EP0331929A1 - Verfahren zur Herstellung eines Schutzgases für die Wärmebehandlung von Eisen und Nichteisenmetallen - Google Patents
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- C21—METALLURGY OF IRON
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- 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 protective gas for the heat treatment of iron and non-ferrous metals, in which a hydrocarbon-containing fuel gas is burned with air in a jacket jet tube and reacted with vaporized methanol without a catalyst, according to the preamble of claim 1.
- Protective gas for the heat treatment of metals is conventionally produced in generators by burning combustion gases containing hydrocarbons. This type of production is very complex. A cheaper alternative is the reaction in jacket pipes, which is carried out with the help of catalysts.
- Sheathed jet pipes are used in industrial furnace construction to heat heat treatment systems with artificial atmospheres. They can be heated with gas or electrically.
- a jacket jet pipe consists essentially of three pipes, namely the outer jacket pipe for heating the furnace chamber, the inner or combustion pipe in which the combustion takes place and the gas supply pipe to the combustion chamber in the combustion pipe.
- a substoichiometric combustion in the jacket jet pipe would result in reducing components in the exhaust gas (protective gas), but would lead to sooting and to the burning of the pipes.
- Another way of generating protective gas is to spray nitrogen-methanol mixtures into the annealing furnace. At temperatures above 750 ° C, the methanol decomposes according to the equation CH3 OH ⁇ 2H2 + CO.
- a carburizing agent such as propane or natural gas can also be added to this cracked gas.
- This type of protective gas production is very inexpensive, but it requires an externally heated annealing furnace with operating temperatures above 750 ° C.
- the invention has for its object to provide a method which enables the production of protective gas by burning a hydrocarbon-containing fuel gas in a jacket jet tube even in those cases in which a substoichiometric combustion at furnace temperatures below 750 ° C is required and no external heat is supplied.
- the invention is based on the knowledge that it is possible to feed a nitrogen-methanol mixture in a sufficient quantity into the combustion chamber of a jacket jet pipe operated with a stoichiometric ratio of ⁇ equal to or close to 1, on the one hand to obtain a desired protective gas atmosphere without on the other hand Oven temperature of 750 ° C is required.
- the jacket jet In the case of stoichiometric combustion, on the other hand, the jacket jet always has temperatures above 750 ° C.
- the advantages of the method according to the invention lie above all in the annealing of non-ferrous metal, because it offers an inexpensive alternative to protective gas generated by the generator and to hydrogen-nitrogen mixtures.
- the method according to the invention is also suitable for bright annealing steel, but drying must be carried out afterwards.
- a jacket jet is shown in a very simplified form, in which natural gas is burned with air to generate protective gas.
- the natural gas is supplied through a gas supply pipe 1, which is surrounded concentrically by the combustion pipe 2.
- the combustion air flows through the combustion tube 2 and forms the flame 4 with the natural gas in the combustion chamber 3.
- the fuel tube 2 is surrounded concentrically on all sides by the jacket tube 5, but leaves the outlet from the fuel tube 2 free.
- the flue gases therefore flow back outside the combustion tube 2 and leave the jacket jet pipe through the nozzle 6 as a protective gas, which reaches the furnace directly at high temperature.
- a nitrogen-methanol mixture is sprayed into the combustion chamber 3.
- the amount of nitrogen-methanol is measured so that the combustion temperature in combustion chamber 3 does not drop below 750 ° C.
- the methanol could also be pumped into the jacket tube in pure form and sprayed into the combustion chamber 3.
- the combustion temperature in combustion chamber 3 is approximately 850 ° C.
- this shielding gas for example, copper can be bright annealed.
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Abstract
Die Erzeugung von Schutzgas zur Wärmebehandlung von Metallen erfolgt vielfach in Generatoren. Diese Erzeugungsart ist aufwendig. Einfacher ist es, zwecks Schutzgaserzeugung ein kohlenwasserstoffhaltiges Brenngas wie Erdgas oder Propan in einem Mantelstrahlrohr zu verbrennen. Diese Möglichkeit entfällt aber, wenn die Verbrennung unterstöchiometrisch erfolgen soll, durch die Verrußung also ein Endogas mit äußerer Wärmezufuhr erzeugt werden soll. Um in solchen Fällen die Schutzgaserzeugung im Mantelstrahlrohr weiterhin zu ermöglichen, führt man die Verbrennung stöchiometrisch durch und sprüht in den Verbrennungsraum (3) ein Gemisch aus Stickstoff und Methanol ein. Eine Verbrennungstemperatur von 750°C sollte dabei nicht unterschritten werden.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schutzgases für die Wärmebehandlung von Eisen und Nichteisenmetallen, bei dem ein kohlenwasserstoffhaltiges Brenngas in einem Mantelstrahlrohr mit Luft verbrannt und mit verdampften Methanol ohne Katalysator zur Reaktion gebracht wird, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
- Die Herstellung von Schutzgas für die Wärmebehandlung von Metallen erfolgt herkömmlich in Generatoren durch Verbrennung kohlenwasserstoffhaltiger Brenngase. Diese Herstellungsart ist sehr aufwendig. Eine kostengünstigere Alternative bietet die Reaktion in Mantelstrahlrohren, die mit Hilfe von Katalysatoren durchgeführt wird.
- Diese Alternative erfordert bei unterstöchiometrischer Verbrennung zur Herstellung von Endogas die Verbrennung unter äußerer Wärmezufuhr.
- Mantelstrahlrohre dienen im Industrieofenbau zur Beheizung von Warmbehandlungsanlagen mit künstlichen Atmosphären. Sie können mit Gas oder elektrisch beheizt werden. Ein Mantelstrahlrohr besteht im wesentlichen aus drei Rohren, nämlich dem äußeren Mantelrohr zur Beheizung des Ofenraumes, dem Innen- oder Brennrohr, in dem die Verbrennung stattfindet und dem Gaszuleitungsrohr zum Verbrennungsraum im Brennrohr. Eine unterstöchiometrische Verbrennung im Mantelstrahlrohr ergäbe zwar reduzierende Bestandteile im Abgas (Schutzgas), würde aber zu Verrußungen und zum Durchbrennen der Rohre führen. Eine weitere Möglichkeit zur Schutzgaserzeugung ist das Einsprühen von Stickstoff-Methanolgemischen in den Glühofen. Bei Temperaturen oberhalb 750°C zersetzt sich das Methanol hierbei nach der Gleichung
CH₃ OH → 2H₂ + CO. - Insbesondere zum Aufkohlen kann diesem Spaltgas noch ein Aufkohlungsmittel wie Propan oder Erdgas zugemischt werden. Diese Art der Schutzgaserzeugung ist zwar sehr preiswert, setzt aber einen fremdbeheizten Glühofen mit Betriebstemperaturen oberhalb 750°C voraus. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches die Schutzgasherstellung durch Verbrennung eines kohlenwasserstoffhaltigen Brenngases in einem Mantelstrahlrohr auch in solchen Fällen ermöglicht, in denen an sich eine unterstöchiometrische Verbrennung bei Ofentemperaturen unterhalb 750°C erforderlich ist und keine äußere Wärmezufuhr erfolgt.
- Insbesondere gilt dies für Buntmetallöfen, bei denen der Einsatz von reduzierenden Wasserstoff-Stickstoff-Gemischen zu teuer ist.
- Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 berücksichtigten Stand der Technik ist diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.
- Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es möglich ist, in den Verbrennungsraum eines mit einem stöchiometrischen Verhältnis von χ gleich oder nahe 1 betriebenen Mantelstrahlrohres ein Stickstoff-Methanolgemisch in genügend großer Menge einzuspeisen, um einerseits eine gewünschte Schutzgasatmosphäre zu erhalten, ohne daß andererseits eine Ofentemperatur von 750°C erforderlich wird. Im Mantelstrahlrohr herrschen bei stöchiometrischer Verbrennung dagegen immer Temperaturen über 750°C.
- Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen vor allem beim Glühen von Buntmetall, weil es eine kostengünstige Alternative zu generatorerzeugtem Schutzgas und zu Wasserstoff-Stickstoff-Gemischen bietet. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch zum Blankglühen von Stahl, allerdings muß hierbei eine Trocknung nachgeschaltet werden.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll anhand der beigefügten Zeichnung erläutert werden.
- In der Zeichnung ist in sehr vereinfachter Form ein Mantelstrahlrohr dargestellt, in welchem Erdgas mit Luft zur Schutzgaserzeugung verbrannt wird.
- Das Erdgas wird durch ein Gaszuleitungsrohr 1 zugeführt, welches konzentrisch vom Brennrohr 2 umgeben ist. Durch das Brennrohr 2 strömt die Verbrennungsluft, welche mit dem Erdgas im Vebrennungsraum 3 die Flamme 4 bildet. Hierbei ist ein stöchiometrisches Brennstoff-Luft-Verhältnis von χ = 1 eingestellt. Das Brennrohr 2 wird konzentrisch vom Mantelrohr 5 allseitig umgeben, läßt aber den Austritt aus dem Brennrohr 2 frei. Die Rauchgase strömen daher außerhalb des Brennrohres 2 zurück und verlassen das Mantelstrahlrohr durch den Stutzen 6 als Schutzgas, welches direkt mit hoher Temperatur in den Ofen gelangt.
- Erfindungsgemäß wird ein Stickstoff-Methanolgemisch in den Verbrennungsraum 3 eingesprüht. Hierzu dient das Sprührohr 7, welches innerhalb des Brennrohres 2 parallel zum Gaszuleitungsrohr 1 angeordnet ist und kurz vor dem Verbrennungsraum 3 mündet. Die Stickstoff-Methanolmenge wird dabei so bemessen, daß die Verbrennungstemperatur im Verbrennungsraum 3 nicht unter 750°C sinkt. Das Methanol könnte auch in reiner Form mittels einer Pumpe in das Mantelstrahlrohr gefördert und in den Verbrennungsraum 3 gesprüht werden. Eine ausreichend feine Verteilung des Methanols läßt sich hierbei jedoch nur schwer erreichen, weshalb die Zufuhr eines Stickstoff-Methanol-Gemisches bei weitem vorzuziehen ist.
- Nachfolgend ein Zahlenbeispiel:
4m³/h Erdgas der Zusammensetzung 81,3% CH₄, 14,4% N₂, 3,5% Cn/Hm und 0,8% CO₂ werden mit 33,52 m³/h Luft in dem in der Zeichnung dargestellten Mantelstrahlrohr verbrannt. Hierbei entstehen 37,452 m³/h Abgas, bestehend aus 3,628 m³/h CO₂, 6,848 m³/h H₂O und 26,976 m³N₂. - Die Verbrennungstemperatur im Verbrennungsraum 3 beträgt hierbei ca. 850°C.
- Erfindungsgemäß werden durch das Sprührohr 7 4 l/h Methanol mit 4m³/h N₂ in den Verbrennungsraum 3 eingesprüht. Hierbei zersetzt sich das Methanol zu H₂ und CO. Der Wasserstoff reagiert gleichzeitig gemäß der Wassergasreaktion H₂ + CO₂ ⇄ H₂O + CO mit dem Verbrennungsprodukt CO₂, so daß schließlich 37m³/h Abgas mit folgender Zusammensetzung in Vol.% erhalten wird:
7,2% CO₂ 9,1% H₂ 5,0% CO 14,5% H₂O 64,2% N₂ - Dieses Gas wird mit 100m³/h Stickstoff vermischt. Dieser Stickstoff wird flüssig in die Kühlstrecke eingesprüht, um die Temperatur zu senken. Es ergibt sich zum Glühen eine Schutzgasatmosphäre mit folgender Zusammensetzung:
1,9% CO₂ 2,5% H₂ 1,4% CO 3,9% H₂O 90,3% N₂ - Mit diesem Schutzgas kann beispielsweise Kupfer blankgeglüht werden.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung eines Schutzgases für die Wärmebehandlung von Eisen und Nichteisenmetallen, bei dem ein kohlenwasserstoffhaltiges Brenngas in einem Mantelstrahlrohr mit Luft verbrannt, mit verdampftem Methanol ohne Katalysator zur Reaktion gebracht und das auf diese Weise gebildete Abgas für die Erzeugung des Schutzgases verwendet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Gemisch aus Stickstoff und Methanol in den Verbrennungsraum (3) des Mantelstrahlrohres eingesprüht wird.
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Gemisch aus Stickstoff und Methanol in den Verbrennungsraum (3) des Mantelstrahlrohres eingesprüht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Verbrennungstemperatur von 750°C im Mantelstrahlrohr nicht unterschritten wird.
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Verbrennungstemperatur von 750°C im Mantelstrahlrohr nicht unterschritten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbrennung des kohlenwasserstoffhaltigen Brenngases bei einem stöchiometrischen Verhältnis von χ = 1 erfolgt.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbrennung des kohlenwasserstoffhaltigen Brenngases bei einem stöchiometrischen Verhältnis von χ = 1 erfolgt.
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