DE849565C - Verfahren zum Herstellen eines zum Zementieren von Stahl geeigneten Gases - Google Patents

Description

• Verfahren zum Herstellen eines zum Zementieren von Stahl geeigneten Gases Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines zum Zementieren von Stahl geeigneten Gases mittels Mischungen von Gasen, die als flüchtige Bestandteile aus der Kohle als sogenanntes Stadtgas erzeugt und durch städtische Leitungen verteilt werden. Das Stadtgas enthält Kohlensäure, Kohlenoxyd, Methan, ungesättigte Kohlenstoffverbindungen der allgemeinen Formel C"H"" Wasserstoff, Stickstoff und Wasserdampf.
• Die volumetrische Zusammensetzung eines trockenen Stadtgases ist beispielsweise 3,8 % C 02, 1810 % CO, 15,5010C1-1" 2, 2 % C" H,", .t 1,o % H" o18 % 02, 18,7% N2. Das Stadtgas kann auch Spuren von Schwefel enthalten. Die Stoffe, die bei der Zementierung eines Stahls aufkohlend wirken, sind Methan C H4, Kohlenoxyd C O und die Kohlenstoffverbindungen C" H",. Letztere haben die Eigenheit, im Ofen bei den normalen Zementierungstemperaturen eine Spaltung zu erleiden unter Wiederbildung einer Schicht fester Kohle, was zur Folge haben kann, daB die Zementierung verzögert und die Tiefe der Zementierungsschicht verringert wird.
• Das Methan hat die Eigentümlichkeit, eine Zementierungsschicht zu liefern, die an der Oberfläche reich an Kohle (übereutektische Schicht), aber verhältnismäßig wenig tief ist. Im Gegensatz hierzu liefert Kohlenoxyd eine weniger kohlereiche Zementierungsschicht (untereutekti.sche Schicht) als die vorgenannte,, die aber dafür weiter vorschreitet. Der Zusammenhang dieser Wirkungen, d. h. die Veränderung des Kohlegehaltes mit der Tiefe der zementierten Schicht kann folglich entsprechend dem gegenseitigen Verhältnis von Methan und Kohlenoxyd im verwendeten Gas schwanken.
• Die Betrachtung der durch das Stadtgas hervorgerufenen Reaktionen ergibt äquivalenzmäßig: 3Fe+2COz-- Fe3C+C02 3Fe+CH4 =;#2 Fe. C+2H2 Fe + H2 O Fe O + H2 Fe + C02 Fe 0 + CO Die der Zementierung günstigen Reaktionen sind jene, die nach den beiden ersten Gleichungen von links nach rechts verlaufen. Die in gleicher Richtung verlaufenden Reaktionen nach den beiden letzten Gleichungen neigen dazu, die Zementierung zu hemmen. Hieraus ergibt sich, daß die die Zementierung behindernden Elemente der Wasserstoff, <las Kohlenoxyd und der Wasserdampf sind.
• Damit nun die Zementierung möglich wird, muß das chemische Gleichgewicht zwischen dem Eisen und den Gasen, welches vom Massenwirkungsgesetz beherrscht wird, ein solches sein, daß sich die Reaktionen im Sinne der Aufkohlung des Eisens und der Reduzierung .des Eisenoxyds vollziehen. Man wird also dazu geführt, einerseits die Werte der Partialdruckverhältnisse andererseits die Werte der Konstanten des M assenw-irkungsgesetzes jeder der vier in Frage stehenden Reaktionen zu berücksichtigen.
• Bei einem Stadtgas nach eingangs genannter Zusammensetzung sind das Verhältnis und die zugehörige Konstante so, daß sich die Reaktion im Sinne der Aufkohlung bei den normalen Zementierungstemperaturen des Stahls vollzieht. Im übrigen genügt ein Gehalt an Methan von i bis 2 % für den unter Aufkohlung sich vollziehenden Verlauf der Reaktion.
• Das Verhältnis ist dagegen so, daß bei den gleichen Bedingungen die Reaktion im Sinne der Entkohlung stattfindet. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß die Zementierung durch das Methan überwiegt und daß es deshalb nicht nötig ist, alle Kohlensäure zu entfernen. Man hat sogar festgestellt, daß ein kleiner Prozentsatz von Kohlensäure (i bis 2 %) keinerlei Schaden verursacht, im Gegenteil sogar vorteilhaft ist, weil er eine konzentrierte Schicht von Zementit (Fe. C) verhindert, die im allgemeinen nicht wünschenswert ist.
• Das Verhältnis des beigemischten Wasserdampfes zum Gas kann für die laufend benutzten Temperaturen ein solches sein, daß es die Zementierung behindert, wiewohl der Wert des Verhältnisses einer Reduktion des Eisenoxyds entspricht.
• Gemäß der Erfindung wird nun ein Stadtgas verw=endet, das zunächst durch eine auf 90o bis i ooo° C aufgeheizte Vorkammer geführt, dann einer Wasserentziehung durch irgendein bekanntes Mittel unterworfen und schließlich in einen auf 90o bis iooo° C aufgeheizten Ofen eingeführt wird, der das Zementierungsgut enthält.
• Die Zeichnung stellt eine erfindungsgemäß vorgeschlagene Zementierungsanlage dar. Das Gas wird durch die mit einem Hahn 2 versehene Leitung i zugeführt und verteilt sich auf mehrere Kammern 3, :1, 5, die mit Eintrittshähnen 6, 7,. 8 ausgestattet sind. Diese Kammern werden durch elektrische Widerstände 9 auf eine Temperatur von 90o bis 100o° C aufgeheizt.
• Eine der Kammern, z. B. 3, ist leer. Die Heizung bewirkt hier eine völlige Zerstörung aller Kohlenstoffverbindungen C,11" durch Spaltungsvorgänge und außerdem auch die teilweise Zersetzung von C H4 und C02. Die Kammer d enthält Holzkohle, die mit CH4, C02 reagiert; die Kohlenstoffverbindungen zersetzen sich wie im vorhergehenden Fall.
• Die Kammer 5 enthält einen Katalysator, z. B. Eisenspäne, die auf 90o° C gebracht sind. Dieser Katalysator erleichtert vor allem den gesamten Abbau der Kohlenstoffverbindungen C, H" und in zweiter Linie die partielle Zersetzung des Methans nach der Reaktionsgleichung CH,, :z;#22z C + 2 112. Das unter solchen Bedingungen erhaltene Gas weist die folgenden Eigenschaften auf: Abwesenheit von Kohlenstoffverbindungen C" H"" schwachen Gehalt an C02, bedeutenden Gehalt an CH" Abwesenheit von Schwefelverbindungen, was insbesondere für die "Zementierung von Nickelstählen günstig ist.
• Durch Betätigung der Hähne 6, j, 8 kann man den Gasdurchgang durch die Kammern 3, .1, 5 derart regeln, daß entweder das Gas aus einer einzelnen von ihnen oder eine Gasmischung aus mehreren Leitungen zur `'erw-endung kommt. Das so erhaltene Gas wird in eine Kammer io eingelassen, wo es entwässert wird, z. B. durch Führung über Silicagel oder durch eine genügende Abkühlung. Die Austrittsleitung i i endet in der Kammer 12 des Zementierungsofens, der beispielsweise durch Widerstandsdrähte 13 beheizt wird und mit Endteilen 1.1, 15 versehen ist. Das Zementierungsgut 17 ist auf einen Träger i8 derart gesetzt, daß es von allen Seiten durch den von der Leitung i i zage- . führten Gasstrom umspült wird.
• Im Falle der Verwendung von Ofen großer Abmessungen kann es nötig sein, im Innenraum durch irgendwelche bekannten technischen :Mittel einen verstärkten Umlauf des Zementierungsgutes herbeizuführen.
• Der Gasabgang erfolgt durch die Leitung i9. Der Ofen io wird auf eine Temperatur von 90o bis iooo° C aufgeheizt. Um eine Regelung der Heizung zu ermöglichen, enthält der Ofen ein elektrisches Thermoelement 16, das mit einem Temperaturanzeiger 2o verbunden ist.
• Durch die Unterdrückung der Kohlenstofverbindungen C"Hm im Zementierungsgas wird jegliche Ablagerung fester Kohle auf den behandelten Stücken vermieden. Die 'Methode der Ver@vendung eines Katalysators auf Eisenbasis gestattet die Durchführung einer fortgesetzten Ver:inderung und fortschreitenden prozentualen :Xl»ialime des Kohlenstoffgehaltes im Stahl von der _ltißenfläche des Behandlungsgutes (wo (las Kohlenstott-Stahl-Verhältnis das Höchstmaß erreicht) bis zur Innenpartie (wo dieses Verli:iltnis auf seinem _@usgangswert verbleibt).
• Es ist selbstverständlich, daß die schematische Zeichnung keinerlei begrenzenden Charakter hat und für die Ausführung der Erfindung alle hel;annten und geeigneten Konstruktionen und Konstruktionsanordnungen verwendbar sind.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: Verfahren zum Herstellen eines zum Zeinentieren von Stahl geeigneten Gases, dadurch gekennzeichnet. daß Stadtgas ohne Zusatz von anderem las verwendet und zunächst durch eine auf cgoo his iooo° C aufgeheizte Vorkammer geführt, sodann durch irgendein bekanntes Mittel entwässert und schließlich in eine auf göo his i ooo° C aufgeheizte, das Zementierungsgut enthaltende Kammer geleitet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas in der Vorkammer über Holzkohle geleitet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorkammer als Katalysator wirkendes Eisen verwendet wird. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen i his 3 mit einer parallel zur Vorkammer nach Anspruch i angeordneten zweiten, nach Anspruch 2 Holzkohle enthaltenden Vorkammer sowie einer dritten Vorkammer, die nach Anspruch 3 Katalysatoreisen enthält, wobei jede Kammer mit einem Hahn versehen ist, welcher die jeder einzelnen Kammer zugedachte Menge zu regeln gestattet.