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Verfahren zum Betrieb von Brennöfen für metallkeramische Zwecke Die
Metallkeramik befaßt sich mit der Herstellung metallischer Werkstoffe durch Glühen
von Preßteilen, die im wesentlichen aus Metallen, insbesondere: in Pulverform, bestehen..
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Die Glühbehandlung metallkeramischer Preßteile, insbesondere solcher
aus Eisenpulver, wird in technischem Maßstabe bislang vorzugsweise mit Wasserstoff
in verhältnismäßig kleinen. Ofeneinheiten, vorgenommen.. Als solche sind, bekannt
die elektrisch- oder gasbeheizten Durchlauföfen, die bei hohen Betriebskosten mit
geringer Durchsatzleistung arbeiten. Zur Vermeidung des Verlustes von Wasserstoff
und insbesondere, um den Zutritt von, Fremdgasen, wie insbesondere Luft oder Verbrennungsgasen,
zu vermeiden, sind diese Öfen absolut dicht ausgeführt und deswegen im Zusammenhang
mit der hohen, Arbeitstemperatur von 100o° und mehr in ihren Abmessungen beschränkt.
Majn, hat auch bereits den. Versuch gemacht, die Glühbehandlung unterSchutzgasatmosphä.re
durchzuführen, ohne daß man sich jedoch von den gleichem. Öfen lösen konnte, da
die metallkeramischen Preßkörper mit ihrer aktiven, Oberfläche sehr empfindlich
auf Schwankungen der Schutzgasatmosph.äre reagieren;. Das Schutzgas wirkt zum Teil
auch auf die Heizeinrichtungen zerstörend
ein. Ganz allgemein sind
die Öfen mit ihrem komplizierten mechanischen. Einrichtungen starke dem Verschleiß
unterworfen.
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Es wurde nun gefunden, daß man Brennöfen, z. B. Ring- oder Tunnelöfen,
zur Behandlung von metallkeramischem Gut durch Aufheizen:, Glühen und Abkühlen in.
reduzierender Atmosphäre dadurch in Betrieb nehmen kann, daß das Aufheizen, Glühen
und Abkühlen. in einer CO- und C OZ haltigen reduzierendenGasatmo,sphäre
durchgeführt ,wird, mit der Maßgabe, däß erstens das. Verhältnis von C O : C 02
hierbei in,Abhä.ngigkeitvon derTempe-ratu:r des. Glühgutes so eingestellt wird,
daß ein schwach reduzierender Charakter der Schutzgasatmosphäre aufrechterhalten,
wird, und zweitens das Abkühlen künstlich beschleunigt wird.
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Zur Durchführung dieses Verfahrens können nach geringer baulicher
Umänderung die bekannten indirekt beheizten, lediglich aus keramischen Baustoffen
errichteten Brennöfen der Oxydkeramik Verwendung finden, wie beispielsweise Ring-
oder Kanal- oder Tunnelöfen, die trotz ihrer- Un.dich.tiglceit gegenüber Gasdruckunterschieden
von. nur wenigen Millimetern WS (Wassersäule) als sehr brauchbar für dieses Verfahren
erkannt wurden.
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Die bei den oxydkeramischen Verfahren benutzten Öfen gestatten trotz
ihrer Undichtigkeit gegenüber Gasdruckun.terschied.en. von nur wenigen Millimetern
WS hochempfindliche, pulverme ta,llurgische Preßkörper in großen Mengen durchzusetzen.
Die Durchführung der Glühbehandlung in diesen bekannten Brennöfen der Oxydkeramik
und mit den dort üblichen Brennzeiten. von öft mehreren Tagen gemäß der vorliegenden
Erfindung lag angesichts der Tatsache, daß bereits viele rooot pulvermetallurgischer
Preßkörper geglüht wurden, bisher aber nur in vielen kleinen Ofeneinheiten gearbeitet
wurde, nicht nahe. Es bestand, offensichtlich das Vorurteil, daß Voraussetzung für
das Gelingen. der Sinterung pulvermetallurgischer Preßkörper ein absolut gasdichter
Ofen und für eine große Leistung ein schneller Ofendurchgang sei.
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Die Erfindung bricht mit dieser Anschauung, in.-dem sie zeigt, daß
auch mit einem nicht in diesem Sinne gasdichten Ofen, und trotz vielfach längerer
Verweilzeit des Gutes nm Ofen eine einwandfreie Glühung mit bisher unbekannten Durchsatzleistungen
erzielt werden. kann. Das Gut wird nach Überschreiten der Hochtemperaturzone durch
bekannte technische Mittel schnell abgekühlt, um eine Kohlenstoffabscheidung aus
der Schu:tzgasatmosphäre zu vermeiden.
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Die im Ofen nach der Erfindung aufrechtzuerhaltende Atmosphäre wird
entsprechend denn Verlauf der Temperaturkurve, des Ofens so, eingestellt, daß der
höchste CO-Gehalt im Hochtempe:-raturbereich auftritt, und zwar in. etwa dem dreifachen
Betrage des jeweiligen C 02-Gehaltes des Schutzgases. Nach: dem Einfahrtende sowie
Austragsende, des. Ofens hin soll der CO-Gehadt entsprechend dem Temperaturverlauf
im Ofen. allmählich bis auf etwa den gleichen Betrag des Kohlensäuregehaltes abfallen..
Die Einstellung des C 0-C OZ Verhältnisses in Abhängigkeit vom Temperaturverlauf
im. Ofen erfolgt nach. der Erfindung in. der Weise, daß ein CO-reiches Gas, wie,
Generatorgas, an einer oder mehreren Stellen über die Längenerstreckung des Hochtemperaturbereiches
verteilt, unmittelbar in den Ofen eingeleitet wird, wogegen. an den beiden Enden.
ebenfalls regelbare Mengen, sauerstofffreies Abgas des Ring- oder Tunnelofens. selbst
oder ein Gemisch dieses Abgases mit Generatorgas eingeführt wird. Zweckmäßig besitzt
das. Abgas des Ofens einen geringen CO-Gehalt durch entsprechende Einstellung der
Verbrennung in den Brennkanälen. Durch die sauerstofffreie Abgasführung macht sich.
auch ein gegebenenfalls vorübergehender Einbruch. von Abgas in den Glühraum kaum
störend bemerkbar.
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Das unmittelbar in den Glühraum eingeleitete Generalorgas kann ganz
oder teilweise den Gasbrennern am Ende der Brennkanäle bzw. über die Länge derselben
verteilt durch Gasdüsen: zugeleitet werden und, alsdann in entsprechend hoch aufgeheiztem
Zustand gleichzeitig zur Beheizung des. Ofens Verwendung finden. Zu diesem Zweck
werden einstellbare Gasdu.rchtritte zwischen Ofenraum und Brennkanälen angeordnet.
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Unabhängig oder im Zusammenhang mit dieser Führung des Generatorgases
im Ofen kann dieses gegebenenfalls auch ebenso wie die Verbrennungsluft für die
Gasbrenner des keramischen Ofens zur indirekten künstlichen Kühlung des Austragsendes
des Ofens verwendet werden, um den beschleunigten Abfall der Temperaturkurve in
diesem Teil des Glühraumes zu erreichen. Es kann. aber auch eine intensivere künstliche
Kühlung durch. Einbau von luft- oder wassergekühlten Rohren unmittelbar in den Ofenraum
erfolgen.
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Um ein Eintreten. von Luft an. beiden Enden des Ofens beim Ein- und
Ausfahren der mit dem Glühgut beladenen Wagen zu verhüten, und den mit diesen Wagen
sonst eintretenden. Sauerstoff von der Glühatmosphäre fernzuhalten, ist der Ofen,
an beiden Enden mit Gasschleusen versehen, die ebenfalls mit denn erwähnten, sauerstofffreien,
zweckmäßig CO-haltigen Abgas, von, der Behedzung des Ofens durchgespült werden:.
Der Betrieb eines derart nach der Erfindung abgeänderten. Tunnelofens von beispielsweise
5o m Länge, 2,50 m Höhe und r,5o m Breite gestaltet sich etwa. folgendermaßen:
Normaler Betriebszustand. vorausgesetzt, ist der Ofen mit 27 Wagen gefüllt, von
denen. der Wagen Nr.27 in der Einfahrt- und der Wagen Nr-. r in der Ausfahrtsch.leuse
steht. Alle: ,4 Stunden wird ein mit Glühgut besetzter Wagen zunächst ausgeschleust
und ein frischer eingeschleust. Zu diesem Zweck wird die Innentür der Ausfahrtschleuse,
nachdem kurz zuvor der abgekühlte Wagen aus dieser Schleuse herausgezogen worden
ist, geöffnet und bei ebenfalls geöffneter Innentür der Einfahrtschleuse das Vorwärtsstoßen
sämtlicher noch im Ofen befindlicher Wagen mit einer Stoßmaschine in von der keramischen
Industrie bekannter Weise vorgenommen. Der Wagen: Nr. 27
aus. der
Einfahrtschleuse wird nunmehr langsam im Ofen aufgeheizt und ein neuer Wagen in
die Eitfahrtschleuse geschoben, die nach Schließen, der Außentür längere Zeit mit
Abgas bzw. Generatorgas ausgespült wird, bevor die Innentür geöffnet wird.. Der
Wagen Nr. 2 befindet sich nunmehr in der Ausfahrtschleuse, deren. Innentür nach
dem Soßen, alsbald geschlossen wird. Dieser Wagen kühlt 4 Stunden. weiter in der
Schleuse in inerter Gasatmosphäre ab, nachdem er von der höchsten Temperatur etwa
in Wagenfeld 13 von: beispielsweise goo° bis. auf 2oo° in Wagenfeld 8 beschleunigt
abgekühlt worden ist. Während also die Abkühlung auf wesentlich fünf Wagenfelder
oder auf 20 Stunden beschränkt ist, erstreckt sich die entsprechend. langsamere
Aufheizung auf etwa 13 Wagenfelder oder 52 Betriebsstunden..
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Bei etwa 81/a Kohlensäuregehalt wird der CO-Gehalt des Schutzgases.
im Tunnel (sogernanntes Tunnelgas) in den mittleren Wagenfeldern, i3 bis 15 auf
etwa 254/o; also in Höhe des hier eingeleiteten Generatorgases gehalten. Nach den.
Enden des. Ofens fällt er auf etwa io% ab, bei etwa gleichem Kohlensäuregehalt durch
Einleiten. von Abgas. Nach den der Erfindung zugrunde liegenden Versuchen empfiehlt
es. sich, die inneren Schleusentüren, zumindest diejenige, der Einfahrtschleuse,
mit Abgas als Schutzgas ständig zu bestreichen und damit auch zu kühlen, um gegen
den Eintritt von. Luft beim Einschleusen eines frisch beschickten Wagens ein Schutzgaspollster
im Eingang des Tunnels. aufrechtzuerha.lte@n. Um durch diese- auf der Innenseite
der inneren, Einfahrtschleusentür zugegebene. Abgasmenge die Zusammensetzung der
Schutzgasatmosphäre nicht beim jedesmaligen Öffnen der Innentür zu verändern., wird
zumindest ein Teil des Abgases, soweit er als Schutzgas in den Schleusen verwendet
wird, von Kohlensäure weitgehend befreit, etwa bis auf den Kohlensäuregehalt des
Schutzgases. (Generatorgas), beispielsweise mittels einerAuswaschung mit Kalkmilch
oder Druckwasser.
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Die, schützende Wirkung der Gasatmosphäre beruht auf einem bestimmten
C 0-C O; Verhältniis, das im Hochtemperaturbereich etwa 3 : i betragen soll. Beim
Aufbau dieser Atmosphäre aus Generatorgas und Abgas liegen. dabei die absoluten
Gehalte z. B. bei etwa 8% CO, und. 25 % CO.
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Es ist nun schwierig, den Idealzustand eines Schutzgases, nämlich
weder oxydierend noch redu: zierend noch a:ufkohlend oder entkohlend zu wirken.,
zu verwirklichen, zumal, wie mehrfach erwähnt, das C 0-C 02 Verhältnis. eine ausgesprochene,Abh:ängigkeit
von der Temperatur verlangt. Außerdem ist es, wie bekannt, in gewissenTemperaturbereichennich:t
möglich, aus C O und C02 ein Schutzgas au.fzubauen, das gleichzeitig nicht oxydierend
und nicht entkohlend wirkt. Praktisch kann man jedoch die Wechselwirkung zwischen
Glühgut und. Gas auf ein gewünschtes Minimum herabsetzen, wenn. man nach der bereits
beschriebenen Einhaltung annähernd richtiger C 0-C 02 Verhältn.is.se den absoluten
Gehalt von C O und CO, auf ein Mindestmaß herabdrückt. Erfindungsgemäß läßt
sieh dies im Zusammenhang mit den für die Ofenführung der keramischen Öfen erforderlichen
Maßnahmen dadurch besonders einfach erreichen, daß mann die Kohlensäure aus, dem
erfindungsgemäß schwach reduzierend eingestellten Brennergas durch Druckwäsche oder
andere bekannte Maßnahmen so weit entfernt, daß nunmehr ein sauerstofffreies, vornehmlich
aus Stickstoff bestehendes. Schutzgas anfällt, das nur geringe Mengen von Kohlenoxyd
und: Kohlendioxyd, diese jedoch in denn erforderlichen Verhältnis von etwa 3 : i,
enthält.
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Mit dieser Maßnahme wird die Verwendung von Generatorgas zum Aufbau
der Schutzgasatmosphäre überflüssig und hierdurch auch die Gefahr, da,ß das Gas
durch die Undichtigkeiten des Ofens aus dem Ofen austritt und bei Eintritt in die
Schleuse eine zündfähige Mischung bildet oder daß das ausgetretene Gas durch Giftwirkung
das Personal gefährdet, vermieden.
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Das Glühgut kann man frei auf die Wagen. stellen oder aber in billigen,
offenen Kapseln aus Schamotte oder Eisenblech einsetzen;. Gegenüber den direkt beheizten
Ofen ergibt sich. also der Vorteil, daß kein: legierter Stahl bzw. kein zunderbeständiges
Eisen verwendet zu, werden hraucht. Bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise besteht
die Gefahr, daß mit dem Generatorgas wenn auch: nur geringfügige Mengen Schwefel
in die Schubzga@satmo.sphäre eingebracht werden. Der Schwefel hat eine ausgesprochene
Neigung, sich mit metallischem Eisen., also insbesondere auch mit Eisei n4 pulver,
zu verbinden. Ein Schwefelung des Pulvers ist aber unerwünscht. Um dies zu vermeiden,
können im Falle des Arbeitens mit Schamottekapseln diese Kapseln vor dem. Füllen
mit Material mit Kalkmilch bzw. einem Schlicker von Kalziumkarbornat bestrichen
werden. Durch diese Maßnahme wird der größte Teil des Schwefels, im Gais unter Bildung
von. Sch:werfelkalzium von der, Imprägnierung gebunden.