DE632935C - Verfahren und Einrichtung zur Oberflaechenkohlung von Eisen und Stahl - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur Oberflaechenkohlung von Eisen und StahlInfo
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Description
DEUTSCHES REICH
AUSGEGEBEN AM
16. JULI 1936
16. JULI 1936
REICHSPATENTAMT
PATENTSCHRIFT
M 632935 KLASSE 18 c GRUPPE 3 is
Die Erfindung bezieht sich, auf das Aufkohlen
von Eisen und Stahl mit Hilfe eines gasförmigen Kohlungsmittels, das aus Kohlenwasserstoffgas,
einem Oxydationsmittel und einem Verdünnungsmittel besteht.
Bei bekannten Aufkohlungsverfahren dieser Art, die nicht ununterbrochen, sondern absatzweise
durchgeführt wurden, betrachtete man das Niederschlagen von Kohlenstoff auf
ίο dem Arbeitsstück als Nachteil, und es sind
viele Vorschläge gemacht worden, um diese Unzuträglichkeit zu vermeiden. Beim vorliegenden
Verfahren bildet der Kohlenstoffniederschlag während einer bestimmten Behandlungsstufe
eine wesentliche Stufe des neuen Verfahrens. Das Werkstück verläßt den Behandlungsofen sauber und fast so blank
und rein wie vor der Kohlung. Das Kennzeichen des neuen Verfahrens sind drei verschiedene
Behandlungsstufen. In der ersten Stufe erfolgt die Behandlung bei niedriger Temperatur, die ausreicht, den als Kohlungsmittel
benutzten Kohlenwasserstoff unter Abscheidung von Kohlenstoff in Gegenwart eines
Katalysators zu zersetzen. Die Temperatur liegt zwischen 650 und 815° C. Der Katalysator
ist im Falle der Erfindung das zu kohlende Werkstück selbst. Die Führung des Kohlungsgases erfolgt sowohl in der Zone
niedriger Temperatur wie auch während der übrigen Verfahrensstufen ununterbrochen in
gleicher Richtung und praktisch gleicher ,Geschwindigkeit mit dem aufzukohlenden Werkstück.
Die Temperatur in der zweiten Zone liegt zwischen 840 und 9800 C. In dieser Zone
wird der auf dem Werkstück niedergeschlagene Kohlenstoff unter Bildung von die Aufkohlung
bewirkendem Kohlenmonoxyd oxydiert.
Die nächste Stufe ist die der NachdifTusion. Der hierfür in Frage kommende Arbeitsraum
ist so lang, daß nach der Oxydation des Kohlenstoffs das Werkstück sich noch eine
erhebliche Strecke bewegen muß, bevor es das Ende der genannten Zone erreicht. Sobald
das Werkstück die Zone hoher Temperatur verläßt, kann es unmittelbar abgelöscht
oder in anderer Weise behandelt werden. Die Sauberkeit des Werkstücks erleichtert die
weitere Wärmebehandlung.
Zur wirksamen Durchführung des Verfahrens ist es wesentlich, daß der Niederschlag
von Kohlenstoff im ersten Arbeitsraum auf dem Werkstück selbst stattfindet und nicht
auf den Wandungen der Muffel. Zu diesem Zwecke wird der Teil des Ofens, der der niedrigen
Temperatur entspricht, aus nichtkatalytischem Werkstoff hergestellt. Ein solcher
nichtkatalytischer Werkstoff ist beispielsweise
Eisen oder Stahl _mit einem Überzug von eines Gemisches von Luft und Gas in den
Aluminiunicxkyd.. Auch i ,eine nickelfreie der vollständigen Verbrennung des Gases entChrom-Eisen-Legierung
ist hierfür geeignet,,.-, ,.,sprechenden Verhältnissen zu erzeugen.'
Der der Zone höher Temperatur entspr.gi-*^;:Die Menge des in derselben Zeiteinheit er- 65
5 chende Teil des Ofens kann aus demselüer^ippgten Kohlenstoffniederschlags auf dem
Werkstoff wie der der niedrigen Temperatä-tg
entsprechende Teil hergestellt werden; es ist"" aber vorzuziehen, den genannten Teil aus
einem Werkstoff anzufertigen, der der Kohlung besser widersteht. Ein geeigneter Werkstoff
für diesen Zweck ist eine Chrom-Nickel-Eisen-Legierung.
Als Oxydierungsmittel kommt vorzugsweise Kohlensäure in Frage. Die gegenseitigen Verhältnisse von.Kohlenwasserstoff,
Verdünnungsmittel und Oxydierungsmittel werden so überwacht, daß 1. die
gewünschte Menge an Kohlenstoffniederschlag auf dem Werkstück innerhalb der Zone niedriger
Temperatur, 2. die zur Oxydierung dieses Kohlenstoffs in der Zone hoher Temperatur
erforderliche Menge des Oxydierungsmittels und 3^ eine Atmosphäre' gesichert
wird, die keinerlei- Entkohlungswirkung auf das Werkstück nach der Oxydierung des
Kohlenstoffs sowie während der Nachdiffusion ausübt.
Der Kohlenwasserstoffbestandteil des Kohlungsmittels kann aus irgendeinem der bekannten
Kohlenwasserstoffgase' bestehen, beispielsweise aus Leuchtgas, Naturgas, Methan,
Ethan, Propan, Acetylen oder anderen gesättigten oder ungesättigten Kohlenwasserstoffen,
die die Eigenschaft haben, sich, wenn sie unter geeigneten Bedingungen in Gegenwart
eines Katalysators wie Eisen oder Stahl erhitzt werden, unter Freigabe von Ruß zu
zersetzen. Im allgemeinen wird die Verwendung von Kohlenwasserstoffgas als solchem
vorgezogen; daß aber auch die Verdampfung flüssiger Kohlenwasserstoffe und die Verwendung
der Dämpfe in derselben Weise wie das Kohlenwasserstoffgas benutzt wird, liegt im
Rahmeni der Erfindung.
Als Verdünnungsmittel für .den Kohlenwasserstoff dienen vorzugsweise entwässerte
oder teilweise entwässerte gasförmige Verbrennungsprodukte, im nachstehenden mit
Rauchgas bezeichnet, von denen Kohlendioxyd 8 bis .15% ausmacht. Das Kohlendioxyd
bildet das Oxydierungsmittel zur Oxydierung des Kohlenstoffs auf dem Werkstück in der
Zone hoher Temperatur. Verhältnismäßig geringe Mengen von Wasserdampf und Sauerstoff
im Verdünnungsmittel sind unter Umständen erwünscht. Trotzdem ist es vom Gesichtspunkt
der besseren Überwachung des Oxydierungsmittels vorzuziehen, das Rauchgas
zu entwässern. Vom Gesichtspunkt der Gleichförmigkeit der Zusammensetzung des Rauchgases
ist es vorteilhaft, es durch Verbrennung Vfp'iferkstück in der Zone niedriger Temperatur
kann erhöht oder verringert werden, indem man das Verhältnis zwischen dem Verdünnungsmittel
und dem Kohlenwasserstoff erhöht bzw. verringert.
Bevor das Werkstück in die Zone höherer Temperatur tritt, übt das Oxydierungsmittel
keine oxydierende Wirkung auf den niedergeschlagenen Kohlenstoff aus. Es wirkt aber
leicht oxydierend auf das Werkstück selbst. Eine solche Oxydierung ist aber für die
späteren chemischen Einwirkungen bei höheren Temperaturen günstig.
Die zur vollständigen Oxydierung der auf dem Werkstück befindlichen Kohlenstoffschicht in der Zone hoher Temperatur erforderliche
Zeit hängt natürlich von der Art und der Menge des Oxydierungsmittels in dem genannten Verbindungsmittel ab. Das
Maß der Oxydation des Kohlenstoffs auf dem Werkstück in der Zone hoher Temperatur
wird durch Vergrößerung des Prozentsatzes des Oxydierungsmittels im Verdünnungsmittel,
beispielsweise durch Erhöhung seines Gehalts an Kohlensäure oder durch Hinzufügung
von Wasserdampf oder Sauerstoff oder beider gleichzeitig überwacht werden.
Ist das Verdünnungsmittel Rauchgas, so kann dessen Zusammensetzung leicht dadurch überwacht
werden, daß man das Maß der Entwässerung ändert oder daß man den Brennstoff, von dem das Rauchgas stammt, mit
Luftüberschuß verbrennt.
Gemäß der Erfindung wird eine Entkohlung in wirksamer Weise durch die Anwesenheit
von Kohlenwasserstoffgas in der Zone hoher Temperatur verhindert. Natürlich wird der
in die Muffel eingeführte Kohlenwasserstoff in der verfügbaren Zeit nicht vollständig verbraucht.
Bekanntlich ist ein bestimmter Gehalt an Kohlenwasserstoffgas bei einem bestimmten
Kohlenstoffgehalt des Stahles zur Bildung einer neutralen Atmosphäre und zur Verhinderung der Entkohlung erforderlich.
So wird sich bereiner Temperatur von 9250 C ein Stahl mit 0,18% Kohlenstoffgehalt in
Wasserstoff mit ungefähr 0,25% Naturgas im Gleichgewicht befinden. Enthält der Stahl
0,59% Kohlenstoff, so ist das Gleichgewichtsverhältnis 0,85% Naturgas, während bei
einem Kohlenstoffgehalt des Stahls von 0,95 % das Verhältnis 1,5 °/o Naturgas beträgt. Bei
höheren als den angegebenen Verhältnissen wird aufgekohlt, bei einem niedrigeren Verhältnis
entkohlt. Das genaue Verhältnis wird durch die Behandlungstemperatur und die
Art des in dem Gasgemisch enthaltenen Kohlenwasserstoffs
beeinflußt; es wird geringer, wenn die Temperatur steigt. Es ist bei dem Verfahren gemäß der Erfindung einfach, das
erforderliche Kohlenwasserstoffgas in der Zone hoher Temperatur zu halten, um einer
etwaigen Entkohlungswirkung entgegenzuwirken. Es ist nur1 erforderlich das Verhältnis
zwischen dem Kohlenwasserstoff und dem
to Oxydierungsmittel in dem dem Ofen zugeführten Kohlungsmittel zu erhöhen.
Es kann aber dasi Verdünnungsmittel auch durch Mischen von Stickstoff mit Kohlendioxyd
oder einem anderen aus einer besonderen Lieferquelle stammenden Oxydierungsmittel
gewonnen werden.
Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Art und Weise, in der irgendeine hergestellte
Bedingung je nach den Eigenschaften der Kohlungsmischung überwacht und aufrechterhalten
werden kann. Die aus der Zone hoher Temperatur entströmenden Gase enthalten
brennbare Bestandteile. Wenn eine gleichbleibende Menge dieser Gase in der
freien Luft verbrannt und die Verbrennungstemperatur gemessen wird, so zeigt eine
gleichbleibende Temperatur gleichgebliebene Bedingungen an. Eine Temperaturänderung
ist ein Zeichen für einen Wechsel im Verhältnis des Kohlenwasserstoffs zum Lösungsmittel.
Fällt die Temperatur, dann ist mehr, steigt die Temperatur, dann ist weniger Kohlenstoff erforderlich. Durch geeignete
Anzeigevorrichtungen kann das Verhältnis zwischen Kohlenwasserstoffgas und Verdünnungsmittel
überwacht werden.
Die Aufrechterhaltung irgendeines besonderen Druckes innerhalb der Muffel ist für
die erfolgreiche Durchführung des Verfahrens nicht erforderlich. Bei höherem Druck verläuft
das Verfahren schneller.
Bei· der Durchführung des Verfahrens kann die Muffel auf beiden Enden mit einem Vorraum
versehen sein, um zu verhindern, daß während des Ladens und Entladens des Ofens Luft in die Wärmebehandlungskammer eindringt.
Als Andeutung über die Längen der Zonen hoher und niedriger Temperatur mag darauf
hingewiesen werden, daß bei einer Betriebsanlage der Teil der Ofenmuffel, der der niedrigen
Temperaturzone entspricht, ungefähr ι ,80 m und der der Zone hoher Temperatur entsprechende
Teil 4,20 m Länge besitzt. Bei dieser Anlage wurde eine Aufkohlungsschicht
von ι mm' Dicke erzielt, wenn die Kohlungsdauer bei 9000 C 3 Stunden beträgt. Von der
auf gekohlten Schicht war ungefähr J/4 mm übereutektoidisch.
Zur Erzielung der genannten Schicht hat es sich als erforderlich herausgestellt,
als Kohlungsmittel in der Stunde etwa 21Z4 cbm Naturgas und ebensoviel Kubikmeter
Rauchgas mit I2°/O Kphlensäuregehalt
zu verwenden. Die hierbei erzielte Leistung ist mehr als doppelt so'groß wie bei
einem Ofen von gleichen Abmessungen bei Verwendung eines festen Kohlungsmittels.
In der Zeichnung ist mit 5 eine langgestreckte von außen beheizte Wärmebehandlungskammer
bezeichnet, die an den gegenüberliegenden Enden mit geeigneten Verschlüssen zur Verhinderung des Lufteintritts
in die Kammer versehen ist. Irgendwelche geeigneten Mittel können zur Bewegung des
Werkstücks durch die Kammer vorgesehen sein. Das Kohlengas wird durch ein Zuführungsrohr
6 eingeführt, während das verbrauchte Gas die Kammer an ihrem gegenüberliegenden
Ende durch ein Rohr 7 verläßt. In einem Teilet der Kammer wird eine
Temperatur unterhalten, die niedriger ist als die übliche Kohlungstemperatur, während in
dem; sich an diesen Teil anschließenden Teil B die übliche Kohlungstemperatur unterhalten
wird.
Claims (5)
- Patentansprüche:r. Verfahren zur Oberflächenkohlung von Eisen und Stahl in einem ununterbrochen arbeitenden, in mehreren Zonen unterteilten Ofen mittels eines gasförmigen Gemisches aus Kohlenwasserstoff, einem Oxydierungsmittel und einem Verdünnungsmittel, gekennzeichnet durch nachfolgende Maßnahmen:a) das gasförmige Kohlungsmittel wird in gleicher Richtung und Geschwindigkeit mit dem Werkstück durch den Ofen geführt;b) die Temperatur wird in der ersten Ofenzone nur so hoch gehalten, daß das Kohlenwasserstoffgas unter Abscheidung von Kohlenstoff auf dem Werkstück zersetzt wird, aber eine nennenswerte Aufkohlung noch nicht eintritt,c) die Temperatur wird in der zweiten Ofenzone so weit erhöht, bis die Aufkohlungsbedingungen vorhanden sind, und so lange aufrechterhalten, bis der Kohlenstoff vom Werkstück völlig entfernt ist, nod) die gleiche Temperatur wird in der dritten Ofenzone bei neutraler Ofenatmosphäre so lange aufrechterhalten, bis ein genügender Kohlenstoffausgleich zwischen Oberfläche und Kern des Werk-Stückes erfoigt ist.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verdünnungsmittel Stickstoff und als Oxydierungsmittel Kohlendio'xyd, Sauerstoff oder Spuren von Wasserdampf verwendet wird.
- 3. Einrichtung zur Ausführung desVerfahrens nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß .die Wände des Arbeitsraumes aus mit Aluminiurnoxyd überzogenem Eisen oder Stahl oder einer nickelfreien Chromeisenlegierung bestehen.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verdünnungsund gegebenenfalls Oxydierungsmittel nicht vollkommen getrocknete Verbrennungsgase benutzt werden.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Verwendung von durch vollkommene Verbrennung eines Kohlenwasserstoffs gewonnenen Verbrennungsgasen.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US632935XA | 1931-05-16 | 1931-05-16 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE632935C true DE632935C (de) | 1936-07-16 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DESCH97298D Expired DE632935C (de) | 1931-05-16 | 1932-03-23 | Verfahren und Einrichtung zur Oberflaechenkohlung von Eisen und Stahl |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE632935C (de) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| FR2404051A1 (fr) * | 1977-09-22 | 1979-04-20 | Ipsen Ind Int Gmbh | Procede de cementation gazeuse des pieces en acier |
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-
1932
- 1932-03-23 DE DESCH97298D patent/DE632935C/de not_active Expired
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