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Verfahren zum Entkohlen der Oberflächenschichten von Werkstücken aus
Eisen oder Stahl Es ist bekannt, da;ß die Oberflächenschichten, von Werkstücken
aus Eisen oder Stahl entkohlt werden können, wenn sie bei Temperaturen etwa oberhalb
700° C der Einwirkung einer reduzierenden und wasserdampfhaltigen Atmosphäre ausgesetzt
werden. Das auf diese Weise behandeltes Ofengut kann als Träger besonders fehlerfreier
Emailüberzüge oder auch insbesondere in Form von siliziumhalbigen und kohlenstofffreien
Blechen als ein für elektrische Apparate und Maschinen geeigneter Baustoff benutzt
werden., der sich durch besonders geringe Wattverluste vorteilhaft auszeichnet.
Die bisher für diese Entkohlungsprozesse benutzten Einrichtungen genügten. jedoch
nicht allen, Anforderungen, die an eine einwandfreie Durchführung der Wärmebehandlung
sowie an die Güte des in der genannten. Weise behandelten Gutes gestellt werden
können. Man wird für diese Wärmebehand-Jung einen Durchlaufofen mit angeschlossener
Kühlkammer verwenden, denn eine solche Anlage ermöglicht einen stetigen Betrieb,
der mit einer geringen, Zahl von Arbeitskräften durchgeführt werden kann und kenne
erhebliche Wartung erfordert. Nun ergibt sich. jedoch, daß ein in der Ofenatmo,
sphäre
stark enntkohlend wirkender Feuchtigkeitsgehalt, im Bereiche der beim Abkählungsvorgang
absinkenden Temperaturen, bei denen die reduzierende Wirkung der anderen Gasbestandteile
zunächst nachzulassen und schließlichganz aufzuhören beginnt, eine unerwünschte
Oxydbildung hervorruft, die zuweilen eine lose Struktur besitzt und nicht fest genug
auf den Oberflächen haftet. Uri diesen Nachteil zu vermeiden, mußte der Feuchtigkeitsgehalt
der in der Anlage .enthaltenen Atmosphäre so niedrig bemessen werden, daß er in
der Kühlzone keinen störenden Einfluß ausüben kann. Der nach diesen Gesichtspunkten
bemessene Wasserdampfänteil bewirkt aber, wie sich ergeben hat, durchaus noch keine
durchgreifende und genügend schnelle Neigung zur Entkohlung. Die Eindringtiefe ist
nicht groß genug, und es sind sehr lange Behandlungszeiten erforderlich.
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Der Erfindungsgegenstand ermöglicht eine wesentlich wirksamere, d.
h. auch tiefere Oberflächenschichten erfassende und trotzdem noch schnellere Entkohlung
des Glühgutes als bisher. Dies. wird dadurch. erreicht, daß gemäß der Erfindung
das Glühgut der Einwirkung einer .stark wasserdampfhaltigen und reduzierend wirkenden
Atmosphäre ausgesetzt wird, deren Wasserdampfgehalt einem Taupunkt von über +:25'
C, vorzugsweise von etwa -I- 30° C oder mehr entspricht, und daß das. Ofengut darnach
in einer wesentlich wasserdampfärmeren: Atmosphäre mit reduzierend wirkenden Bestandteilen
abgekühlt wird. Die Grenze für den Wasserdompfgehalt der Glühzone schwankt mit dem
Wasserstoffgehalt der Atmosphäre im Glühraum, da das H..: H20 Verhältnis für die
Entkohlung gleichfalls maßgebend ist. Der erfindungsgemäß mindestens im Glühraum.
vorzusehende Feuchtigkeitsgehalt ist so hoch, dä.B eine solche Atmosphäre, wenn
sie in der Kühlkammer angewendet würde, schon eine Oxydation -des Eisens bewirke..
würde. Bei den üblichen. Schutzgasen entspricht dies. dem vorstehend genannten Taupunkt
von -1-25° C. Mit Vorteil wird die Entkoblung im Ofenraum eines Durchlaufofens mit
angeschlossenem, Kühltunnel in. der Weise durchgeführt, däß in die Kühlzone ein
Gasgemisch eingeleitet wird, das bereits die in. der Glühzone benötigten reduzierenden
Bestandteile, jedoch noch nicht den für den Erfindungszweck benötigten hohen Wasserdampfanteil
enthält. Dieser Anteil wird erfindungsgemäß dem entgegen der Förderrichtung des
Behandlungsgutes durch die Anlage strömenden Gasgemisch erst durch Wasserdampfzufuhr
oder -entwicklung in der Glühzone zugegeben.
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Wenn das der Kühlzone zugeführte Gas einen hohen Trockenheitsgrad
besitzt, können. der Anlage vollkommen blankgeglühte Werkstücke entnommen, werden.
Nun ist beispielsweise bei den. sogiernannten Dynamoblechen, insbesondere aber auch
bei den in. einem nachfolgenden Arbeitsgang zu emaillierenden Werkstücken eine dünne,
zusammenhängende und vor allem fest auf den Oberflächen haftende Oxydschicht sehr
erwünscht. Eine Haftschicht mit diesen Eigenschaften kann dadurch erzeugt werden,
daß das in die Kühlzone eingeführte reduzierende Gas bereits einen Wasserdampfanteil
enthält, der einem Taupunkt von höchstens 2o° C entspricht. Bei diesem Grenzwert
kann sich nämlich noch keine Feuchtigkeit in tropfbar flüssiger Form an den Kühlkammerwandungen
niederschlagen.
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Die Verwendung einfies derartigen Schutzgases bietet den großen Vorteil,
däß die sonst bei Schutzgaserzeugungsaxilagen erforderlichen teueren und einer ständigen
Wartung bedürfenden Vorrichtungen. zur Trocknung des Gases in Fortfall kommen können.
Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung wird lediglich ein Gaskühler benötigt, der
mit einem einfachen Wasserabscheider zur Aufnahme und Abführung des aus der Gasfeuchtigkeit
anfallenden Kondensates. versehen ist. Da der Kohlendioxydanteil des aus. normalen.
Stadtgasen und anderen technischen Brenngasen erzeugten. Gasgemisches wegen der
in diesem Gemisch enthaltenen reduzierenden Gasbestandteile noch keine Oxydation
des Glühgutes bewirkt, brauchen auch, keine besonderen; Vorkehrungen zur Beseitigung
des Kohlendioxyds getroffen zu werden.
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Somit ergibt sich. eine besonders einfache Anlage, die das Behandlungsgut
mit einer weitgehend kohlenstofffreien Oberfläche bzw. vollkommen kohlenstofffreie
dünnwandige Werkstücke liefert, die überdies eine dünne, gleichmäßige und: festhaftende
Anlaufoxydschicht aufweisen. Für bestimmte Zwecke kann, es sich empfehlen, auch,
in der Vorwärmzone des Durchlanfofens eine Atmosphäre mit hohem Feuchtigkeitsgehalt,
beispielsweise das aus der Glühzone zuströmende Gemisch, zu verwenden. Dieses Gemisch
bewirkt bei den in. der Vorwärmzone herrschenden Temperaturen eine Oxydation der
Werkstückoberflächen, Die spätere Reduktion der gebildeten Oxyde in der Glühzone
ergibt eine Oberflächenstruktur, die für viele Zwecke, beispielsweise für Emailliergut,
erwünscht ist und bisher als weitere vorbereitende Behandlung vor dem Aufbringen
des Emailüberzuges durch Beizen erzeugt werden, mußte. Die mit dieser Vorbehamdlung
verbundenen Schwierigkeiten, Einrichtungen und Arbeitsgänge können also beim Erfindungsgegenstand
gleichfalls erspart werden. Mit Vorteil kann die Glühbehandlung gemäß der Erfindung
auch beim Entkohlen des Tempereisens angewandt werden. Jedoch empfiehlt sich hier
wegen der längeren Glühbehandlung die Verwendung von Topf-, Hauben-, Schacht- oder
ähnlichen Öfen, auf die die Erfindung gleichfalls sinngemäß angewandt werden kann.
In Fng. i der Zeichnung ist eine gemäß der Erfindung arbeitende Anlage schematisch
dargestellt; Fig. 2 zeigt ein. Kennlinienschaubild.
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Die gezeichnete Anlage besteht aus einer Vorwärmzone i, einem Glühraum
2 und einem Kühltunnel 3, der von einem Kühlmantel 4 umgeben, ist. Das zu behandelnde
Gut wird stetig oder absatzweise durch die drei miteinander verbundenen Räume i,
2 und 3 hindurahgefördert. An das äußere
Ende des Kühltunnels 3
ist eine Gaszuführungsleitung 5 für Schutzgas. angeschlossen, das außer Stickstoff
auch reduzierendes Bestandteile, und zwar Kohlenoxyd und Wasserstoff sowie etwas
Wasserdampf enthält, dessen. Taupunkt etwa + io.° C beträgt. Dieses Gas strömt entgegen
der Förderrichtung des Glühgutes zum Glühraum, in den, eine zweite Leitung 6 zur
Zuführung von Wasserdampf einmündest. An Stelle vom, Dampf kann selbstverständlich
aach Wasser beispielsweise durch eine Zerstäuberdüse oder durch Anfeuchten des in
die Vorwärmzone i einzuführenden Behandlungsgutes in die Atmosphäre des Glühraumes
eingeführt werden, denn dieses Wasser verdampft bei den in dien -sein Raum herrschenden.
hohen Temperaturen. Der Wasserdampfgehalt soll in diesem Raum etwa einem Taupunkt
von + 5o° C entsprechen. Auch durch Einführen von Luft in die wasserstoffhaltige
Glühatmosphäre kann der Wasserdampfgehalt erhöht werden, da, der Sauerstoffanteil
der Luft sich in, der Glühhitze restlos mit dem Wasserstoff zu Wasserdampf umsetzt.
Gegebenenfalls kann zwischen dem Glühraum 2 und dein Kühltunnel 3 eine Schleuse
oder ein Vorhang 7 (streichpunktiert angedeutet) vorgesehen werden.
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Die Wirkung dieser 'Maßnahmen soll nachfolgend. an Hand der Fig. 2
erläutert werden. In diesein Schaubild gibt die Kurve a für einen. bestimmten Wasserstoffgehalt
der Ofenatmosphäre (hier mit io Volumprozent in CO-freier Atmosphäre angenommen)
an, bei welcher Temperatur ein bestimmter Volumenanteil Wasserdampf in der Ofenatmosphäre
sich neutral verhält, d:. h:. werter eine oxydierende noch eine reduzierendes Wirkung
auf Eisen ausübt. Für einen H20-Gehalt b ist beispielsweise die Grenztemperatur
gleich iooo° C. Liegt die Temperatur höher, so wirkt dieser Wasserdampfgehalt reduzierend,
während er bei niedrigerer Temperatur eine Oxydbildung hervorruft. Diese Oxydbildung
ist bei dem hohen H2 O-Gehalt, z. B. b, im Bereich der Vorwärmzonee i des Ofens
stark, während sie bei dem wesentlich niedrigeren H20-Gehalt, z. B. c, der Kühltunnelatmosphäre
wesentlich schwächer ist und eine festhaftende und sehr gleichmäßige Anlaufoxydschicht
hervorruft. Die in der Vorwärmzone i entstehende Oxydschicht wird in der GlühzAee
2 bei der dort herrschenden höheren Temperatur wieder reduziert; dabei wird die
Oberflächenschicht der Werkstücke aufgerauht, so dä;ß nach der bei den hohen Glühkammertemperaturen
einsetzenden. Reduktion eine z. B. für die Emailhaftung besser geeignete Oberfläche
gebildet wird.