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Verfahren zum Blankglühen von Metallen Die Erfindung bezieht sich
auf ein verbessertes Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallen in unmittelbar beheizten
Öfen, deren Atmosphäre jeweils so beeinflußt wird, daß sie bei der Temperatur, bei
welcher die Wärmebehandlung stattfindet, im wesentlichen nicht oxydierend und, falls
erforderlich, in bezug auf das jeweils zu behandelnde Metall etrtkohlend wirkt.
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Ein solches Verfahren eignet sich beispielsweise für die Wärmebehandlung
bzw. das Blankglü,hen voll Stählen und Nickellegierungen, für die Vorwärmung der
meisten Metalle und Legierungen zum Walzen und Schmieden. und für die Entkohlung
von Temperguß.
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Bisher wurde eine nicht oxydierende Atmosphäre gewöhnlich in Anlagen
erzeugt, welche von dem Ofen getrennt waren, beispielsweise in einem Gasgenerator,
in welchem Ammoniak oder ein fester Brennstoff, z. B. Holzkohle, einer entsprechend
geregelten Teilverbrennung unterworfen wurde.
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Eine Ausnahme von dieser Regel bildete die bekannte Wärmebehandlung
von Kupfer und, bestimmten Kupferlegierungen, in welchem Fall es sich als möglich
erwiesen hat, die Atmosphäre im Glühofen selbst zu erzeugen, da die Produkte der
in diesem Fall stattfindenden. vollständigen Verbrennung, nämlich Wasserdampf und
Kohlendioxyd, diese Metalle bei ihren Glühtemperaturen nicht oxydieren.
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Des weiteren wurden Verfahren zur Wärmebehandlung von Eisen- und Nichteisenmetallen.
vorgeschlagen, nach welchen eine nicht oxydierende Atmosphäre in den Wärmebehandlungsöfen
erzeugt wird.
Bei dem einen dieser Verfahren wird das Metall in
einem im wesentlichen geschlossenen Ofen behandelt, in welchem ein flüssiger Brennstoff
mit Sauerstoff oder mit einem mehr als 70N0 Sauerstoff enthaltenden Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch
teilweise verbrannt wird.
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Bei den während dieser Teilverbrennung erreichten Temperaturen, -die
um 90o bis 13,0d-" C
liegen, sind die Verbrennungsprodukte in bezug auf die
meisten Metalle im wesentlichen nicht oxydierend; sie werden nach ihrem Abzug aus
dem Ofen dazu benutzt, das Metall, den Sauerstoff, das Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch
oder den. Brennstoff vorzuwärmen.
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Ein anderes dieser Verfahren besteht in einer Verbesserung des zuletzt
erwähnten Verfahrens insofern, als dasselbe kontinuierlich. in einem im wesentlichen
geschlossenen Ofen ausgeführt wird, durch welchen die Heizgase und das. Metall in
jeweils entgegengesetzten Richtungen hindurchgeführt werden, wobei der Brennstoff
und das Gas im heißen Teil des Ofens teilweise verbrannt werden, um die nicht oxydierende
Atmosphäre zu schaffen und wobei die Produkte dieser ersten Verbrennung dem kühleren
Teil des Ofens zugeführt und dort mit Luft vollständig verbrannt werden. Die Produkte
dieser vollständigen Verbrennung können zur Vorwärmung entweder des Brennstoffes,
der Luft oder des 'Sauerstoffes, oder mehrerer dieser Stoffe verwendet werden, welche
für die in dem: Ofen ausgeführte zweistufige Verbrennung benutzt werden.
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Bei der Ausführung des letzterwähnten. Verfahrens hat sich herausgestellt,
daß, wenn bestimmte Metalle in der ersten Stufe auf hohe Temperatur erhitzt wenden,
in der zweiten Stufe des Verfahrens, nämlich dort, wo die Gase vollständig verbrannt
werden, die Neigung zur Bildung eines Wärmeüberschusses in bezug auf Stufe 12. besteht,
was zur Folge hat, daß eine überstarke Oxydation einzutreten beginnt; dieser Wärmeüberschuß
könnte jedoch auf die erste Stufe übergeführt werden, wobei der Gesamtwirkungsgrad!
des Verfahrens wesentlich gesteigert werden könnte.
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In Ausführung der Erfindung werden die Gase infolgedessen in drei
Stufen vollständig verbrannt. In der ersten Stufe wird ein Gemisch aus flüssigem
Brennstoff. und Sauerstoff (bzw. einem Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch; welches mehr
als 7011/a Sauerstoff enthält) an der Ausgangsseite eines im wesentlichen .geschlossenen
Ofens teilweise verbrannt, so daß eine bei der an dieser Ofenseite erreichten Temperatur
im wesentlichen nicht oxydierende Atmosphäre erzeugt wird; die teilweise verbrannten
Gase werden sodann der Eingangsseite des Ofens zugeführt, wo sie mit Sauerstoff
oder Luft, jedoch immer noch unvollständig, verbrannt werden; dies entspricht einer
zweiten Stufe des Verfahrens, in welcher an dieser Ofenseite eine Temperatur hergestellt
wird, welche unter derjenigen Temperatur liegt, bei welcher irgendwelche, Oxydation
stattfindet, wobei eine Vorwärmung des Metalls stattfindet; die Produkte dieser
in der zweiten Stufe stattfindenden Verbrennung werden einem Wärmeaustauscher zugeführt,
wo sie vollständig verbrannt und zur Vorwärmung entweder des Metalls, der Luft,
des Brennstoffs, des Sauerstoffs oder Sauerstoff-Stickstoff-Gemisches, welche in
der ersten Verbrennungsstufe des Verfahrens benutzt werden, verwendet werden.
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In Abwandlung dieses Verfahrens werden die Verbrennungsgase der zweiten
Verfahrensstufe über das an der Eingangsseite des Ofens eingebrachte Metall hinweggeführt,
um dieses vorzuwärmen.
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In Fällen, wo in der ersten Stufe des. Verfahrens ein Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch
benutzt wird, enthält das Gemisch mehr als 7o11/9 Sauerstoff. Wenn Stahl behandelt
wird, betragen die in der ersten Stufe erreichten Temperaturen etwa goo bis 130o°
C, das Verhältnis von Brennstoff zu Sauerstoff muß dabei so gewählt werden, daß
sichergestellt ist, daß bei der an dieser Seite des Ofens 'herrschenden Temperatur
kein merklicher Oxydationsvorgang stattfindet.
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In. der zweiten Stufe wird die zugeführte Luft-oder Sauerstoffmenge
so gewählt, daß die Tempera tur unter derjenigen liegt, während welcher die Zunderbildung
.auftritt, was bei Stahl ungefähr bei 750 bis 80o° C der Fall ist.
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Eine leichte Oxydation in der zweiten Stufe kann zugestanden werden,
da dieselbe infolge der in der ersten Stufe herrschenden Reduktionsbedingungen rückgängig
gemacht wird.
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In dieser Beschreibung bedeutet der Ausdruck nicht oxydierende Atmosphäre
eine Atmosphäre, in welcher die Oxydation in ausreichendem Maße verhindert wird,
um sicherzustellen, daß die Abmessungen des zu behandelnden Metalls nicht wesentlich
verändert werden; der Ausdruck im wesentlichen geschlossener Ofen bedeutet einen
Ofen, bei welchem der Luftzutritt in der Hauptsache infolge des Gasdruckes innerhalb
des Ofens verhindert wird; der Ofen. muß jedoch insoweit offen sein bzw. zu öffnen
sein, daß die Einbringung und Ausbringung des Metalls möglich sind.
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In der Praxis wird vorzugsweise die Druckregelung für den Ofen in
Form automatischer Einrichtungen vorgesehen, so daß, wenn eine Tür geöffnet wird,
der Zugschieber automatisch geschlossen wird, um automatisch einen Zug der Ofenatmosphäre
nach außerhalb des Ofens anstatt einen Zug der Luft in den Ofen hinein hervorzurufen.
Vorzugsweise sind die Türen so miteinander verblockt, daß niemals zwei Türen gleichzeitig
geöffnet werden können.
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Eine bevorzugte Ausführungsart der Erfindung wird nunmehr in bezug
auf die Zeichnung beschrieben, in welcher Fig. i ein Querschnitt durch einen Ofen
ist, welcher schematisch den Durchlauf des Metalls und der Gase durch einen Ofen
zeigt und in welcher Fi.g. 2 ,ein Schaubild ist, welches den Temperaturverlauf längs
des Ofens angibt.
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Ein bei io dargestellter Langtunnelofen ist mit Türen i i und 12,
einer Scheidewand 13, welche den
Ofen in die Zonen A und B unterteilt,
einer Esse i.1 und zwei Brennersätzen 15 und 16 ausgestattet.
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Brenngas wird über eine im Zug 14 angeordnete Schlange 17 den Brennern
16 durch Röhren 18 zugeführt, während der Sauerstoff denselben Brenn: rn durch Röhren
i9 zugeführt wird. Den Brennerni5 wird Luft durch Röhren 20 zugeführt.
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Zem Zug 14 wird Luft bei 21 unmittelbar unterhalb der Schlange 17
zugeführt. Dieser Raum wird Zone C genannt.
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Die wärmezubehandelnden Stahlknüppel 22 werden über die Zugangstür
i i zugeführt und verlassen den Ofen durch die Tür 12. Sie werden in irgendeiner
bekannten Weise entweder schrittweise oder kontinuierlich durch den Ofen hindurchgeführt.
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Fig. 2 bezieht sich auf :die Fig. i und zeigt den Temperaturverlauf
längs des Ofens bei Normalbetrieb.
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In der Zone B werden die Knüppel von Raumtemperatur auf etwa 65o°
C erhitzt; in der Zone A werden dieselben weiter auf eine für das Walzen und Schmieden
geeignete Temperatur, beispielsweise auf i2oo° C, erhitzt.
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Die heißere Zone A wird vermittels von Mischdüsenbrennern 16 und durch
Röhren IS mit Kohlengas (Starkgas, Leuchtgas, Kokereigas ) mit einem Heizwert von
4o9o kcal/m3 und durch Röhren i9 mit handelsüblichem Sauerstoff beschickt.
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Das Verhältnis von Kohlengas zu Sauerstoff beträgt etwa o,_j5 Volumteile
Sauerstoff auf ein Volumteil Gas.
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Die Zugverhältnisse sind in dem Ofen so gewählt, daß die Verbrennungsgase
von der Zone A zur Zone B ziehen; in der Zugangszone B wird Luft durch Röhren 2o
und Düsen. 15 unter Überdruck zugeführt, so daß die von der ersten Verbrennung
in der Zone A herrührenden Verbrennungsprodukte unvollständig verbrannt werden.
Das der Zone b' in der Zeiteinheit zugeführte Luftvolumen wird jeweils so geregelt,
daß die Temperatur in dieser Zone niemals über 65o° C ansteigt, was bedeutet, daß
ungefähr io bis i5o/o des Heizwertes des ursprünglichen Gases in dem die Zone B
verlassenden Verbrennungsprodukt zurückbleiben. Diese Gase verlassen den Ofen am
kühleren Ende in einen Abzug 1d. hinein, so daß also entlang der Länge des Ofens
die Verbrennungsgase im Gegenstrom zu den zu erhitzenden Stahlknüppeln laufen.
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Die den Ofen verlassenden Gase sind noch heiß, wobei die Temperatur
in der Größenordnung von 300 bis 35o° C liegt; sie enthalten noch eine kleine
Menge brennbaren Gases. Sie werden infolgedessen unmittelbar über und um eine Anzahl
von Schlangenrohren i7 im Zug i4 lierumgeführt.welche in der Zone C einen Wärmeaustauscher
bilden, wobei das durch diese Schlangen geführte Gas der Zone A zugeführt wird..
Bei 21 wird Luft zugeführt, um die brennbaren Bestandteile des Gases in der um die
Schlangen. herumliegenden Zone C zu verbrennen und die Oberflächentemperatur der
Röhren auf etwa 7oo° C zu erhöhen, wobei das zur Verbrennung in der Zone A zugeführte
Kohlengas auf ungefähr .I50° C vorgewärmt wird.
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Die in dem Wärmeaustauscher bzw. in einem el:,nso-ut verwendbaren
Rekuperator auftretende fühlbare Wärme der Verhrenn ungsprodukte kann zur Vorwärmung
der in die Verbrennungszone A zugeführten Luft dienen.
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Bei einer solchen Anordnung wird der Heizwert des ursprünglichen Gases
etwa zur Hälfte in der Zone B, etwa zu 35 bis .4o °/o in der Zone A und der Rest
von io bis 15°/o im Wärmeaustausclier verbraucht.