EP2487268B1 - Ofen - Google Patents

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EP2487268B1
EP2487268B1 EP20110154034 EP11154034A EP2487268B1 EP 2487268 B1 EP2487268 B1 EP 2487268B1 EP 20110154034 EP20110154034 EP 20110154034 EP 11154034 A EP11154034 A EP 11154034A EP 2487268 B1 EP2487268 B1 EP 2487268B1
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EP
European Patent Office
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furnace
gas
interior
nitrogen
coal granules
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EP20110154034
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EP2487268A1 (de
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Rolf-Josef Schwartz
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Schwartz GmbH
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Individual
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D7/00—Forming, maintaining, or circulating atmospheres in heating chambers
    • F27D7/02—Supplying steam, vapour, gases, or liquids
    • 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
    • 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
    • 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
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0056—Furnaces through which the charge is moved in a horizontal straight path
    • 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
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B9/00—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
    • F27B9/04—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity adapted for treating the charge in vacuum or special atmosphere
    • F27B9/045—Furnaces with controlled atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B9/00—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
    • F27B9/14—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity characterised by the path of the charge during treatment; characterised by the means by which the charge is moved during treatment
    • F27B9/20—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity characterised by the path of the charge during treatment; characterised by the means by which the charge is moved during treatment the charge moving in a substantially straight path tunnel furnace
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D7/00—Forming, maintaining, or circulating atmospheres in heating chambers
    • F27D7/06—Forming or maintaining special atmospheres or vacuum within heating chambers

Definitions

  • the invention relates to a furnace with an apparatus for and a method for generating a reducing atmosphere for annealing furnaces.
  • metal oxide forms in the presence of oxygen in free or chemically bound form, since the reactivity is increased by the oxygen.
  • furnaces for such applications with a protective gas atmosphere.
  • the furnaces are either with pure nitrogen with a dew point of about - 60 ° C or with a mixture of nitrogen and natural gas or with operated on the plant produced exo- or endogas.
  • Pure nitrogen has a dew point of approx. - 60 ° C.
  • a pure nitrogen process has no reserve against oxygen or trapped moisture entrained in the furnace with the product.
  • Exogas is like, for example, from the DE 103 47 312 B3 known, made from a hydrocarbon, for example from natural gas, and air.
  • This protective gas is produced in exogas generators.
  • the premixed natural gas / air gas stream is fed to a combustion chamber and reacted there. It is an exothermic reaction that generates excess thermal energy.
  • the very moist exogas produced in this way is cooled to room temperature and fed to a dryer. The dew point of the dried gas is then about -30 ° C.
  • EP-A-2088213 or the EP-A 2 087 955 discloses the production of a hydrogen-free atmosphere by reaction of N 2 and O 2 with graphite.
  • This "pure" endogas is diluted with nitrogen (added) and then fed to the furnace.
  • these shielding gas mixtures with 1 to 5% CO, due to the strong dilution with nitrogen, the dew point drops to values of -20 to -30 ° C, so that the use of an additional dryer, as in the Exogaser Wegung, is not necessary.
  • all the usual reducing protective gases are more or less hydrogen-containing, which also has a negative effect on the tendency to hydrogen embrittlement.
  • the object of the invention is therefore to provide an oven in which a hydrogen-free reduction atmosphere can be provided as simply and inexpensively as possible.
  • Another object of the invention is to provide a method for heating steel sheet parts to austenite temperature between 850 ° C and 950 ° C in a hydrogen-free reduction atmosphere.
  • the furnace according to the invention for heating steel sheet parts to austenite temperature between 850 ° C and 950 ° C has an interior and a furnace roof, and a device which is vertically installed in the furnace roof so that a part of the device in the opposite z direction in the Oven protrudes while the other part protrudes from the furnace, wherein the device on the part projecting from the furnace has a port through which a nitrogen-oxygen mixture can be supplied, and having a further port, can be fed through the coal granules and a gas-permeable bottom is located on the underside of the part of the device projecting into the furnace in the opposite z-direction.
  • the gas-permeable bottom of the device can collect the supplied coal granules, wherein it remains gas-permeable.
  • the device projects so far into the interior of the furnace that a temperature of at least 750 ° C. is established in the interior of the device at the level of the gas-permeable bottom when the temperature in the interior of the furnace is at least 850 ° C.
  • the temperature is inside when operating the furnace the device at the level of the gas-permeable bottom at or above the auto-ignition temperature of the carbon granules.
  • the device consists at least partially of silicon carbide, wherein advantageously the region of the silicon carbide device is the part of the device located in the interior of the furnace. It is thus protected from the risk of carburization.
  • coal granules are continuously fed into the apparatus, wherein the coal granulate stream is about 1.5 kg per hour.
  • a typical continuous annealing furnace with a steel throughput of about 5 to / h consumes about 20-100m 3 / h of shielding gas, which can be obtained from the stated 1.5 kg / h of carbon granules with a corresponding stream of nitrogen-oxygen mixture.
  • the shielding gas may consist of 2 to 5 vol .-% of carbon monoxide to obtain scale-free annealed sheet steel parts.
  • the device towards the interior of the furnace towards a conclusion which has a gas outlet hole.
  • this gas outlet hole is dimensioned so that the gas outlet velocity is between 20 m / s and 50 m / s.
  • the furnace is designed as a continuous furnace, wherein it has a conveying means, on which the steel sheet part to be heated can be conveyed through the furnace.
  • the inventive method for heating steel sheet to Austenittemperatur between 850 ° C and 950 ° C is characterized in that in the furnace in which the steel sheet parts are heated, a hydrogen-free reduction atmosphere is generated by continuously carbon granules in a partially in the Oven protruding, at least partially having a perforated plate device is conveyed, and a nitrogen-oxygen mixture is passed from above the coal granules located in the device, so that the coal granules burns under the influence of heat in the furnace interior to form carbon monoxide by the gas-permeable bottom flows into the interior of the furnace.
  • coal granules are conveyed into the device at a flow rate of approximately 1.5 kg per hour and the exit velocity of carbon monoxide from the device into the interior of the furnace is 20 m / s - 50 m / s is.
  • the metering of the components nitrogen, oxygen and coal granules can be carried out via weight measuring devices or volume throughput measuring devices.
  • Fig. 1 shows a continuous annealing furnace 10, which is heated by heating element 11.
  • the oven 10 has a roller conveyor 30 as a conveyor with which a steel sheet member 20 to be heated can be fed into the oven and through the oven.
  • the oven has a front oven door 12, which opens when approaching a steel sheet member 20 to be heated up in the z direction.
  • the sheet steel part 20 is conveyed on the roller belt 30 horizontally in the x direction through the oven 10 therethrough.
  • a rear oven door 13 opens.
  • a temperature of 850 ° C to 950 ° C prevails.
  • a device 1 projects through the furnace roof 2 partially in the opposite z-direction into the interior 5 of the furnace 10.
  • the device 1 has at its upper end in the z-direction, which protrudes from the oven 10, a port 7, through which a nitrogen-oxygen mixture can be passed into the device 1.
  • the device 1 at the same end to a terminal 8, can be passed through the coal granules 4 in the device 1.
  • the device 1 is located so far in the interior 5 of the furnace 10 that the temperature inside the device 1 at the opposite end in the z-direction is at least 750 ° C when the furnace is heated.
  • the coal granules 4 falls on a gas-permeable bottom 3 within the device 1, on which it burns because of the temperature prevailing in operation there, the above the auto-ignition temperature of the coal granules of 750 ° C immediately. This results in a carbon monoxide and nitrogen-containing combustion gas flowing through the gas-permeable bottom 3, which remains gas-permeable despite the application of carbon granules 4, in the lying below the gas-permeable bottom 3 space of the device 1, which is closed by a funnel-shaped end 9 Interior 5 of the furnace 1 is delimited.
  • This space formed by the funnel-shaped end 9 and the gas-permeable bottom 3 of the device 1 has at its end located in the opposite z-direction end a gas outlet hole 6 through which the carbon monoxide-containing combustion gas flows into the interior 5 of the furnace 10.
  • the gas outlet hole is dimensioned so that when the device 1 with a coal granulate stream of about 1.5 kg per hour and a corresponding introduced through the port 7 stream of nitrogen-oxygen mixture, the gas outlet velocity between 20 m / s and 50 m / s is. This results in the interior 5 of the furnace, a pulse through which the furnace atmosphere is circulated so that the carbon monoxide concentration in the entire interior space 5 of the furnace 10 is sufficient to prevent scaling on the one hand and hydrogen embrittlement of the sheet steel part 20 on the other.
  • the metering of the components nitrogen, oxygen and coal granules can take place via weight measuring devices or via volume throughput measuring devices.
  • a continuous furnace with approx. 5 to / h steel throughput typically consumes approx. 50-100 m 3 / h of inert gas.
  • 2-5% carbon monoxide is enough to work without scale.
  • the toxicity is comparable to other reducing inert gases, such as endogas with about 15% carbon monoxide or exogas with about 7% carbon monoxide.
  • the work with such shielding gases is regulated in the EN 746 and it has been practical experience in hundreds of furnaces for many years.
  • Fig. 2 shows the apparatus for providing a hydrogen-free reduction atmosphere in an enlarged view.
  • the coal granules 4 can pass through the connection 8 into the interior of the device 1.
  • a screw conveyor 30 can be used to promote the coal granules 4 horizontally.
  • the nitrogen-oxygen mixture is supplied to the device 1 through the vertical port 7 from above.
  • the coal granules fall under the influence of gravity from the horizontal port 8 in the device 1, wherein it is taken from the nitrogen-oxygen mixture.
  • a temperature gradient of about room temperature prevails at the terminals 7 and 8 up to at least 750 ° C immediately above the gas-permeable bottom 3, when the oven is in operation and the temperature in the interior of the furnace is at least 850 ° C.
  • the device does not have to be heated separately, but draws its required heat from the heated interior of the furnace. As soon as the carbon granulate 4 has fallen down into the area of the device 1 so far that the temperature has at least 750 ° C., the coal granules burn to form carbon monoxide, and the combustion gases flow through the gas-permeable bottom 3 and the gas outlet hole 6 into the interior 5 of the furnace 10. In order to prevent carburization of the device 1, it consists of silicon carbide.
  • the device 1 can also consist of other suitable materials.
  • a furnace 10 with a device 1 is described.
  • a furnace 10 may also comprise a plurality of devices 1, This particular, when the furnace 10 is larger and the throughput of steel sheet parts 20 is higher.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Ofen mit einer Vorrichtung zur und ein Verfahren zur Erzeugung einer Reduktionsatmosphäre für Glühöfen.
  • In der Technik besteht bei vielen Anwendungsfällen in unterschiedlichen Branchen der Wunsch nach hochfesten Metallteilen bei geringem Teilegewicht. Beispielsweise ist es in der Fahrzeugindustrie das Bestreben, Fahrzeuge mit einem möglichst geringen Kraftstoffverbrauch zu entwickeln, was unter anderem dadurch erreicht werden kann, das Fahrzeuggewicht zu reduzieren. Andererseits müssen die Fahrzeugteile steigenden Sicherheitsanforderungen gerecht werden. Daher müssen die verwendeten Karosseriebaustähle bei geringerem Gewicht eine hohe Festigkeit aufweisen. Dies wird üblicherweise durch den Prozess des so genannten Presshärtens erreicht. Dabei werden Stahlbleche zuerst auf Austenittemperatur zwischen 850°C und 950°C erwärmt, dann in ein Pressenwerkzeug gelegt, schnell geformt und durch das wassergekühlte Werkzeug zügig auf Martensittemperatur von ca. 250°C abgeschreckt. Dabei entsteht hartes, festes Martensitgefüge mit ca. 1.500MPa Festigkeit.
  • Wird Stahl auf solche Temperaturen, wie sie zur Austenitbildung erforderlich sind, aufgeheizt, bildet sich in Gegenwart von Sauerstoff in freier oder chemisch gebundener Form Metalloxid, da sich die Reaktionsfähigkeit durch den Sauerstoff erhöht.
  • Darüber hinaus treten bei solchen Gefügen häufig Probleme mit der sogenannten. Wasserstoffversprödung auf, wobei sich Wasserstoff in das Martensitgefüge einlagert und zur verzögerten Rissbildung führen kann. Viele Mechanismen sind dabei noch unerforscht. Es scheint jedoch klar zu sein, dass Temperatur, Zeit und Taupunkt im Ofen eine bedeutende Rolle spielen
  • Es ist bekannt, Öfen für derartige Anwendungen mit einer Schutzgasatmosphäre auszustatten. Dabei werden die Öfen entweder mit reinem Stickstoff mit einem Taupunkt von ca. - 60°C oder mit einem Gemisch aus Stickstoff und Erdgas oder mit einem an der Anlage hergestellten Exo- oder Endogas betrieben. Dabei weist reiner Stickstoff einen Taupunkt von ca. - 60° C auf. Ein mit reinem Stickstoff betriebener Prozess weist jedoch keine Reserve gegen mit dem Gut in den Ofen eingeschleppten Sauerstoff oder eingeschleppte Feuchtigkeit auf.
  • Exogas wird wie beispielsweise aus der DE 103 47 312 B3 bekannt, aus einem Kohlenwasserstoff, beispielsweise aus Erdgas, und Luft hergestellt. Die Herstellung dieses Schutzgases erfolgt in Exogasgeneratoren. Dazu wird der vorgemischte Erdgas/Luft-Gasstrom einer Brennkammer zugeführt und dort zur Reaktion gebracht. Es handelt sich hierbei um eine exotherme Reaktion, die Wärmeenergie im Überschuss erzeugt. Das so erzeugte, sehr feuchte Exogas wird auf Raumtemperatur abgekühlt und einem Trockner zugeführt. Der Taupunkt des getrockneten Gases beträgt dann ca.-30°C.
  • In der EP-A-2088213 oder der EP-A 2 087 955 wird die Herstellung einer Wasserstoffsfreien Atmosphäre durch Reaktion von N2 und O2 mit Graphit offenbart.
  • In der DE 103 47 312 B3 ist auch die Herstellung von Endogas beschrieben. Sie erfolgt in Endogasgeneratoren. Dazu wird das vorgemischte Erdgas/Luftgemisch einer beheizten Retorte mit Katalysatorfüllung zugeführt und dort zur Reaktion gebracht. Die Katalysatorretorte muss aufgeheizt und das durch die Retorte strömende Gasgemisch auf Reaktionstemperatur gebracht werden, um auf der Katalysatoroberfläche zu reagieren. Es handelt sich hierbei um eine endotherme Reaktion, d.h., ein Teil der Aufheiz- und die gesamte Reaktionsenthalpie muss dem System zugeführt werden. Das erzeugte Endogas wird auf Raumtemperatur abgekühlt und ist dann einsatzbereit. Der Taupunkt des bei der Wärmebehandlung von Eisenwerkstoffen als Schutzgas eingesetzten Endogases liegt im Bereich von -10° C und +5° C. Dieses "reine" Endogas wird mit Stickstoff verdünnt (versetzt) und anschließend dem Ofen zugeführt. Bei diesen Schutzgasgemischen mit 1 bis 5% CO sinkt aufgrund der starken Verdünnung mit Stickstoff der Taupunkt auf Werte von-20 bis -30° C, so dass der Einsatz eines zusätzlichen Trockners, wie bei der Exogaserzeugung, nicht notwendig ist.
  • Darüber hinaus sind alle üblichen reduzierend wirkenden Schutzgase mehr oder weniger wasserstoffhaltig, was sich ebenfalls negativ auf die Neigung zur Wasserstoffversprödung auswirkt.
  • Vor allem aus der Automobilbaubranche ist verstärkt der Wunsch nach einer wasserstofffreien reduzierenden Glühatmosphäre zu hören.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Ofen bereitzustellen, in dem möglichst einfach und preiswert eine wasserstofffreie Reduktionsatmosphäre bereitgestellt werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Ofen mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2-11.
  • Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erwärmung von Stahlblechteilen auf Austenittemperatur zwischen 850°C und 950°C in einer wasserstofffreien Reduktionsatmosphäre anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 13 - 15.
  • Der erfindungsgemäße Ofen zum Erwärmen von Stahlblechteilen auf Austenittemperatur zwischen 850°C und 950°C weist einen Innenbereich und eine Ofendecke, sowie eine Vorrichtung auf, die vertikal in der Ofendecke so eingebaut ist, dass ein Teil der Vorrichtung in entgegengesetzter z-Richtung in den Ofen hineinragt, während der andere Teil aus dem Ofen hinausragt, wobei die Vorrichtung an dem aus dem Ofen hinausragenden Teil einen Anschluss aufweist, durch den ein Stickstoff-Sauerstoffgemisch zugeführt werden kann, und einen weiteren Anschluss aufweist, durch den Kohle-Granulat zugeführt werden kann, und sich an der in entgegengesetzter z-Richtung gelegenen Unterseite des in den Ofen hineinragenden Teils der Vorrichtung ein gasdurchlässiger Boden befindet. Dabei kann der gasdurchlässige Boden der Vorrichtung das zugeführte Kohle-Granulat auffangen, wobei er gasdurchlässig bleibt. Die Vorrichtung ragt soweit in den Innenbereich des Ofens hinein, dass sich im Inneren der Vorrichtung in Höhe des gasdurchlässigen Bodens eine Temperatur von mindestens 750°C einstellt, wenn die Temperatur im Innenraum des Ofens mindestens 850°C beträgt. Damit liegt beim Betrieb des Ofens die Temperatur im Inneren der Vorrichtung in Höhe des gasdurchlässigen Bodens bei oder oberhalb der Selbstzündtemperatur des Kohlegranulats.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Vorrichtung zumindest teilweise aus Siliziumcarbid, wobei vorteilhafterweise der Bereich der Vorrichtung aus Siliziumcarbid der im Innenraum des Ofens liegende Teil der Vorrichtung ist. Sie ist damit vor der Gefahr der Aufkohlung geschützt.
  • Bevorzugt liegt der Anschluss, durch den das Stickstoff-Sauerstoffgemisch in den Ofen geleitet wird, und / oder der Anschluss, durch den das Kohle-Granulat in den Ofen geleitet wird, in z-Richtung oben an der Vorrichtung, also im kalten Bereich oberhalb der Ofendecke.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird kontinuierlich Kohle-Granulat in die Vorrichtung gefördert, wobei der Kohle-Granulatstrom ungefähr 1,5 kg je Stunde beträgt. Ein typischer Durchlaufglühofen mit einem Stahldurchsatz von ungefähr 5 to/h verbraucht ungefähr 20 - 100m3/h Schutzgas, was bei einem entsprechendem Strom an Stickstoff-Sauerstoffgemisch aus den angegebenen 1,5 kg/h Kohlegranulat gewonnen werden kann. Das Schutzgas kann dabei zu 2 bis 5 Vol.-% aus Kohlenmonoxid bestehen, um verzunderungsfreie geglühte Stahlblechteile zu erhalten.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung zum Innenbereich des Ofens hin einen Abschluss auf, der ein Gasaustrittsloch aufweist. Bevorzugt ist diese Gasaustrittsloch so dimensioniert, dass die Gasaustrittsgeschwindigkeit zwischen 20 m/s und 50 m/s beträgt. Dadurch wird die Ofenatmosphäre durch den entstehenden Impuls gut umgewälzt.
  • Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Abschluss trichterförmig ausgestaltet ist.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Ofen als Durchlaufofen ausgestaltet, wobei er ein Fördermittel aufweist, auf dem das zu erwärmende Stahlblechteil durch den Ofen hindurch gefördert werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erwärmung von Stahlblechteilen auf Austenittemperatur zwischen 850°C und 950°C zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Ofen, in dem die Stahlblechteile erwärmt werden, eine wasserstofffreie Reduktionsatmosphäre erzeugt wird, indem kontinuierlich Kohle-Granulat in eine teilweise in den Ofen hineinragende, zumindest teilweise einen Siebboden aufweisende Vorrichtung gefördert wird, und ein Stickstoff-Sauerstoffgemisch von oben auf das in der Vorrichtung befindliche Kohle-Granulat geleitet wird, so dass das Kohle-Granulat unter dem Wärmeeinfluss im Ofeninneren unter Bildung von Kohlenmonoxid verbrennt, das durch den gasdurchlässigen Boden in den Innenbereich des Ofens strömt.
  • Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Kohle-Granulat mit einem Strom von ungefähr 1,5 kg je Stunde in die Vorrichtung gefördert wird und die Austrittsgeschwindigkeit des Kohlenmonoxids aus der Vorrichtung in den Innenbereich des Ofens 20 m/s - 50 m/s beträgt. Dabei kann die Zumessung der Komponenten Stickstoff, Sauerstoff und Kohle-Granulat über Gewichtsmesseinrichtungen oder über Volumendurchsatzmesseinrichtungen erfolgen.
  • Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.
  • Von den Abbildungen zeigt:
    • Fig. 1 Durchlaufglühofen mit Vorrichtung zur Bereitstellung einer wasserstofffreien Reduktionsatmosphäre
    • Fig. 2 Vorrichtung zur Bereitstellung einer wasserstofffreien Reduktionsatmosphäre in vergrößerter Darstellung
  • Fig. 1 zeigt einen Durchlaufglühofen 10, der über Heizelement 11 beheizt wird. Der Ofen 10 verfügt über ein Rollenband 30 als Fördermittel, mit dem ein zu erwärmendes Stahlblechteil 20 in den Ofen hinein und durch den Ofen hindurch gefördert werden kann. Der Ofen weist eine vordere Ofentür 12 auf, die sich bei Annäherung eines zu erwärmenden Stahlblechteils 20 nach oben in z-Richtung öffnet. Das Stahlblechteil 20 wird auf dem Rollenband 30 horizontal in x-Richtung durch den Ofen 10 hindurch gefördert. Zum Verlassen des Ofens 10 öffnet sich eine hintere Ofentür 13. In dem Innenraum 5 des Ofens herrscht zur Austenisierung des Stahlblechteils 20 eine Temperatur von 850°C bis 950°C. Zur Erzeugung einer wasserstofffreien Reduktionsatmosphäre ragt eine Vorrichtung 1 durch die Ofendecke 2 teilweise in entgegengesetzter z-Richtung in den Innenraum 5 des Ofens 10 hinein. Die Vorrichtung 1 weist an ihrem oberen Ende in z-Richtung, das aus dem Ofen 10 hinausragt, einen Anschluss 7 auf, durch den ein Stickstoff-Sauerstoffgemisch in die Vorrichtung 1 geleitet werden kann. Weiterhin weist die Vorrichtung 1 am gleichen Ende einen Anschluss 8 auf, durch den Kohle-Granulat 4 in die Vorrichtung 1 geleitet werden kann. Die Vorrichtung 1 befindet sich soweit im Innenraum 5 des Ofens 10, dass die Temperatur im Inneren der Vorrichtung 1 am in entgegengesetzter z-Richtung gelegenen Ende mindestens 750°C beträgt, wenn der Ofen aufgeheizt ist. Das Kohle-Granulat 4 fällt dabei auf einen gasdurchlässigen Boden 3 innerhalb der Vorrichtung 1, auf dem es wegen der im Betrieb dort herrschenden Temperatur, die oberhalb der Selbstentzündungstemperatur des Kohle-Granulats von 750°C sofort verbrennt. Dabei entsteht ein kohlenmonoxid- und stickstoffhaltiges Verbrennungsgas, das durch den gasdurchlässigen Boden 3 strömt, der trotz der Beaufschlagung mit Kohle-Granulat 4 gasdurchlässig bleibt, in den unter dem gasdurchlässigen Boden 3 liegenden Raum der Vorrichtung 1, der durch einen trichterförmigen Abschluss 9 gegenüber dem Innenraum 5 des Ofens 1 abgegrenzt wird. Dieser durch den trichterförmigen Abschluss 9 und den gasdurchlässigen Boden 3 gebildete Raum der Vorrichtung 1 weist an seinem in entgegengesetzter z-Richtung gelegenen Ende ein Gasaustrittsloch 6 auf, durch das das kohlenmonoxidhaltige Verbrennungsgas in den Innenraum 5 des Ofens 10 strömt. Das Gasaustrittsloch ist so dimensioniert, dass bei der Beaufschlagung der Vorrichtung 1 mit einem Kohle-Granulatstrom von ungefähr 1,5 kg je Stunde und einem entsprechenden durch den Anschluss 7 eingeleiteten Strom an Stickstoff-Sauerstoffgemisch die Gasaustrittsgeschwindigkeit zwischen 20 m/s und 50 m/s beträgt. Dadurch entsteht im Innenraum 5 des Ofens ein Impuls, durch den die Ofenatmosphäre so umgewälzt wird, dass die Kohlenmonoxidkonzentration im gesamten Innenraum 5 des Ofens 10 ausreichend ist, um eine Verzunderung einerseits und eine Wasserstoffversprödung des Stahlblechteils 20 andererseits zu verhindern.
  • Die Zumessung der Komponenten Stickstoff, Sauerstoff und Kohle-Granulat kann über Gewichtsmesseinrichtungen oder über Volumendurchsatzmesseinrichtungen erfolgen.
  • Ein Durchlaufofen mit ca. 5 to/h Stahldurchsatz verbraucht typischerweise ca. 50-100 m3/h Schutzgas. Unter normalen Bedingungen genügt 2-5% Kohlenmonoxid, um zunderfrei zu arbeiten. Die Toxizität ist vergleichbar mit anderen reduzierenden Schutzgasen, wie beispielsweise Endogas mit ca. 15% Kohlenmonoxid oder Exogas mit ca. 7% Kohlenmonoxid. Die Arbeit mit solchen Schutzgasen ist in der EN 746 geregelt und es besteht seit vielen Jahren in hunderten Ofenanlagen praktische Erfahrung.
  • Fig. 2 zeigt die Vorrichtung zur Bereitstellung einer wasserstofffreien Reduktionsatmosphäre in einer vergrößerten Darstellung. Das Kohle-Granulat 4 kann durch den Anschluss 8 in das Innere der Vorrichtung 1 gelangen. Dazu kann eine Förderschnecke 30 eingesetzt werden, um das Kohle-Granulat 4 waagerecht zu fördern. Das Stickstoff-Sauerstoffgemisch wird der Vorrichtung 1 durch den senkrechten Anschluss 7 von oben zugeführt. Das Kohle-Granulat fällt unter Schwerkrafteinfluss aus dem waagerechten Anschluss 8 in die Vorrichtung 1, wobei es von dem Stickstoff-Sauerstoffgemisch mitgenommen wird. In der Vorrichtung 1 herrscht ein Temperaturgefälle von ungefähr Raumtemperatur an den Anschlüssen 7 und 8 bis zu mindestens 750°C unmittelbar oberhalb des gasdurchlässigen Bodens 3, wenn der Ofen in Betrieb ist und die Temperatur im Innenraum des Ofens mindestens 850°C beträgt. Die Vorrichtung muss nicht separat beheizt werden, sondern bezieht ihre benötigte Wärme aus dem beheizten Innenraum des Ofens. Sobald das Kohle-Granulat 4 soweit nach unten in den Bereich der Vorrichtung 1 gefallen ist, dass die Temperatur mindestens 750°C aufweist, verbrennt das Kohle-Granulat unter Bildung von Kohlenmonoxid, und die Verbrennungsgase strömen durch den gasdurchlässigen Boden 3 und das Gasaustrittsloch 6 in den Innenraum 5 des Ofens 10. Um eine Aufkohlung der Vorrichtung 1 zu verhindern, besteht sie aus Siliziumcarbid.
  • Selbstverständlich kann die Vorrichtung 1 auch aus anderen geeigneten Werkstoffen bestehen. In den Ausführungsbeispielen ist ein Ofen 10 mit einer Vorrichtung 1 beschrieben. Genauso kann ein Ofen 10 auch mehrere Vorrichtungen 1 aufweisen, dies insbesondere, wenn der Ofen 10 größer und der Durchsatz an Stahlblechteilen 20 höher ist.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Vorrichtung, Retorte
    2
    Ofendecke
    3
    gasdurchlässiger Boden
    4
    Kohle-Granulat
    5
    Innenraum
    6
    Gasaustrittsloch
    7
    Anschluss für die Zuführung des Stickstoff-Sauerstoffgemischs
    8
    Anschluss für die Zuführung des Kohle-Granulats
    9
    Abschluss
    10
    Ofen
    11
    Heizelement
    12
    vordere Ofentür
    13
    hintere Ofentür
    20
    Stahlblechteil
    30
    Fördermittel, Rollenband
    40
    Förderschnecke

Claims (12)

  1. Ofen (10) zum Erwärmen von Stahlblechteilen auf Austenittemperatur zwischen 850°C und 950°C mit einem Innenbereich (5) und einer Ofendecke (2),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Vorrichtung (1) vertikal in der Ofendecke (2) so eingebaut ist, dass ein Teil der Vorrichtung (1) in entgegengesetzter z-Richtung in den Ofen (10) hineinragt, während der andere Teil aus dem Ofen (10) hinausragt und die Vorrichtung (1) an dem aus dem Ofen (10) hinausragenden Teil einen Anschluss (7) aufweist, durch den ein Stickstoff-Sauerstoffgemisch zugeführt werden kann, und einen Anschluss (8) aufweist, durch den Kohle-Granulat (4) zugeführt werden kann, und sich an der in entgegengesetzter z-Richtung gelegenen Unterseite des in den Ofen (10) hineinragenden Teils der Vorrichtung (1) ein gasdurchlässiger Boden (3) befindet.
  2. Ofen (10) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der gasdurchlässige Boden (3) der Vorrichtung (1) das zugeführte Kohle-Granulat (4) auffangen kann, wobei er gasdurchlässig bleibt.
  3. Ofen (10) nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Vorrichtung (1) zumindest teilweise aus Siliziumcarbid gefertigt ist.
  4. Ofen (10) nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich der Teil der Vorrichtung (1), der aus Siliziumcarbid gefertigt ist, im Ofeninneren befindet.
  5. Ofen (10) nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich der Anschluss (7), durch den das Stickstoff-Sauerstoffgemisch in die Vorrichtung (1) geleitet wird, in z-Richtung oben auf der Vorrichtung (1) befindet.
  6. Ofen (10) nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Vorrichtung (1) zum Innenbereich (5) des Ofens (10) hin von einem Abschluss (9) begrenzt wird, der ein Gasaustrittsloch (6) aufweist.
  7. Ofen (10) nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das der Abschluss (9) trichterförmig ausgestaltet ist.
  8. Ofen (10) nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Ofen (10) ein Fördermittel (30) aufweist, auf dem das zu erwärmende Stahlblechteil durch den Ofen (10) hindurch gefördert werden kann.
  9. Verfahren zur Erwärmung von Stahlblechteilen auf Austenittemperatur zwischen 850°C und 950°C,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in einem Ofen (10), in dem die Stahlblechteile erwärmt werden, eine wasserstofffreie Reduktionsatmosphäre erzeugt wird, indem kontinuierlich Kohle-Granulat (4) in eine teilweise in den Ofen (10) hineinragende, zumindest teilweise einen Siebboden (3) aufweisende Vorrichtung (1) gefördert wird, und ein Stickstoff-Sauerstoffgemisch von oben auf das in der Vorrichtung (1) befindliche Kohle-Granulat (4) geleitet wird, so dass das Kohle-Granulat (4) unter dem Wärmeeinfluss im Ofeninneren (9) unter Bildung von Kohlenmonoxid verbrennt, das durch den gasdurchlässigen Boden (3) in den Innenbereich (5) des Ofens (10) strömt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Kohle-Granulat (4) mit einem Strom von ungefähr 1,5 kg je Stunde in die Vorrichtung (1) gefördert wird und die Austrittsgeschwindigkeit des Kohlenmonoxids aus der Vorrichtung in den Innenbereich (5) des Ofens (10) 20 m/s - 50 m/s beträgt.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Zumessung der Komponenten Stickstoff, Sauerstoff und Kohle-Granulat (4) über Gewichtsmesseinrichtungen erfolgt.
  12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Zumessung der Komponenten Stickstoff, Sauerstoff und Kohle-Granulat (4) über Volumendurchsatzmesseinrichtungen erfolgt.
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