EP2336372B1 - Verfahren und Einrichtung zur Regelung von Prozessgasen für Wärmebehandlungen von metallischen Werkstoffen/Werkstücken in Industrieöfen - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Regelung von Prozessgasen für Wärmebehandlungen von metallischen Werkstoffen/Werkstücken in Industrieöfen Download PDF

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EP2336372B1
EP2336372B1 EP10015290.9A EP10015290A EP2336372B1 EP 2336372 B1 EP2336372 B1 EP 2336372B1 EP 10015290 A EP10015290 A EP 10015290A EP 2336372 B1 EP2336372 B1 EP 2336372B1
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EP
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gas
pressure
valve
combustion
purging
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EP2336372A2 (de
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Hendrik Dr. Grobler
Bernd Dr. Edenhofer
Jens Bechthold
Thomas Eversmann
Dirk Joritz
Nils Bernhagen
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Ipsen International 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
    • C21D11/00—Process control or regulation for heat treatments
    • 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
    • C21D1/763—Adjusting the composition of the atmosphere using a catalyst
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C8/20—Carburising

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling process gases for heat treatment of metallic materials / workpieces in industrial furnaces having at least one treatment space, at least one Abbrandstelle with gas-tight sealable valve and a pressure control, wherein at least one component of the respective process gas in at least one process relevant Range of dimensions is processed.
  • the process effect of the gas flow in industrial furnaces has been improved by supplying a hydrocarbon as required for carburization and protecting the C potential in the shielding gas and eliminating non-controllable and / or undesired reactions in order to save protective gas and reduce heating energy losses.
  • the components of carbon dioxide, oxygen and water vapor with a supplied hydrocarbon back to carbon monoxide and hydrogen, namely catalytically supported.
  • the reprocessing of already "spent" inert gas, ie a protective gas with a low C potential is achieved.
  • the C potential regulation takes place in the processing chamber of the treatment chamber.
  • the "treated" protective gas can then be fed back into the treatment chamber at one or more points, so that a real cycle process for the gas carburization sets.
  • the protective gas is no longer burned regularly, but fed back to the heating chamber by recirculation, after it has undergone an intermediate step, the treatment in an internal or external treatment room. It is thus no longer flushed as before, but reused.
  • the invention has for its object to provide a method and a device for controlling process gases for heat treatment of metallic materials / workpieces in industrial ovens of the type mentioned, in which the Abbrandstelle is opened only in response to process gas related needs, in compliance both the safety as well as the process gas-saving conditions, this being solved by an arrangement of valves and valves, which release different and process-related burnup quantities.
  • the rinsing fumigation (cf step one) can be activated and adjusted.
  • the method is further developed in that at a large pressure increase in a fifth step, a pressure flap of Abbrandstelle controlled to release pressure over a fixed limit is opened.
  • the process requires the setting of a C-level, it can be regulated independently of the pressure control of the furnace control by at least one C-potential controller and adjusted via a gas and air supply.
  • the method can be used for batch heat treatments or for heat treatment of metallic materials / workpieces in industrial furnaces (1) that work according to the piercing principle.
  • the activated in the fourth step Spülbegasung can be adjusted before a batch movement, a batch change or the loading of a batch.
  • the controlled Spülbegasung can be activated until a purge time expired or a selected CO content is reached.
  • the purge purge request may be initiated from the furnace control to relieve the furnace chamber of foreign gas residuals.
  • the method is particularly suited for use in inert gas recirculation systems where, for gas carburization in an internal or external processing room of the industrial furnace, the components carbon dioxide, oxygen and water vapor react with a hydrocarbon feed to recirculate carbon monoxide and hydrogen.
  • an overpressure flap of the burn-off point is opened, which in itself is ideally closed in a gastight manner during steps one to four.
  • the mentioned processing space of the industrial furnace can be used both in accordance with DE 10 2008 029 001.7 B1 internally or according to the DE 10 2009 038 598.3 be formed externally, wherein the latter is a generation and enrichment of a protective gas as a separate preparation and separated from the batch.
  • the gastight sealable overpressure flap of Abbrandstelle for controlled pressure reduction completes the device.
  • a manual valve is provided in order to generate an at least necessary for the maintenance of the atmospheric composition loss gas by gas erosion.
  • the device comprises valves as solenoid valves or adjustable valves, which are controlled depending on the process state in the oven and release the flow to Abbrandstelle. In different combustion strands so different amounts of gas can be burned. Depending on the program step, furnace pressure and the atmosphere composition, different valves are activated and so only the minimum required amount of gas is burned off. In the event of a malfunction, all valves release the passage and thus enable a quick rinsing out of the oven chamber.
  • the furnace pressure regulation takes place via the controlled addition of a gas mixture. Normally, the burning point is closed by means of the overpressure flap. For pressure control, the furnace pressure is constantly detected and fed to the required for holding the pressure mixture amount.
  • the maximum possible gas mixture quantity is supplied when a minimum furnace pressure is not reached until a set opening time of the valves has expired or a preset furnace pressure has been reached.
  • the control of the Abbrandventile takes place here analogous to the furnace pressure control.
  • FIG. 1 is shown schematically in one embodiment, an industrial furnace 1 with a treatment room 2.
  • the treatment chamber 2 is connected to a control 5 via a pressure gauge 5.1 in connection, the control 5 both request signals for a Spülbegasung from a conventional furnace control 9 and receives signals from a C-potential controller 3 and the pressure gauge 5.1 on the furnace pressure. Furthermore, the controller 5 receives values from a CO analyzer 8.
  • the control gives signals for opening or closing a, e.g. as a solenoid valve Abbrandventils 4.1, a Abbrandstelle 4 and signals of a. designed as a solenoid valve fresh gas valve. 7
  • rinsing fumigation (see step 1) is activated and regulated before, for example, door and batch movement.
  • an overpressure flap 4.3 controlled to release pressure can be opened beyond a fixed limit value.
  • An associated manual valve 4.2 with shut-off valve 4.4 allows by appropriate slide positions the continuous burning of a small amount of exhaust gas.
  • the invention makes it possible that the Abbrandstelle 4 is opened only in response to process gas-related needs, in compliance with both the safety conditions and the environmentally friendly saving of process gases.

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Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Regelung von Prozessgasen für Wärmebehandlungen von metallischen Werkstoffen/Werkstücken in Industrieöfen, die mindestens einen Behandlungsraum, mindestens eine Abbrandstelle mit gasdicht verschließbarem Ventil und eine Druckregelung aufweisen, wobei mindestens eine Komponente des jeweiligen Prozessgases in mindestens einem prozeßrelevanten Bereich von Dimensionen aufbereitet wird.
    • Stand der Technik
  • Allgemein ist in Industrieöfen bekannt, daß z.B. bei gängigen Aufkohlungsbegasungen das Spülverfahren angewendet wird. Das heißt, dass permanent eine bestimmte Schutzgasmenge kontinuierlich dem Ofen zugeführt und aus dem Ofen unter Abbrennen (Abfackeln) an einer Abbrandstelle abgeführt wird. Dieses Spülen ist notwendig, um durch Vermischung von ständig neu zugeführtem Schutzgas und/oder Erdgas-Luft-Gemischen einen quasistationären Gleichgewichtszustand in der Atmosphäre zu erreichen und damit das C-Potential regeln zu können.
  • Nachteilig bei dieser kontinuierlichen Ofenspültechnik ist zum einen der thermische Verlust beim Abfackeln des Schutzgases am Abbrand und zum anderen der eigentliche Gasverlust, der durch neue Komponenten des Prozeßgases kompensiert werden muss. Darüber hinaus hat das abgefackelte Gas ein vorher durch die Regelung definiertes C-Potential, was ebenfalls nicht mehr nutzbar ist und einfach abgebrannt wird.
  • Gemäß der DE 10 2008 029 001.7 B1 wurde der Prozeßeffekt der Gasführung in Industrieöfen dadurch verbessert, daß für eine Schutzgaseinsparung und Reduzierung von Heizenergieverlusten ein Kohlenwasserstoff bedarfsgerecht zur Aufkohlung zugeführt und das C-Potential im Schutzgas geregelt sowie nicht regelbare und/oder unerwünschte Reaktionen ausgeschlossen werden. Damit wurde ein neues Schutzgasrezirkulationssystem für die Gasaufkohlung geschaffen. Bei diesem reagieren in einem Aufbereitungsraum eines Industrieofens die Komponenten Kohlenstoffdioxid, Sauerstoff und Wasserdampf mit einem zugeführten Kohlenwasserstoff wieder zu Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff, und zwar katalytisch unterstützt. Vorteilhaft wird damit die Wiederaufbereitung von bereits "verbrauchtem" Schutzgas, d.h. einem Schutzgas mit einem niedrigen C-Potential erreicht. Die C-Potentialregelung erfolgt in dem Aufbereitungsraum der Behandlungskammer. Das "aufbereitete" Schutzgas kann dann wieder an einer oder mehreren Stellen in die Behandlungskammer eingespeist werden, so dass sich ein realer Kreisprozess für die Gasaufkohlung einstellt.
  • Dabei wird das Schutzgas regelmäßig nicht mehr abgebrannt, sondern durch eine Rezirkulation wieder der Heizkammer zugeführt, nachdem es einen Zwischenschritt, die Aufbereitung in einem internen oder externen Aufbereitungsraum, durchlaufen hat. Es wird somit nicht mehr wie bisher gespült, sondern wiederverwendet.
  • Durch die Aufkohlung innerhalb der Heizkammer steigen die Konzentrationen von CO2, H2O und O2 an und der C-Pegel fällt ab. Dieses abgereicherte Gas wird nun nicht verbrannt, sondern mittels eines Umwälzers in besagten Aufbereitungsraum geleitet, der lokal von der Heizkammer getrennt ist. Hier erfolgt durch die feindosierte Zugabe von Erdgas eine C-Pegel-Anreicherung, wobei die folgenden Reaktionen ablaufen und die Konzentrationen wieder fallen.
  • Das gemäss der DE 10 2008 029 001.7 B1 zitierte Begasungsverfahren wurde entsprechend der DE 10 2009 038 598.3 weiterentwickelt, in dem die Erzeugung und Anreicherung des Schutzgases in diesem Fall als separate Aufbereitung und getrennt von der Charge erfolgen kann. Damit kann die Charge immer mit einer homogenen Gasatmosphäre beaufschlagt werden.
  • Nach wie vor erfordern aber aus prozeßbedingten und auch sicherheitstechnischen Gründen Industrieöfen bei der Durchführung von Wärmebehandlungen mit z. B. den beschriebenen Prozeßgasen eine Abbrandstelle mit gasdicht verschließbarem Ventil und eine Druckregelung, die zwar nicht vorrangig einer permanenten Abfackelung dient, jedoch auch die Funktion einer Explosionssicherung innehaben muß. Dabei soll diese so funktionierende Abbrandstelle regelmäßig gasdicht verschlossen sein, aber unter bestimmten Bedingungen öffnen können. Bekannte Abbrandstellen in diesem Zusammenhang sind nach intern bekanntem Stand der Technik funktional durch einen permanenten Gasdurchfluss und damit nachteilig durch hohe Gasverluste gekennzeichnet. Mechanisch ist lediglich gelöst, daß eine nicht vollständig gasdicht abschließende Überdruckklappe zum Abbau von im Ofenraum auftretendem Überdruck vorgesehen ist, wobei diese nicht im Normalfall geregelt, sondern bestenfalls nach starr eingestellten Erfahrungswerten geöffnet wird.
    • Darlegung des Wesens der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Regelung von Prozessgasen für Wärmebehandlungen von metallischen Werkstoffen/Werkstücken in Industrieöfen der eingangs genannten Art zu schaffen, bei denen auch die Abbrandstelle nur in Abhängigkeit prozessgasbedingter Notwendigkeiten geöffnet wird, und zwar unter Einhaltung sowohl der sicherheitstechnischen als auch der prozeßgassparenden Bedingungen, wobei dies durch eine Anordnung aus Ventilen und Schiebern, die unterschiedliche und prozeßbedingte Abbrandmengen freigeben, zu lösen ist.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Regelung von Prozessgasen für Wärmebehandlungen von metallischen Werkstoffen/Werkstücken in Industrieöfen, die mindestens einen Behandlungsraum, mindestens eine Abbrandstelle mit mindestens einem ersten Ventil und eine Druckregelung mit Druckmesser aufweisen, wobei das Prozessgas in mindestens einer Komponente eines jeweiligen Gasgemisches in einem begrenzbaren Bereich aufbereitet und/oder als Spülgas in einem Schritt einer Spülbegasung verwendet wird, grundsätzlich dadurch gelöst, dass
    1. a) in einem ersten Schritt bei geöffnetem Abbrandventil eine Menge eines Spülgases des Gasgemisches des jeweiligen Prozessgases dem Industrieofen gesteuert zugeführt und dann abgebrannt wird,
    2. b) in einem zweiten Schritt nach dem vorgenanntem Schritt der Spülbegasung das Abbrandventil geschlossen wird, der Industrieofen auf einen voreingestellten Ofendruck geregelt und permanent über den Druckmesser erfasst wird, wozu mindestens ein Frischgasventil so geregelt wird, dass dieses eine zum Druckaufbau benötigte Menge eines Frischgases des jeweiligen Gasgemisches des Prozessgases bereitstellt und
    3. c) in einem dritten Schritt bei erreichtem Solldruck des Industrieofens das Frischgasventil derart geregelt wird, dass dieser Druck weiterhin über den Druckmesser erfasst und gehalten wird, wobei in dieser Phase das Abbrandventil weiterhin geschlossen bleibt, um nur eine ggf. anfallende Verlustgasmenge zu ersetzen.
  • Vorteilhaft kann in einem vierten Schritt die Spülbegasung (vgl. Schritt eins) aktiviert und eingeregelt werden.
  • Das Verfahren wird dadurch weiter ausgebildet, dass bei großem Druckanstieg in einem fünften Schritt eine Überdruckklappe der Abbrandstelle zum Druckabbau gesteuert über einen festen Grenzwert hinaus geöffnet wird.
  • Wenn für den Prozess die Einstellung eines C-Pegels erforderlich wird, kann dieser unabhängig von der Druckregelung der Ofensteuerung durch mindestens einen C-Potentialregler geregelt und über eine Gas- und Luftzufuhr eingestellt werden.
  • Das Verfahren kann für chargenweise Wärmebehandlungen oder bei Wärmebehandlungen von metallischen Werkstoffen/Werkstücken in Industrieöfen (1), die nach dem Durchstoßprinzip arbeiten, angewendet werden.
  • Die im vierten Schritt aktivierte Spülbegasung kann vor einer Chargenbewegung, einem Chargenwechsel oder dem Beschicken einer Charge eingeregelt werden.
  • Die gesteuerte Spülbegasung kann solange aktiviert werden, bis eine Spülzeit abgelaufen oder ein gewählter CO-Gehalt erreicht ist.
  • Die Anforderung der Spülbegasung kann aus der Ofensteuerung initiiert werden, um den Ofenraum von Resten von Fremdgasen zu befreien.
  • Das Verfahren ist besonders für eine Anwendung in Schutzgasrezirkulationssystemen geeignet, wo für eine Gasaufkohlung in einem internen oder externen Aufbereitungsraum des Industrieofens die Komponenten Kohlenstoffdioxid, Sauerstoff und Wasserdampf mit einem zugeführten Kohlenwasserstoff wieder zu Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff rezirkulierend reagieren.
  • Bei großem Druckanstieg wird im fünften Schritt eine Überdruckklappe der Abbrandstelle geöffnet, die an sich ideal während der Schritte eins bis vier gasdicht verschlossen ist.
  • Die Verwendung eines Handschiebers im Abbrand macht das Verfahren auch in dem Sonderfall anwendbar, wenn aufgrund sehr geringer Verlustgasmengen eine Abreicherung der Ofenatmosphäre stattfindet und so eine definiert geringe Menge Gas permanent abgebrannt werden muss, die in der Regel unterhalb der üblichen Abbrandmengen liegt.
  • Das Verfahren kann seine Vorteile durch die Kombination eines Ablaufs der Verfahrensschritte eins bis fünf besonders entfalten, wenn
    • in dem ersten Schritt im Sinne einer Steuerung nach Chargenwechsel bei geöffnetem Abbrandventil dem Industrieofen die Spülgasmenge des Gasgemisches zugeführt und abgebrannt wird, um den Ofenraum von Resten von Fremdgasen zu befreien, wobei diese gesteuerte Spülbegasung solange aktiv bleibt, bis eine Spülzeit abgelaufen oder der gewählte CO-Gehalt z.B. in einer Heizkammer des Industrieofen erreicht ist und die Anforderung der Spülbegasung aus der Ofensteuerung initiiert wird,
    • in dem zweiten Schritt nach vorgenannter Spülphase im Sinne einer Regelung besagtes Abbrandventil geschlossen wird, die Regelung den Indutrieofen auf einen voreingestellten Ofendruck bringt, der permanent über einen Druckmesser erfasst wird, wozu ein Frischgasventil so gesteuert wird, dass dieses die zum Druckaufbau benötigte Frischgasmenge bereitstellt,
    • in dem dritten Schritt im Sinne einer Regelung bei erreichtem Sollofendruck besagtes Frischgasventil so gesteuert wird, dass dieser Druck, weiterhin erfasst über den Ofendruckmesser, gehalten wird, wobei in dieser Phase das Abbrandventil weiterhin geschlossen ist, um nur die durch z.B. Undichtigkeiten benötigte Verlustgasmenge zu ersetzen, wobei der für den Prozess benötigte C-Pegel unabhängig von der Druckregelung von der Ofensteuerung geregelt und über Gas- und Luftzufuhr eingestellt wird und in dieser Phase das Abbrandventil im Normalfall geschlossen ist,
    • in dem vierten Schritt die Spülbegasung (vgl. Schritt 1) aktiviert und vor z.B. einer Tür- und Chargenbewegung eingeregelt wird und schließlich
    • in dem fünften Schritt bei großem Druckanstieg die Überdruckklappe zum Druckabbau gesteuert über einen festen Grenzwert hinaus geöffnet wird.
  • Im Sinne der Erfindung kann der oben genannte begrenzbare Bereich für die Aufbereitung des Prozessgases in mindestens einer Komponente eines jeweiligen Gasgemisches die Dimensionen
    • eines Druckes,
    • einer Temperatur und/oder
    • von Zusammensetzungen der Komponenten des Prozessgases aufweisen.
  • Des Weiteren kann der erwähnte Aufbereitungsraum des Industrieofens sowohl gemäß der DE 10 2008 029 001.7 B1 intern oder auch entsprechend der DE 10 2009 038 598.3 extern ausgebildet sein, wobei in letzgenannter eine Erzeugung und Anreicherung eines Schutzgases als separate Aufbereitung und getrennt von der Charge erfolgt.
  • Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst
    1. a) die Aufbereitungskammer für die Aufbereitung des Prozessgases,
    2. b) mindestens eine Abbrandstelle für den Abbrand des Spülgases mit mindestens einem Abbrandventil für eine gesteuerte Abführung einer Menge des Spülgases des Gasgemisches,
    3. c) die Druckregelung mit Druckmesser für den voreinstellbaren und permanent erfassbaren Ofendruck und
    4. d) ein Frischgasventil für die Bereitstellung der zum Druckaufbau benötigten Menge des Frischgases des jeweiligen Gasgemisches des Prozessgases.
  • Die gasdicht verschliessbare Überdruckklappe der Abbrandstelle zum gesteuerten Druckabbau vervollständigt die Vorrichtung.
  • Durch den unabhängig von der Druckregelung der Ofensteuerung wirkenden C-Potentialregler erfolgt die geregelte Einstellung der Gas- und Luftzufuhr.
  • Für die Sonderfälle, wie zu geringe Verlustgasmengen des Ofens, ist ein Handschieber vorgesehen, um eine für die Aufrechterhaltung der Atmosphärenzusammensetzung mindestens notwendige Verlustgasmenge durch Gasabbrand zu erzeugen.
  • Die Vorrichtung umfasst als Ventile Magnetventile oder verstellbare Ventile, die je nach dem Prozesszustand im Ofen angesteuert werden und den Durchfluss zur Abbrandstelle freigeben. In verschiedenen Abbrandsträngen können so verschiedene Gasmengen abgebrannt werden. Abhängig vom Programmschritt, Ofendruck und der Atmosphärenzusammensetzung werden unterschiedliche Ventile angesteuert und so nur die minimal erforderliche Menge Gas abgebrannt. Im Falle einer Störung geben alle Ventile den Durchgang frei und ermöglichen so einen schnellen Ausspülvorgang des Ofenraumes. Eine bisher auch übliche Überdruckklappe ist erfindungsgemäss jetzt aber so ausgeführt, dass sie bis zu einem bestimmten Ofendruck geregelt dicht schließt und bei Überschreitung geregelt öffnet und so - ebenfalls im Wesentlichen geregelt - einen schnellen Druckabbau gewährleistet.
  • Die Ofendruckregelung erfolgt über die gesteuerte Zugabe eines Gasgemisches. Dabei ist im Normalfall die Abbrandstelle mittels der Überdruckklappe geschlossen. Für die Druckregelung wird permanent der Ofendruck erfasst und die für das Halten des Druckes erforderliche Gemischmenge zugeführt.
  • Bei der Druckanstiegsbegasung wird bei Unterschreitung eines Mindestofendruckes die maximal mögliche Gasgemischmenge solange zugeführt, bis eine eingestellte Öffnungszeit der Ventile abgelaufen oder ein voreingestellter Ofendruck erreicht ist. Die Steuerung der Abbrandventile erfolgt hierbei analog zur Ofendruckregelung.
    • Kurze Beschreibung der Figuren
  • In den Zeichnungen zeigen
    • Fig. 1
    den verfahrensgemäßen Ablauf einer erfindungsgemäßen Regelung als schematisches Blockschaltbild in einem ausgewählten Beispiel und
    Fig. 2
    ein Ausführungsbeispiel betreffend eine Anordnung eines Abbrandventils und einer mit Handschieber und Magnetventil ausgestatteten zweiten Abbrandleitung
    Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
  • In der Fig. 1 ist schematisiert in einem Ausführungsbeispiel ein Industrieofen 1 mit einem Behandlungsraum 2 dargestellt. Der Behandlungsraum 2 steht zu einer Regelung 5 über einen Druckmesser 5.1 in Verbindung, wobei die Regelung 5 sowohl Anforderungssignale für eine Spülbegasung aus einer üblichen Ofensteuerung 9 als auch Signale von einem C-Potentialregler 3 und dem Druckmesser 5.1 über den Ofendruck erhält. Des Weiteren erhält die Regelung 5 Werte von einem CO-Analysator 8.
  • Die Regelung gibt Signale für das Öffnen oder Schließen eines, z.B. als Magnetventil ausgeführten Abbrandventils 4.1, einer Abbrandstelle 4 und Signale eines z.B. als Magnetventil ausgeführten Frischgasventils 7.
  • Verfahrensgemäß wird
    • in einem ersten Schritt wird im Sinne einer Steuerung nach z.B. einem Chargenwechsel bei geöffnetem Abbrandventil 4.1 dem Industrieofen 1 eine Spülgasmenge 6.1 eines Gasgemisches zugeführt und abgebrannt, um den Ofenraum von Resten von Fremdgasen zu befreien, wobei diese gesteuerte Spülbegasung solange aktiv bleibt, bis eine Spülzeit abgelaufen oder der gewählte CO-Gehalt z.B. in einer nicht näher dargestellten Heizkammer, gemessen über den CO-Analysator 8, des Industrieofen erreicht ist und die Anforderung der Spülbegasung aus der üblichen Ofensteuerung 9 initiiert wird,
    • in dem zweiten Schritt wird nach vorgenannter Spülphase im Sinne einer Regelung besagtes Abbrandventil 4.1 geschlossen, die Regelung 5 den Industrieofen auf einen voreingestellten Ofendruck bringen, der permanent über den Druckmesser 5.1 erfasst wird, wozu die Einstellung des Frischgasventils 7 so gesteuert wird, dass dieses eine zum Druckaufbau benötigte Frischgasmenge 6.2 bereitstellt,
    • in dem dritten Schritt wird im Sinne einer Regelung bei erreichtem Sollofendruck besagtes Frischgasventil 7 so gesteuert, dass dieser Druck, weiterhin erfasst über den Druckmesser 5.1, gehalten wird, wobei in dieser Phase das Abbrandventil 4.1 weiterhin geschlossen ist, um nur die durch z.B. Undichtigkeiten benötigte Verlustgasmenge zu ersetzen, wobei der für den Prozess benötigte C-Pegel unabhängig von der Druckregelung von der Ofensteuerung über den C-Potentialregler 3 geregelt und über Gas- und Luftzufuhr eingestellt wird.
  • Damit ist das Grundprinzip des Verfahrens festgelegt.
  • In diesem Beispiel wird in einem vierten Schritt die Spülbegasung (vgl. Schritt 1) aktiviert und vor z.B. einer Tür- und Chargenbewegung eingeregelt.
  • Schließlich kann auch in einem fünften Schritt bei großem Druckanstieg eine Überdruckklappe 4.3 zum Druckabbau gesteuert über einen festen Grenzwert hinaus geöffnet werden.
  • Dafür umfasst die.Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens im Wesentlichen.
    • a) die Aufbereitungskammer 2 für die Aufbereitung des Prozessgases,
    • b) mindestens die eine Abbrandstelle 4 für den Abbrand des Spülgases 6.1 mit mindestens einem Abbrandventil 4.1,
    • e) die Regelung 5 mit Druckmesser 5.1 für den voreinstellbaren und permanent erfassbaren Ofendruck und
    • f) mindestens einem Frischgasventil 7 für die Bereitstellung der benötigten Spülgasmenge 6.1 und der zum Druckaufbau benötigten Menge des Frischgases 6.2 des jeweiligen Gasgemisches des Prozessgases und
    • g) die gasdicht verschliessbare Überdruckklappe 4.3 der Abbrandstelle 4 zum gesteuerten Druckabbau.
  • Ein zugeordneter Handschieber 4.2 mit Absperrventil 4.4 gestattet durch entsprechende Schieberstellungen den kontinuierlichen Abbrand einer geringen Abgasmenge.
    • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Die Erfindung ermöglicht es, dass die Abbrandstelle 4 nur in Abhängigkeit prozessgasbedingter Notwendigkeiten geöffnet wird, und zwar unter Einhaltung sowohl der sicherheitstechnischen Bedingungen als auch der umweltschonenden Einsparung von Prozeßgasen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1 = Industrieofen
    • 2 = Behandlungsraum
    • 3 = C-Potentialregler
    • 4 = Abbrandstelle
    • 4.1 = Abbrandventil
    • 4.2 = Handschieber
    • 4.3 = Überdruckklappe
    • 4.4 = Absperrventil
    • 5 = Regelung
    • 5.1 = Druckmesser
    • 6 = Gasgemisch
    • 6.1 = Spülgasmenge
    • 6.2 = Frischgasmenge
    • 7 = Frischgasventil
    • 8 = CO-Analysator
    • 9 = Ofensteuerung

Claims (18)

  1. Verfahren zur Regelung von Prozessgasen für Wärmebehandlungen von metallischen Werkstoffen/Werkstücken in Industrieöfen (1), die mindestens einen Behandlungsraum (2), mindestens eine gasdicht verschließbare Abbrandstelle (4) mit mindestens einem ersten Ventil (4.1) und eine Regelung (5) mit Druckmesser (5.1) aufweisen, wobei das Prozessgas in mindestens einer Komponente eines jeweiligen Gasgemisches (6) in einem begrenzbaren Bereich aufbereitet und/oder als Spülgas (6.1) in einem Schritt einer Spülbegasung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass
    a) in einem ersten Schritt bei geöffnetem Abbrandventil (4.1) eine Menge eines Spülgases (6.1) des Gasgemisches (6) des jeweiligen Prozessgases dem Industrieofen (1), vorzugsweise gesteuert, zugeführt und dann abgebrannt wird,
    b) in einem zweiten Schritt nach dem vorgenanntem Schritt der Spülbegasung das Abbrandventil (4.1) geschlossen wird,
    c) in einem dritten Schritt bei erreichtem Solldruck des Industrieofens das Frischgasventil (7) derart geregelt wird, dass dieser Druck weiterhin über den Druckmesser (5.1) erfasst und gehalten wird, wobei in dieser Phase das Abbrandventil (4.1) weiterhin geschlossen bleibt, um nur eine ggf. anfallende Verlustgasmenge zu ersetzen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vierten Schritt die Spülbegasung (vgl. Schritt a)) aktiviert und eingeregelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei großem Druckanstieg in einem fünften Schritt eine Überdruckklappe (4.3) der gasdicht verschließbaren Abbrandstelle (4) zum Druckabbau gesteuert über einen festen Grenzwert hinaus geöffnet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein für den Prozess erforderlicher C-Pegel unabhängig von der Druckregelung der Ofensteuerung mittels mindestens einem C-Potentialregler (3) geregelt und über eine Gas- und Luftzufuhr eingestellt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch seine Anwendung für chargenweise Wärmebehandlungen von metallischen Werkstoffen/Werkstücken.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch seine Anwendung bei Wärmebehandlungen in Industrieöfen (1), die nach dem Durchstoßprinzip arbeiten.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im vierten Schritt die aktivierte Spülbegasung vor einer Chargenbewegung, einem Chargenwechsel oder dem Beschicken einer Charge eingeregelt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gesteuerte Spülbegasung solange aktiviert wird, bis eine Spülzeit abgelaufen oder ein gewählter CO-Gehalt erreicht ist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anforderung der Spülbegasung aus der Ofensteuerung initiiert wird, um den Ofenraum von Resten von Fremdgasen zu befreien.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch seine Anwendung in Schutzgasrezirkulationssystemen für eine Gasaufkohlung, bei denen in einem internen oder externen Aufbereitungsraum des Industrieofens (1) die Komponenten Kohlenstoffdioxid, Sauerstoff und Wasserdampf mit einem zugeführten Kohlenwasserstoff wieder zu Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff rezirkulierend reagieren.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die bei großem Druckanstieg im fünften Schritt öffnende Überdruckklappe (4.3) der gasdicht verschließbaren Abbrandstelle (4) während der Schritte eins bis vier gasdicht verschlossen wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Handschiebers (4.2) und eines Absperrventils (4.4) zur Einstellung unterschiedlicher Abbrandmengen in verschiedenen Abbrandsträngen.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch die Kombination eines Ablaufs der Verfahrensschritte eines bis fünf.
  14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1- 13, umfassend
    d) eine Aufbereitungskammer für die Aufbereitung des Prozessgases,
    e) mindestens eine gasdicht verschließbare Abbrandstelle (4) für den Abbrand eines Spülgases (6.1) mit mindestens einem Abbrandventil (4.1) für eine gesteuerte Abführung einer Menge des Spülgases (6.1) des Gasgemisches (6),
    f) eine Regelung (5) mit Druckmesser (5.1) für einen voreinstellbaren und permanent erfassbaren Ofendruck und
    g) ein Frischgasventil (7) für eine Bereitstellung einer zum Druckaufbau benötigten Menge eines Frischgases (6.2) des jeweiligen Gasgemisches (6) des Prozessgases.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine gasdicht verschliessbare Überdruckklappe (4.3) der Abbrandstelle (4) zum gesteuerten Druckabbau.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet durch einen unabhängig von der Druckregelung der Ofensteuerung wirkenden C-Potentialregler (3) zur geregelten Einstellung einer Gas- und Luftzufuhr.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch einen Handschieber (4.2) zur Einstellung unterschiedlicher Abbrandmengen in verschiedenen Abbrandsträngen.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, gekennzeichnet durch die Kombination
    a) der Aufbereitungskammer (2) für die Aufbereitung des Prozessgases mit mindestens einer gasdicht verschließbaren Abbrandstelle (4) für den Abbrand eines Spülgases (6.1), mindestens einem Abbrandventil (4.1) für eine gesteuerte Abführung einer Menge des Spülgases (6.1) des Gasgemisches (6), einer Druckregelung (5) mit Druckmesser (5.1) für einen voreinstellbaren und permanent erfassbaren Ofendruck und einem Frischgasventil (7) für die Bereitstellung einer zum Druckaufbau benötigten Menge eines Frischgases (6.2) des jeweiligen Gasgemisches (6) des Prozessgases,
    b) der gasdicht verschliessbaren Überdruckklappe (4.3) der Abbrandstelle (4) zum gesteuerten Druckabbau,
    c) des unabhängig von der Druckregelung der Ofensteuerung wirkenden C-Potentialreglers (3) zur geregelten Einstellung einer Gas- und Luftzufuhr und
    d) des Handschiebers (4.2) und eines Absperrventils (4.4) zur Einstellung unterschiedlicher Abbrandmengen in verschiedenen Abbrandsträngen.
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