EP1842930A1 - Verfahren zur Wärmebehandlung - Google Patents

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Publication number
EP1842930A1
EP1842930A1 EP06015702A EP06015702A EP1842930A1 EP 1842930 A1 EP1842930 A1 EP 1842930A1 EP 06015702 A EP06015702 A EP 06015702A EP 06015702 A EP06015702 A EP 06015702A EP 1842930 A1 EP1842930 A1 EP 1842930A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat treatment
injected
propellant gas
furnace
atmosphere
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06015702A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerd Waning
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
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Priority to PL07006603T priority patent/PL1842931T3/pl
Priority to ES07006603T priority patent/ES2462543T3/es
Priority to US11/732,317 priority patent/US7955450B2/en
Priority to BRPI0702253-0A priority patent/BRPI0702253B1/pt
Publication of EP1842930A1 publication Critical patent/EP1842930A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B9/00Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
    • F27B9/30Details, accessories or equipment specially adapted for furnaces of these types
    • F27B9/3005Details, accessories or equipment specially adapted for furnaces of these types arrangements for circulating gases
    • F27B9/3011Details, accessories or equipment specially adapted for furnaces of these types arrangements for circulating gases arrangements for circulating gases transversally
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING 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
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C21D1/767Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material with forced gas circulation; Reheating thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING 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
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0056Furnaces through which the charge is moved in a horizontal straight path
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D7/00Forming, maintaining or circulating atmospheres in heating chambers
    • F27D7/02Supplying steam, vapour, gases or liquids

Definitions

  • the invention relates to a method for heat treating workpieces in a heat treatment furnace, wherein the treatment atmosphere is circulated in the heat treatment furnace.
  • the treatment atmosphere is circulated by fans to improve the homogeneity of the atmosphere within the furnace. Furthermore, it should be achieved by a faster mass transfer between the furnace atmosphere and the heat treatment.
  • a continuous furnace in which by blowing the treatment gas in the furnace interior a defined gas flow in or against the passage direction of the material to be treated, ie parallel to the longitudinal direction of the furnace is generated.
  • the gas flow is preferably oriented so that the advance of false air at critical points is prevented as possible.
  • Object of the present invention is therefore to provide a method for heat treatment, which avoids the problems associated with the circulation of the treatment atmosphere by fans as possible.
  • This object is achieved by a method of the type mentioned above, wherein a propellant gas is injected into the heat treatment furnace, that the treatment atmosphere is circulated substantially by the injected propellant gas.
  • propellant gas is injected into the heat treatment furnace.
  • the Einstrahlorte and the irradiation directions of the various propellant jets are chosen so that the best possible circulation of the treatment atmosphere takes place in the heat treatment furnace.
  • additional measures for circulating the treatment atmosphere can essentially be dispensed with.
  • the atmosphere in the heat treatment furnace is circulated only by the injected propellant gas.
  • the atmosphere in the heat treatment furnace is circulated only by the injected propellant gas.
  • fans as they are previously used for this purpose, can be dispensed with.
  • the invention thus represents a largely maintenance-free replacement for the previously conventional fan systems.
  • the maintenance and repair costs can be significantly reduced.
  • the propellant gas is injected substantially transversely to the longitudinal direction of the heat treatment furnace.
  • the initially mentioned method according to the EP 0 355 520 B1 is only applicable in the cooling zone of the continuous furnace, but not in the actual furnace chamber.
  • the cooling zone is relatively long, but has only a very small transverse extent, so that a longitudinal flow can be well produced.
  • the furnace or treatment room in which the actual heat treatment takes place is much higher and has numerous installations.
  • the atmosphere in the treatment room has a different composition, in particular a higher viscosity. Because of these factors, it would be difficult to do with the method according to the EP 0 355 520 B1 cause a defined longitudinal flow in the treatment room. A circulation of the atmosphere is not achieved anyway by the gas flow orientation proposed in this document.
  • the propellant gas is injected transversely to the furnace longitudinal direction, ie in a continuous furnace transverse to the direction of passage of the workpieces to be treated.
  • the angle between the Eindüsraum of the propellant gas and the Oven longitudinal direction more than 45 °, more preferably more than 60 °, most preferably more than 80 °.
  • the propellant is injected at high speed, preferably at a rate of more than 50 m / s, more preferably more than the speed of sound, in the heat treatment furnace. Due to the high exit velocity of the propellant gas surrounding the propellant nozzle and the propellant gas atmosphere is entrained and achieved an increased circulation.
  • the motive nozzle is designed so that the ratio of injected propellant gas quantity to entrained gas amount is as large as possible, preferably between 1 to 20 and 1 to 60.
  • the propellant is injected at a pressure between 2 and 20 bar, preferably between 2 and 10 bar in the heat treatment furnace. It has been shown that the choice of high pressures also a more uniform distribution of the treatment atmosphere is achieved.
  • Nitrogen has the advantage that, in most treatment atmospheres, it always occurs or has to be added as an inert constituent. In principle, it is also possible to inject air as a propellant gas. It must be ensured that the Injected amount of air in a reasonable ratio to the total amount of inert gas and the other supplied media, such as hydrocarbons, is.
  • a heat treatment furnace usually has different furnace zones, for example an inlet zone, the actual treatment room in which the material to be treated is exposed under defined conditions to a defined atmosphere, and a cooling and outlet zone.
  • the invention is particularly suitable for circulating the atmosphere in the treatment room of a heat treatment furnace.
  • the propellant gas nozzles are arranged so that the propellant jets ejected from them influence each other so that the atmosphere is circulated as well as possible.
  • hydrocarbon carrier preferably in liquid form
  • the hydrocarbon carrier can be injected together with the carrier gas or fed via separate nozzles.
  • the hydrocarbon carrier is injected under high pressure of more than 50 bar, preferably more than 100 bar, in the heat treatment furnace. Due to the high pressure, the hydrocarbon carrier atomizes after injection and is finely dispersed in the furnace atmosphere. The improved mixing of the hydrocarbon carrier with the atmosphere significantly reduces soot formation.
  • the injection of the hydrocarbon carrier under high pressure makes it possible to use liquid-phase atmospheric-forming hydrocarbons.
  • high pressures of more than 200 bar and / or pulsed introduction are advantageous. Both measures achieve an improved momentum effect on the surrounding atmosphere.
  • the invention thus also allows the use of higher-value hydrocarbons.
  • gaseous hydrocarbon carriers are fed to the heat treatment furnace under low pressure and distributed by means of a propellant gas in the furnace chamber.
  • the hydrocarbon carrier is so in the intake fed to a propellant nozzle, that this is entrained and swirled by the injected under high pressure and at high speed propellant gas.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Werkstücken in einem Wärmebehandlungsofen, wobei die Behandlungsatmosphäre in dem Wärmebehandlungsofen umgewälzt wird. Erfindungsgemäß wird ein Treibgas so in den Wärmebehandlungsofen eingedüst, dass die Behandlungsatmosphäre im Wesentlichen durch das eingedüste Treibgas umgewälzt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Werkstücken in einem Wärmebehandlungsofen, wobei die Behandlungsatmosphäre in dem Wärmebehandlungsofen umgewälzt wird.
  • In vielen Wärmebehandlungsöfen wird die Behandlungsatmosphäre mit Ventilatoren umgewälzt, um die Homogenität der Atmosphäre innerhalb der Ofenanlage zu verbessern. Desweiteren soll dadurch ein rascherer Stoffaustausch zwischen der Ofenatmosphäre und dem Wärmebehandlungsgut erreicht werden.
  • Betrieb, Wartung und Instandhaltung dieser Ventilatorensysteme verursachen beim Betreiber der Ofenanlage oftmals erhebliche Kosten. Auch können durch Unwuchten an den Ventilatoren in dem Wärmebehandlungsofen Vibrationen hervorgerufen werden, die die Ofenkonstruktion, beispielsweise Muffeln, Retorten, Heizelemente oder die Ausmauerung, schädigen können.
  • Aus der EP 0 355 520 B1 ist ein Durchlaufofen bekannt, bei dem durch Einblasen des Behandlungsgases im Ofeninnenraum eine definierte Gasströmung in oder gegen die Durchlaufrichtung des Behandlungsgutes, d.h. parallel zur Längsrichtung des Ofens, erzeugt wird. Die Gasströmung wird dabei vorzugsweise so ausgerichtet, dass das Vordringen von Falschluft an kritische Stellen möglichst verhindert wird.
  • Durch diese bekannte Verfahrensweise wird zwar eine Hauptströmungsrichtung im Ofen hervorgerufen, allerdings keine Umwälzung der Atmosphäre in sich. Das heißt, die Homogenität der Atmosphäre im Ofeninneren wird nicht erhöht. Im Gegenteil, die Gasströmung erzeugt im Ofen gezielt ein Konzentrationsgefälle.
  • Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Wärmebehandlung aufzuzeigen, welches die mit der Umwälzung der Behandlungsatmosphäre durch Ventilatoren verbundenen Probleme möglichst vermeidet.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei ein Treibgas so in den Wärmebehandlungsofen eingedüst wird, dass die Behandlungsatmosphäre im Wesentlichen durch das eingedüste Treibgas umgewälzt wird.
  • Erfindungsgemäß wird in den Wärmebehandlungsofen Treibgas eingestrahlt. Die Einstrahlorte und die Einstrahlrichtungen der verschiedenen Treibgasstrahlen werden so gewählt, dass eine möglichst gute Umwälzung der Behandlungsatmosphäre in dem Wärmebehandlungsofen stattfindet. Bei geeigneter Anordnung der für die Einstrahlung des Treibgases vorgesehenen Treibgasdüsen kann auf zusätzliche Maßnahmen zur Umwälzung der Behandlungsatmosphäre im Wesentlichen verzichtet werden.
  • Vorzugsweise wird die Atmosphäre in dem Wärmebehandlungsofen nur durch das eingedüste Treibgas umgewälzt. Auf Ventilatoren, wie sie bisher zu diesem Zweck eingesetzt werden, kann verzichtet werden. Die Erfindung stellt damit einen weitgehend wartungsfreien Ersatz für die bisher üblichen Ventilatorsysteme dar. Die Wartungs- und Instandhaltungskosten können wesentlich abgesenkt werden.
  • Von Vorteil wird das Treibgas im Wesentlichen quer zur Längsrichtung des Wärmebehandlungsofens eingedüst. Das eingangs erwähnte Verfahren gemäß der EP 0 355 520 B1 ist nur in der Kühlzone des Durchlaufofens, dagegen nicht im eigentlichen Ofenraum anwendbar. Die Kühlzone ist relativ lang, hat aber nur eine sehr geringe Querausdehnung, so dass eine Längsströmung gut erzeugt werden kann. Der Ofen- oder Behandlungsraum, in dem die eigentliche Wärmebehandlung stattfindet, ist dagegen wesentlich höher und besitzt zahlreiche Einbauten. Zudem hat die Atmosphäre im Behandlungsraum eine andere Zusammensetzung, insbesondere eine höhere Viskosität. Aufgrund dieser Faktoren wäre es nur schwer möglich, mit dem Verfahren gemäß der EP 0 355 520 B1 im Behandlungsraum eine definierte Längsströmung hervorzurufen. Eine Umwälzung der Atmosphäre wird durch die in diesem Dokument vorgeschlagene Ausrichtung der Gasströmung ohnehin nicht erreicht.
  • Von Vorteil wird daher das Treibgas quer zur Ofenlängsrichtung, d.h. bei einem Durchlaufofen quer zur Durchlaufrichtung der zu behandelnden Werkstücke, eingedüst. Bevorzugt beträgt der Winkel zwischen der Eindüsrichtung des Treibgases und der Ofenlängsrichtung mehr als 45°, besonders bevorzugt mehr als 60°, ganz besonders bevorzugt mehr als 80°. Auf diese Weise werden Atmosphärenumwälzungen hervorgerufen, die sich nicht über den gesamten Innenraum des Wärmebehandlungsofens erstrecken, sondern auf bestimmte Teilbereiche beschränkt sind. In diesen Teilbereichen wird eine weitgehend homogene Atmosphäre erzeugt und, aufgrund der Umwälzung, die Wechselwirkung zwischen dem Behandlungsgut und der Atmosphäre verstärkt.
  • Es hat sich gezeigt, dass auch bei Winkeln zwischen 15 und 40°, bevorzugt zwischen 20 und 35°, besonders bevorzugt zwischen 25 und 30°, bei geeigneter Anordnung der Treibdüsen eine gute Umwälzung der Ofenatmosphäre erzielt werden kann.
  • Von Vorteil wird das Treibgas mit hoher Geschwindigkeit, bevorzugt mit einer Geschwindigkeit von mehr als 50 m/s, besonders bevorzugt mehr als Schallgeschwindigkeit, in den Wärmebehandlungsofen eingedüst. Durch die hohe Austrittsgeschwindigkeit des Treibgases wird die die Treibgasdüse und den Treibgasstrahl umgebende Atmosphäre mitgerissen und eine verstärkte Umwälzung erzielt.
  • Vorzugsweise wird die Treibdüse so ausgelegt, dass das Verhältnis von eingedüster Treibgasmenge zu mitgerissener Gasmenge möglichst groß wird, vorzugsweise zwischen 1 zu 20 und 1 zu 60 liegt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Treibgas mit einem Druck zwischen 2 und 20 bar, bevorzugt zwischen 2 und 10 bar in den Wärmebehandlungsofen eingedüst. Es hat sich gezeigt, dass durch die Wahl hoher Drücke ebenfalls eine gleichmäßigere Verteilung der Behandlungsatmosphäre erreicht wird.
  • Ebenso hat sich eine gepulste Einbringung des Treibgases bewährt.
  • Als Treibgas wird von Vorteil gasförmiger Stickstoff verwendet. Stickstoff hat den Vorteil, dass dieser in den meisten Behandlungsatmosphären ohnehin als inerter Bestandteil vorkommt oder zugeführt werden muss. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, Luft als Treibgas einzudüsen. Hierbei ist darauf zu achten, dass die eingedüste Luftmenge in einem sinnvollen Verhältnis zur Gesamtmenge an Schutzgas sowie den anderen zugeführten Medien, beispielsweise Kohlenwasserstoffen, steht.
  • Ein Wärmebehandlungsofen weist in der Regel verschiedene Ofenzonen auf, beispielsweise eine Einlaufzone, den eigentlichen Behandlungsraum, in dem das Behandlungsgut unter definierten Bedingungen einer definierten Atmosphäre ausgesetzt wird, und eine Kühl- und Auslaufzone. Die Erfindung eignet sich insbesondere, um die Atmosphäre im Behandlungsraum eines Wärmebehandlungsofens umzuwälzen.
  • Vorzugsweise werden die Treibgasdüsen so angeordnet, dass sich die von diesen ausgestoßenen Treibgasstrahlen gegenseitig so beeinflussen, dass die Atmosphäre möglichst gut umgewälzt wird.
  • Es hat sich weiter als günstig erwiesen, zusätzlich einen Kohlenwasserstoffträger, bevorzugt in flüssiger Form, in den Wärmebehandlungsofen einzudüsen. Der Kohlenwasserstoffträger kann gemeinsam mit dem Trägergas eingedüst oder über separate Düsen zugeführt werden.
  • Vorzugsweise wird der Kohlenwasserstoffträger unter hohem Druck von mehr als 50 bar, bevorzugt mehr als 100 bar, in den Wärmebehandlungsofen eingedüst. Aufgrund des hohen Drucks zerstäubt der Kohlenwasserstoffträger nach dem Eindüsen und wird in der Ofenatmosphäre fein verteilt. Durch die verbesserte Vermischung des Kohlenwasserstoffträgers mit der Atmosphäre wird die Russbildung deutlich verringert.
  • Das Eindüsen des Kohlenwasserstoffträgers unter hohem Druck erlaubt es, flüssigphasige atmosphärenbildende Kohlenwasserstoffe einzusetzen. Hierbei sind insbesondere hohe Drücke von mehr als 200 bar und/oder ein gepulstes Einbringen von Vorteil. Durch beide Maßnahmen wird eine verbesserte Impulswirkung auf die umgebende Atmosphäre erreicht. Die Erfindung ermöglicht damit auch den Einsatz von höherwertigen Kohlenwasserstoffen.
  • Insbesondere gasförmige Kohlenwasserstoffträger werden dem Wärmebehandlungsofen unter niedrigem Druck zugeführt und mittels eines Treibgases im Ofenraum verteilt. Hierzu wird der Kohlenwasserstoffträger so im Einsaugbereich einer Treibgasdüse zugeführt, dass dieser von dem unter hohem Druck und mit hoher Geschwindigkeit eingedüsten Treibgas mitgerissen und verwirbelt wird.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Wärmebehandlung von Werkstücken in einem Wärmebehandlungsofen, wobei die Behandlungsatmosphäre in dem Wärmebehandlungsofen umgewälzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Treibgas so in den Wärmebehandlungsofen eingedüst wird, dass die Behandlungsatmosphäre im Wesentlichen durch das eingedüste Treibgas umgewälzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungsatmosphäre nur durch das eingedüste Treibgas umgewälzt wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibgas im Wesentlichen quer zur Längsrichtung des Wärmebehandlungsofens eingedüst wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibgas mit einer Geschwindigkeit von mehr als 50 m/s, bevorzugt mehr als Schallgeschwindigkeit, in den Wärmebehandlungsofen eingedüst wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibgas mit einem Druck zwischen 2 und 20 bar, vorzugsweise zwischen 2 und 10 bar, in den Wärmebehandlungsofen eingedüst wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibgas gepulst in den Wärmebehandlungsofen eingedüst wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Stickstoff als Treibgas in den Wärmebehandlungsofen eingedüst wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Kohlenwasserstoffträger, bevorzugt in gasförmiger oder flüssiger Form, in den Wärmebehandlungsofen eingedüst wird.
EP06015702A 2006-04-04 2006-07-27 Verfahren zur Wärmebehandlung Withdrawn EP1842930A1 (de)

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ES07006603T ES2462543T3 (es) 2006-04-04 2007-03-29 Método de tratamiento térmico
US11/732,317 US7955450B2 (en) 2006-04-04 2007-04-03 Method for heat treatment
BRPI0702253-0A BRPI0702253B1 (pt) 2006-04-04 2007-04-03 processo de tratamento térmico de peças em um forno de tratamento térmico

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