EP2685193B1 - Verfahren und Drehherdofen zum Wärmebehandeln von Werkstücken - Google Patents

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EP2685193B1
EP2685193B1 EP12175924.5A EP12175924A EP2685193B1 EP 2685193 B1 EP2685193 B1 EP 2685193B1 EP 12175924 A EP12175924 A EP 12175924A EP 2685193 B1 EP2685193 B1 EP 2685193B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
zone
workpieces
protective gas
carburizing
rotary hearth
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP12175924.5A
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English (en)
French (fr)
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EP2685193A1 (de
Inventor
Salim Philipp Afraz
Hans Georg Dr. Bittner
Sven Günther
Bora Dr. Özkan
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.)
LOI Thermprocess GmbH
Original Assignee
LOI Thermprocess GmbH
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Publication date
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Priority to ES12175924.5T priority patent/ES2532581T3/es
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    • 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
    • C21D9/0037—Rotary furnaces with vertical axis; Furnaces with rotating floor
    • 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
    • F27B9/16—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 circular or arcuate 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
    • C21D9/0062—Heat-treating apparatus with a cooling or quenching zone

Definitions

  • the invention is directed to a rotary hearth furnace ring-type for heat treatment of workpieces, in particular for gas carburizing metallic workpieces, comprising an outer and an inner wall defining a furnace chamber, the at least one carburizing zone, in which an enrichment of the workpieces with carbon under protective gas, and at least one of the at least one carburizing zone downstream treatment zone, wherein in the outer wall at least one closable opening for loading and / or unloading of the furnace chamber is provided with workpieces.
  • the invention relates to a method for heat treating workpieces in a rotary hearth furnace having a furnace chamber having at least one carburization zone and at least one treatment zone downstream of the at least one carburizing zone, wherein the workpieces within the at least one carburizing zone at a temperature above 900 ° C. be enriched with carbon under protective gas.
  • a rotary hearth furnace and a method of the type designated input are, for example, from DE 10 2007 038 991 A1 known.
  • This known rotary hearth furnace is used in particular for Gasaufkohlung metal workpieces and has several treatment zones, which include, for example, a heating zone, a carburizing zone and a diffusion zone.
  • Such a rotary hearth furnace is also from the WO 2005/050112 A2 known, wherein the furnace chamber is divided by means of vertically movable doors in several treatment zones.
  • the workpieces to be treated are taken out of the rotary hearth furnace and into a second furnace or cooling chamber for lowering the temperature within a non-flammable atmosphere (eg nitrogen or argon ), where The metallic workpieces are subsequently returned to the rotary hearth furnace for renewed austenitization.
  • a non-flammable atmosphere eg nitrogen or argon
  • Such systems with two ovens are from the US 3,582,055 and the DE 195 14 289 A1 known.
  • the austenitizing of the previously cooled workpieces could take place in another furnace.
  • the next step, followed by austenitization is usually oil bath or polymer quenching, more rarely inert gas cooling.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a solution that provides a structurally simple way and cost, an improved method for heat treatment of workpieces and an apparatus for performing the method, so that related gas carburization processes are possible in an economically efficient manner.
  • the object is achieved in that the at least one treatment zone has at least one of at least one carburizing zone downstream Perlitization zone, which is provided with at least one temperature of the Perlitleiterszone holding a maximum of 720 ° C heating-cooling device wherein between the at least one carburization zone and the at least one pelitization zone is arranged at least one entry lock zone formed by a pair of movable doors and at least one workpiece is receivable, and wherein immediately before and / or within the entry lock zone the inert gas of the carburizing zone from the furnace space laxative protective gas discharge is provided.
  • the object is achieved in a method of the type designated input, that the workpieces in at least one of the at least one carburizing zone downstream perlitization zone, which is associated with the treatment zone to be cooled by means of at least one heating-cooling device to a temperature below 720 ° C to form a pearlitic structure, the workpieces prior to their arrangement in the at least one Perlitization be transported through at least one of the at least one carburizing zone downstream entrance lock zone, which is formed by a pair of movable doors and of which at least one workpiece is receivable, and wherein the protective gas of the carburizing zone at the latest within the entrance lock zone is discharged from the furnace chamber.
  • a heating-cooling device As a heating-cooling device is here to understand a device which is able to heat both a zone of the rotary hearth furnace as well as to cool. Such a heating-cooling device provides a largely constant temperature, so that either heat is removed from the zone during cooling or the atmosphere of the zone is heated by heat emission of the heating-cooling device of the heating-cooling device.
  • the invention provides a method and a rotary hearth furnace, by which the process of gas carburization including perlitization can be carried out safely and uncritically within a rotary hearth furnace, while avoiding the above-described risks of soot precipitation and uncontrolled deflagration.
  • This is achieved, inter alia, by the entrance lock zone, which separates the carburizing zone and the adjoining perlitization zone to prevent atmosphere exchange between the zones.
  • the separation causes different inert gas atmospheres to be used in the carburization zone and in the perlitization zone, so that, for example, when selecting the protective gas for the perlitization zone and handling it in this zone, the dangers described above correspond accordingly Be considered and counteracted.
  • the rotary hearth furnace according to the invention and the method operating the rotary hearth furnace provide in comparison to the known from the prior art systems with at least two furnaces cost and simple process management, which is feasible for the rotary hearth furnace according to the invention by a functionally appropriate and little space-consuming construction.
  • the perlitization within a single rotary hearth furnace dramatically reduces the process time in gas carburizing so that workpieces can be heat treated in much less time as a result of the invention, especially when hitherto poor carburizing temperatures of up to about 1100 ° C have been used.
  • Such high carburizing temperatures can hitherto only be used with special fine-grain-stabilized alloys in conjunction with a residual risk of obtaining a coarse grain while gas carburizing.
  • the invention provides that the protective gas of the carburizing zone is removed from the furnace chamber at the latest within the entry lock zone, so that it cools in the entry lock zone or in the Perlitization zone does not come to soot precipitations and / or deflagrations.
  • the invention provides, in an embodiment of the rotary hearth furnace, that at least one heating-cooling device cooling the workpiece is arranged within the input lock zone.
  • the workpieces are already cooled within the entrance lock zone by means of the heating-cooling device, before the workpieces reach the at least one perlitization zone.
  • cooling air and / or cooling water are sprayed into the inlet lock zone for the convective cooling of the workpieces.
  • the at least one perlitization zone is followed by at least one exit sluice zone formed by a pair of movable doors and at least one Workpiece is receivable.
  • the perlitization zone is adjoined by at least one further treatment zone, which may be located inside or outside the rotary hearth furnace and serves to reheat the workpieces to an austentitization temperature, it is advantageous, in view of shortening the process duration, if at least one of the at least one exit sluice zone a heating / cooling device heating the workpiece is arranged or when the workpieces are heated within the at least one exit lock zone by means of a heating-cooling device.
  • the invention provides for the at least one perlication zone to be preceded by at least one entrance lock zone with a pair of movable doors and at least one exit lock zone connected to a pair of movable doors, wherein purely optionally the entrance lock zone and / or the exit lock zone each comprise at least one Can have heating and cooling device.
  • a structure with desired properties can be produced particularly efficiently and economically within the rotary hearth furnace if at least one heating zone is connected downstream of at least one heating / cooling device with at least one heating / cooling device which heats the workpieces to at least austenitizing temperature.
  • the invention provides, in a further embodiment, that the at least one exit-lock zone is arranged between the at least one pearlization zone and the at least one heating zone.
  • the at least one pervaporation zone has an inert gas supply for the convective cooling of the workpieces or if protective gas is supplied to the at least one pyrolysis zone, which is the protective gas of the carburizing zone is different.
  • the invention provides that an outlet protective gas discharge is provided downstream of the at least one pearlization zone and the protective gas originating from the at least one pearlization zone dissipates.
  • the invention provides that the at least one perlitization zone itself has an inert gas discharge which dissipates the protective gas supplied to the at least one perlitization zone.
  • the protective gas discharged from the perlitization zone can then be treated, cooled and made available to the protective gas feed for refeeding into the at least one pearlization zone.
  • the method applies that the protective gas supplied to the at least one pelitization zone is removed from the at least one pyrolysis zone.
  • the protective gas can then be treated outside the furnace chamber and cooled, and subsequently the at least one perlitization zone can be recycled as protective gas.
  • the preparation and reuse of the Protective gas has a favorable effect on the process control of the at least one perlitization zone.
  • FIG. 1 a schematic plan view of a rotary hearth furnace 1 according to the invention in ring type.
  • the rotary hearth furnace 1 is used for heat treatment of workpieces 2 and in particular for Gasaufkohlung of metallic workpieces 2.
  • the rotary hearth furnace 1 in the FIG. 1 Not shown ceiling plate, an outer wall 3, an inner wall 4 and a rotary hearth 5, on which the workpieces 2 are arranged.
  • the ceiling plate of the rotary hearth 5 and the outer and inner walls 3, 4 define a furnace chamber 6, wherein the rotary hearth 5 the furnace chamber 6 bottom side and the outer wall 3 and the inner wall 4 limit the furnace chamber 6 in the circumferential direction.
  • the ceiling plate limits the furnace chamber 6 on the ceiling side.
  • the furnace chamber 6 has a carburizing zone 7, in which an enrichment of the workpieces 2 with carbon takes place under protective gas (endogas) or a protective gas atmosphere, and a treatment zone 8 downstream of the carburizing zone 7, the carburizing zone 7 already representing a type of treatment zone.
  • the one carburization zone 7 may be subdivided into several carburizing zones.
  • one of the carburizing zone 7 or the carburizing zones may be preceded by a heating zone.
  • At least one closable opening 9 is provided, which serves for loading and / or unloading of the furnace chamber 6 with workpieces 2.
  • a workpiece 2 introduced through the opening 9 into the furnace chamber 6 is arranged on the rotary hearth 5 or a frame mounted on the rotary hearth 5 and then rotates together with the rotary hearth 5 rotatable about an imaginary axis of rotation 10, the direction of rotation being counteracted in the illustrated embodiment clockwise, in the direction of arrow A.
  • the rotary hearth furnace 1 according to the invention can be operated in an opposite direction of rotation, in which case the different zones are to be arranged accordingly.
  • the introduced through the opening 9 in the furnace chamber 6 and arranged on the rotary hearth 5 workpieces 2 first pass through the carburizing zone 7, in which they are enriched in a corresponding inert gas atmosphere, at least in its edge region with carbon at a temperature of about 950 ° C. In this enrichment with carbon, however, the initially described effect of grain coarsening occurs.
  • a perlitization is provided within the rotary hearth furnace 1, which takes place in the treatment zone 8 downstream of the carburizing zone 7.
  • the treatment zone 8 at the same time corresponds to the perlitization 11th
  • the rotating with the rotary 5 workpieces 2 of the carburizing zone 7, in which the workpieces 2 at a temperature above 900 ° C under inert gas eg an endogas with about 20 % CO, approx. 40% H 2 , approx.
  • the rotary hearth furnace 1 has a plurality of doors 12, 14, 15 and 16, which are vertically movable, for example, and separate the carburization zone 7 from the perlitization zone 11.
  • the perlitization zone 11, which is defined by the pair of doors 14 and 15, is equipped with heating-cooling devices 17a and 17b, which within the perlitization zone 11 in the region of the outer wall 3 and inner wall 4 are arranged and ensure that prevails in the perlitization zone 11, a maximum temperature of 720 ° C, preferably a temperature of about 650 ° C in the perlitization zone 11 is desired.
  • the heating-cooling devices 17a and 17b serve to cool the workpieces 2 coming from the carburizing zone 7 to a temperature of less than 720 ° C., so that a pearlitic structure can be formed.
  • a protective gas discharge 19 is provided in the illustrated exemplary embodiment within the input lock zone 18, which discharges the protective gas originating from the carburizing zone 7.
  • a protective gas discharge could be provided immediately in front of the door 12 within the carburizing zone 7, so that virtually no protective gas of the carburizing zone 7 accumulates in the inlet lock zone 18.
  • Protective gas discharge 19 gas can be optionally burned off.
  • the duration of the cooling process for the workpieces 2 can be shortened by different measures in the rotary hearth furnace 1 according to the invention.
  • a first, optional measure provides within the entrance lock zone 18 heating-cooling devices 20a and 20b for cooling the workpieces 2, wherein only one of the two heating-cooling devices 20a or 20b may be provided.
  • cooling air and / or cooling water can be sprayed into the entrance lock zone 18 for convective cooling of the workpieces, but then due to the risk of deflagration is then strictly ensure that no air enters the perlitization.
  • the heating-cooling devices 17a and 17b are provided for cooling the workpieces 2 within the perlitization zone 11.
  • the cooling of the workpieces 2 can be assisted by a protective gas supply 21, wherein the inert gas supplied to the perlitization zone 11 has a composition different from the protective gas of the carburizing zone 7 and serves for the convective cooling of the workpieces 2.
  • an inert gas discharge 22 is optionally provided within the perlitization zone 11. As a result of this measure, it is possible to constantly introduce new protective gas into the perlitization zone 11 and to burn the protective gas possibly provided with combustible gases and discharged from the protective gas discharge 22.
  • the workpieces 2 are then brought to Umkornung in a subsequent treatment zone, which is referred to herein as the heating zone 23, to a temperature above 800 ° C or Austenitmaschinestemperatur.
  • the heating zone 23 downstream of the perlitization zone 11 has in the FIG. 1 Not shown heating-cooling devices to heat the workpieces 2 to Austenitmaschinestemperatur.
  • the perlitization zone 11 is followed by an exit sluice zone 24.
  • the exit lock zone 24 is in this case formed by the pair of movable doors 15 and 16 and, like the entrance lock zone 18, can receive at least one workpiece 2.
  • the outlet lock zone 24 arranged between the perlitization zone 11 and the heating zone 23 has, in the embodiment shown, an outlet protective gas outlet 25, which is connected downstream of the perlitization zone 11 and which discharges the protective gas originating from the perlitization zone 11.
  • the outlet protective gas discharge 25 can also be arranged outside the exit lock zone 24 in the region of the door 16 within the heating zone 23 in order to prevent the protective gas from the pelation zone 11 from spreading in the heating zone 23 and mixing with the protective gas there.
  • heating / cooling devices 26a and 26b are already provided within the exit lock zone 24, whereby the workpieces 2 having a temperature higher than the temperature for perlitization enter the heating zone 23 ,
  • the process of perlitization in the perlitization zone 11 and subsequent austenitization in the heating zone 23 may be repeated more than once, which may be referred to as so-called "commuting" within a temperature range for refining the texture. It is therefore conceivable according to a conceivable modification of the embodiment shown, a rotary hearth furnace 1, in which alternately perlitization zone 11 and heating zone 23 alternate to produce a workpiece 2 with a desired fine-grained structure and with a corresponding carbon content in its edge region. It is imperative that the perlitization zone 11 and the heating zone 23 are separated and separated from one another by means of appropriate sluice zones.

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Description

  • Die Erfindung richtet sich auf einen Drehherdofen in Ringbauart zur Wärmebehandlung von Werkstücken, insbesondere zur Gasaufkohlung metallischer Werkstücke, umfassend eine Außen- und eine Innenwand, die einen Ofenraum begrenzen, der wenigstens eine Aufkohlungszone, in welcher unter Schutzgas eine Anreicherung der Werkstücke mit Kohlenstoff erfolgt, und zumindest eine der wenigstens einen Aufkohlungszone nachgeschaltete Behandlungszone aufweist, wobei in der Außenwand zumindest eine verschließbare Öffnung zum Be- und/oder Entladen des Ofenraums mit Werkstücken vorgesehen ist.
  • Ebenso bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Wärmebehandeln von Werkstücken in einem Drehherdofen mit einem Ofenraum, der wenigstens eine Aufkohlungszone und zumindest eine der wenigstens einen Aufkohlungszone nachgeschaltete Behandlungszone aufweist, wobei die Werkstücke innerhalb der wenigstens einen Aufkohlungszone bei einer Temperatur oberhalb von 900°C unter Schutzgas mit Kohlenstoff angereichert werden.
  • Ein Drehherdofen und ein Verfahren der Eingangs bezeichneten Art sind zum Beispiel aus der DE 10 2007 038 991 A1 bekannt. Dieser bekannte Drehherdofen wird insbesondere zur Gasaufkohlung metallischer Werkstücke eingesetzt und weist mehrere Behandlungszonen auf, zu denen beispielsweise eine Aufheizungszone, eine Aufkohlungszone und eine Diffusionszone zählen. Ein solcher Drehherdofen ist auch aus der WO 2005/050112 A2 bekannt, wobei der Ofenraum mittels vertikal beweglicher Türen in mehrere Behandlungszonen unterteilt ist.
  • Aufkohlungsprozesse und insbesondere in Drehherdöfen durchgeführte Gasaufkohlungen von Einsatzstählen, bei denen große Aufkohlungstiefen von vorzugsweise mehr als 0,8mm erreicht werden müssen, erfordern eine Prozessdauer von vielen Stunden bis hin zu einigen Tagen. Da die Gasaufkohlungen im Temperaturbereich von ca. 950°C durchgeführt werden, tritt der unerwünschte Effekt der Kornvergröberung auf. Je nach Legierung kann diese Vergröberung mehr oder weniger stark ausgeprägt sein.
  • Ist diese Kornvergröberung eingetreten, kann sie zu einem großen Teil durch eine Perlitisierung bei etwa 650°C und einer anschließend erneuten Erwärmung zur Austenitisierung beseitigt werden. Diese Prozessführung wird oft als "Umkörnung" bezeichnet. Hierbei wird ausgenutzt, dass sich bei der Perlitisierung mehrere kleine Perlitkörner aus einem relativ großen Austenitkorn bilden. Wird dann erneut austenitisiert, so bilden sich aus diesen Perlitkörnern wieder Austenitkörner, die deutlich kleiner sind als das austenitische Ausgangskorn. Dieser Prozess lässt sich auch wiederholen, was dann oft als "Pendeln" bezeichnet wird.
  • Die Absenkung der Gasaufkohlungstemperatur bzw. der Temperatur nach der Aufkohlung in einen Temperaturbereich von ca. 650°C, die zur Perlitisierung erforderlich ist, wird jedoch bislang nicht innerhalb von Drehherdöfen zur Gasaufkohlung durchgeführt. Das liegt daran, dass die verwendeten Schutzgas- bzw. Endogasatmosphären (in der Regel ca. 20% CO, ca. 40%H2, ca. 40% N2 und zusätzlich Reste anderer Gase) bei einer Abkühlung sehr stark zur Rußbildung neigen. Zusätzlich besteht in diesem Temperaturbereich von ca. 650°C die Gefahr, dass die Selbstzündtemperatur des Schutzgases bzw. Endogases unterschritten wird, was bei unbeabsichtigtem Lufteintritt bzw. Sauerstoffeintritt in den Ofenraum zu einer spontanen Verpuffung führen kann. Dieses Risiko ist besonders dann erhöht, wenn lokale, etwas kältere Bereiche, etwa durch Abschattung, vorliegen. Es ist wegen dieses Risikos üblich, bei Temperaturen unterhalb von etwa 750°C, spätestens jedoch bei Temperaturen unterhalb von etwa 700°C, eine Notspülung des Ofenraumes mit nichtbrennbaren Gasen einzuleiten.
  • Mit Bezug auf den vorstehend beschriebenen Perlitisierungsprozess zur "Umkörnung" ist es Stand der Technik, dass die zu behandelnden Werkstücke aus dem Drehherdofen entnommen und in einen zweiten Ofen bzw. in eine Kühlkammer zur Absenkung der Temperatur innerhalb einer nicht brennbaren Atmosphäre (z.B. Stickstoff oder Argon) überführt werden, wobei die metallischen Werkstücke anschließend in den Drehherdofen zur erneuten Austenitisierung zurückgeführt werden. Solche Anlagen mit zwei Öfen sind aus der US 3,582,055 und der DE 195 14 289 A1 bekannt. Alternativ zu der Rückführung der abgekühlten Werkstücke könnte in einem weiteren Ofen die Austenitisierung der zuvor abgekühlten Werkstücke erfolgen. Der nächste Schritt, welcher der Austenitisierung folgt, ist in der Regel ein Ölbad- oder eine Polymerabschreckung, seltener eine Abkühlung unter Schutzgas. Es ist ersichtlich, dass der anlagentechnische Aufwand mit wenigstens zwei Öfen zur Gasaufkohlung infolge der sich daraus ergebenden Kosten zur Errichtung und zum Betrieb der Anlage alles andere als ein Optimum darstellt. Darüber hinaus sind die bekannten Anlagen zur Gasaufkohlung alles andere als kompakt und benötigen aufgrund der wenigstens zwei Öfen viel Bauraum.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Lösung zu schaffen, die auf konstruktiv einfache Weise und kostengünstig ein verbessertes Verfahren zur Wärmebehandlung von Werkstücken und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitstellt, so dass diesbezügliche Gasaufkohlungsprozesse auf wirtschaftlich effiziente Art und Weise möglich werden.
  • Bei einem Drehherdofen der Eingangs bezeichneten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die zumindest eine Behandlungszone mindestens eine der wenigstens einen Aufkohlungszone nachgeschaltete Perlitisierungszone aufweist, die mit wenigstens einer die Temperatur der Perlitisierungszone auf maximal 720°C haltenden Heiz-Kühl-Vorrichtung versehen ist, wobei zwischen der wenigstens einen Aufkohlungszone und der mindestens einen Perlitisierungszone zumindest eine Eingangsschleusenzone angeordnet ist, die von einem Paar bewegbarer Türen gebildet ist und von der wenigstens ein Werkstück aufnehmbar ist, und wobei unmittelbar vor und/oder innerhalb der Eingangsschleusenzone eine das Schutzgas der Aufkohlungszone aus dem Ofenraum abführende Schutzgasabführung vorgesehen ist.
  • Ebenso wird die Aufgabe bei einem Verfahren der Eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, dass die Werkstücke in mindestens einer der wenigstens einen Aufkohlungszone nachgeschalteten Perlitisierungszone, die der Behandlungszone zugeordnet ist, mit Hilfe wenigstens einer Heiz-Kühl-Vorrichtung auf eine Temperatur unterhalb von 720°C zur Bildung eines perlitischen Gefüges abgekühlt werden, wobei die Werkstücke vor ihrer Anordnung in der mindestens einen Perlitisierungszone durch wenigstens eine der wenigstens einen Aufkohlungszone nachgeschaltete Eingangsschleusenzone transportiert werden, die von einem Paar beweglicher Türen gebildet ist und von der wenigstens ein Werkstück aufnehmbar ist, und wobei das Schutzgas der Aufkohlungszone spätestens innerhalb der Eingangsschleusenzone aus dem Ofenraum abgeführt wird.
  • Als Heiz-Kühl-Vorrichtung ist hierbei eine Vorrichtung zu verstehen, die in der Lage ist, sowohl eine Zone des Drehherdofens zu beheizen als auch zu kühlen. Eine solche Heiz-Kühl-Vorrichtung stellt eine weitestgehend konstante Temperatur bereit, so dass von der Heiz-Kühl-Vorrichtung entweder Wärme aus der Zone beim Kühlen abgeführt wird oder aber die Atmosphäre der Zone durch Wärmeabgabe der Heiz-Kühl-Vorrichtung erwärmt wird.
  • Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Durch die Erfindung werden ein Verfahren und ein Drehherdofen zur Verfügung gestellt, durch die der Prozess der Gasaufkohlung inklusive der Perlitisierung gefahrlos und unkritisch innerhalb eines Drehherdofens durchgeführt werden kann, wobei die vorstehend beschriebenen Gefahren der Rußausscheidung und der unkontrollierten Verpuffung gebannt sind. Dies wird unter anderem durch die Eingangsschleusenzone erreicht, welche die Aufkohlungszone und die sich daran anschließende Perlitisierungszone voneinander separiert, um einen Atmosphärenaustausch zwischen den Zonen zu unterbinden. Damit bewirkt die Separation, dass in der Aufkohlungszone und in der Perlitisierungszone unterschiedliche Schutzgas-Atmosphären verwendet werden können, so dass beispielsweise bei der Wahl des Schutzgases für die Perlitisierungszone und dessen Handhabung in dieser Zone die vorstehend beschriebenen Gefahren entsprechend Berücksichtigung finden und diesen entgegengewirkt wird. Der erfindungsgemäße Drehherdofen sowie das den Drehherdofen betreibende Verfahren stellen im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Anlagen mit zumindest zwei Öfen eine kostengünstige und einfache Prozessführung bereit, die für den Drehherdofen gemäß der Erfindung durch eine funktionsgerechte und wenig Bauraum benötigende Konstruktion realisierbar ist. Darüber hinaus bewirkt die Perlitisierung innerhalb eines einzigen Drehherdofens eine enorme Reduzierung der Prozessdauer bei der Gasaufkohlung, so dass Werkstücke infolge der Erfindung in wesentlich kürzerer Zeit wärmebehandelt werden können, insbesondere wenn bislang wenig übliche Aufkohlungstemperaturen von bis zu ca. 1100°C zur Anwendung kommen. Derart hohe Aufkohlungstemperaturen können bislang nur mit speziell feinkornstabilisierten Legierungen in Verbindung mit einem Restrisiko, trotzdem ein grobes Korn zu erhalten, bei der Gasaufkohlung verwendet werden.
  • Da unter anderem die Zusammensetzung des Schutzgases der Aufkohlungszone ursächlich für die Gefahren der Rußausscheidung und der Verpuffung ist, sieht die Erfindung vor, dassdas Schutzgas der Aufkohlungszone spätestens innerhalb der Eingangsschleusenzone aus dem Ofenraum abgeführt wird, damit es bei Abkühlung in der Eingangsschleusenzone bzw. in der Perlitisierungszone nicht zu Rußausscheidungen und/oder Verpuffungen kommt.
  • Zur Beschleunigung der Prozessführung bzw. des Aufkohlungsprozesses sieht die Erfindung in Ausgestaltung des Drehherdofens vor, dass innerhalb der Eingangsschleusenzone wenigstens eine das Werkstück abkühlende Heiz-Kühl-Vorrichtung angeordnet ist. Dadurch werden die Werkstücke bereits innerhalb der Eingangsschleusenzone mittels der Heiz-Kühl-Vorrichtung abgekühlt, noch bevor die Werkstücke in die mindestens eine Perlitisierungszone gelangen.
  • In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass in die Eingangsschleusenzone zum konvektiven Abkühlen der Werkstücke Kühlluft und/oder Kühlwasser eingesprüht werden. Durch diese Maßnahme, die alternativ oder zusätzlich zu der Heiz-Kühl-Vorrichtung in der Eingangsschleusenzone berücksichtigt werden kann, kann wesentlich Einfluss auf die Zeitdauer zur Abkühlung der Werkstücke genommen werden.
  • Um den Gefahren der Rußausscheidung und der unkontrollierten Verpuffung innerhalb des Drehherdofens zusätzlich zu begegnen, ist es bei dem erfindungsgemäßen Drehherdofen weiterhin von Vorteil, wenn der mindestens einen Perlitisierungszone wenigstens eine Ausgangsschleusenzone nachgeordnet ist, die von einem Paar bewegbarer Türen gebildet ist und von der wenigstens ein Werkstück aufnehmbar ist. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist hierzu entsprechend vorgesehen, dass die Werkstücke durch wenigstens eine der mindestens einen Perlitisierungszone nachgeschaltete Ausgangsschleusenzone transportiert werden, die von einem Paar beweglicher Türen gebildet ist und von der wenigstens ein Werkstück aufnehmbar ist.
  • Da sich im Allgemeinen der Perlitisierungszone wenigstens eine weitere Behandlungszone anschließt, die innerhalb oder auch außerhalb des Drehherdofens angeordnet sein kann und der erneuten Erwärmung der Werkstücke auf Austentitisierungstemperatur dient, ist es im Hinblick auf eine Verkürzung der Prozessdauer vorteilhaft, wenn innerhalb der wenigstens einen Ausgangsschleusenzone wenigstens eine das Werkstück erwärmende Heiz-Kühl-Vorrichtung angeordnet ist bzw. wenn die Werkstücke innerhalb der wenigstens einen Ausgangsschleusenzone mittels einer Heiz-Kühl-Vorrichtung erwärmt werden.
  • Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des Drehherdofens sieht die Erfindung vor, dass der mindestens einen Perlitisierungszone wenigstens eine Eingangsschleusenzone mit einem Paar beweglicher Türen vorgeschaltet und wenigstens eine Ausgangsschleusenzone mit einem Paar beweglicher Türen nachgeschaltet ist, wobei rein optional die Eingangsschleusenzone und/oder die Ausgangsschleusenzone jeweils zumindest eine Heiz-Kühl-Vorrichtung aufweisen können.
  • Besonders effizient und wirtschaftlich lässt sich ein Gefüge mit gewünschten Eigenschaften dann innerhalb des Drehherdofens herstellen, wenn der mindestens einen Perlitisierungszone wenigstens eine Erwärmungszone mit zumindest einer die Werkstücke auf wenigstens Austenitisierungstemperatur erwärmenden Heiz-Kühl-Vorrichtung nachgeschaltet ist.
  • Da der erneute Erwärmungsprozess im Allgemeinen auch eine Schutzgasatmosphäre benötigt, die von der Schutzgasatmospähre der Perlitisierungszone verschieden ist, ist eine Separierung bzw. Trennung der beiden Zonen erforderlich. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, dass die wenigstens eine Ausgangsschleusenzone zwischen der mindestens einen Perlitisierungszone und der wenigstens einen Erwärmungszone angeordnet ist.
  • Aufgrund der unterschiedlichen Schutzgasatmosphären, die im Ofenraum verwendet werden, ist es dann von besonderem Vorteil, wenn die mindestens eine Perlitisierungszone eine Schutzgas zuführende Schutzgaszuführung zur konvektiven Abkühlung der Werkstücke aufweist bzw. wenn der mindestens einen Perlitisierungszone Schutzgas zugeführt wird, das von dem Schutzgas der Aufkohlungszone verschieden ist.
  • Damit das Schutzgas der mindestens einen Perlitisierungszone keinen nachteiligen Einfluss auf die Wiedererwärmung der Werkstücke nach der Perlitisierungszone ausübt, sieht die Erfindung vor, dass eine Ausgangsschutzgasabführung vorgesehen ist, die der mindestens einen Perlitisierungszone nachgeschaltet ist und die das aus der mindestens einen Perlitisierungszone stammende und gelangende Schutzgas abführt.
  • Schließlich sieht die Erfindung in Ausgestaltung des Drehherdofens bzw. des Verfahrens vor, dass die mindestens eine Perlitisierungszone selbst eine Schutzgasabführung aufweist, die das der mindestens einen Perlitisierungszone zugeführte Schutzgas abführt. Optional kann hierbei das aus der Perlitisierungszone abgeführte Schutzgas dann aufbereitet, abgekühlt und der Schutzgaszuführung zur Wiederzuführung in die mindestens eine Perlitisierungszone zur Verfügung gestellt werden. Entsprechend gilt für das Verfahren, dass das der mindestens einen Perlitisierungszone zugeführte Schutzgas aus der mindestens einen Perlitisierungszone abgeführt wird. Optional kann dann das Schutzgas außerhalb des Ofenraumes aufbereitet sowie abgekühlt werden und im Anschluss daran der mindestens einen Perlitisierungszone als Schutzgas wieder zugeführt werden. Die Aufbereitung und Wiederverwendung des Schutzgases wirkt begünstigend auf die Prozessführung der mindestens einen Perlitisierungszone.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, in der beispielhaft ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt die einzige Figur 1 eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Drehherdofen 1 in Ringbauart.
  • Der Drehherdofen 1 dient zur Wärmebehandlung von Werkstücken 2 und insbesondere zur Gasaufkohlung von metallischen Werkstücken 2. Dabei weist der Drehherdofen 1 eine in der Figur 1 nicht dargestellte Deckenplatte, eine Außenwand 3, eine Innenwand 4 und einen Drehherd 5 auf, auf dem die Werkstücke 2 angeordnet sind. Zusammen mit der Deckenplatte begrenzen der Drehherd 5 und die Außen- sowie Innenwand 3, 4 einen Ofenraum 6, wobei der Drehherd 5 den Ofenraum 6 bodenseitig und die Außenwand 3 und die Innenwand 4 den Ofenraum 6 in Umfangsrichtung begrenzen. Die Deckenplatte begrenzt den Ofenraum 6 deckenseitig.
  • Gemäß der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform weist der Ofenraum 6 eine Aufkohlungszone 7, in welcher unter Schutzgas (Endogas) bzw. einer Schutzgasatmosphäre eine Anreicherung der Werkstücke 2 mit Kohlenstoff erfolgt, und eine der Aufkohlungszone 7 nachgeschaltete Behandlungszone 8 auf, wobei die Aufkohlungszone 7 bereits eine Art Behandlunsgzone darstellt. Optional kann die eine Aufkohlungszone 7 in mehrere Aufkohlungszonen unterteilt sein. Ebenfalls optional kann der einen Aufkohlungszone 7 oder den Aufkohlungszonen eine Aufheizungszone vorgeschaltet sein kann.
  • In der Außenwand 3 ist mindestens eine verschließbare Öffnung 9 vorgesehen, die zum Be- und/oder Entladen des Ofenraumes 6 mit Werkstücken 2 dient. Ein durch die Öffnung 9 in den Ofenraum 6 eingebrachtes Werkstück 2 wird auf dem Drehherd 5 oder einem auf dem Drehherd 5 angebrachten Gestell angeordnet und dreht sich dann gemeinsam mit dem um eine gedachte Drehachse 10 drehverstellbaren Drehherd 5, wobei die Drehrichtung in dem dargestellten Ausführungsbeispiel entgegen dem Uhrzeigersinn, in Richtung des Pfeils A erfolgt. Selbstverständlich kann der erfindungsgemäße Drehherdofen 1 in einer entgegengesetzten Drehrichtung betrieben werden, wobei dann die verschiedenen Zonen entsprechend anzuordnen sind. Die durch die Öffnung 9 in den Ofenraum 6 eingebrachten und auf dem Drehherd 5 angeordneten Werkstücke 2 durchlaufen zunächst die Aufkohlungszone 7, in welcher sie in einer entsprechenden Schutzgasatmosphäre zumindest in ihrem Randbereich mit Kohlenstoff bei einer Temperatur von etwa 950°C angereichert werden. Bei dieser Anreicherung mit Kohlenstoff tritt dann jedoch der einleitend beschriebene Effekt der Kornvergröberung ein.
  • Um dem unerwünschten Effekt der Kornvergröberung zu begegnen, ist erfindungsgemäß eine Perlitisierung innerhalb des Drehherdofens 1 vorgesehen, die in der der Aufkohlungszone 7 nachgeschalteten Behandlungszone 8 erfolgt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht die Behandlungszone 8 damit gleichzeitig der Perlitisierungszone 11. Damit die mit dem Drehherd 5 mitdrehenden Werkstücke 2 von der Aufkohlungszone 7, in der die Werkstücke 2 bei einer Temperatur oberhalb von 900°C unter Schutzgas (z.B. ein Endogas mit ca. 20% CO, ca. 40%H2, ca. 40% N2 und Reste anderer Gase) mit Kohlenstoff angereichert werden, in die Behandlungszone 8 bzw. in die Perlitisierungszone 11 gelangen können, weist der Drehherdofen 1 mehrere Türen 12, 14, 15 und 16 auf, die beispielsweise vertikal beweglich bzw. bewegbar sind und die Aufkohlungszone 7 von der Perlitisierungszone 11 separiert. Die Perlitisierungszone 11, die von dem Türpaar 14 und 15 definiert ist, ist mit Heiz-Kühl-Vorrichtungen 17a und 17b ausgestattet, die innerhalb der Perlitisierungszone 11 im Bereich der Außenwand 3 und Innenwand 4 angeordnet sind und die dafür sorgen, dass in der Perlitisierungszone 11 eine Temperatur von maximal 720°C vorherrscht, wobei vorzugsweise eine Temperatur von ca. 650°C in der Perlitisierungszone 11 angestrebt ist. Somit dienen die Heiz-Kühl-Vorrichtungen 17a und 17b dazu, die aus der Aufkohlungszone 7 kommenden Werkstücke 2 auf eine Temperatur von weniger als 720°C abzukühlen, damit ein perlitisches Gefüge ausgebildet werden kann.
  • Zur Eliminierung der Gefahren der Rußausscheidung und der unkontrollierten Verpuffung innerhalb des Drehherdofens 1 ist zwischen der Aufkohlungszone 7 und der Perlitisierungszone 11 eine Eingangsschleusenzone 18 angeordnet, die von den bewegbaren Türen 12 und 14 gebildet ist. Die Türen 12 und 14, aber auch die Türen 15 und 15, sind vertikal beweglich, damit die Werkstücke 2 von der Aufkohlungszone 7 über die Eingangsschleusenzone 18 in die Perlitisierungszone 11 gelangen können, ohne dass dabei ein Austausch der Atmospähren der beiden Zonen 7 und 11 stattfindet. Von der Eingangsschleusenzone 18 ist dabei wenigstens ein Werkstück 2 aufnehmbar, bevor es in die Perlitisierungszone 11 transportiert wird. Mit anderen Worten ist zwischen dem Paar bewegbarer Türen 12, 14 zumindest ein Werkstück aufnehmbar. Wie vorstehend bereits angeführt, ist es Aufgabe der Eingangsschleusenzone 18, die Aufkohlungszone 7 von der Perlitisierungszone 11 zu separieren, damit so gut wie kein Schutzgas der Aufkohlungszone 7 in die Perlitisierungszone 11 gelangt, was zu der Rußausscheidung und der unkontrollierten Verpuffung führen würde. Dieser zuletzt genannten Gefahr entgegenwirkend ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel innerhalb der Eingangsschleusenzone 18 eine Schutzgasabführung 19 vorgesehen, die das aus der Aufkohlungszone 7 stammende Schutzgas abführt. Alternativ könnte auch eine Schutzgasabführung unmittelbar vor der Tür 12 innerhalb der Aufkohlungszone 7 vorgesehen sein, damit sich so gut wie kein Schutzgas der Aufkohlungszone 7 in der Eingangsschleusenzone 18 ansammelt. Somit ist es zweckmäßig, wenn das Schutzgas der Aufkohlungszone 7 spätestens innerhalb der Eingangsschleusenzone 18 aus dem Ofenraum 6 abgeführt wird. Dabei kann das mittels der Schutzgasabführung 19 abgeführte Schutzgas optional auch abgebrannt werden.
  • Die Dauer des Abkühlungsvorgangs für die Werkstücke 2 kann durch unterschiedliche Maßnahmen bei dem erfindungsgemäßen Drehherdofen 1 verkürzt werden. Eine erste, optionale Maßnahme sieht innerhalb der Eingangsschleusenzone 18 Heiz-Kühl-Vorrichtungen 20a und 20b zur Abkühlung der Werkstücke 2 vor, wobei auch nur eine der beiden Heiz-Kühl-Vorrichtungen 20a oder 20b vorgesehen sein kann. Als zweite, optionale bzw. alternative Maßnahme kann in die Eingangsschleusenzone 18 zum konvektiven Abkühlen der Werkstücke 2 Kühlluft und/oder Kühlwasser eingesprüht werden, wobei aufgrund der Verpuffungsgefahr dann jedoch streng sicherzustellen ist, dass keine Luft in die Perlitisierungszone gelangt.
  • Zur Abkühlung der Werkstücke 2 innerhalb der Perlitisierungszone 11 sind primär die Heiz-Kühl-Vorrichtungen 17a und 17b vorgesehen. Die Abkühlung der Werkstücke 2 kann jedoch durch eine Schutzgaszuführung 21 unterstützt werden, wobei das der Perlitisierungszone 11 zugeführte Schutzgas eine von dem Schutzgas der Aufkohlungszone 7 verschiedene Zusammensetzung aufweist und der konvektiven Abkühlung der Werkstücke 2 dient. Da auch bei dieser Möglichkeit die Gefahr der Rußausscheidung bestehen kann, ist optional eine Schutzgasabführung 22 innerhalb der Perlitisierungszone 11 vorgesehen. Durch diese Maßnahme kann ständig neues Schutzgas in die Perlitisierungszone 11 geführt werden und das gegebenenfalls mit brennbaren Gasen versehene und von der Schutzgasabführung 22 abgeführte Schutzgas verbrannt werden. Wesentlich ressourcenschonender ist es aber gemäß einer alternativen und in Figur 1 gezeigten Ausgestaltung, wenn die Schutzgasabführung 22 das der Perlitisierungszone 11 mittels der Schutzgaszuführung 21 zugeführte Schutzgas abführt, das abgeführte Schutzgas außerhalb des Drehherdofens 1 in einer entsprechenden Aufbereitungsanlage aufbereitet bzw. gereinigt und abgekühlt wird und dann der Schutzgaszuführung 21 zur Wiederzuführung in die Perlitisierungszone 11 zur Verfügung gestellt wird.
  • Nach Perlitisierung der Werkstücke 2 in der Perlitisierungszone 11 bei weniger als 720°C werden die Werkstücke 2 zur Umkörnung dann in einer sich anschließenden Behandlungszone, die hier als Erwärmungszone 23 bezeichnet wird, auf eine Temperatur oberhalb von 800°C bzw. auf Austenitisierungstemperatur gebracht. Zu diesem Zweck weist die der Perlitisierungszone 11 nachgeschaltete Erwärmungszone 23 in der Figur 1 nicht näher dargestellte Heiz-Kühl-Vorrichtungen auf, um die Werkstücke 2 auf Austenitisierungstemperatur zu erwärmen.
  • Da die Erwärmung in der Erwärmungszone 23 in einer zu der Aufkohlungszone 7 ähnlichen Schutzgasatmosphäre mit erhöhtem Kohlenstoffgehalt erfolgt, muss dafür gesorgt werden, dass Anteile der Atmosphäre der Erwärmungszone 23 nicht in die Perlitisierungszone 11 gelangen. Zu diesem Zweck ist der Perlitisierungszone 11 eine Ausgangsschleusenzone 24 nachgeordnet. Die Ausgangsschleusenzone 24 wird hierbei von dem Paar bewegbarer Türen 15 und 16 gebildet und kann ebenso wie die Eingangsschleusenzone 18 wenigstens ein Werkstück 2 aufnehmen. Die zwischen der Perlitisierungszone 11 und der Erwärmungszone 23 angeordnete Ausgangsschleusenzone 24 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Ausgangsschutzgasabführung 25 auf, die der Perlitisierungszone 11 nachgeschaltet ist und die das aus der Perlitisierungszone 11 stammende und gelangende Schutzgas abführt. Alternativ kann die Ausgangsschutzgasabführung 25 auch außerhalb der Ausgangsschleusenzone 24 im Bereich der Tür 16 innerhalb der Erwärmungszone 23 angeordnet sein, um zu verhindern, dass das Schutzgas aus der Perlitisierungszone 11 sich in der Erwärmungszone 23 ausbreitet und mit dem dortigen Schutzgas vermischt.
  • Um ferner die Zeitdauer der Wiedererwärmung der Werkstücke 2 in der Erwärmungszone 23 zu verkürzen, sind bereits innerhalb der Ausgangsschleusenzone 24 Heiz-Kühl-Vorrichtungen 26a und 26b vorgesehen, wodurch die Werkstücke 2 mit einer höheren Temperatur als die Temperatur zur Perlitisierung in die Erwärmungszone 23 gelangen.
  • Der Prozess der Perlitisierung in der Perlitisierungszone 11 und die anschließende Austenitisierung in der Erwärmungszone 23 kann mehr als einmal wiederholt werden, was dann als sogenanntes "Pendeln" innerhalb eines Temperaturbereiches zur Verfeinerung des Gefüges bezeichnet werden kann. Es ist also gemäß einer denkbaren Abwandlung des gezeigten Ausführungsbeispiels ein Drehherdofen 1 vorstellbar, bei dem sich mehrmals Perlitisierungszone 11 und Erwärmungszone 23 abwechseln, um ein Werkstück 2 mit gewünschtem feinkörnigem Gefüge und mit entsprechendem Kohlenstoff-Gehalt in seinem Randbereich herzustellen. Dabei ist es zwingend erforderlich, dass Perlitisierungszone 11 und Erwärmungszone 23 mittels entsprechender Schleusenzonen voneinander getrennt und separiert sind.
  • Zusammenfassend sind vorstehend ein Drehherdofen 1 mit integrierter Perlitisierungszone 11 für die Gasaufkohlung und ein Verfahren eines Gasaufkohlungsprozesses mit nachgeschalteter Perlitisierung und anschließender Austenitisierung in dem einen Drehherdofen 1 beschrieben worden. Der erfindungsgemäße Drehherdofen 1 und das Verfahren eignen sich besonders für Gasaufkohlungen von Einsatzstählen, bei denen große Aufkohlungstiefen erreicht werden müssen (vorzugsweise > 0,8mm) und bei denen daher der unerwünschte Effekt der Kornvergröberung auftritt. Diese Kornvergröberung wird bei dem erfindungsgemäßen Drehherdofen 1 und dem Verfahren durch eine Perlitisierung und anschließender erneuter Austenitisierung beseitigt, wobei den Gefahren der Rußbildung durch Abkühlung und der Verpuffung bei unbeabsichtigtem Sauerstoffeintritt dadurch begegnet wird, dass der Perlitisierungszone 11 jeweils eine Schleusenzone 18, 24 vor- und gegebenenfalls nachgeschaltet ist, durch die ein Eintritt von Anteilen der Aufkohlungsatmosphäre in die Perlitisierungszone 11 verhindert wird. Mit der beschriebenen Erfindung gelingt die Perlitisierung innerhalb eines einzigen Drehherdofens 1 trotz der oben beschriebenen Gefahr der Rußausscheidung bzw. der unkontrollierten Verpuffung. Die Erfindung sieht somit eine Perlitisierungszone 11 mit Kühl-Heiz-Vorrichtung 17a, 17b innerhalb eines Drehherdofens 1 vor, bei der:
    • zwei innenliegende Schleusenzonen 18, 24 (jeweils eine vor und eine hinter der Perlitisierungszone 11), die mit jeweils einer Kühl-Heiz-Vorrichtung 20a, 20b bzw. 26a, 26b ausgestattet sind.
    • zusätzlich bei Bedarf kaltes Schutzgas zur konvektiven Unterstützung der Abkühlung in die Perlitisierungszone 11 mittels einer Schutzgaszuführung 21 eingeleitet werden kann.
    • außerdem innerhalb der Schleusenzonen 18, 24 die Möglichkeit besteht, insbesondere brennbares Schutzgas mittels einer Schutzgasabführung 22 abzuführen und dieses bei Bedarf danach vollständig zu verbrennen.
    • Optional die Möglichkeit besteht, zusätzlich Schutzgas abzuführen, das nach einer externen Abkühlung zur Wiedereinspeisung als Kühlgas genutzt werden kann.
  • Die vorstehend beschriebene Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebene und/oder dargestellte Ausführungsform beschränkt. Es ist ersichtlich, dass an der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform zahlreiche, dem Fachmann entsprechend der beabsichtigten Anwendung naheliegende Abänderungen vorgenommen werden können, ohne dass dadurch der Bereich der Erfindung verlassen wird. Dabei gehört zur Erfindung alles dasjenige, was in der Beschreibung enthalten und/oder in der Zeichnung dargestellt ist, einschließlich dessen, was abweichend von dem konkreten Ausführungsbeispiel für den Fachmann naheliegt.

Claims (17)

  1. Drehherdofen (1) in Ringbauart zur Wärmebehandlung von Werkstücken (2), insbesondere zur Gasaufkohlung metallischer Werkstücke, umfassend eine Außen- und eine Innenwand (3, 4), die einen Ofenraum (6) begrenzen, der wenigstens eine Aufkohlungszone (7), in welcher unter Schutzgas eine Anreicherung der Werkstücke (2) mit Kohlenstoff erfolgt, und zumindest eine der wenigstens einen Aufkohlungszone (7) nachgeschaltete Behandlungszone (8) aufweist, wobei in der Außenwand (3) zumindest eine verschließbare Öffnung (9) zum Be- und/oder Entladen des Ofenraums (6) mit Werkstücken (2) vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die zumindest eine Behandlungszone (8) mindestens eine der wenigstens einen Aufkohlungszone (7) nachgeschaltete Perlitisierungszone (11) aufweist, die mit wenigstens einer die Temperatur der Perlitisierungszone (11) auf maximal 720°C haltenden Heiz-Kühl-Vorrichtung (17a, 17b) versehen ist, wobei zwischen der wenigstens einen Aufkohlungszone (7) und der mindestens einen Perlitisierungszone (11) zumindest eine Eingangsschleusenzone (18) angeordnet ist, die von einem Paar bewegbarer Türen (12, 14) gebildet ist und von der wenigstens ein Werkstück (2) aufnehmbar ist, und wobei unmittelbar vor und/oder innerhalb der Eingangsschleusenzone (18) eine das Schutzgas der Aufkohlungszone (7) aus dem Ofenraum (6) abführende Schutzgasabführung (19) vorgesehen ist.
  2. Drehherdofen (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Eingangsschleusenzone (18) wenigstens eine das Werkstück (2) abkühlende Heiz-Kühl-Vorrichtung (20a, 20b) angeordnet ist.
  3. Drehherdofen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens einen Perlitisierungszone (11) wenigstens eine Ausgangsschleusenzone (24) nachgeordnet ist, die von einem Paar bewegbarer Türen (15, 16) gebildet ist und von der wenigstens ein Werkstück (2) aufnehmbar ist.
  4. Drehherdofen (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der wenigstens einen Ausgangsschleusenzone (24) wenigstens eine die Werkstücke (2) erwärmende Heiz-Kühl-Vorrichtung (26a, 26b) angeordnet ist.
  5. Drehherdofen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens einen Perlitisierungszone (11) wenigstens eine Erwärmungszone (23) mit zumindest einer die Werkstücke (2) auf mindestens Austenitisierungstemperatur erwärmenden Heiz-Kühl-Vorrichtung nachgeschaltet ist.
  6. Drehherdofen (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Ausgangsschleusenzone (24) zwischen der mindestens einen Perlitisierungszone (11) und der wenigstens einen Erwärmungszone (23) angeordnet ist.
  7. Drehherdofen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Perlitisierungszone (11) eine Schutzgas zuführende Schutzgaszuführung (21) zur konvektiven Abkühlung der Werkstücke (2) aufweist.
  8. Drehherdofen (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Perlitisierungszone (11) eine Schutzgasabführung (22) aufweist, die das der mindestens einen Perlitisierungszone (11) zugeführte Schutzgas abführt.
  9. Drehherdofen (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgangsschutzgasabführung (25) vorgesehen ist, die der mindestens einen Perlitisierungszone (11) nachgeschaltet ist und die das aus der mindestens einen Perlitisierungszone (11) stammende und gelangende Schutzgas abführt.
  10. Verfahren zum Wärmebehandeln von Werkstücken (2) in einem Drehherdofen (1) mit einem Ofenraum (6), der wenigstens eine Aufkohlungszone (7) und zumindest eine der wenigstens einen Aufkohlungszone (7) nachgeschaltete Behandlungszone (8) aufweist, wobei die Werkstücke (2) innerhalb der wenigstens einen Aufkohlungszone (7) bei einer Temperatur oberhalb von 900°C unter Schutzgas mit Kohlenstoff angereichert werden,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Werkstücke (2) in mindestens einer der wenigstens einen Aufkohlungszone (7) nachgeschalteten Perlitisierungszone (11), die der Behandlungszone (8) zugeordnet ist, mit Hilfe wenigstens einer Heiz-Kühl-Vorrichtung (17a, 17b) auf eine Temperatur unterhalb von 720°C zur Bildung eines perlitischen Gefüges abgekühlt werden, wobei die Werkstücke (2) vor ihrer Anordnung in der mindestens einen Perlitisierungszone (11) durch wenigstens eine der wenigstens einen Aufkohlungszone (7) nachgeschaltete Eingangsschleusenzone (18) transportiert werden, die von einem Paar beweglicher Türen (12, 14) gebildet ist und von der wenigstens ein Werkstück (2) aufnehmbar ist, und wobei das Schutzgas der Aufkohlungszone (7) spätestens innerhalb der Eingangsschleusenzone (18) aus dem Ofenraum (6) abgeführt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke (2) innerhalb der Eingangsschleusenzone (18) mittels wenigstens einer Heiz-Kühl-Vorrichtung (20a, 20b) abgekühlt werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in die Eingangsschleusenzone (18) zum konvektiven Abkühlen der Werkstücke (2) Kühlluft und/oder Kühlwasser eingesprüht werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke (2) durch wenigstens eine der mindestens einen Perlitisierungszone (11) nachgeschaltete Ausgangsschleusenzone (24) transportiert werden, die von einem Paar beweglicher Türen (15, 16) gebildet ist und von der wenigstens ein Werkstück (2) aufnehmbar ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke (2) innerhalb der wenigstens einen Ausgangsschleusenzone (24) mittels wenigstens einer Heiz-Kühl-Vorrichtung (26a, 26b) erwärmt werden.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens einen Perlitisierungszone (11) Schutzgas zugeführt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das der mindestens einen Perlitisierungszone (11) zugeführte Schutzgas aus der mindestens einen Perlitisierungszone (11) abgeführt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Perlitisierungszone (11) abgeführte Schutzgas außerhalb des Ofenraumes (6) aufbereitet sowie abgekühlt wird und der mindestens einen Perlitisierungszone (11) als Schutzgas wieder zugeführt wird.
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