DE3742685A1 - Verfahren zur waermebehandlung von metallen - Google Patents
Verfahren zur waermebehandlung von metallenInfo
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- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
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Description
Es handelt sich um ein Verfahren zur Wärmebehandlung von
Metallen mit zunächst in verflüssigter Form vorliegenden,
kalten Ausgangsgasen und Abgasen und/oder anderen
verunreinigten Prozeßgasen.
Wärmebehandlungen von Metallen in Öfen werden in aller
Regel unter Schutzgasatmosphären bei Temperaturen von etwa
500 bis 1200°C durchgeführt, wobei die hohen Temperaturen
häufig mit Gasbrennern erzeugt werden. Sowohl verbrauchtes
Schutzgas als auch die Abgase der Heizbrenner werden heute
in der Regel ungenutzt abgeleitet. Dies ist aus
ökonomischer Sicht nicht unbedingt sinnvoll und vor allem
nicht umweltfreundlich.
Aus der DE-PS 31 04 280 sind Verfahren bekannt, die durch
geeignete Verbrennung der Brennerheizgase ein
aufbereitbares Abgasgemisch erzeugen, das dann mit einer
üblichen Gasaufbereitungsanlage zu Schutzgas aufbereitet
wird. Diese Verfahren setzen aber einen nicht
unbeträchtlichen Aufwand voraus.
Ein weiteres Problem in der Wärmebehandlung von Metallen
besteht darin, daß bei speziellen Wärmebehandlungen
besonders hochwertige Schutzgase, z.B. mit sehr niedrigen
CO 2- und H 2O-Anteilen notwendig sind, z.B. beim
Kohlungsneutralglühen. Diese Forderung ist mit einem
Gasgenerator oder einer im Ofen liegenden, Schutzgas
erzeugenden Retorte, z.B. einem Katalysatoreinsatz, unter
Umständen nicht erreichbar, so daß das erzeugte Schutzgas
vor Einführung in den Ofen einer Vorreinigung unterzogen
werden muß. Diese ist bisher nur mit sehr teuren
MEA-Waschanlagen oder Molekularsiebeinrichtungen möglich.
Die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung besteht
deshalb darin, ein wirtschaftliches und effektives
Verfahren zur Reinigung von Abgasen und anderen
verunreinigten Prozeßgasen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zumindest ein Teil
der Abgase und/oder der verunreinigten Prozeßgase durch
direkten und/oder indirekten Wärmetausch mit mindestens
einem der in verflüssigter Form vorliegenden Ausgangsgase
so gekühlt wird, daß die darin enthaltenen
Verunreinigungen kondensieren oder ausfrieren und die
kondensierten oder ausgefrorenen Verunreinigungen vom so
entstehenden Produktgas abgetrennt werden.
Das beschriebene Verfahren ist besonders vorteilhaft, da
ein in verflüssigter Form vorrätig gehaltenes Prozeßgas,
wie es bei vielen Wärmebehandlungsverfahren der Fall ist,
zur Lösung einer zusätzlichen Aufgabe dient. Es wird die
zur Vergasung des Flüssiggases notwendige latente Wärme
bzw. Kälte genutzt, die bei bekannten Verfahren einfach
der Umgebung entnommen wird, also ungenutzt bleibt, um die
Reinigung eines ebenfalls im Prozeßablauf auftretenden
Gases, z.B. Heizbrennerabgase oder verbrauchtes Schutzgas,
über Kondensation und Ausfrieren von unerwünschten Stoffen
zu erreichen. Dabei werden insbesondere Kohlendioxid,
Wasserdampf und Kohlenwasserstoffe "herausgefiltert". Das
Verfahren liefert so ein, den heutigen Umweltschutz
anforderungen gerecht werdendes Abgas oder gegebenenfalls
ein weiter verwendbares Produktgas.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung wird zumindest ein Teil des gereinigten Gases
für die laufende Wärmebehandlung verwendet.
Aufgrund der Reinigung bestimmter Prozeßgase ist zumindest
eine teilweise Verwendung des daraus entstehenden
Produktgases, z.B. zur Schutzgasbildung oder als
Fluidisierungsgas für den Betrieb von Wirbelschichtöfen,
möglich. Dies führt zum Teil zu erheblichen Einsparungen,
z.B. bei der Verwendung zur Schutzgasbildung zu
Einsparungen bis zu 50% bei den ansonsten noch zur
Schutzgaserzeugung notwendigen Ausgangsmedien.
In einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens werden die
zu reinigenden Gase mit Hilfe mindestens eines Injektors,
in dem das Flüssiggas unter Erzeugung des
Wasserstrahlpumpeneffekts eingedüst wird, angesaugt und
direkt mit dem Flüssiggas in Berührung gebracht.
Durch den Einsatz eines Injektors kann auf ein
eigenständiges Pumpaggregat verzichtet werden und es wird
durch die direkte Berührung zwischen Flüssiggas und zu
reinigendem Gas ein schnelles Abkühlen, Kondensieren und
Ausfrieren erreicht.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zur Abscheidung der
Kondensate und Ausfrierprodukte zwei vertauschbar
geschaltete Abscheider verwendet werden, von denen jeweils
einer abscheidet, während der andere regeneriert wird.
Dieses Vorgehen ermöglicht eine kontinuierliche
Verfahrensführung mit einfacher Entnahme der angefallenen
Verunreinigungen während der Regenerationszeit eines
Abscheiders.
Die Ansprüche 5 bis 8 enthalten Verfahrensvarianten, in
denen das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft
Anwendung findet oder besonders vorteilhafte
Ausgestaltungen in speziellen Anwendungsfällen.
Im folgenden sollen Ausführungsbeispiele des
erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Figuren näher
erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 Schema zur Brennerabgasreinigung mit
Weiterverwendung des gereinigten Abgases als
Schutzgas,
Fig. 2 Schema zur Herstellung hochreinen Schutzgases bei
Schutzgaserzeugung mit Erzeugungsretorte.
In Fig. 1 ist der Einsatz des erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Reinigung und Aufbereitung des Abgases der
Heizbrenner bei einer Wärmebehandlungseinrichtung
dargestellt. Das von einem Heizbrenner 1 aus einem
Wärmebehandlungsofen 2 kommende Abgas wird über einen
Vorkühler 3 durch einen, die Wirkung einer
Wasserstrahlpumpe besitzenden Flüssiggasinjektor 4
angesaugt und in einen von zwei parallel angeordneten
Abscheidern 5, 6 weitertransportiert. In der in der
Zeichung dargestellten Einstellung ist Abscheider 5 als
Abscheider geschaltet, wogegen sich Abscheider 6 im
Regenerationszustand befindet. Der als Filter geschaltete
Abscheider 5 wird mit flüssigem Stickstoff gekühlt, so daß
darin Schadstoffe kondensieren und ausfrieren bzw.
kondensiert und ausgefroren bleiben. Ihn verläßt ein
weitgehend verunreinigungsfreies Produktgas, das
problemlos in die Atmospäre entlassen werden kann, oder
zumindest teilweise zur Bildung von Schutzgas unter
geeigneter Beimischung weiterer Ausgangsgase oder
Alkohole, z.B. Stickstoff oder Wasserstoff bzw. Methanol
oder Äthanol, in einer Mischeinheit 7 einsetzbar ist. Der
zur Kühlung verwendete Flüssigstickstoff, der sich danach
in gasförmigem Zustand befindet, wird in die Versorgung
mit gasförmigem Stickstoff eingespeist und gelangt so zu
seiner eigentlichen Anwendung. Der zur Regeneration
geschaltete Abscheider 6 wird währenddessen "aufgetaut"
und die angesammelten Schadstoffe werden in flüssiger Form
abgeführt oder in gasförmiger Form mit einem geringen
Gasstrom ausgetrieben und geeignet entsorgt.
Das gesamte, eben beschriebene Verfahren ist so
abzustimmen, daß möglichst die gesamte Abgasmenge einer
Reinigung unterzogen wird. Entsprechende Kriterien sind
auch bei den anderen Verfahrensvarianten anzulegen.
Fig. 2 zeigt ein Schema zur Herstellung von hochreinem
Schutzgas, das mit einer im Wärmebehandlungsofen 2
liegenden Retorte 9 erzeugt wird und das vor seiner
eigentlichen Einspeisung in den Ofen 2 vorgereinigt wird.
Das geringfügig Verunreinigungen enthaltende Schutzgas
wird nach seiner Synthese in der Retorte 2 abgesaugt und
dann, wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel
beschrieben, gereinigt, wobei eine beliebige Verdünnung
mit Stickstoff einerseits durch den Injektor und
andererseits durch anderweitige Zugabe von gasförmigem
Stickstoff erfolgen kann. Dieses Produktgas wird dann als
hochreines Schutzgas dem Ofen 2 zugeführt. Auch bei
Schutzgaserzeugung mit einem Gasgenerator kann das
Schutzgas einer solchen Reinigung direkt nach der
Erzeugung im Generator unterzogen werden. Parallel zur
jetzt beschriebenen Vorreinigung von Schutzgas kann
natürlich auch eine Abgasreinigung und Wiederverwendung
durchgeführt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt durch seine
geschickte, vernetzte Ausnutzung vorhandener Eigenschaften
und Möglichkeiten, wie z.B. die Ausnutzung der latenten
Wärme des Flüssiggases einerseits und andererseits
gleichzeitig die Herstellung von gasförmigem Gas aus
flüssigem Gas sowie die Bereitstellung von weiter
verwendbarem Gas aus Abgas oder verbrauchtem Schutzgas,
ein sowohl wirtschaftliches, weil sparsam im Verbrauch von
Ausgangsgasen sowie umweltfreundliches, weil
verunreinigungsarmes Abgas, Verfahren dar.
Claims (8)
1. Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallen mit
zunächst in verflüssigter Form vorliegenden, kalten
Ausgangsgasen und Abgasen und/oder anderen
verunreinigten Prozeßgasen, dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest ein Teil der Abgase und/oder der
verunreinigten Prozeßgase durch direkten und/oder
indirekten Wärmetausch mit mindestens einem der in
verflüssigter Form vorliegenden Ausgangsgase so
gekühlt wird, daß die darin enthaltenen
Verunreinigungen kondensieren oder ausfrieren und
die kondensierten oder ausgefrorenen
Verunreinigungen vom so entstehenden Produktgas
abgetrennt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest ein Teil des Produktgases für die
laufende Wärmebehandlung verwendet wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüchen 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das zu reinigende Gas
mit Hilfe mindestens eines Flüssiggasinjektors
angesaugt und direkt mit dem Flüssiggas in
Berührung gebracht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Abscheidung der Kondensate
und Ausfrierprodukte zwei vertauschbar geschaltete
Abscheider vorgesehen sind, wovon jeweils einer
abscheidet, während der andere regeneriert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Abgase der Heizbrenner der
Wärmebehandlungseinrichtung und/oder verbrauchtes
Schutzgas gereinigt oder aufbereitet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß unverbrauchtes,
Verunreinigungen enthaltendes Schutzgas, z.B. von
einem Gasgenerator oder einer Schutzgas-
Erzeugungs-Retorte, zu hochreinem Schutzgas
gereinigt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß bei Sauerstoffeinsatz bei einer
Wärmebehandlung, z.B. bei Verwendung von
Sauerstoffheizbrennern, auch Sauerstoff zum
Kondensieren und Ausfrieren von Verunreinigungen
eingesetzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas vor der
Reinigung durch Kondensieren und Ausfrieren zur
Entfernung von brennbaren Verunreinigungen, wie
Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen und Wasserstoff,
einer Verbrennung unterzogen wird, wobei Sauerstoff
oder sauerstoffhaltige Gase zugesetzt werden.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19873742685 DE3742685A1 (de) | 1987-12-16 | 1987-12-16 | Verfahren zur waermebehandlung von metallen |
EP88120403A EP0320763A1 (de) | 1987-12-16 | 1988-12-07 | Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallen |
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Publications (1)
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DE3742685A1 true DE3742685A1 (de) | 1989-07-13 |
Family
ID=6342771
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (2)
Country | Link |
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EP (1) | EP0320763A1 (de) |
DE (1) | DE3742685A1 (de) |
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1987
- 1987-12-16 DE DE19873742685 patent/DE3742685A1/de not_active Withdrawn
-
1988
- 1988-12-07 EP EP88120403A patent/EP0320763A1/de not_active Ceased
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EP0320763A1 (de) | 1989-06-21 |
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