftmangel) in einem entsprechenden Gasgenerator mit Luft verbrannt. Dieses Gasgemisch wird zur Verminderung des enthaltenen Wasseranteils einem Gaskühler zugeführt und dann über eine Mehrzahl von Rohren an verschiedenen Stellen des Durchlaufofens in diesen eingeleitet. Neben dieser Verfahrensführung ist auch bekannt, daß das Erdgas direkt im Ofen unterstöchiometrisch verbrannt wird, wobei Verbrennungswärme zur Beheizung des Ofens genutzt wird. Schon an dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß durch die Verbrennung des Erdgases im Ofen - im Gegensatz zu der Generatorlösung - sich die Einstellung einer gleichmäßigen Ofenatmospäre nur sehr schwer realisieren läßt. In jedem Fall sollte aber die Ofenatmosphäre etwa folgende Zusammensetzung haben:
2% CO
1% H₂
8% CO₂
5% H₂O
84% N₂.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß in Abhängigkeit der Oberflächengröße sowie des Materials der Bildröhrenteile bzw. des Ofenvolumens und der Strömungsverhältnisse im Ofen die oben angegebene Gaszusammensetzung schwanken kann. Weitere Einflußgröße für die Gaszusammensetzung ist die im Inneren des Ofens vorherrschende Temperatur, welche ihrerseits von den eingesetzten Bildröhrenteilen abhängt. Werden Masken- Rahmen-Kombinationen, die ein Maskenblatt aus einer Eisen-Nickel-Legierung aufweisen, in einen Durchlaufofen eingesetzt, ist es notwendig, daß die Gaszusammensetzung - im Gegensatz bei der Verwendung von reinen Eisenteilen - größere Mengen an oxydierenden Gasbestandteilen enthält.

Werden die blanken Bildröhrenteile einem entsprechenden Gasgemisch ausgesetzt, so bewirken die oxydierenden Gasbestandteile, daß sich an der Oberfläche der Bildröhrenteile eine mikroskopisch dünne Schicht aus Fe₃O₄ ausbildet. Diese Schicht bewirkt, daß die gebildeten Bildröhrenteile für die weitere Produktion vor Korrosion geschützt sind. Überdies hat die so ausgebildete Schicht eine schwarze Färbung, so daß auch von Schwärzung der Bildröhrenteile gesprochen wird. Diese Schwärzung ist besonders vorteilhaft, weil sie dafür sorgt, daß sich der Emissionskoeffizient der so behandelten Bildröhrenteile erhöht. Letzteres ist insbesondere für Schattenmasken wesentlich, die im Betrieb der Bildröhre unter den Einfluß der auftreffenden Elektronenstrählen stehen.

Wenngleich die zuvor beschriebenen Anordnungen zum Oxydieren von Bildröhrenteilen durch die Erzeugung des Reaktionsgases im Gasgenerator bzw. im Ofen selbst für die großserienmäßige Schwärzung von Bildröhrenteilen eine sehr kostengünstige Lösung darstellen, wird jedoch als nachteilig erachtet, daß derartige Anordnungen sehr anfällig sind und schon leichte Veränderungen des erzeugten Gasgemisches die gewünschte Schwärzung beeinträchtigen können. Dies kann dazu führen, daß es zu Produktionsausfällen kommt, sobald die Gaszusammensetzung von der Sollzusammensetzung abweicht. Bildröhrenteile, welche sich zu diesem Zeitpunkt im Durchlaufofen befinden, können nur noch bedingt oder gar nicht mehr weiterverwendet werden. Um diesen Schwankungen der Gaszusammensetzung vorzubeugen, könnte zwar ein weiterer Gasgenerator installiert werden, der immer dann zum Einsatz kommt, wenn die Gaszusammensetzung im ersten Gasgenerator von den Sollwerten abweicht bzw. dieser Gasgenerator ausfällt. Abgesehen davon, daß eine solche Lösung vom apparativen Aufbau her sehr aufwendig ist, würde eine solche Realisierung auch zur Erhöhung des CO- und CO₂- Ausstoßes führen, da ein zweiter Generator, auch wenn er nur als Reservegenerator genutzt werden soll, ständig neben dem ersten Generator betrieben werden muß.

Daher besteht nach wie vor das Bedürfnis, eine Anordnung zum Oxydieren von Bildröhrenteilen anzugeben, welche in der Lage ist, bei Ausfall des vorhandenen Gasgenerators bzw. bei Schwankungen der Gaszusammensetzung des von diesem Generator gelieferten Gases den Oxydationsprozeß im Durchlaufofen ungestört fortführen zu können.

Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind den Ansprüchen 2-6 entnehmbar.

Die erfinderische Leistung ist darin zu sehen, daß erkannt wurde, daß entgegen der bis dahin geübten Praxis für die Ausführung der Schwärzung von Bildröhrenteilen im Oxydationsgas nicht notwendiger­ weise CO bzw. CO₂ enthalten sein muß. Ist ein Gasmischer vorhanden, in welchem in technischer Form vorliegender Wasserstoff mit ebenfalls in technischer Form vorliegendem Stickstoff gemischt wird, und ist eine Umschalteinheit vorhanden und mit dem ins Innere des Ofens geführten Rohren so verbunden, daß in Abhängigkeiten der jeweiligen Schaltstellung der Umschalteinheit entweder das im Gasgenerator gebildete Oxydationsgas oder das im Gasmischer gebildete Gasgemisch ins Innere des Ofens geleitet wird, wird die Oxydation der Bildröhrenteile auch bei Ausfall des Gasgenerators oder Ausfall der Erdgasversorgung aufrecht gehalten, wenn in der Schaltstellung, in der das im Gasmischer erzeugte Gasgemisch in den Ofen geleitet wird, eine vorhandene Lufteinspeisung geöffnet ist. Diese Lufteinspeisung kann dabei so ausgebildet sein, daß die erforderliche Luftzuführung bereits im Gasmischer erfolgt.

Da jedoch die Mischung von Wasserstoff mit dem Sauerstoff der Luft unter Wärmeentwicklung abläuft, ist es wesentlich vorteilhafter, wenn die Lufteinspeisanordnung unmittelbar vor dem Eintritt der Rohre in den Ofen oder - wie in Anspruch 2 angegeben - direkt im Ofeninneren erfolgt. Neben dem Vorteil, daß keine besondere Kühlung der Rohre bzw. des Gasmischers notwendig ist, kann die bei der Mischung von Wasserstoff und Sauerstoff entstehende Wärme auch zur Heizung des Durchlaufofens mitverwendet werden.

Sind gemäß Anspruch 3 wenigsten zwei Gasmischer vorhanden und weist jeder Gasmischer eine Umschalteinheit auf, die mit in einer bestimmten Zone des Ofens mündenden Rohren verbunden ist, können verschiedene Gasmischungen in die verschiedenen Ofenzonen eingespeist werden. Dadurch ist es möglich, die Oxydation der jeweiligen Bildröhrenteile an verschiedenen Ofenstellen gezielt zu beeinflussen.

Besonders gute Ergebnisse werden dann erreicht, wenn das Gasgemisch, welches die Ofenatmosphäre bildet, pro Raumteil Wasserstoff zwischen 0,5 und 2,0 Raumteile Luft und zwischen 20 und 60 Raumteile Stickstoff aufweist.

Wie in Anspruch 5 angegeben, sollte der Wasseranteil in der Luft, welcher über die Lufteinspeisanordnung in den Ofen gelangt, etwa dem von normal getrockneter Druckluft (Taupunkt zwischen -10 und +10°C) entsprechen.

Sollen Bildröhrenteile, welche aus einer Eisen-Nickel- Legierung gebildet sind, einer Schwärzung im Durchlaufofen unterzogen werden, sollte - wie in Anspruch 6 angegeben - der Wassergehalt der Luft einen Taupunkt von etwa 50°C haben.

Die Erfindung soll nun anhand einer einzigen Figur näher erläutert werden.

Diese Figur zeigt einen Durchlaufofen 10 in schematischer Darstellung, durch welchen die Bildröhrenteile in Pfeilrichtung bewegt werden. Vollständigkeitshalber sei darauf hingewiesen, daß auf eine Darstellung des Förderbandes, der Kühlung, der Beheizung und der Absaugvorrichtungen verzichtet wurde.

Ferner ist ein Gasgenerator 11 vorhanden, in welchem das Reaktionsgas für den Normalbetrieb des Durchlaufofens 10 durch die unterstöchiometrische Verbrennung von Erdgas und Luft hergestellt wird. Dem Gasgenerator 11 ist ein Gaskühler 12 nachgeschaltet, in welchem ein Teil des im Reaktionsgas nach der Verbrennung enthaltenen Wassers kondensiert. Dem Gaskühler 12 ist im hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine Gasverteilungsanordnung 13 nachgeschaltet, von welcher fünf Rohre 14 ausgehen und im Inneren des Durchlaufofens 10 münden. Die bisher dargestellte Ausbildung entspricht einer herkömmlichen Anlage gemäß dem Stand der Technik.

Entspricht das im Gasgenerator 11 erzeugte Reaktionsgas nicht der Sollzusammensetzung bzw. fällt der Gasgenerator 11 völlig aus, wird in einem Gasmischer 15 das zur Aufrechterhaltung des Oxydationsprozesses im Durchlaufofen 10 erforderliche Gas bereitgestellt. Dazu werden im Gasmischer 15 technisch reiner Sauerstoff mit technisch reinem Stickstoff gemischt und zur Umschalteinheit 16, welche zwischen dem Gaskühler 12 und der Gasverteilungsanordnung 13 angeordnet ist, geleitet. Diese Umschalteinheit 16 wird vorliegend von zwei Absperrventilen 16′, 16′′ gebildet, die mit einer Steueranordnung 19 verbunden sind. Diese Steueranordnung 19 stellt sicher, daß, sobald ein Absperrventil 16′ oder 16′′ geschlossen ist, das andere Absperrventil 16′ bzw. 16′′ geöffnet wird. Ist das Absperrventil 16′ geschlossen und der Gaszustrom vom Gaskühler 12 unterbrochen, gelangt nur das im Gasmischer 15 gebildete Gasgemisch aus Wasserstoff und Stickstoff über die Rohre 14 ins Innere des Durchlaufofens 10.

Ferner münden im hier dargestellten Ausführungsbeispiel fünf Luftdüsen 17 im Inneren des Ofens 10, welche außerhalb des Ofens 10 mit einer Lufteinspeiseanordnung 18 verbunden sind. Diese Lufteinspeiseanordnung 18 wird vorliegend von einem Ventil gebildet und über die Steueranordnung 19 so geregelt, daß, sobald das Absperrventil 16′′ geöffnet wird und der Gasstrom aus dem Gasmischer 15 in den Durchlaufofen 10 gelangt, die Lufteinspeiseanordnung 18 geöffnet wird, so daß Luft ins Innere des Ofens 10 gelangen kann.

Dieser Lufteinspeiseanordnung 18 kann eine Anordnung 20 zur Einstellung des Wassergehalts in der zugeführten Luft vorgeschaltet sein. Letzteres ist in der dargestellten Figur gestrichelt veranschaulicht.

In einem anderen - nicht näher dargestellten - Ausführungsbeispiel kann die Lufteinspeiseanordnung 18′ mitsamt der Düsen 17 auch mit dem Gasmischer 15 verbunden sein. In diesem Fall erfolgt die vollständige Aufbereitung des Oxydationsgases außerhalb des Durchlaufofens 10. In diesem Fall entfallen die in der Figur gezeigten Bauteile 17 und 18.

Sollen Bildröhrenteile aus Eisen unter Wirkung des im Gasmischer 15 erzeugten Gasgemisches und unter Zuführung von Luft im Durchlaufofen 10 geschwärzt werden, sollte in Abhängigkeit der Materialoberflächengröße der eingesetzten Bildröhrenteile bzw. der Temperaturführung im Ofen die verschiedenen Komponenten im jeweiligen Reaktionsgas zwischen den beiden nachfolgend angegebenen Verhältnisangaben liegen:
1 Raumteil H₂ : 0,5 Raumteile Luft : 45 Raumteile N₂
1 Raumteil H₂ : 2,0 Raumteile Luft : 30 Raumteile N₂.

Der Taupunkt der verwendeten Luft sollte für die beiden zuvor angeführten Verhältnisangaben zwischen -10 und +10°C liegen.

Sollten Masken-Rahmen-Kombinationen, deren Maskenblätter aus einer Eisen-Nickel-Legierung gebildet sind, mittels des im Gasmischer 15 und über Zufügung von Luft gebildeten Gases geschwärzt werden, sollte der Taupunkt der dem Ofen zugeführten Luft bei mindestens 50°C liegen. Letzteres läßt sich sehr einfach durch eine Sprühvorrichtung realisieren, mittels welcher Wasser im zugeführten Luftstrom zerstäubt wird.

Das hier dargestellte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen Durchlaufofen 10, dessen innere Ofenatmosphäre im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung aufweist. Sofern beispielsweise das Ende des Ofens 10, an welchem die Bildröhrenteile in den Ofen 10 eingesetzt werden, eine andere Ofenatmosphäre als etwa die Ofenmitte aufweisen soll, ist es vorteilhaft, für diese Zone einen eigenen Gasmischer (nicht dargestellt) zu verwenden und das von diesem Gasmischer erzeugte Gas nur zur Einlaufzone des Ofens 10 über die dort mündenden Rohre 14 zu führen. Da die damit verbundenen Modifikationen dem Fachmann geläufig sind, wurde auf eine nähere Ausführung an dieser Stelle verzichtet.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Aufrechterhältung eines Oxydationsprozesses von aus Eisen oder aus einer Eisen- Nickel-Legierung gebildeten Bildröhrenteilen in einem Durchlaufofen (10), bei welchem das in einem Gasgenerator (11) durch unterstöchiometrische Verbrennung von Erdgas gebildete Reaktionsgas über eine Mehrzahl von Rohren (14) ins Ofeninnere geleitet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Gasmischer (15) vorhanden ist, in welchem in technischer Form vorliegender Wässerstoff mit ebenfalls in technischer Form vorliegendem Stickstoff gemischt wird,
daß eine Umschalteinheit (16) mit den ins Innere des Ofens (10) geführten Rohren (14) so verbunden ist, daß in Abhängigkeit von der jeweiligen Schaltstellung entweder das Reaktionsgas aus dem Gasgenerator (11) oder das im Gasmischer (15) gebildete Gasgemisch ins Innere des Ofens (10) gelangt, und
daß eine Lufteinspeiseanordnung (18) mit dem Ofen (10) direkt oder indirekt verbunden ist, die nur in der Schaltstellung der Umschalteinheit (16) geöffnet ist, in der das im Gasmischer (15) gebildete Gasgemisch ins Innere des Ofens (10) gelangt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lufteinspeiseanordnung (18) mit im Inneren des Ofens (190) mündenden Luftdüsen (17) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß anstatt eines Gasmischers (15) wenigstens zwei Gasmischer (15) vorhanden sind und
daß der jeweilige Gasmischer (15) über die ihm zugeordnete Umschalteinheit nur mit solchen Rohren (14) verbunden ist, die in einer Zone des Ofens (10) münden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas, welches unter Verwendung des Gasmischers (15) und der Lufteinspeiseanordnung (18) gebildet wird, pro Raumteil Wasserstoff etwa 0,5 bis 2,0 Raumteile Luft und etwa 20 bis 60 Raumteile Stickstoff aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt der Luft, welche über die Lufteinspeiseanordnung (18) zugegeben wird, so eingestellt ist, daß die zugeführte Luft einen Taupunkt zwischen -10 und +10°C hat.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt in der Luft bei Bildröhrenteilen, welche aus einer Eisen-Nickel- Legierung gebildet sind, so eingestellt ist, daß die zugeführte Luft einen Taupunkt von mindestens 50°C hat.