DE896504C - Schutzgaserzeugungsanlage - Google Patents

Schutzgaserzeugungsanlage

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DE896504C
DE896504C DES12509D DES0012509D DE896504C DE 896504 C DE896504 C DE 896504C DE S12509 D DES12509 D DE S12509D DE S0012509 D DES0012509 D DE S0012509D DE 896504 C DE896504 C DE 896504C
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DE
Germany
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chamber
protective gas
cooling
reaction
chambers
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Expired
Application number
DES12509D
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English (en)
Inventor
Josef Eberwein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C21D1/76Adjusting the composition of the atmosphere
    • C21D1/763Adjusting the composition of the atmosphere using a catalyst

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Furnace Details (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. SchutzgaserzeugungsanlagemitVerbrennungskammer, Reaktionskammer und Kühlkammer, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Reaktionskammern und zwei Kühlkammern so vorgesehen sind, daß das Schutzgas aus der ersten Reaktionskammer in die erste Kühlkammer und nach Abkühlung in die zweite Reaktionskammer und von dort in die zweite Kühlkammer strömt.
  2. 2. Anlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Reaktionskammern die Verbrennungskammer umschließen.
  3. 3. Anlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wärmerückgewinnungskammer vorgesehen ist, in welcher das aus der ersten Kühlkammer kommende Schutzgas von dem aus der ersten Reaktionskammer kommenden Schutzgas erwärmt wird.
  4. 4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Wärmerückgewinnungskammer vorgesehen ist, in welcher das aus der ersten Kühlkammer kommende Schutzgas durch das aus der zweiten Reaktionskammer kommende Schutzgas erwärmt wird.
  5. 5. Anlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Reaktionskammern von getrennt regelbaren Heizkörpergruppen umgeben sind.
  6. 6. Anlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in beiden Reaktionskammern gleich oder annähernd gleich der Höchsttemperatur des Ofens ist, in welchem das Schutzgas verwendet wird, während die Temperatur in beiden Kühlkammern einige Grade tiefer liegt als die tiefste Temperatur im Kühlraum des Ofens.
  7. 7. Anlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kühlkammern nebeneinanderliegen und zu einer gemeinsamen Kühleinrichtung zusammengebaut sind:
DES12509D 1944-11-15 1944-11-15 Schutzgaserzeugungsanlage Expired DE896504C (de)

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