DE3149212A1

DE3149212A1 - Verfahren zur eintellung von ofen-atmosphaeren

Info

Publication number: DE3149212A1
Application number: DE19813149212
Authority: DE
Inventors: Donald James 48167 Northville Mich. Schwalm
Original assignee: Holcroft and Co
Current assignee: Holcroft and Co
Priority date: 1981-01-14
Filing date: 1981-12-11
Publication date: 1982-08-05
Also published as: GB2092183A; ES508674A0; FR2500848A1; JPS57140821A; ES8300867A1

Description

PATENTANWÄLTE ··· *··* . JaR.-iNc. franz tfuesthoff

WUESTHOFF-v. PECHMANN-BEHRENS-GOETZ «»»·'«"-'"»*

•DIPL.-ING.GERHARD PULS EUROPEAN PATENTATTORNEYS

DIP₁-CHHM-DR-H-FRe₁HERRVOK PECHMANN DR.-ING. DIETER BEHRENS DIPL.-ING.; DIPL.-VIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

Holcrof t & Company D-8OOO MÜNCHEN

1A-55 47A· " SCHWEIGERSTRASSE

telefon: (089) 6620 51 telegramm: frotectpatent

TELEX: J 24 07O

Beschreibung

Verfahren zur Einstellung von Ofen-Atmosphären

In Öfen mit geregelter Atmosphäre zur Einstellung des Kohlenstoffgehaltes von Stahl oder Gußeisen ist es üblich, daß diese im wesentlichen aus einem neutralen Trägergas mit geringen Anteilen an aufkohlenden oder entkohlenden Gasen besteht üblicherweise als Zusatzgas bezeichnet -jum das Kohlenstoffpotential der Ofen-Atmosphäre und damit das Kohlenstoffangebot auf den gewünschten V/ert einzustellen. Bei diesen Verfahren handelt es sich um die Gasauf kohlung, die Carbonitrierung, das reine oder neutrale Härten und das Anlassen. An unterschiedlichen Stellen von kontinuierlichen Öfen oder Durchlauf öfen, oder zu verschiedenen Zeiten innerhalb einer Ofenreise eines Chargen-Ofens kann, es von Vorteil sein, die Atmosphäre innerhalb einer bestimmten Zone oder die Atmosphäre einer speziellen Zone mit unterschiedlich eingestellten Kohlaastoffpotsnifaien einzustellen. Jedenfalls wird der Gegenstand aus Stahl oder Gußeisen auf eine geregelte hohe Temperatur in

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einem Ofen enthaltend eine Atmosphäre erhitzt, die den Kohlenstoffgehalt der Oberfläche erhöht oder aufrecht erhält.

Bisher wurde in großem Umfang als Quelle für das Trägergas in der Ofen-Atmosphäre das Zersetzungprodukt aus der thermischen Zersetzung von Kohlenwasserstoffen wie Erdgas oder Propan mit begrenzter Luftmenge ^die über einen Nickel-Katalysator zugeführt wird, angewandt. Dieses Gas fand unter der Bezeichnung AGA Type 302 als endothermes Generatorgas Eingang in der Praxis und enthielt ausgehend von Erdgas im wesentlichen 20 % CO, 40 % H₂ und 40 % N₂.

Im allgemeinen erreicht die Anwendung eines Gemisches von Methanol und Stickstoff als Trägergas immer weitere Verbreitung. In der Wärme dissoziiert Methanol in 1 Teil CO und 2 Teile H₂jwerden in eine Ofen-Atmosphäre 2 Teile N2 zugesetzt, so erhält man ein Gas mit der Grundanalyse entsprechend AGA Typ 302, nämlich 20 % CO, 40 % H₂ und 40 % N₂.

Es wurde jedoch festgestellt.daß in jeden Fall das Kohlenstoffpotential der Ofen-Atmosphäre eingestellt werden muß auf den gewünschten Wert an Kohlenstoff an der Oberfläche des Metallgegenstandes. Das Kohlenstoffpotential bestimmt die Fähigkeit der Ofen-Atmosphäre,dem zu behandelnden Gegenstand aus Stahl oder Gußeisen bei der Temperatur,auf die er erhitzt werden soll,Kohlenstoff zuzuführen, den Kohlenstoffgehalt der Oberfläche aufrecht zu erhalten oder zu vermindern.

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Diese Einstellung erreicht man normalerweise durch Bestimmung einer oder mehrerer Bestandteile der Ofen-Atmosphäre wie COp, Op oder HpO und entsprechende Anpassung der Einspeisegeschwindigkeit der Zusatzgase für das erforderliche Kohlenstoffpotential. Dieses Verfahren beruht auf der Annahme, daß die Bestandteile der Ofen-Atmosphäre-anders als der oder die zu bestimmenden Bestandteilekonstant bleiben und damit der bestimmte Bestandteil eine direkte Beziehung zum Kohlenstoffpotential der Atmosphäre darstellt. Diese Annahme stellte sich als nicht exakt heraus aufgrund der bekannten Wechselwirkung zwischen verschiedenen Bestandteilen der Ofen-Atmosphäre.

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Bisher war es üblich, bei der Anwendung von endothermem Generatorgas AGA 302 als Trägergas die Zusammensetzung des den Gasgenerator verlassenden Gases durch Überwachung von dem COp-Gehalt oder dem Taupunkt von HpO zu analysieren und das Mischungsverhältnis von Luft und Kohlenwasserstoff für die Herstellung des Trägergases entsprechend einzustellen. Wird als Trägergas ein Gemisch von Methanol und Stickstoff angewandt, so hat man in der Praxis bisher die eingespeiste Menge beider Komponenten bestimmt und das Verhältnis Methanol zu Stickstoff entsprechend eingestellt.

Die Atmosphäre innerhalb eines Wärmebehandlungsofens oder einer speziellen Zone eines solchen Ofens wird durch einen Strom von Gasen aufrecht erhaltene Wenn diese Gase nun Methanol oder ein ähnlicher Kohlenwasserstoff, Stickstoff und ein entsprechendes Zusatzgas sind, dessen Aufgabe die Einstellung des

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Kohlenstoffpotentials ist , konnte festgestellt werden, daß sich eine definierte Beziehung zwischen dem Strom der verschiedenen Gase und dem CO-Gehalt und Kohlenstoffpotential der Ofen-Atmosphäre einstellt. So ist es möglich, eine Änderung des CO-Gehalts vorherzusagen, die eintreten wird aus der Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des Zusatzgases und weiter eine Änderung des Kohlenstoffpotentials, das in einem Ofen bestimmt werden kann, welche aus der Variation der relativen Strömungsgeschwindigkeiten oder Mengen von Methanol bzw. Kohlenwasserstoff und Stickstoff herrühren. Durch getrennte Überwachung des CO-Gehalts und Kohlenstoff potentials der Ofen-Atmosphäre kann gesagt werden, daß eine zusammenhängende Einstellung der relativen Strömungsgeschwindigkeiten von Methanol oder Kohlenwasserstoff und Stickstoff primär verantwortlich ist zu dem festgestellten CO-Gehalt, jedoch auch bezüglich des festgestellten Kohlenstoff potentials.

In gleicher Weise ist bei einem integrierten Regelsystem,in dem die Strömungsgeschwindigkeiten von Methanol oder Kohlenwasserstoff, Stickstoff und Zusatzgas alle getrennt geregelt werden, die Regelung des Zusatzgases in erster Linie verantwortlich für das festgestellte Kohlenstoffpotential, jedoch auch in Bezug auf den CO-Gehalt der Atmosphäre.

Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Einstellung des Verhältnisses von Methanol oder einem ähnlichen Kohlenwasserstoff und Stickstoff, wenn das Gasgemisch als Trägergas in einem Ofen angewandt werden soll, in dem

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der Kohlenstoffgehalt eines Gegenstandes aus Stahl oder Gußeisen auf dem gewünschten Wert eingeregelt werden soll. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht in einer Überwachung des C0-Gehal1s der Atmosphäre im Ofen an einer oder mehreren Stellen und Einstellung der relativen Strömung(en) von Methanol oder Kohlenwasserstoff und/oder Stickstoff zur Aufrechterhaltung des angestrebten CO-Gehalts. Gleichzeitig wird die Menge oder Strömung des Zusatzgases bzw. der Zusatzgase.die im Ofen das Kohlenstoffpotential der Ofen-Atmosphäre beeinflussen,durch getrennte Maßnahmen geregelt, die in erster Linie auf das Kohlenstoffpotential ansprechen.

Es wird betont, daß diese Einstellung der entsprechenden Strömung von Methanol oder Kohlenwasserstoff und Stickstoff in erster Linie für die Aufrechterhaltung des CO-Gehalts auf einem vorbestimmten Wert innerhalb des Ofens dient.

Bei Einstellung einer Bedingung, bei welcher der CO-Gehalt der Ofen-Atmosphäre sich bei einem vorbestimmten Wert befindet, werden die Bestandteile - bestimmt zur Einstellung der Strömung des Zusatzgases in üblicher Weise repräsentativer für das Kohlenstoffpotential der Ofen-Atmosphäre.

Dies schließt die Bestimmung einer oder mehrerer Bestandteile der Ofen-Atmosphäre ein, wie C^,

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Op oder HpO (über den Taupunkt) und die Einstellung der Zuspeisung der erforderlichen Menge an Zusatzgas zur Erhöhung "bzw. Herabsetzung des Kohlenstoff potentials.

Anstelle der Bestimmung des Kohlenstoff potentials der im Ofen herrschenden Atmosphäre - wie oben beschrieben - können andere Möglichkeiten der Bestimmung des Kohlenstoffpotentials angewandt werden wie die übliche "Heißdrahtmethode" zur Ermittlung des Kohlenstoffpotentials oder die Messung der Flammentemperatur.

In jedem Fall konnte festgestellt werden, daß eine viel bessere Einstellung des KohlensinCfpotentials der Ofen-Atmosphäre möglich wird, wenn der CO-Gehalt der Atmosphäre auf einem vorbestimmten Wert gehalten wirdo So kann man den CO-Gehalt der Atmosphäre beispielsweise bei 20 % halten; sinkt er unter diesen Wert ab, so wird das Verhältnis von Methanol oder Kohlenwasserstoff zu Stickstoff erhöht.

Die Einstellung auf relative Strömungsmengen von Methanol oder Kohlenwasserstoff zu Stickstoff in erster Linie zur Aufrechterhaltung des CO-Gehalts auf einem vorbestimmten Wert beeinflußt das Kohlenstoffpotential der Ofen-Atmosphäre. In gleicher Weise kann die Einstellung der Einspeisung von Zusatzgas in erster Linie hinsichtlieh der Einstellung des Kohlenstoffpotentials der Ofen-Atmosphäre den CO-Gehalt der Atmosphäre beeinflussen« Die Beziehung zwischen den

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Speisegeschwindigkeiten oder Mengen der drei Gaskomponenten der Ofen-Atmosphäre ist vorhersagbar und die Einstellung der Ventile zur Beeinflussung dieser Ströme kann deren sekundäre Effekte berücksichtigen. Der Mechanismus der Ventilstellung zur Regelung des Stroms der einzelnen Gaskomponenten kann - muß jedoch nicht durch Mikroprozessoren programmierbar sein, sodaß dies alles keine Schwierigkeiten darstellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich für chargenweise oder kontinuierliche Betriebsführung anwenden; es eignet sich auch zur Einstellung des Kohlenstoffpotentials auf verschiedene Werte während unterschiedlicher Phasen des Verfäorens oder in unterschiedlichen Kammern oder Unterteilungen eines Ofens _χ durch welche die Gegenstände kontinuierlich oder intermittierend transportiert werden.

Die Geschwindigkeit oder Menge der Zugabe des Gemisches von Methanol oder Kohlenwasserstoff und Stickstoff sowie von Zusatzgasen muß die Notwendigkeit des Ausspülens des Ofens von unerwünschten Verunreinigungen oder Bestandteilen berücksichtigen, die durch das notwendige Öffnen der Ofentüren beim Einsetzen der Werkstücke oder Austragen dieser aus dem Ofen in die Ofen-Atmosphäre gelangen. Darüberhinaus ist auch zu beachten, daß ein Überdruck im Ofen hexrschen muß, um ein Eindringen von Verunreinigungen oder Fremdgasen wie Sauerstoff zu vermeiden.

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Strömungsgeschwindigkeit oder Menge kann entsprechend den Betriebsbedingungen nach oben oder nach unten schwanken. Das erfindungsgemäße .Verfahren läßt sich also auch dort anwenden, wo die Strömung während eines bestimmten Zeitabschnittes in dem gesamten Verfahrensablauf herabgesetzt werden soll.

Oben wurde das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben anhand eines Trägergases in der Ofen-Atmosphäre, welches hergestellt worden ist aus einem Gemisch von Methanol oder einem ähnlichen Kohlenwasserstoff und Stickstoff. Der bevorzugte Kohlenwasserstoff ist Methanol, da er zu den gewünschten Mengenverhältnissen von CO und E^

dissoziiert. Man kann jedoch auch andere Kohlenwasserstoffe anwenden und zwar im Hinblick auf die Dissoziation zu entsprechenden Mengenverhältnissen von CO zu Hp.
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Die Messungen und Überwachungen selbst können kontinuierlich oder von Zeit zu Zeit erfolgen.

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Claims

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1. Verfahren, zur Einstellung der Atmosphäre eines Ofens auf geregelten Kohlenstoffgehalt der eingesetzten Gegenstände aus Stahl oder Gußeisen durch Einbringen einer Hauptmenge an im wesentlichen neutralem Trägergas, dessen Bestandteile im wesentlichen ein Kohlenwasserstoff und Stickstoff sind, und einer geringen Menge eines Zusatzgases zur Einstellung des Kohlenstoffpotentials der Ofen-Atmosphäre, dadurch g'e .kennzeichnet, daß man den CO-Gehalt der Ofen-Atmosphäre im wesentlichen auf einem vorbestimmten Wert hält durch Regelung des Verhältnisses von Kohlenwasserstoff zu Stickstoff und man das Kohlenstoffpotential der Atmosphäre durch Einstellung der eingespeisten Menge an Zusatzgas regelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kohlenwasserstoff Methanol verwendet.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Einstellung des Trägergases mit getrennten bzw. unabhängigen Ventilen vornimmt jum die Strömungsgeschwindigkeit der Bestandteile des Trägergases in den Ofen einzustellen.und man die Einstellung des Zusatzgases über ein Ventil vornimmt, wobei getrennt der CO-Gehalt und das Kohlenstoffpotential der Atmosphäre überwacht werden.und man die Ventile für die Trägergasbestandteile in erster Linie im Hinblick auf den festgestellten CO-Gehalt der Ofen-Atmosphäre und das Ventil für das Zusatzgas in erster Linie im Hinblick auf das festgestellt Kohlenstoffpotential der Ofen-Atmosphäre betätigt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Regelung des Verhältnisses Kohlenwasserstoff zu Stickstoff die Änderungen des CO-Gehaltes in Folge der Änderungen der Zugabe des Zusatzgases berücksichtigte

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Regelung des Zusatzgases die Änderungen des Kohlenstoff potentials aufgrund der Änderungen in der Einspeisung von Kohlenwasserstoff und Stickstoff berücksichtigt.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man bei

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der Regelung der Einspeisung von Kohlenwasserstoff und Stickstoff die Änderungen des CO-Gehaltes aufgrund der Änderungen der Einspeisung des Zusatzgases berücksichtigt,und bei der Regelung des Zusatzgases die Änderungen des Kohlenstoffpotentials aufgrund der Änderung der Zuspeisung von Kohlenwasserstoff und Stickstoff berücksichtigt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Regelung das Ausspülen des Ofens und Änderungen des Verfahrensvorgangs und dergleichen berücksichtigt.

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