ITMI942371A1 - PROCEDURE FOR GAS CARBOCEMENTATION - Google Patents
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Abstract
L'invenzione concerne un procedimento per la carbocementazione di pezzi metallici in un forno ad elevate temperature e in un'atmosfera contenente CO e H2, nel quale procedimento l'atmosfera viene formata sulla base di un mezzo idrocarburico addotto al forno, contenente ossigeno, in particolare di metanolo, come pure sulla base di azoto, laddove viene immesso addizionalmente un mezzo di arricchimento per l'impostazione di un determinato livello di carbonio.Per il conseguimento di un'atmosfera di carburazione con un numero di transizione di carbonio inizialmente elevato si propone che, per lo meno in una parte della detta fase iniziale, al forno venga addotto biossido di carbonio oppure ossigeno oppure una miscela di ossigeno/aria come pure, in modo maggiorato - in maniera a ciò correlata - un mezzo di arricchimento e, dall'altro lato, vengaThe invention relates to a process for the carburizing of metal pieces in an oven at high temperatures and in an atmosphere containing CO and H2, in which the atmosphere is formed on the basis of a hydrocarbon medium fed to the oven, containing oxygen, in particular of methanol, as well as on the basis of nitrogen, where an enrichment medium is added in addition for the setting of a certain carbon level. For the achievement of a carburizing atmosphere with an initially high carbon transition number it is proposed that, at least in part of said initial phase, carbon dioxide or oxygen or an oxygen / air mixture is added to the oven as well as, in a greater way - in a manner correlated to this - with an enrichment medium and, from the other side, come
Description
diminuita corrispondentemente nello stesso tempo l'aggiunta di N2, mentre nella successiva fase di processo, nella quale la diffusione di carbonio diviene determinante per la carbocementazione, viene nuovamente interrotta l'adduzione di biossido di carbonio oppure di ossigeno, come pure l'aumentata adduzione di mezzo di arricchimento, con inserimento dell'adduzione di azoto. at the same time the addition of N2 is reduced correspondingly, while in the subsequent process phase, in which the diffusion of carbon becomes decisive for the carburizing, the adduction of carbon dioxide or oxygen is interrupted again, as well as the increased adduction of enrichment medium, with insertion of the nitrogen adduction.
Descrizione del trovato Description of the finding
L'invenzione concerne un procedimento per la carbocementazione di pezzi metallici in un forno ad elevate temperature e in un'atmosfera contenete CO e H2, nel quale procedimento l'atmosfera viene formata sulla base di un mezzo idrocarburico addotto al forno, contenente ossigeno, in particolare di metanolo, come pure sulla base di azoto, laddove addizionalmente viene immesso un mezzo di arricchimento per l'impostazione di un determinato potenziale (livello) di carbonio, e nel quale procedimento nella fase iniziale del processo di carbocementazione, nella quale si ha un rapido assorbimento di carbonio da parte del pezzo, viene formata un'atmosfera con un elevato numero di transione e di carbonio. The invention relates to a process for the carburizing of metal pieces in an oven at high temperatures and in an atmosphere containing CO and H2, in which process the atmosphere is formed on the basis of a hydrocarbon medium supplied to the oven, containing oxygen, in particular of methanol, as well as on the basis of nitrogen, where additionally an enrichment medium is introduced for setting a certain potential (level) of carbon, and in which procedure in the initial phase of the carburizing process, in which there is a rapid absorption of carbon by the piece, an atmosphere with a high transion number and carbon is formed.
Un procedimento, come esso venne appena descritto, è noto per esempio dal EP 0 063 655 Bl. Ivi viene proposta, tra l'altro, sulla base di metanolo e di azoto, una carbocementazione articolata in due fasi, nella quale nella fase iniziale della carburazione viene prevista una pura atmosfera di metanolo-gas scisso e, nelle fasi successive della carburazione, si passa ad un'atmosfera di azoto-metanolo. Ciò ha il vantaggio di una aumentata transizione di carbonio nella fase iniziale di una carbocementazione con la conseguenza di uno svolgimento di carbocementazione complessivamente accelerato, laddove senza diminuzione di questo vantaggio relativo alla velocità nelle fasi successive della carbocementazione viene impiegata l'atmosfera di azoto-metanolo più economica (vedere EP 0063 655 Bl, in particolare rivendicazione l e pagina 3, righe 16 - 32). A process, as it has just been described, is known for example from EP 0 063 655 B1. Here, among other things, on the basis of methanol and nitrogen, a two-phase carburizing is proposed, in which in the initial phase of carburation a pure atmosphere of methanol-split gas is provided and, in the subsequent phases of carburation, passes to a nitrogen-methanol atmosphere. This has the advantage of an increased carbon transition in the initial phase of carburizing with the consequence of an overall accelerated carburizing process, where the nitrogen-methanol atmosphere is used without diminishing this speed advantage in the subsequent carburizing phases. cheaper (see EP 0063 655 B1, in particular claim 1 and page 3, lines 16 - 32).
Dal DE 41 io 361 Al è noto un procedimento, mirante nella stessa direzione, per la carbocementazione a gas, nel quale durante fasi temporali sostanziali di una carbocementazione, ed in particolare all'inizio della carbocementazione, viene mantenuto un rapporto di CO rispetto a H2 maggiore di 1 a 2. Il rapporto di CO-a-H2 è una misura per il passaggio di carbonio, laddove un rapporto di CO-a-H2 di circa 1 a 1 è molto favorevole. Un siffatto rapporto di C0-a-H2 viene eseguito, secondo il DE-A1, da un lato mediante ricircolazione di CO separato, defluente dalla carbocementazione e, dall'altro lato, viene realizzato mediante un'aggiunta adatta dosata di CO da una sorgente di CO (vedere per esempio la rivendicazione 1). From DE 41 I 361 A1 a process is known, aiming in the same direction, for carburizing with gas, in which during substantial temporal phases of carburizing, and in particular at the beginning of carburizing, a ratio of CO to H2 is maintained greater than 1 to 2. The CO-to-H2 ratio is a measure for the passage of carbon, whereas a CO-to-H2 ratio of approximately 1 to 1 is very favorable. According to DE-A1, such a ratio of C0-to-H2 is carried out on the one hand by recirculation of separate CO, outflowing from the carburizing and, on the other hand, it is achieved by means of a suitable metered addition of CO from a source of CO (see for example claim 1).
Spiegazioni più dettagliate relativamente alla velocità del processo di carbocementazione in una carbocementazione a gas ed in generale relativamente ai meccanismi che si svolgono in una carbocementazione a gas sono rilevabili inoltre per esempio dall'articolo tecnico "Grundsàtzliche Voraussetzungen ftir die Verringerung des Gasverbrauchs bei der geregelten Gasaufkohlung" da HTM 35 (1980) 5, pagine 230-237, in particolare pagina 231. Ivi diviene chiaro perché con il procedimento secondo il EP 0063 655 ed il DE 41 10 361 è possibile conseguire una carbocementazione relativamente rapida, mentre con procedimenti, i quali lavorano con atmosfere contenenti azoto, risultano carbocementazioni più lente. More detailed explanations regarding the speed of the carburizing process in a gas carburizing and in general relating to the mechanisms that take place in a gas carburizing can also be found, for example, in the technical article "Grundsàtzliche Voraussetzungen ftir die Verringerung des Gasverbrauchs bei der geregelten Gasaufkohlung "from HTM 35 (1980) 5, pages 230-237, in particular page 231. There it becomes clear why with the procedure according to EP 0063 655 and DE 41 10 361 it is possible to achieve a relatively rapid carburizing, while with procedures, the which work with nitrogen-containing atmospheres, slower carburizing results.
Tuttavia i menzionati procedimenti di carbocementazione "rapidi" presentano di volta in volta anche svantaggi. Uno svantaggio nel procedimento noto dal EP 0063 655 consiste nel fatto che nella fase iniziale della carburazione, nella quale in questo procedimento non viene aggiunto azoto per la formazione di atmosfera, non si ha a disposizione alcun mezzo di nebulizzazione per il metanolo. Inoltre con l'atmosfera inizialmente pura di metanolo-gas di scissione viene conseguito solamente un rapporto di CO-a-H_ di l a 2, ed in tal modo non si consegue un risultato ottimale. D'altro canto per la modalità di procedimento secondo il DE 41 10 361 è necessario o effettuare un dispendio in apparecchiature non irrilevante oppure per lo meno tenere pronto del costoso gas di fornitura di monossido di carbonio. However, the aforementioned "rapid" carburizing processes have from time to time also disadvantages. A disadvantage in the process known from EP 0063 655 consists in the fact that in the initial phase of the carburation, in which in this process no nitrogen is added for the formation of the atmosphere, no nebulization medium is available for the methanol. Furthermore, with the initially pure atmosphere of methanol-cleavage gas, only a ratio of CO-a-H_ of 1 to 2 is achieved, and in this way an optimal result is not achieved. On the other hand, for the method of operation according to DE 41 10 361 it is necessary either to make a considerable expenditure on equipment or at least to keep the expensive supply gas carbon monoxide ready.
Inoltre anche i procedimenti generalmente correnti e noti con gas di protezione contenti azoto, come per esempio il tradizionale procedimento a endogas con formazione di gas di protezione di metano ed aria oppure il procedimento ad endogas sintetico sulla base di azoto e metanolo, sono invero favorevoli in seguito alla semplice eseguibilità e per ragioni di costi, essi tuttavia sullo sfondo proprio di conoscenze teoriche non rappresentano l'optimum. In tal modo proprio nelle carbocementazioni risulta che sussistono senz'altro ancora desideri di miglioramento. Furthermore, the generally common and known processes with nitrogen-containing shielding gases, such as for example the traditional endogas process with the formation of methane and air shielding gas or the synthetic endogas process based on nitrogen and methanol, are actually favorable in following the simple feasibility and for cost reasons, however, against the background of theoretical knowledge they do not represent the optimum. In this way, it is precisely in carburizing that there are certainly still desires for improvement.
Alla base dell'invenzione pertanto è posto il compitò di indicare un procedimento di carbocementazione, nel quale, con mezzi il più possibile semplici e con un dispendio di costi il più possibile basso, viene ottenuta una carbocementazione rapida ed anche altrimenti vantaggiosa. Questo compito viene-risolto, secondo l'invenzione, per il fatto che nella fase di inizializzazione della carbocementazione dei rispettivi pezzi viene formata un'atmosfera con un elevato numero di transizione di carbonio per il fatto che per lo meno in una parte di questa fase al forno viene addotto biossido di carbonio oppure ossigeno, oppure una miscela di ossigeno/aria come pure in modo maggiorato — in correlazione a ciò — mezzo di arricchimento, mentre d'altro canto nello stesso tempo viene diminuita in modo corrispondente l'aggiunta di N2, e dal fatto che nella successiva fase di processo, nella quale la diffusione di carbonio diviene determinante per la carbocementazione, viene nuovamente interrotta l'adduzione di biossido di carbonio oppure di ossigeno, come pure l'aumentata adduzione di mezzo di arricchimento, con aumento dell'adduzione di azoto. At the basis of the invention there is therefore the task of indicating a carburizing process, in which, with the simplest possible means and with the lowest possible cost expenditure, a rapid and otherwise advantageous carburizing is obtained. This task is solved, according to the invention, by the fact that in the initialization phase of the carburizing of the respective pieces an atmosphere with a high carbon transition number is formed due to the fact that at least in a part of this phase the furnace is fed with carbon dioxide or oxygen, or an oxygen / air mixture as well as in an increased way - in correlation with this - enrichment medium, while on the other hand at the same time the addition of N2 is correspondingly reduced , and from the fact that in the subsequent process phase, in which the diffusion of carbon becomes decisive for the carburizing, the adduction of carbon dioxide or oxygen is interrupted again, as well as the increased adduction of enrichment medium, with an increase nitrogen adduction.
L'adduzione secondo l'invenzione di CO^ oppure di nella fase iniziale di una carbocementazione in unione all 'aumentata adduzione di mezzo di arricchimento, per esempio gas naturale (= metano) oppure etano, porta, nel caso della ·formazione di atmosfera mediante metanolo, per esempio al seguente risultato: The adduction according to the invention of CO 2 or of in the initial phase of a carburizing in conjunction with the increased adduction of enrichment medium, for example natural gas (= methane) or ethane, leads, in the case of the formation of an atmosphere by means of methanol, for example to the following result:
oppure or
Rispetto a ciò nel modo menzionato precedentemente viene formata una corrispondente atmosfera per esempio mediante With respect to this, a corresponding atmosphere is formed in the manner mentioned above, for example by means of
L'adduzione secondo l'invenzione di C02 oppure di al posto di N2, come pure l'aumentata adduzione di gas di arricchimento, porta quindi al fatto che — poiché CO2 oppure O2 contrariamente al N2 partecipano attivamente alla formazione dell'atmosfera — vengono formati addizionalmente CO e H2· In relazione a ciò risulta ulteriormente che per la cinetica di carbocementazione si viene ad originare vantaggiosamente un rapporto di C0-a-H2 maggiore di 1 a 2. Ciò viene espresso in un migliorato numero di transizione di C β di una siffatta atmosfera di carbocementazione (β dipende dal rapporto di CO-a-H2 ed è massimale nel caso di un rapporto di 1 a 1). The adduction according to the invention of C02 or instead of N2, as well as the increased adduction of enrichment gas, therefore leads to the fact that - since CO2 or O2 in contrast to N2 actively participate in the formation of the atmosphere - additionally CO and H2. such carburizing atmosphere (β depends on the CO-a-H2 ratio and is maximal in the case of a ratio of 1 to 1).
Questo numero di transizione di carbonio β di un'atmosfera è di grande importanza per una carbocementazione, e soprattutto per la sua fase di inizializzazione, poiché in questa fase iniziale il rispettivo pezzo presenta ancora nello strato superficiale le percentuali di C relativamente basse e pertanto l'assorbimento di C di un pezzo in questa fase dipende in modo molto sostanziale dalla fornitura di C, per la quale il numero di transizione di C rappresenta una misura. In parti, temporalmente successive, di una carbocementazione l'importanza di questo numero di transizione di C passa invero sempre più in secondo piano, poiché allora lo strato marginale dei pezzi da carburare ha raggiunto un contenuto di carbonio saturato e la velocità di carbocementazione in questa fase viene dominata dalla diffusione del carbonio dalla superficie verso l'interno del pezzo. Pertanto in fasi successive di una carburazione il numero di transizione di C β non è più di importanza così grande per la velocità di carbocementazione e, come è anche previsto secondo l'invenzione, si può commutare su un'atmosfera con un numero β più basso. This carbon transition number β of an atmosphere is of great importance for a carburizing, and especially for its initialization phase, since in this initial phase the respective piece still has the relatively low C percentages in the surface layer and therefore l The absorption of C of a piece in this phase depends very substantially on the supply of C, for which the transition number of C represents a measure. In temporally successive parts of a carburizing the importance of this transition number of C actually takes a back seat, since then the marginal layer of the pieces to be carburized has reached a saturated carbon content and the carburizing speed in this phase is dominated by the diffusion of carbon from the surface towards the inside of the piece. Therefore in subsequent phases of a carburation the transition number of C β is no longer of such great importance for the carburizing rate and, as is also foreseen according to the invention, one can switch to an atmosphere with a lower β number .
Secondo l'invenzione a tale scopo viene interrotta l'adduzione di C02 oppure di 02, come pure l'aumentata adduzione di mezzo di arricchimento, e nello stesso tempo si inizia con l'alimentazione di azoto all'incirca secondo l'equazione indicata più sopra. In tal modo viene allora ottenuta un'atmosfera di gas naturale contenente azoto, la quale, come anche altre atmosfere diluite in azoto, è impostabile e regolabile senza problemi con attrezzature abituali dell'impianto. In relazione a ciò rimangono invero mantenuti i vantaggi di velocità ricavati nella fase di inizializzazione. According to the invention, for this purpose the supply of C02 or O2 is interrupted, as well as the increased supply of enrichment medium, and at the same time the nitrogen supply is started approximately according to the equation indicated below. over. In this way an atmosphere of natural gas containing nitrogen is then obtained, which, like other atmospheres diluted in nitrogen, can be set and adjusted without problems with the usual equipment of the plant. In relation to this, the speed advantages obtained in the initialization phase are indeed maintained.
Condizioni parimenti vantaggiose come con i mezzi di partenza indicati più sopra sono ottenibili, secondo l'invenzione, anche nel caso dell'impiego di propano come gas di arricchimento, laddove del resto il mezzo di partenza per l'atmosfera di carbocementazione può essere nuovamente metanolo oppure per esempio anche etanolo. In relazione a ciò si ottengono atmosfere secondo le seguenti equazioni: Equally advantageous conditions as with the starting means indicated above can be obtained, according to the invention, also in the case of the use of propane as enrichment gas, where, moreover, the starting medium for the carburizing atmosphere can again be methanol. or for example also ethanol. In relation to this, atmospheres are obtained according to the following equations:
In questi casi si ottiene quindi un rapporto di CO-a-H2 di 7 :6, rispettivamente 9 : 7, il quale si avvicina molto al rapporto ottimale di 1 : 1. Risultati analoghi sono conseguibili ancora con altri idrocarburi contenenti ossigeno e formanti atmosfera, come anche con corrispondenti altri mezzi di arricchimento. In these cases, therefore, a CO-to-H2 ratio of 7: 6, respectively 9: 7 is obtained, which is very close to the optimal ratio of 1: 1. Similar results are still achievable with other hydrocarbons containing oxygen and forming atmospheres. , as well as with corresponding other means of enrichment.
Per la trasmissione di carbonio ad un'atmosfera di gas, oltre al rapporto di quantità del monossido di carbonio rispetto all'ossigeno è sostanziale anche il contenuto di azoto dell'atmosfera. I vantaggi maggiori relativamente alla transizione di carbonio introducente l'intera carbocementazione vengono conseguiti con un'atmosfera, la quale non contiene affatto azoto. Pertanto secondo l'invenzione nella rispettiva fase di inizializzazione viene prevista un'atmosfera completamente priva di azoto. Ciò viene realizzato per il fatto che in questa fase viene completamente interrotta l'adduzione di azoto fondamentalmente prevista ed in sua vece vengono addotte una corrispondente quantità di biossido di carbonio ed una elevata quantità, a ciò correlata, di mezzo di arricchimento. In questo modo si ottiene un'atmosfera di carbocementazione completamente priva di azoto e con un favorevole rapporto di CO-a-H2, la quale, relativamente ai criteri noti per l'aumento della velocità di carburazione, rappresenta quasi un optimum. For the transmission of carbon to a gas atmosphere, in addition to the quantity ratio of carbon monoxide to oxygen, the nitrogen content of the atmosphere is also substantial. The greatest advantages relative to the carbon transition introducing the whole carburizing are achieved with an atmosphere which does not contain nitrogen at all. According to the invention, therefore, a completely nitrogen-free atmosphere is provided in the respective initialization step. This is achieved by the fact that in this phase the nitrogen supply which is basically foreseen is completely interrupted and in its place a corresponding quantity of carbon dioxide and a high quantity, correlated to this, of enrichment medium are added. In this way, a completely nitrogen-free carburizing atmosphere with a favorable CO-to-H2 ratio is obtained, which, in relation to the known criteria for increasing the carburetion speed, represents almost an optimum.
L'invenzione viene spiegata più dettagliatamente nel seguito in base ad un esempio di esecuzione: The invention is explained in more detail below on the basis of an embodiment example:
pezzi di acciaio, per esempio ruote dentate, devono essere cementate in un trattamento di carburazione, ovvero carbocementazione, di due ore con una profondità di tempra di circa 0,8 mm. Ciò può avere luogo fondamentalmente per esempio in un forno a camere, il quale viene fatto funzionare abitualmente per esempio con un'atmosfera di trattamento prodotta sulla base di azoto e di metanolo. A titolo di esempio una siffatta atmosfera viene prodotta mediante insufflamento nebulizzato dell'alcol metilico liquido nell'interno riscaldato del forno, laddove il gas azoto serve come mezzo di nebulizzazione. In relazione a ciò viene ottenuta un'atmosfera di gas portante, contenente N2 come pure CO e H2, la quale presenta un rapporto di CO-a-H2 di 1 a 2 e può possedere altrimenti un contenuto di N2 liberamente sceglibile in grandi intervalli. Molto frequentemente tuttavia in questo modo viene prevista una cosiddetta atmosfera di gas naturale sintetica con il 20% di CO, il 40% di H2 e il 40% di N2. Nel caso di una grandezza media del forno, per uno svolgimento effettivo con questa atmosfera vanno formati per esempio circa 10 metri cubi (me) di gas per ora. Nel caso di un'atmosfera di gas naturale a tale scopo al forno riscaldato vanno aggiunti circa 3,5 1 di metanolo e 4 me di gas azoto per ora. Oltre a questa formazione di atmosfera fondamentale è necessaria l'impostazione dell'atmosfera relativamente al livello di C. A tale scopo è necessaria l'aggiunta di un gas di arricchimento, per esempio di metano, la quale, nel caso dell'atmosfera descritta di gas metano di 10 mc, va aggiunta con circa 0,25 me per ora. Questa aggiunta ha luogo abitualmente in modo regolato. Nell'intero processo di carbocementazione vanno inoltre impostate favorevolmente temperature del forno nell'intervallo da 800 fino a 1050°C, preferibilmente temperature di 850 fino a 950 °C. Una carbocementazione condotta nel modo già noto verrebbe poi eseguita per esempio in modo che la descritta atmosfera di metano-metanolo-azoto con adatta impostazione di livello di C verrebbe mantenuta costantemente per un intero processo di carbocementazione. pieces of steel, for example toothed wheels, must be cemented in a carburizing treatment, or carburizing, of two hours with a depth of hardening of about 0.8 mm. This can basically take place, for example, in a chamber furnace, which is usually operated with, for example, a treatment atmosphere produced on the basis of nitrogen and methanol. By way of example, such an atmosphere is produced by nebulized blowing of liquid methyl alcohol into the heated interior of the furnace, where the nitrogen gas serves as a nebulization medium. In connection with this, a carrier gas atmosphere is obtained, containing N2 as well as CO and H2, which has a CO-to-H2 ratio of 1 to 2 and can otherwise have a freely selectable N2 content in large ranges. Very frequently, however, a so-called synthetic natural gas atmosphere with 20% CO, 40% H2 and 40% N2 is provided in this way. In the case of an average furnace size, for example, about 10 cubic meters (me) of gas per hour must be formed for effective unwinding with this atmosphere. In the case of a natural gas atmosphere, approximately 3.5 1 of methanol and 4 m of nitrogen gas per hour must be added to the heated furnace. In addition to this fundamental atmosphere formation, it is necessary to set the atmosphere relative to the level of C. For this purpose, it is necessary to add an enrichment gas, for example methane, which, in the case of the atmosphere described by methane gas of 10 cubic meters, must be added with about 0.25 me per hour. This addition usually takes place in a regulated manner. In addition, furnace temperatures in the range of 800 to 1050 ° C, preferably temperatures of 850 to 950 ° C, should also be favorably set throughout the carburizing process. A carburizing carried out in the already known manner would then be carried out, for example, so that the described methane-methanol-nitrogen atmosphere with a suitable C level setting would be maintained constantly for an entire carburizing process.
Secondo l'invenzione però un processo di carburazione, ovvero carbocementazione, viene eseguito come segue: fondamentalmente secondo l'invenzione viene invero nuovamente prevista la formazione di un'atmosfera di azoto-metanolo, per esempio di un'atmosfera dì gas naturale e questa viene per esempio applicata anche durante e dopo il caricamento del forno con i pezzi. Poco dopo l'introduzione dei pezzi nel forno e l'avvicinamento alla temperatura di trattamento ha luogo invero la completa impostazione dell'adduzione di azoto, mentre nello stesso tempo viene iniziata un'adduzione di 2 mc/h di C02, come pure un'aumentata adduzione di 2,25 mc/h di metano. L'aggiunta di C02 ha luogo in tal caso in modo semplice e senza problemi attraverso la conduttura prevista di adduzione di azoto, cosicché il gas C02 fornisce inoltre l'ulteriore nebulizzazione del metanolo, laddove le quantità di aggiunta del metanolo in questa fase possono essere inoltre in via di principio parimenti un po' variate, per esempio ridotte. In questo modo viene allora ottenuta sostanzialmente un'atmosfera di carbocementazione secondo la seguente equazione: According to the invention, however, a carburizing process, or carburizing, is carried out as follows: Basically according to the invention, the formation of a nitrogen-methanol atmosphere, for example of a natural gas atmosphere, is again envisaged and this is for example also applied during and after loading the oven with the pieces. Shortly after the introduction of the pieces into the oven and the approach to the treatment temperature, the complete setting of the nitrogen adduction takes place, while at the same time an adduction of 2 mc / h of C02 is started, as well as a increased adduction of 2.25 mc / h of methane. The CO2 addition then takes place simply and without problems via the planned nitrogen feed line, so that the CO2 gas also provides the further nebulization of the methanol, where the quantities of methanol addition in this step can be moreover, in principle they are also somewhat varied, for example reduced. In this way, a carburizing atmosphere is substantially obtained according to the following equation:
Secondo la stessa risulta un'atmosfera di carburazione priva di azoto con per lo meno circa il 43% di CO e il 57% di H2, laddove questa atmosfera, in seguito al suo rapporto di CO-a-H2 di valore di circa l a i, presenta un numero di transizione di carbonio β quasi massimale. Su questa base viene avviata nel seguito la carbocementazione dei pezzi ed essa viene proseguita sino ad un istante, nel quale mediante l'elevata immissione di carbonio, che questa atmosfera in effetti comporta (β circa 3,0 * 10 -5 m/s) non può più essere raggiunta alcuna accelerazione della velocità di carburazione. Questo è, notoriamente, il caso quando gli strati marginali dei pezzi da carbocementare hanno assunto un contenuto di carbonio saturato e la velocità di carbocementazione per il resto viene dominata allora solamente dalla diffusione del carbonio dalla superficie verso l'interno dei pezzi. In particolare nel caso di grandi profondità di tempra questa diffusione diviene alla fine determinante per l'intera durata di carbocementazione, mentre nel caso di profondità più piccole di tempra la rapida carbocementazione marginale, quindi la trasmissione efficiente di carbonio, gioca il ruolo chiaramente dominante. According to the same, a nitrogen-free carburetion atmosphere with at least about 43% of CO and 57% of H2 results, whereas this atmosphere, following its CO-a-H2 ratio of about 1 to i, has an almost maximal β-carbon transition number. On this basis the carburizing of the pieces is then started and it is continued until an instant, in which through the high carbon input, which this atmosphere actually entails (β about 3.0 * 10 -5 m / s) no acceleration of the carburetion speed can be achieved anymore. This is notoriously the case when the marginal layers of the pieces to be carburized have assumed a saturated carbon content and the carburizing speed is otherwise dominated only by the diffusion of the carbon from the surface towards the inside of the pieces. In particular in the case of large depths of hardening this diffusion ultimately becomes decisive for the entire duration of carburizing, while in the case of smaller depths of hardening the rapid marginal carburizing, therefore the efficient transmission of carbon, plays the clearly dominant role.
Dopo il raggiungimento del previsto contenuto di carbonio marginale nel materiale da carburare viene quindi determinata la carbocementazione andante in profondità dei pezzi mediante processi di diffusione. Questa fase di diffusione può essere ottenuta già dopo il trascorrimento del 5% — oppure solamente dopo il 50% — dell'intera durata di carburazione, laddove ciò è dipendente sostanzialmente dalla grandezza dei pezzi, dall'entità della carburazione e dalla profondità della stessa. Secondo l'invenzione pertanto si propone di introdurre il ritorno ad un'atmosfera contenente azoto dopo il 5 sino al 50%, preferibilmente dopo il 10 fino al 40%, della durata complessiva della carbocementazione; nel caso di una carbocementazione per esempio di due ore quindi dopo il trascorrimento di 15 fino a 50 minuti. In questo momento ha luogo la commutazione su per esempio nuovamente un'atmosfera di gas naturale di tipo standard e favorevole relativamente ai costi, e più precisamente, nel caso più semplice, per il fatto che nello stesso tempo con il termine dell'adduzione di C02 viene inserita nuovamente l'adduzione di azoto al forno di carbocementazione, con nebulizzazione di metanolo, laddove nello-stesso tempo ha luogo una adatta diminuzione dell'adduzione di gas naturale. In relazione a ciò questa adduzione di gas naturale va impostata alla fine in modo tale per cui dall'atmosfera allora formata può essere mantenuto il desiderato tenore di carbonio marginale nei pezzi — trovantesi frequentemente nell'intervallo da 0,8 fino a 1,0% — . Ciò è realizzabile senza problemi con una regolazione di livello di C corrispondente, e di per sé nota, di questa atmosfera, ora nuovamente contenente azoto, mediante misurazione di una grandezza significativa di questa atmosfera e corrispondente aggiunta di metano. Nella parte centrale di una carbocementazione, ed in particolare nella fase finale, secondo l'invenzione vengono quindi mantenute nuovamente in ampia misura condizioni abituali di carbocementazione, laddove allora si lavora per esempio nuovamente con un'atmosfera di gas portante standard di circa il 20% di CO, il 40% di H2 e il 40% di N2. After reaching the expected marginal carbon content in the material to be carburized, the deep-going carburizing of the pieces is then determined by means of diffusion processes. This diffusion phase can be obtained already after 5% - or only after 50% - of the entire carburetion duration, where this is substantially dependent on the size of the pieces, the extent of the carburation and its depth. According to the invention, therefore, it is proposed to introduce the return to an atmosphere containing nitrogen after 5 to 50%, preferably after 10 to 40%, of the overall duration of the carburizing; in the case of carburizing for example of two hours then after 15 to 50 minutes have elapsed. At this moment the switching takes place on for example a standard and cost-favorable natural gas atmosphere again, and more precisely, in the simplest case, due to the fact that at the same time with the termination of the C02 adduction the nitrogen supply to the carburizing furnace is inserted again, with methanol nebulization, where at the same time a suitable reduction of the natural gas supply takes place. In relation to this, this natural gas supply must eventually be set in such a way that the desired marginal carbon content in the pieces can be maintained from the then formed atmosphere - frequently lying in the range from 0.8 to 1.0% -. This can be achieved without problems with a corresponding, and per se known, C level adjustment of this atmosphere, now containing nitrogen again, by measuring a significant size of this atmosphere and corresponding addition of methane. In the central part of a carburizing, and in particular in the final phase, the usual carburizing conditions are then again largely maintained according to the invention, whereby for example one works again with a standard carrier gas atmosphere of about 20% of CO, 40% of H2 and 40% of N2.
Con l'invenzione viene conseguito in generale un accorciamento di un processo di carbocementazione — soprattutto tramite l'atmosfera, impiegata inizialmente, estremamente favorente il trasferimento di carbonio — . Questo accorciamento può ammontare sino al 20% della durata abituale della carbocementazione con endogas, laddove i vantaggi maggiori sono conseguibili in particolare nel caso di profondità più piccole di tempra. Inoltre gli accorgimenti ed i mezzi necessari per l'esecuzione dell'invenzione non sono molto dispendiosi, poiché sostanzialmente è necessario collegare in parallelo all'adduzione di azoto di un impianto solamente un'adduzione di C02, e ciò è integrabile senza problemi in impianti già esistenti. L'invenzione implica invero la fornitura di un mezzo di partenza addizionale, vale a dire quella del biossido di carbonio, risultano però pertanto i vantaggi come pure le possibilità di impiego, descritti, che creano nuove possibilità in una molteplicità di casi di impiego. L'invenzione pertanto non è limitata alle varianti descritte più sopra, sono possibili, a titolo di esempio, anche varianti di procedimento lavoranti "in continuo", nelle quali ha luogo una commutazione quasi continua, il cui decorso temporale va allora stabilito, dal funzionamento a C02 al funzionamento di N2, ed inversamente. L'invenzione non è parimenti limitata a forni monocamera, essa può essere impiegata parimenti in impianti continui, laddove allora si lavora, per esempio, nella zona di riscaldamento e di carburazione di questi impianti con atmosfere di C02, mentre la zona di diffusione e di raffreddamento vengono fatte funzionare con atmosfere convenzionali. In ogni caso tuttavia la favorevole formazione di atmosfera mediante un'aggiunta di C02 oppure anche di 02, in unione con un'aumentata adduzione di mezzo di arricchimento, rappresenta l'accorgimento sostanziale e comportante vantaggi. With the invention, a shortening of a carburizing process is generally achieved - above all through the atmosphere, initially used, extremely favoring the transfer of carbon -. This shortening can amount to up to 20% of the usual duration of carburizing with endogas, where the greatest advantages are achievable in particular in the case of smaller hardening depths. Furthermore, the measures and means necessary for carrying out the invention are not very expensive, since it is substantially necessary to connect in parallel to the nitrogen supply of a plant only one supply of C02, and this can be integrated without problems in plants already existing. The invention actually implies the provision of an additional starting medium, namely that of carbon dioxide, but the advantages as well as the possibilities of use described above result, however, which create new possibilities in a multiplicity of use cases. Therefore, the invention is not limited to the variants described above, it is possible, by way of example, also variants of method working "continuously", in which an almost continuous switching takes place, the time course of which must then be established, by the operation at C02 to the functioning of N2, and inversely. The invention is also not limited to single-chamber furnaces, it can also be used in continuous plants, where then one works, for example, in the heating and carburizing area of these plants with C02 atmospheres, while the diffusion and diffusion area cooling are operated with conventional atmospheres. In any case, however, the favorable formation of atmosphere by means of an addition of C02 or even of O2, in conjunction with an increased adduction of enrichment medium, represents the substantial and advantageous expedient.
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