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Schutzgaserzeugungsanlage Es ist bekannt, bei der Warmbehandlung (Glühen,
Härten, Vergüten) von Metallen, insbesondere von Eisen und Stahl, einer Verzunderüng
der Oberfläche des zu behandelnden Gutes dadurch vorzubeugen, daß die Warmbehandlung
in einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird. Das Schutzgas wird im allgemeinen
durch luftarme Verbrennung von Leuchtgas oder schweren Kohlenwasserstoffen (z. B.
Propan, Holzgas od. dgl.) hergestellt. Zur Erzeugung des Schutzgases ist vorgeschlagen
worden, Schutzgaserzeugungsanlagen zu verwenden, die aus Verbrennungskammer, Reaktionskammer
und Kühlkammer bestehen. In die Verbrennungskammer wird durch ein Gebläse das zu
verbrennende Gas und Luft in einem bestimmten Verhältnis eingeleitet, das von der
gewünschten Zusammensetzung des Schutzgases abhängig ist. Nach der in der Verbrennungskammer
stattfindenden Verbrennung wird das so erzeugte Schutzgas der Reaktionskammer zugeführt,
in welcher unter der Wirkung eines Katalysators, z. B. von Eisen, die einzelnen
Bestandteile des Gases miteinander reagieren. Das Schutzgas wird dann einer Kühlkammer
zugeführt, um den Feuchtigkeitsgehalt des Gases herabzusetzen.
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Es hat sich nun gezeigt, daß trotz Anwendung einer solchen Kühlkammer
bei Verwendung des Schutzgases in Blankglühöfen immer wieder Anlauffarben am Behandlungsgut
auftreten, die auf einen zu großen Wasserdampfgehalt im Schutzgas zurückzuführen
sind.
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Außerdem schlägt sich im Kühlraum des Ofens Kondenswasser nieder und
verursacht ein frühzeitiges
Unbrauchbarwerden durch Rosten. Außerdem
können durch das Kondenswasser auf dem blanken Glühgut Flecken entstehen. Man hat
deshalb schon vorgeschlagen, das Schutzgas aus der Kühlkammer nicht unmittelbar
dem Ofen zuzuführen, sondern einer Trocknungsanlage, um den Wasserdampf nahezu vollständig
zu entfernen.
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Die Erfindung zeigt einen anderen Weg, um mit verhältnismäßig einfachen
Mitteln ein Schutzgas mit geringem Wasserdampfgehalt zu erhalten, ohne daß besondere
Trocknungsanlagen notwendig sind. Gemäß. der Erfindung werden außer der Verbrennungskammer
zwei Reaktionskammern und zwei Kühlkammern vorgesehen, und das aus der ersten Reaktionskammer
kommende Schutzgas wird der ersten Kühlkammer zugeführt. Dort wird es abgekühlt,
und nach Abkühlung wird es der zweiten Reaktionskammer zugeleitet, und aus dieser
gelangt es in die zweite Kühlkammer. Es wird also das Schutzgas nach der ersten
Abkühlung nochmals in eine Reaktionskammer geführt und dann erneut abgekühlt. Dadurch
wird der Gehalt an Wasserdampf so weit herabgesetzt, daß am Ende der Kühlräume der
Durchlauföfen kein Kondenswasser mehr gebildet wird. Außerdem wird der schädliche
Gehalt an Kohlendioxyd durch die wiederholte Erwärmung und Abkühlung verringert.
Dazu kommt, daß sich das so erzeugte Schutzgas bei dem erneuten Erwärmen im Glühofen
nicht mehr sehr ändert, was insbesondere für das entkohlungsfreie Glühen von besonderem
Vorteil ist. Da zur Erzielung einer möglichst vollkommenen Reaktion der einzelnen
Gasbestandteile miteinander das Gas in der Reaktionskammer erwärmt werden und dieser
hierzu Wärme zugeführt werden muß, ist es besonders vorteilhaft, die Reaktionskammern
so anzuordnen, daß sie die Verbrennungskammer umschließen, so daß die Verbrennungswärme,
die in der Verbrennungskammer erzeugt wird, zum Aufheizen des Schutzgases in den
Reaktionskammern dient.
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Außerdem kann noch eine Wärmerückgewinnungseinrichtung vorgesehen
werden, in welcher das aus der ersten bzw. zweiten Reaktionskammer austretende Gas
oder beide das aus der ersten Kühlkammer in die zweite Reaktionskammer strömende
Schutzgas erwärmen.
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DieKühlkammern werden zweckmäßigerweise nebeneinanderliegend angeordnet
und zu einer gemeinsamen Kühleinrichtung zusammengebaut. Oberhalb dieser wird die
Wärmerückgewinnungseinrichtung vorgesehen, während neben diesen beiden die Verbrennungskammer
mit den sie umschließenden Reaktionskammern angeordnet ist.
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In der Zeichnung ist eine Schutzerzeugungsanlage gemäß der Erfindung
im Schnitt dargestellt. Mit i ist die Verbrennungskammer bezeichnet, die aus Chromnickeleisen
besteht. Über die Zuführungsleitung 2 wird ihr Leuchtgas und Luft in einem bestimmten
Mischungsverhältnis zugeführt. Die Verbrennungskammer wird von den beiden Reaktionskammern
3 und 4 umschlossen, die ebenfalls aus Chromnickeleisen hergestellt sind. Zur Einstellung
der Temperatur in den Reaktionskammern dienen zwei unabhängig voneinander-regelbare
Gruppen von nur schematisch dargestellten Heizwiderständen 40 und 41. Mit 7 bzw.
8 ist das aus wärmeisolierendem Stoff bestehende Mauerwerk bzw. der aus dem gleichen
Stoff bestehende Deckel für die Verbrennungskammer und Reaktionskammern bezeichnet.
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Es sei beispielsweise - angenommen, daß das zur Verwendung gelangende
Leuchtgas mit einer Zusammensetzung von 6,2 0/0 C0, 2,i o/0 C02, 0,3 0/0 02, 56,2
% H2, 24,0 % CH4, 2,1 % C.,Hm, 9,1 % N2 (die Prozentzahlen hier und im folgenden
beziehen sich immer auf Raumteile) mit Luft im Verhältnis i : 3 in die Verbrennungskammer
eingeführt und dort bei einer Temperatur von ungefähr goo° C verbrannt wird. Das
verbrannte Gas gelangt, wie durch Pfeile 5 angedeutet, aus der Verbrennungskammer
in die erste Reaktionskammer 3, deren Temperatur ebenfalls auf goo° C gehalten wird.
Die verschiedenen Bestandteile des Gases -reagieren hier miteinander unter Einwirkung
eines nicht dargestellten Katalysators,- und es entsteht ein Schutzgas folgender
Zusammensetzung: 2,9% CO, 5,7% C0217,70/0 1121,9,90/0 H20, 61,5% N2-Dieses Schutzgas,
das im Sinne der Pfeile 6 die Reaktionskammer durchströmt bzw. verläßt, tritt in
die Leitung g ein, die sie im Sinne der Pfeile io durchströmt, und wird von dieser
Leitung, die außerhalb des Deckels 8 mit wärmeisolierendem Material umgeben ist,
der Wärmerückgewinnungseinrichtung 12 zugeführt. Diese besteht aus zwei Wärmerückgewinnungskammern
13 und 14 mit Röhren 16 bzw 18. Das Schutzgas tritt im Sinne der Pfeile 15 in die
Rohre 16 der ersten Kühlkammern ein und verläßt diese Kammer durch die Verbindungsleitung
21 und tritt in die linke Kühlkammer 24 ein, wie durch Pfeile ig und 28 angedeutet.
Die linke Kühlkammer24 und die rechte Kühlkammer 25 sind zu einer Kühleinrichtung
23 vereinigt. Die Kühlkammern sind wassergekühlt. Für den Kühlwassereintritt ist
ein Stutzen 45, für den Kühlwasseraustritt ein Stutzen 46 vorgesehen. Die linke
Kühlkammer besitzt Rohre 26, die rechte Rohre 27. Das aus der Wärmerückgewinnungskammer
13 kommende Schutzgas tritt in die Rohre 26 ein (Pfeile 28) und durchströmt diese.
Es wird in dieser Kühlkammer auf ungefähr i7° C abgekühlt und besitzt dann eine
Zusammensetzung von: 3,6"/, CO, 7100/1 C021 9"-20/, Ha, 2,50/, 112
0, 77,40A N2. Das in der Kühlkammer ausgeschiedene Kondenswasser wird über den Hahn
3o bzw. den Überlauf 31 abgelassen.
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Das abgekühlte und entfeuchtete Schutzgas strömt im Sinne der Pfeile
35 durch die Rohrleitung 36 wieder in die Wärmeaustauscheinrichtung iz zurück und
umspült dort zunächst die Rohre 16 der linken Wärmerückgewinnungskammer und hierauf
die Rohre 18 der rechten Wärmerückgewinnungskammer (Pfeile 37). Das Gas wird auf
diese Weise vorgewärmt und wird durch die Leitung 38 im Sinne der Pfeile
39 der zweiten Reaktionskammer 4 zugeführt.
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In dieser Reaktionskammer wird das Gas wieder auf ungefähr goo° C
erhitzt und erhält unter Einwirkung der Erwärmung und des in der Reaktionskammer
befindlichen nicht dargestellten Katalysators ungefähr folgende Zusammensetzung:
8,o0/0 C0, 2>6% C02, 8,5.% 112, 3,550/0 H20, 7-7,4% N2.. Das
Schutzgas
verläßt die zweite Reaktionskammer durch die Leitung 43 und strömt im Sinne der
Pfeile 42 durch diese Leitung hindurch zur zweiten Wärmerückgewinnungskammer 14.
Es tritt dort (Pfeile 17) in die Rohre 18 ein. Nach Durchströmen dieser Rohre gelangt
es (Pfeil 2o) in die Verbindungsleitung 22 und von dort in die zweite Kühlkammer
25. Im Sinne des Pfeiles 2g tritt es in die Rohre 27 der zweiten Kühlkammer 25 ein.
Nach Verlassen der Kühlrohre ist es auf ungefähr 17° C abgekühlt und hat ungefähr
folgende Zusammensetzung : 8,10/, C 0, 2,64 0/0 C 02, 8,6% H2, 2,5% H20. 7816% N2-Das
in der zweiten Kühlkammer auftretende Kondenswasser wird durch den Hahn 32 bzw.
den Kondenswasserüberlauf 33 abgelassen. Durch den Stutzen 34 wird das Schutzgas
dem Ofen zugeführt. Es wird dort wieder auf goo° C erwärmt. -Da es in dem Ofen verhältnismäßig
lange Zeit verweilt, so reagieren die einzelnen Gasbestandteile noch etwas miteinander,
und das Gas erhält endgültig folgende Zusammensetzung. 8,4 0/, CO, 2,3 % C 02.81%
H2. 3,0 % H2 0, 78,2 0/0 N2, Der nunmehr nur noch vorhandene Wasserdampf
von 30/, entspricht einer Taupunkttemperatur von ungefähr 24° C, so daß die Kühltemperatur
im Ofen nicht unter 24° C liegen soll. Das so erhaltene Schutzgas eignet sich zum
einwandfreien Blankglühen.
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Zu bemerken ist noch, daß das Schutzgas, bevor es in das Rohr36 eintritt
bzw. bevor es aus dem Stutzen32 austritt, durch das am Boden der Kühlkammer 24 bzw.
25 angesammelte Kondenswasser tritt. Dadurch werden noch vorhandene Spuren von S
02 zum größten Teil gelöst. Bei Beginn der Erzeugung von Schutzgas, wenn noch kein
Kondenswasser vorhanden ist, kann man den Boden der Kammern mit Wasser so weit füllen,
daß die Rohre 26 und 27 in das Wasser eintauchen.
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Auch zum entkohlungsfreien Glühen eignet sich ein in der Schutzgasanlage
gemäß der Erfindung erzeugtes Gas besonders gut, weil das erzeugte Schutzgas nach
dem Einleiten in den Ofen sich kaum wesentlich verändert.
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Zum entkohlungsfreien Warmbehandeln von Stahl bis o,50/, Kohlenstoffgehalt
bei 81o° C kann beispielsweise Leuchtgas der vorher angegebenen Zusammensetzung
und Luft im Verhältnis i : o,8 verbrannt werden. Bei Temperaturen von goo° C in
den beiden Reaktionskammern wird ein Schutzgas erhalten, das nach Austritt aus der
zweiten Reaktionskammer folgende Zusammensetzung hat: 18 0/, CO, i,10/,
CO"
56,6 % H 2, 4,6 0/0 H2 0, 40 0/0 N2.
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Nach Austritt aus der zweiten Kühlkammer hat das Schutzgas folgende
Zusammensetzung: 15,3 % CO, 0,93 % C02, 48,0 % H2, 2,5 % H20, 33,3 % Na.
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Werden unter sonst gleichen Verhältnissen Leuchtgas und Luft im Verhältnis
i : o,6 verbrannt, so können im erzeugten Schutzgas Kohlenstoffstähle bis zu o,60/,
Kohlenstoff bei Temperaturen von goo° C bzw. o,90/, Kohlenstoff bei Temperaturen
bis 85o° C entkohlungsfrei warmbehandelt werden.
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Man kann auch drei oder mehr Reaktionskammern und drei oder mehr Kühlkammern
vorsehen, jedoch genügen in den meisten Fällen in der Praxis zwei Reaktionskammern
und zwei Kühlkammern. Die Verbindungsleitungen zu den einzelnen Kammern kann man
umschaltbar ausgestalten, um, wie erforderlich, die Anlage auch in anderer Weise
betreiben zu können.
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In den Reaktionskammern wird man die Temperatur ungefähr in der Nähe
der höchsten Ofentemperatur halten mit einem Spielraum von ± 15o° C. In den Kühlkammern
liegt die Temperatur zweckmäßig einige Grade tiefer als die tiefste Temperatur im
Kühlraum des Glühofens.