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Verfahren zur Verhinderung .einer Oxydation beim Glühen von Blechen
und anderen Gegenständen aus Stahl Beini Glühen von Blechen und anderen Stahlgegenständen
ist es vielfach. erforderlich, diese beim Glühprozeß vor dem Zundern und vor Entkohlung
zu schützen. Dies geschieht meist in der Weise, daß die Stahlgegenstände in geschlossenen
Behältern, Glühkisten u. dgl. der Glühung unterworfen werden und däß dabei in den
Behältern ein neutrales oder auch ein reduzierendes-Gas enthalten ist,bzw. durch
sie hindurchströmt. Als solches Gas kommt beispielsweise Koksofengas in Betracht.
Bei Laboratoriumsversuchen und auch im praktischen Betrieb hat es sich aber gezeigt,
daß die sehr geringen Mengen. Sauerstoff, die in solchen Gasen vorhanden sein können
und meistens vorhanden sind; eine Oxydation des Stahles hervorrufen, trotzdem das.
Gas, in seiner Gesamtheit betrachtet, reduzierend wirkt. Bei dieser Oxydation entstehen
ins-. besondere Glühränder und Anlauffarben, die die Stahlgegenstände zum mindesten
unan= sehnlich machen, .vielfach aber auch die Weiterverarbeitung, z. B. durch Verzinken,
Emaillieren, schädigen. In diesem Falle müß also eine umständliche und kostspielige
Nachbeha4dIung der Stahlgegenstände vorgenommen werden, und zwar durch Beizen u.
dgl. = Die restlose Entfernung des Sauerstoffes aus dem Gas würde daher technisch
und wirtschaftlich erhebliche Vorteile bringen.
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Man hat schon vorgeschlagen, den 'Sauerstoff des Ausgangsgases durch
Waschprozesse mittels sauerstoffabsorbierender Mittel, z. B. Pyrogallöl, Natrium
Hyposulfit usw" zu entfernen: Es bestehen auch schon Verfahren zur Bindung des Sauerstoffes
mit dem im Gas enthaltenen Wasserstoff unter Wasserentwicklung. Bei diesen sogenannten
Kontaktprozessen werden als Katalysatoren `Eisen, Chrom,. Kohlenstoff (in Form von
Koks) benutzt.
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Die Aufgabe, den Sauerstoff reduzierender Gase zur Verbrennung (mit
Wasserstoff) mittels der für Kontaktprozesse bekannten Katalysatoren Eigen, Chrom,
Kohlenstoff zu benutzen und damit zu entfernen, ist jedoch bei Temperaturen. etwa
von 25o bis 4oo° nicht zu lösen, da unter diesen Bedingungen die Reaktionsgeschwindigkeit
der Umsetzung zu gering ist, um ein von Sauerstoff befreites Gas zu erhalten. Bei
Temperaturen von 4.oo bis! Soo° tritt zwar eine geringe Steigerung der Umsetzungsgeschwindigkeit
ein, doch ist die erzielte Ausbeute an gereinigtem Gas
praktisch
noch sehr gering. Enthält das zur Verwendung kommende Gas außerdem noch Kohlenoxyd,
so beginnt innerhalb der vorgenannten Bedingungen der zerfall dieses Bestandteiles
nach der Formel 2C0-C+C02. Der abgeschiedene Kohlenstoff .verursacht üble Nebenerscheinungen,
außerdem tritt infolge - endothermer `Reaktion ein Wärmeverlust des Systems ein.
Eine praktisch verwendbare Ausbeute an von Sauerstoff befreitem Gas tritt erst bei
Temperaturen oberhalb 7oo°-äüf. Enthält das zur Begasung zur 'Verfügung -stehende
Gas außer Kohlenoxyd noch Kohlenwasserstoffe, wie das bei der Benutzung .ton Ferngas
(Koksgas, Leuchtgas), Schwelgas oder ähnlich zusammengesetzten Gasen der Fall ist,
so bewirken die vorgenannten Katalysatoren einen Zerfall dieser Bestandteile. Damit
sind folgende Nachteile verbunden: i. eine Verschmutzung und allmähliche Inaktivierung
der Kontakte; 2. eine Verschmutzung der gereinigten Gase durch Mitführung vonRußbestandteilen,
welche sich z. B. auf den zu begasenden Blechen absetzen. Solche Bleche müssen einem
besonderen Reinigungsprozeß unterworfen werden; 3. ein großer Wärmeverlust durch
die endotherme Spaltungsreaktion der. Kohlenwasserstoffe und des. Kohlenoxyds.
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Bei der Benutzung von Wasserstoff allein oder wasserstoffreichen bzw.
-wasserstoffarmen Gasen treten die drei genannten Nebenerscheinungen nicht auf;
hierbei -'spielen aber die Aufheizungskosten des Gases auf Too° und höher eine wesentliche
Rolle, wenn man eine befriedigendeAusbeute erzielen will.
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Es wurde nun gefunden, daß alle diese Nachteile behoben werden können,
wenn man das Ausgangsgas, insbesondere Koksofengas, bei 25o0 bis 40o° C über Kupfer
als Katalysator leitet, dann trocknet und h_ ierauf dem Glühbehälter zuführt.
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Erfindungsgemäß kommen als Katalysatoren auch Nickel sowie auch die
Legierungen von Kupfer und Nickel in Frage.
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Man hat auch schon versucht, den Sauerstoff eines Gasgemisches durch
überleiten über Kupfer zu entfernen; hier wird aber nicht nach dem neuen Verfahren
gearbeitet, da eine Entfernung des bei der Umsetzung mit Wasserstoff entstehenden
Wassers nicht erfolgt. Dieser Bestandteil muß aber verschwinden, wenn das Gas als
Schutzgas Verwendung finden soll. Die Reinigung des Gases von Sauerstoff geschieht
hier durch Bindung an Kupfer. Bei dem neuen Verfahren kommt aber nicht eine Oxydation
des Kupfers, sondern eine Oxydation des Wasserstoffs und dadurch eine Wasserbildung
in Frage.
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Unter Zuhilfenahme der Katalysatoren, Kupfer, Nickel oder Legierungen
von#Kupfer oder Nickel, werden bei Temperaturen von 25o bis 4000 0 dieselben Endergebnisse
erzielt, wie wenn das zu reinigende Gas bei 70o° und höher über Chrom-, Eisen- oder
Kohlenstoff-'kontakte geleitet würde. Der wirtschaftliche Vorteil der Anwendung
der neuen Kontakte liegt also auf der Hand. Infolge der -verhältnismäßig tiefliegenden
Reaktionstemperaturen sind nach dem neuen Verfahren bei Benutzung von reduzierenden
Gasen, welche nebenbei auch Kohlenoxyd undKohlenwasserstoffe verschiedenster Zusammensetzung
enthalten können, folgende ' Vorteile gegenüber den bekannten Verfahren zu verzeichnen:
i. die niedere Reaktionstemperatur (zwischen 250 bis 40o° liegend); 2: die
vollkommene Unveränderlichkeit kohlenstoffabscheidender Bestandteile; 3. Ersparung
von Wärmeverlusten, welche durch die Spaltungsvorgänge bedingt sind; 4. die in den
Reaktionsgasen infolge der Verbrennung des Wasserstoffes mit dem im Gas enthaltenen-Sauerstoff
sowie infolge des Feuchtigkeitsgehaltes, welchen das Gas selbst besitzt, enthaltenen
mehr oder minder großen Mengen an Feuchtigkeit, welche gleichfalls einen schädigenden
Einfluß während des Begasnngsprozesses ausüben, da bei der Temperatur der Begasung
der Wasserdampf die Oberfläche des Werkstoffes angreift nach der Gleichung: Fe-@H20-Fe0+H2,
sind entfernt. Damit ist eine restlose Gewähr dafür gegeben, daß keine Verzunderung
oder Entkohlung des Glühgutes eintritt.
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Bei Benutzung von Wasserstoff oder Wasserstoff enthaltenden Gasen
(ohne Kohlenoxyd und Kohlenwasserstoffgehalt) liegt der wesentliche Vorteil des
neuen Verfahrens in der vollkommenen Entfernung des Sauerstoffes bei Temperaturen
von 25o bis 40o° gegenüber Temperaturen von 700° und höher nach bekannten Verfahren.
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Das netze Verfahren wird folgendermaßen durchgeführt: Das vorher zweckmäßig
entschwefelte Ausgangsgas wird durch eine oder mehrere Begasungskisten geschickt,
welche mit Abfällen von Kupfer o. dgl. gefüllt sind. Die Kontakthöhe und Kontaktmenge
hängt von dem Durchsatz der von Sauerstoff zu befreienden Gasmenge ab. Das Gas tritt
zweckmäßig unten in der Mitte des Kontaktraumes ein und wird so verteilt, daß es
gleichmäßig den eingeführten Kontakt überstreicht. Am oberen Teile des Kontaktraumes
kann. es z. B. seitlich abgenommen werden.
Nach Verlassen des ersten
Kontaktraumes kann der Sicherheit halber noch ein zweiter oder dritter Kontaktraum
nachgeschaltet werden. Beim Verlassen des letzten Kontaktraumes ist das Gas vollkommen
sauerstofffrei. Die Reaktionstemperatur zur Entfernung des Sauerstoffes wird zweckmäßig
auf 3oo bis 35o° gehalten.
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Die in dem Gas vorhandenen mehr oder minder großen Mengen an Feuchtigkeit
werden sodann durch an sich bekannte Absorptionsmittel für Wasser, wie konzentrierte
Schwefelsäure, Phosphor-Pentoxyd und Calciumchlorid, entfernt. Wirtschaftliche Vergleichsversuche
haben gezeigt, daß hierbei das-. Calciumchlorid sehr günstig abschneidet, da sich
vor allen Dingen der Regenerierungs-_ prozeB des verbrauchten Calciumchloriäs leicht
durchführen läßt.
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Dieses so gereinigte Gas wird - dann als Schutzgas beim Glühen von
Blechen oder anderen Gegenständen aus Stahl dem Glühgutbehälter zugeführt, um eine
Oxydation des Glühgutes zu vermeiden.