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- Wärmebehandlung von Metall in einem im wesentlichen geschlossenen
Ofen Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Wärmebehandlung
von Metallen in einer geregelten Atmosphäre, welche in Hinsicht auf das zu behandelnde
Metall bei der Behandlungstemperatur im wesentlichen nicht oxydierend ist. Solch
ein Verfahren. ist vorteilhaft z. B. für das Blankglühen von Stählen und l#Tickellegierungen,
das Erhitzen für das Walzen und Schmieden der meisten Metalle und Legierungen und
das Glühfrischen. von Temperguß.
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Es ist allgemein üblich, solch ein Verfahren in einem geschlossenen
Ofen oder geschlossenen Behälter durchzuführen, in welchen die geregelte @@tmosphäre
eingeleitet wird.
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In den meisten Fällen wird die Atmosphäre außerhalb des Ofens in einem
Gasgenerator besonders vorbereitet, der die Form eines Apparates für die geregelte
Teilverbrennung von Ammoniak oder sogar von festem Brennstoff, wie Holzkohle, haben
kann.
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Bisher ist es nicht möglich gewesen, mit Ausnahme des Falles von Kupfer
und bestimmten Kupferlegierungen, die Verbrennung eines Brennstoffs im Innern eines
Ofens in solcher Weise zu führen, d-aß, während die frei werdende Hitze für die
Erhitzung des Ofens und des Wärmegutes genügend ist, die Atmosphäre das Metall gegen
Oxydation schützt. Der Grund hierfür ist, daß für die meisten Metalle, z. B. Eisenmetalle,
die Wärmemenge, die durch Verbrennen des Brennstoffs in Teilverbrennung frei wird,
ungenügend ist, um wirksame oder wirtschaftliche Wärmebedingungen
zu
schaffen. Zum Beispiel ist es bei der Stahlbehandlung notwendig, ein Verhältnis
von Luft zu Kohlengas zwischen 2,o zu i und 2,6 zu i zu benutzen, um eine
Atmosphäre zu schaffen, die auf Stahl oder Eisen bei Temperaturen von etwa 100o°
C schützend wirkt, während das Verhältnis für eine vollständige Verbrennung in der
Größenanordnung von .I,2 zu i ist. Mit anderen Worten, nur ungefähr die Hälfte des
Wärmewertes des Gases wird frei, und da die blasse dieser Wärme für die Erhitzung
der Verbrennungsprodukte verwendet wird, so ist wenig wirksame oder nützliche Wärme
vorhanden, welche in dem Ofen @-tr@:-endet -,werden kann. Dies ist besonders der
Fall, wenn die Behandlungstemperatur hoch, z. B. zwischen 700 und i ioo@
C, ist.
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Der Grund, warum die unmittelbare Verbrennung irgendeines Brennstoffs
mit Luft im Fall von Isupferlegierutigen eine Schutzatmosphäre schaffen kann, liegt
darin, da13 die Erzeugnisse der vollständigen @erbreünung, nämlich Wasserdampf und
Kohlendioxyd, Kupfer und bestimmte kupferreiche Legierungen lief ihren Glühtemperaturen
nicht oxydieren.
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Es ist selbstverständlich sehr wünschenswert, die gasförmigen Produkte
der Teilverbrennung zum Schutze anderer Metalle als Kupfer gegen Oxydation verwenden
und eine Wärmebehandlung mit einer geregelten Atmosphäre in einem Ofen mit unmittelbarer
Feuerung durch den Brennstoff durchführen zu können.
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Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich tim ein Verfahren zur
Wärmebehandlung von Metall in einem im wesentlichen geschlossenen Ofen. bei welchem
in dem Ofen flüssiger oder gasförmiger Brennstoff in Teilverbrennung mit einem Gas
verbrannt wird, das 70% oder mehr an Sauerstoff enthält, uni eine Atmosphäre zu
erzeugen, die bei der Behandlungstemperatur im wesentlichen nicht oxydierend auf
das Metall wirkt; hierbei wird gemäß der Erfindung die Behandlung laufend in dein
Ofen durchgeführt, durch welchen das Heizgas und das @lletall im Gegenstrom wandern.
Der Heizstoff und das Gas werden am Entleerungsende des Ofens teilweise verbrannt,
um die Atmosphäre zu erzeugen, die auf das Metall nicht oxydierend wirkt, diese
teilverbrannten Gase werden sodann nach dem kälteren Beschickungsende des Ofens
geleitet, wo die Gase im wesentlichen vollständig verbrannt werden, um das in den
Ofen eintretende Metall vorzuwärmen.
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Gewöhnlich wird Luft geregelt in den Ofen eingeführt, um diese. vollständige
Verbrennung zu bewirken.
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Durch den Ausdruck im wesentlichen geschlossener Ofen ist ein solcher
gemeint, bei dem der Eintritt der Außenatmosphäre beschränkt ist und der Ausschluß
der Luft hauptsächlich durch den Gasdruck im Innern des Ofens bewirkt wird.. Letzterer
muß aber insoweit offen sein, daß er das Beschicken und Entleeren des Ofens zuläßt.
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Das Verfahren kann in einem Ofen mit geradem Durchgang oder in einem
ringförmigen Umlaufherdofen .durchgeführt werden, wobei in dem letzteren Fall die
Stellen der Beschickung und Entleerung nebeneinanderliegen.
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In der Ofentechnik bedeutet die Bezeichnung laufend nicht notwendig,
daß das Material in dauernder Bewegung ist, sondern daß das Material allmählich
von der Beschickungsstelle zu der Entleerungsstelle ununterbrochen oder absatzw°ise
gefördert wird.
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Bei einer Abart der Erfindung kann eine vollständige Verbrennung mit
Hilfe von Sauerstoff oder einer :Mischung von Sauerstoff mit Luft anstatt durch
Luft allein bewirkt werden, aber im allgemeinen ist dies nicht wirtschaftlich, -wenn
Sauerstoff nicht sehr billig als 2,-,ebenprodulct eines anderen Verfahrens gewonnen
wird.
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Wenn gewünscht, kann °ine geregelte Schutzatmosphäre, die außerhalb
des Ofens erzeugt oder vorbereitet wird, zusätzlich in die Brennkammer eingeführt
werden, um das Volumen des in den Ofen eintretenden Gases zu vergrößern, aber im
allgemeinen ist dies nicht notwendig.
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Die :',usführung der Erfindung kann wie folgt vor sich gehen: Die
in der Wärme zu behandelnden Metalle werden in regelmäßigen Zwischenräumen in das
kühlere Ende eines Durchlaufofens eingeführt und mit geeigneter Geschwindigkeit
durch ein Fördermittel darch den Ofen bewegt, mit einer Geschwindigkeit, die gleichförmig
oder unterbrochen sein kann.
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Am Entleerungsende des Ofens, welches das heißere ist, wird durch
eine Mehrzahl von quer zur Längsachse des Ofens in den Seitenwänden desselben liegende
Öffnungen flüssiger oder gasförmiger Brennstoff, wie Stadtgas, und eine Mischung
von Sauerstoff und Stickstoff, die ungefähr zwischen 70 und ioo% Sauerstoff enthält,
in den Ofen eingeführt. Diese Gase werden in dem Ofen in Teilverbrennung verbrannt,
um eine Atmosphäre zu bilden, die im wesentlichen nicht oxydierend auf das Metall
an dem heißen Ende des Ofens bei einer Behandlungstemperatur, die im Fall von Eisen
und Stahl die Größenordnung von 700 bis iaäo' C aufweist.
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In einigen Fällen ist es nicht notwendig, die Oxydation vollständig
auszuschließen; die Bedingungen, können so, geregelt werden, daß der Grad der Oxydation
begrenzt oder eingeschränkt werden kann.
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Die teilverbrannten Gase wandern nach dem Beschickungsende des Ofens
und an diesem Ende wird durch einen weiteren Satz von quer zur Längsachse des Ofens
in den Seitenwänden desselben liegende Öffnungen Luft eingeführt, um die Heizgase
im wesentlichen vollständig zu verbrennen. Die durch diese zweite Verbrennung entstehende
Hitze dient dazu, die Barren, die durch das Beschickungsende des Ofens wandern,
vorzuwärmen. Am Beschickungsende des Ofens sind die Bedingungen natürlich oxydierend.
Da aber das Metall in dieser Zone nur einer Vorwärmung bei niedrigen Temperaturen
unterworfen wird, so ist der Grad der entstehenden
Oxydation gering.
Wenn notwendig, kann die entstandene dünne Oxydschicht in der Zone der geregelten
Atmosphäre reduziert werden.
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Die Zugverhältnisse in dem Ofen sind so, d.aß das Gas im Gegenstrom
zu dem Behandlungsgut wandert und die Abgase, wie es für einen Ofenbetrieb mit Vorwärmung
üblich ist, durch einen Rekuperator geschickt werden, um Gas, Luft oder Sauerstoff
oder mehrere dieser Gase zu erhitzen und so den Wirkungsgrad zu verbessern.
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Wenn Kohlengas verwendet wird, -das einen Heizwert von 40o4,6 kcal/m3
besitzt, dann wird ungefähr die Hälfte des Heizwertes des Gases in der nicht oxydierenden
Zone verbraucht, wo die Metalltemperatur zwischen etwa 6jo und i2oo° C liegt und
das Verhältnis von Sauerstoff zu Gas 0,45 Sauerstoff zu i Kohlengas ist. In den
Einlaß oder die Vorwärmzone wird genügend Luft, die zweckmäßig durch einen Rekuperator
erhitzt ist, eingeführt, um die Produkte der ersten Verbrennung im wesentlichen
vollständig zu verbrennen; hierdurch wird das Behandlungsgut von Raumtemperatur
auf 6oo bis 65o°' erhitzt.
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Das Verfahren wird vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt.