EP0331929B1

EP0331929B1 - Verfahren zur Herstellung eines Schutzgases für die Wärmebehandlung von Eisen und Nichteisenmetallen

Info

Publication number: EP0331929B1
Application number: EP89102430A
Authority: EP
Inventors: Gottfried Dipl.-Ing. Böhm
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1988-03-11
Filing date: 1989-02-13
Publication date: 1992-07-29
Anticipated expiration: 2009-02-13
Also published as: DE3808146A1; EP0331929A1; ATE78877T1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schutzgases für die Wärmebehandlung von Eisen und Nichteisenmetallen.
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.
Mantelstrahlrohe 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

CH₃DH → 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. Aus der DE-A-3 422 608 ist es ferner bekannt ein Schutzgas aus Stickstoff und Methanol mit Hilfe eines Mantelstrahlrohres herzustellen, indem das Methanol in einem vom Strahlrohr erhitzten und gegen die Ofenatmosphäre abgeschirmten Raum zersetzt und zusammen mit dem Stickstoff in den Ofeninnenraum geleitet wird. Das Strahlrohr wird hierbei elektrisch oder durch Verbrennen eines Brennstoffes beheizt.
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 keine äußere Wärmezufuhr erfolgt.
Insbesondere gilt dies für Buntmetallöfen, bei denen der Einsatz von reduzierenden Wasserstoff-Stickstoff-Gemischen zu teuer ist.
Das oben genannte Problem wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Lösungen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 und 3 offenbart.
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 m³/h N₂.
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

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, wobei ein Gemisch aus Stickstoff und Methanol in den Verbrennungsraum des Mantelstrahlrohres eingesprüht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
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.