EP0106961B1 - Verfahren zum Herstellen einer Gasatmosphäre für das Glühen metallischer Werkstücke - Google Patents

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EP0106961B1
EP0106961B1 EP83108017A EP83108017A EP0106961B1 EP 0106961 B1 EP0106961 B1 EP 0106961B1 EP 83108017 A EP83108017 A EP 83108017A EP 83108017 A EP83108017 A EP 83108017A EP 0106961 B1 EP0106961 B1 EP 0106961B1
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EP
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furnace
gas
annealing
interior
nitrogen
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EP83108017A
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Reinhard Dipl.-Ing. Strigl
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Linde GmbH
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Linde GmbH
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Publication date
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    • 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
    • C21D1/76—Adjusting the composition of the atmosphere

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a nitrogen and hydrogen-containing gas atmosphere for the annealing of metallic workpieces in an oven.
  • nitrogen and hydrogen are stored in storage containers, mixed in the required quantity in the gaseous state, and the mixture is fed into the interior of the furnace.
  • nitrogen can be stored in gaseous or liquid state depending on consumption.
  • the quantitative ratio of the nitrogen-hydrogen mixture can be varied as desired (usually a hydrogen fraction between 2% by volume and 30% by volume is selected), but hydrogen is relatively expensive as the supply gas.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method with which a gas mixture containing nitrogen and hydrogen for the annealing of workpieces in a furnace can be produced in a simple and economical manner.
  • This object is achieved according to the invention in that a gas mixture consisting of an inert gas and ammonia is introduced into the furnace interior and the furnace interior is heated to a temperature sufficient for the catalytic decomposition of the ammonia before the gas mixture is introduced.
  • the method according to the invention is based on the knowledge that ammonia is catalytically split into nitrogen and hydrogen in the interior of an annealing furnace, and in this way, together with additionally supplied nitrogen, a gas mixture suitable for the annealing treatment of workpieces can be formed within the furnace.
  • the furnaces used in the annealing process contain components that cause a catalytic breakdown of ammonia at a suitable temperature. Such components, usually made of chrome-nickel steels, are, for example, the furnace muffle or the conveyor belt. This means that there is a sufficient catalyst area in the interior of the furnace for the splitting of the ammonia.
  • the furnace itself therefore functions as a gas generator.
  • a nitrogen-hydrogen mixture can be provided in the heat treatment furnace, which is less expensive than a gas mixture produced in a cracked gas generator or by mixing the gases stored in component form.
  • the proportion of ammonia in the ammonia-nitrogen mixture can be easily adjusted based on the known ratio in the cracked gas and depends on the desired hydrogen content in the annealing furnace atmosphere.
  • the interior of the furnace is heated to a temperature above 500 ° C. for the process according to the invention.
  • nitrogen is expediently used as the inert gas, which is also easy to store.
  • a gas consisting of hydrocarbons for example natural gas or propane, is passed into the furnace in addition to the nitrogen-ammonia mixture.
  • the method according to the invention can be applied particularly advantageously to the annealing of chromium-nickel steels, since in this case the annealing material itself acts as a catalyst for the splitting of the ammonia. It can also be used for the annealing of other steels and non-ferrous metals such as use when glowing nickel silver parts.
  • the process according to the invention can also be used for the annealing of other materials which have to be annealed at a temperature above 500 ° C.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Stickstoff und Wasserstoff enthaltenden Gasatmosphäre für das Glühen metallischer Werkstücke in einem Ofen.
  • Zum Glühen von Werkstücken, beispielsweise zum Blankglühen, Rekristallisationsglühen, Spannungsfreiglühen u.ä. wird neben EXO-Gas als Schutzgas üblicherweise ein aus einem Inertgas wie Stickstoff und einem reduzierenden Gas wie Wasserstoff bestehendes Gasgemisch eingesetzt. Stickstoff-Wasserstoff-Gasmischungen werden herkömmlicherweise nach einem der beiden folgenden Verfahren hergestellt:
    • Die eine Möglichkeit ist die Herstellung eines Stickstoff-Wasserstoff-Gemisches durch Spalten von Ammoniak in einem Spaltgasgenerator.Das Ammoniak-Spaltgas wird erzeugt, indem Ammoniak in diesem Generator über einen auf ca. 900° C erwärmten Nickelkatalysator geleitet wird. Dabei entsteht ein Gasgemisch, das aus 75 Vol.-% Wasserstoff und 25 Vol.-% Stickstoff besteht. In vielen Anwendungsfällen ist ein derartig hoher Anteil an Wasserstoff nicht notwendig. Aus diesem Grund wird das im Spaltgasgenerator erzeugte Gasgemisch häufig durch Zumischen von Stickstoff verdünnt. Die Anschaffung und Instandhaltung von Spaltgasgeneratoren ist aber sehr kostenaufwendig.
  • Der Einsatz eines Generators erübrigt sich bei dem zweiten Verfahren, das bisher zur Herstellung von Stickstoff-Wasserstoff-Gasgemischen verwendet wurde: Dabei werden Stickstoff und Wasserstoff in Vorratsbehältern gespeichert, in gasförmigem Zustand im erforderlichen Mengenverhältnis gemischt und das Gemisch wird in den Ofeninnenraum geleitet. Stickstoff kann in diesem Fall je nach Verbrauch in gasförmigem oder flüssigem Zustand gespeichert werden. Bei diesem Verfahren kann das Mengenverhältnis des Stickstoff-Wasserstoff-Gemisches zwar beliebig variiert werden (üblicherweise wird ein Wasserstoffanteil zwischen 2 Vol.-% und 30 Vol.-% gewählt), jedoch ist Wasserstoff als Liefergas relativ teuer.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein Stickstoff und Wasserstoff enthaltendes Gasgemisch für das Glühen von Werkstücken in einem Ofen auf einfache und wirtschaftliche Weise hergestellt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in den Ofeninnenraum ein aus einem Inertgas und Ammoniak bestehendes Gasgemisch eingeleitet wird und der Ofeninnenraum vor dem Einleiten des Gasgemisches auf eine zur katalytischen Spaltung des Ammoniaks ausreichende Temperatur erhitzt wird.
  • Erfindungsgemäss ist weder ein Spaltgasgenerator noch die Lieferung bzw. Speicherung von Wasserstoff erforderlich. Das erfindungsgemässe Verfahren beruht auf der Erkenntnis, dass Ammoniak im Innenraum eines Glühofens katalytisch in Stickstoff und Wasserstoff gespalten und auf diese Weise zusammen mit zusätzlich zugeführtem Stickstoff ein für die Glühbehandlung von Werkstücken geeignetes Gasgemisch innerhalb des Ofens gebildet werden kann. Die beim Glühen eingesetzten Öfen enthalten Bauteile, die bei einer geeigneten Temperatur eine katalytische Spaltung von Ammoniak bewirken. Derartige, üblicherweise aus Chrom-Nickelstählen gefertigte Bauteile sind beispielsweise die Ofenmuffel oder das Förderband. Somit ist im Ofeninnenraum eine für die Spaltung des Ammoniaks ausreichend grosse Katalysatorfläche vorhanden. Beim erfindungsgemässen Verfahren fungiert demnach der Ofen selbst als Gasgenerator.
  • Durch das erfindungsgemässe Verfahren kann im Wärmebehandlungsofen ein Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch bereitgestellt werden, das kostengünstiger ist als ein in einem Spaltgasgenerator oder durch Mischen der in Komponentenform gespeicherten Gase hergestelltes Gasgemisch.
  • Der Anteil des Ammoniaks im Ammoniak-Stickstoff-Gemisch kann anhand des bekannten Mengenverhältnisses im Spaltgas leicht eingestellt werden und richtet sich nach dem gewünschten Wasserstoffgehalt in der Glühofenatmosphäre.
  • Bestehen die die katalytische Spaltung bewirkenden Teile des Ofens aus Chrom-Nickelstählen, so wird der Ofeninnenraum für das erfindungsgemässe Verfahren auf eine oberhalb von 500° C liegende Temperatur erhitzt.
  • Wegen seiner Verfügbarkeit sowie des relativ niedrigen Preises wird als Inertgas zweckmässigerweise Stickstoff verwendet, der zudem einfach zu speichern ist.
  • In einer vorteilhaften Variante der Erfindung, die ein kohlungsneutrales Glühen von Werkstücken ermöglicht, wird zusätzlich zum Stickstoff-Ammoniak-Gemisch ein aus Kohlenwasserstoffen bestehendes Gas, beispielsweise Erdgas oder Propan, in den Ofen geleitet.
  • Besonders vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemässe Verfahren auf das Glühen von Chrom-Nickelstählen anwenden, da das Glühgut in diesem Fall selbst als Katalysator für die Spaltung des Ammoniaks wirkt. Es lässt sich aber auch beim Glühen von anderen Stählen und bei NE-Metallen wie z.B. beim Glühen von Neusilberteilen einsetzen.
  • Eine weitere günstige Anwendung dieses erfindungsgemässen Verfahrens ist in Anspruch 6 angegeben.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren kann aber auch zum Glühen anderer Materialien verwendet werden, die bei einer Temperatur über 500° C reduzierend geglüht werden müssen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Herstellen einer Stickstoff und Wasserstoff enthaltenden Gasatmosphäre für das Glühen metallischer Werkstücke in einem Ofen, dadurch gekennzeichnet, dass in den Ofeninnenraum ein aus einem Inertgas und Ammoniak bestehendes Gasgemisch eingeleitet wird und der Ofeninnenraum vor dem Einleiten des Gasgemisches auf eine zur katalytischen Spaltung des Ammoniaks ausreichende Temperatur erhitzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ofeninnenraum auf eine oberhalb ca. 500° C liegende Temperatur erhitzt. wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das inerte Gas Stickstoff ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ofeninnenraum zusätzlich ein aus Kohlenwasserstoffen bestehendes Gas zugeführt wird.
5. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auf das Glühen von Stahlteilen und NE-Metallteilen.
6. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auf das isotherme Glühen von Gesenkschmiedeteilen oder von Teilen aus Grauguss (GG), Sphäroguss (GGG), Stahlguss (GGS) oder Temperguss (GGT).
EP83108017A 1982-08-18 1983-08-12 Verfahren zum Herstellen einer Gasatmosphäre für das Glühen metallischer Werkstücke Expired EP0106961B1 (de)

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