EP0106113A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Blankglühen von metallischen Werkstücken mit Stickstoff als Schutzgas - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Blankglühen von metallischen Werkstücken mit Stickstoff als Schutzgas Download PDF

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EP0106113A1
EP0106113A1 EP83108799A EP83108799A EP0106113A1 EP 0106113 A1 EP0106113 A1 EP 0106113A1 EP 83108799 A EP83108799 A EP 83108799A EP 83108799 A EP83108799 A EP 83108799A EP 0106113 A1 EP0106113 A1 EP 0106113A1
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bright annealing
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liquid nitrogen
protective gas
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Messer Griesheim GmbH
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING 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
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/56—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering characterised by the quenching agents
    • C21D1/613—Gases; Liquefied or solidified normally gaseous material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING 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
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for bright annealing metallic workpieces in a bright annealing furnace with a connected cooling section and nitrogen as a protective gas.
  • the workpieces are annealed under protective gas in bright annealing furnaces for workpieces made of steel, iron or non-ferrous metals.
  • Either exogas or nitrogen is used as the protective gas. If nitrogen is used, liquid nitrogen is evaporated in an air evaporator and, like the exogas, introduced at several points in the annealing furnace and the cooling section. The valuable cold of liquid nitrogen is lost unused.
  • the invention has for its object to improve the bright annealing process with nitrogen as a protective gas in such a way that the system costs are reduced while simultaneously utilizing the cold content of the liquid nitrogen and an increase in performance and at least with some metals an improvement in quality becomes possible.
  • the spray direction is preferably 15 ° to 20 ° deviating from the vertical and counter to the direction of movement of the annealing material. This results in an optimal heat exchange between the annealing material and liquid nitrogen, as well as excellent flow conditions for the evaporated nitrogen through the cooling section and the bright annealing furnace.
  • the nitrogen consumption is the same.
  • the liquid nitrogen is evaporated in the cooling section according to the invention, there is no need to set up an air evaporator.
  • an increase in performance is possible due to the greater cooling of the workpieces and an improvement in quality, at least for some metals. Because of the strong cooling of the workpieces in the method according to the invention, they no longer start after leaving the cooling section, in contrast to methods according to the prior art.
  • liquid nitrogen When using liquid nitrogen according to the invention, 152 kg / h of liquid nitrogen, which corresponds to 130 m 3 / h of gaseous nitrogen, were required.
  • the outlet temperature of the copper pipes or copper coils was only 95 ° C, so that the workpieces no longer started.
  • both the outlet temperature and the throughput can be varied in a simple manner. This is a particular advantage of the method according to the invention. If, on the other hand, one wanted to increase the throughput in the case of methods according to the prior art, the cooling section would have to be extended.
  • a bright annealing furnace 1 is shown in section, at the entrance of which an inlet section 2 and at the exit of which a cooling section 3 are connected.
  • the annealed material is conveyed on transport rollers 4 through the bright annealing furnace 1, the direction of movement of the annealed material is indicated by arrow 5.
  • Nitrogen serves as protective gas, which is supplied in liquid form from the insulated tank 6 and through the insulated line 7 to the bright annealing furnace 1. According to the invention, the liquid nitrogen is sprayed directly into the end region 8 of the cooling section 3 without prior evaporation.
  • the metering takes place by means of a regulating valve 9, and conventional conveying and monitoring devices, such as phase separators, thermometers and manometers, which are not shown in the drawing, are also provided.
  • the sprayed-in liquid nitrogen evaporates by heat exchange with the still hot annealing material, flows in gaseous form through the cooling section 3 and the bright annealing furnace 1 and leaves the system through the inlet section 2.
  • the direction of flow of the gaseous nitrogen is indicated by an arrow 10.
  • FIGS. 2 and 3 A preferred device for spraying the liquid nitrogen into the cooling section 3 is shown in FIGS. 2 and 3.
  • the nozzle assembly 12 is arranged in the ceiling 11, to which the liquid nitrogen is supplied through the control valve 9.
  • the nozzle assembly 12 there are bores which are arranged so that the liquid nitrogen deviates from the vertical at an angle of 15 ° opposite to the movement Direction of the annealing material 13 emerges, as shown in Figure 3.
  • the sprayed liquid nitrogen thus impinges almost perpendicularly on the annealing material 13, which causes an intensive heat exchange and rapid evaporation of the nitrogen.
  • a movement toward the annealing furnace 1 and the inlet section 2 is impressed on the nitrogen.
  • the invention is not limited to this device.
  • the exit angle of 15 ° can e.g. can also be achieved in that the inlet pipe for the liquid nitrogen in the cooling section 3 is angled accordingly.
  • Several nozzle assemblies can also be arranged one behind the other.

Abstract

In Bankglühöfen mit angeschlossener Kühlstrecke werden metallische Werkstücke unter Schutzgas geglüht. Als Schuzgas verwendet man Exogas oder Stickstoff. In letzteren Fall wird flüssiger Stickstoff verdampft und gasförmig an mehreren Stellen des Blankglühofens und der Kühlstrecke eingeleitet. Zwecks Verringerung der Anlagekosten, Leistungssteigerung und Qualitätsverbesserung wird der flüssige Stickstoff ohne vorherige Verdampfung im Endbereich der Kühlstrecke auf das Glühgut gesprüht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Blankglühen von metallischen Werkstücken in einem Blankglühofen mit angeschlossener Kühlstrecke und Stickstoff als Schutzgas.
  • In Blankglühöfen für Werkstücke aus Stahl, Eisen oder NE-Metallen werden die Werkstücke unter Schutzgas geglüht. Als Schutzgas verwendet man hierfür entweder Exogas oder Stickstoff. Im Falle der Stickstoffverwendung wird flüssiger Stickstoff in einem Luftverdampfer verdampft und ähnlich wie das Exogas an mehreren Stellen des Glühofens und der Kühlstrecke eingeleitet. Hierbei geht die wertvolle Kälte des flüssigen Stickstoffes ungenutzt verloren.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Blankglühverfahren mit Stickstoff als Schutzgas so zu verbessern, daß bei gleichzeitiger Ausnutzung des Kälteinhaltes des flüssigen Stickstoffes die Anlagekosten verringert und eine Leistungssteigerung und zumindest bei einigen Metallen eine Qualitätsverbesserung möglich wird.
  • Bei einem Verfahren zum Blankglühen von metallischen Werkstücken in einem Blankglühofen mit angeschlossener Kühlstrecke und Stickstoff als Schutzgas wird dies gemäß der Erfindung erreicht, indem der Stickstoff in flüssiger Form im Endbereich der Kühlstrecke auf das Glühgut gesprüht wird.
  • Die Sprührichtung beträgt vorzugsweise 15° bis 20° abweichend von der Vertikalen und entgegen der Bewegungsrichtung des Glühgutes. Hierbei ergibt sich ein optimaler Wärmeaustausch zwischen Glühgut und flüssigem Stickstoff, sowie ausgezeichnete Strömungsverhältnisse für den verdampften Stickstoff durch die Kühlstrecke und den Blankglühofen.
  • Gegenüber dem bisherigen Verfahren, bei dem der flüssige Stickstoff in einem Luftverdampfer verdampft wird, ist der Stickstoffverbrauch gleich. Da aber erfindungsgemäß der flüssige Stickstoff in der Kühlstrecke verdampft wird, erübrigt sich das Aufstellen eines Luftverdampfers. Gegenüber dem Verfahren mit Exogas oder gasförmigem Stickstoff als Schutzgas ist wegen der stärkeren Abkühlung der Werkstücke eine Leistungssteigerung möglich und zumindest bei einigen Metallen eine Qualitätsverbesserung. Wegen der starken Abkühlung der Werkstücke bei dem erfindungsgemäßen Verfahren laufen diese nämlich nach Verlassen der Kühlstrecke nicht mehr an, im Gegensatz zu Verfahren nach dem Stand der Technik.
  • Dies zeigen die nachfolgend beschriebenen Vergleichsversuche.
  • Es wurden jeweils 2000 kg/h gestreckte Kupferrohre oder 1500 kg/h aufgewickelte Kupfercoils geglüht. Bei Verwendung von Exogas wurden hierfür 130 m/h benötigt. Die Auslauftemperatur der Kupferrohre bzw. der Kupfercoils aus der Kühlstrecke betrug 140° C. Die Kupfercoils und die Kupferrohre liefen an.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Einsatz von flüssigem Stickstoff wurden 152 kg/h flüssiger Stickstoff, das entspricht 130 m3/h gasförmigem Stickstoff,benötigt. Die Auslauftemperatur der Kupferrohre oder Kupfercoils betrug nur 95° C, so daß die Werkstücke nicht mehr anliefen.
  • Durch entsprechende Dosierung des flüssigen Stickstoffes kann sowohl die Auslaustemperatur als auch die Durchsatzmenge in einfacher Weise variiert werden. Dies ist ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens. Wollte man dagegen bei Verfahren nach dem Stand der Technik die Durchsatzleistung steigern, so müßte die Kühlstrecke verlängert werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert werden.
  • Es zeigen
    • Fig.1 einen Schnitt durch einen Blankglühofen mit angeschlossener Kühlstrecke und Zufuhr von flüssigem Stickstoff in den Endbereich der Kühlstrecke,
    • Fig.2 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig.1,
    • Fig.3 einen Schnitt entlang der Linie B-B in Fig.2.
  • In Fig.1 ist im Schnitt einBlankglühofen 1 dargestellt, an dessen Eingang eine Einlaufstrecke 2 und an dessen Ausgang eine Kühlstrecke 3 angeschlossen sind. Das Glühgut wird auf Transportrollen 4 durch den Blankglühofen 1 gefördert, die Bewegungsrichtung des Glühgutes ist durch den Pfeil 5 angegeben. Als Schutzgas dient Stickstoff, der in flüssiger Form aus dem isolierten Tank 6 und durch die isolierte Leitung 7 dem Blankglühofen 1 zugeführt wird. Erfindungsgemäß wird der flüssige Stickstoff ohne vorherige Verdampfung direkt in den Endbereich 8 der Kühlstrecke 3 eingesprüht. Die Dosierung geschieht mittels eines Regulierventils 9, außerdem sind in der Zeichnung nicht dargestellte übliche Förder- und Überwachungseinrichtungen, wie Phasentrenner, Thermometer und Manometer, vorgesehen. Der eingesprühte flüssige Stickstoff verdampft durch Wärmeaustausch mit dem noch heißen Glühgut, strömt in gasförmiger Form durch die Kühlstrecke 3 und den Blankglühofen 1 und verläßt die Anlage durch die Einlaufstrecke 2. Die Strömungsrichtung des gasförmigen Stickstoffs ist durch einen Pfeil 10 angegeben.
  • Eine bevorzugte Vorrichtung zum Einsprühen des flüssigen Stickstoffes in die Kühlstrecke 3 ist in den Fig.2 und 3 dargestellt. Im Endbereich 8 der Kühlstrecke 3 ist in der Decke 11 der Düsenstock 12 angeordnet, dem durch das Regelventil 9 der flüssige Stickstoff zugeführt wird. In dem Düsenstock 12 befinden sich Bohrungen, die so angeordnet sind, daß der flüssige Stickstoff unter einem Winkel von 15° abweichend von der Vertikale entgegen der Bewegungsrichtung des Glühgutes 13 austritt, wie es in Fig.3 dargestellt ist. Der ausgesprühte flüssige Stickstoff prallt somit nahezu senkrecht auf das Glühgut 13 auf, was einen intensiven Wärmeaustausch und rasche Verdampfung des Stickstoffs bewirkt. Gleichzeitig wird dem Stickstoff jedoch eine Bewegung hin zum Glühofen 1 und zur Einlaufstrecke 2 aufgeprägt.
  • Die Erfindung ist nicht auf diese Vorrichtung beschränkt. Der Austrittswinkel von 15° kann z.B. auch dadurch erreicht werden, daß das Eintrittsrohr für den flüssigen Stickstoff in der Kühlstrecke 3 entsprechend abgewinkelt wird. Es können auch mehrere Düsenstöcke hintereinander angeordnet werden.

Claims (4)

1. Verfahren zum Blankglühen von metallischen Werkstücken in einem Blankglühofen (1) mit angeschlossener Kühlstrecke (3) und Stickstoff als Schutzgas,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stickstoff in flüssiger Form im Endbereich (8) der Kühlstrecke auf das Glühgut gesprüht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stickstoff unter einem Winkel von 15° bis 20° abweichend von der Vertikalen entgegen der Bewegungsrichtung (5) des Glühgutes (13) eingesprüht wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
mit einem Blankglühofen und einer angeschlossenen Kühlstrecke, gekennzeichnet durch einen im Endbereich (8) der Kühlstrecke (3) unter dessen Decke (11) quer zur Bewegungsrichtung (5) des Glühgutes (13) angeordneten Düsenstock (12) mit Düsen zum Aufsprühen von flüssigem Stickstoff auf das Glühgut.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Düsen unter einem Winkel von 15° bis 20° abweichend von der Vertikalen entgegen der Bewegungsrichtung des Glühgutes angeordnet sind.
EP83108799A 1982-09-21 1983-09-07 Verfahren und Vorrichtung zum Blankglühen von metallischen Werkstücken mit Stickstoff als Schutzgas Expired EP0106113B1 (de)

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