ES2341861T3 - PROCEDURE FOR THE THERMAL TREATMENT OF FERREO MATERIALS. - Google Patents
PROCEDURE FOR THE THERMAL TREATMENT OF FERREO MATERIALS. Download PDFInfo
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Abstract
Description
Procedimiento para el tratamiento térmico de materiales férreos.Procedure for heat treatment of ferrous materials.
El invento se refiere a un procedimiento para el tratamiento térmico de materiales férreos, en particular para el recocido de tubos, perfiles, alambres, barras y chapas a base de un metal o de un acero, en una instalación de tratamiento térmico con un túnel de enfriamiento y un espacio de calentamiento bajo una atmósfera de un gas protector a base de mezclas de un endogás.The invention relates to a process for heat treatment of ferrous materials, in particular for annealing tubes, profiles, wires, bars and plates based on a metal or steel, in a heat treatment facility with a cooling tunnel and a heating space under a atmosphere of a protective gas based on mixtures of an endogas.
Al recocer tubos, perfiles, alambres, barras y chapas se emplea con frecuencia un exogás como gas protector. Este exogás es producido a partir de un hidrocarburo y aire,When annealing pipes, profiles, wires, bars and Sheet metal is often used an exogas as a protective gas. This Exogás is produced from a hydrocarbon and air,
- p. ej.: CH_{4} + x(0,79 N_{2} + 0,21 O_{2}) \rightarrow CO + CO_{2} + H_{2} + H_{2}O + N_{2} estando situado el valor de x entre >2,41 y <9,64p. ex: CH_ {4} + x (0.79 N2 + 0.21 O2) → CO + CO2 + H 2 + H 2 O + N 2 with the value of x being located between > 2.41 and <9.64
- (\lambda = > 0,25 hasta 1,00).(\ lambda = > 0.25 to 1.00).
La producción de este gas protector se efectúa en generadores de exogás.The production of this protective gas is carried out in exogás generators.
Para esto, la corriente gaseosa de gas natural y aire, previamente mezclada, se aporta a una cámara de combustión y allí se lleva a reacción. Puesto que la relación del CH_{4} al aire es mayor que 2,41 (p. ej. de 6,5) no necesita efectuarse ningún calentamiento externo de la mezcla gaseosa hasta la temperatura de reacción.For this, the gas stream of natural gas and air, previously mixed, is supplied to a combustion chamber and there it takes a reaction. Since the ratio of CH_ {4} to air is greater than 2.41 (eg 6.5) no need to be made external heating of the gas mixture to the temperature of reaction.
Se trata en este caso de una reacción exotérmica, que genera energía térmica en exceso. El exogás muy húmedo, que se ha producido de esta manera, es enfriado hasta la temperatura ambiente y aportado a un aparato secador. El punto de descongelación del gas secado es entonces de aproximadamente -30ºC (con 0,10% en volumen de H_{2}O).This is a reaction in this case. exothermic, which generates excess thermal energy. You exogas very wet, which has been produced in this way, is cooled to room temperature and contributed to a dryer. The point of defrosting of the dried gas is then approximately -30 ° C (with 0.10% by volume of H2O).
Un exogás típico tiene una composición de 7% de H_{2}, 7% de CO, 7% de CO_{2}, 0,10% de H_{2}O y el resto N_{2}.A typical exogás has a composition of 7% of H 2, 7% CO, 7% CO 2, 0.10% H 2 O and the rest N_ {2}.
La mezcla gaseosa es aportada luego a una instalación de tratamiento térmico y en el espacio de calentamiento de ésta -a una temperatura mayor que 400ºC- se ajusta repentinamente un gas de horno húmedo.The gas mixture is then added to a installation of heat treatment and in the heating space of this - at a temperature greater than 400 ° C - suddenly adjusts a wet oven gas.
Reacción en el espacio de calentamiento:Reaction in the heating space:
- CO_{2} + H_{2} \rightarrow CO + H_{2}O (reacción homogénea de un gas de agua).CO_ {2} + H 2 → CO + H 2 O (homogeneous reaction of a gas of Water).
En el espacio de calentamiento, a una temperatura mayor que 650ºC, la actividad de carbono se disminuye a menos que 1, con lo cual las aleaciones de hierro y carbono son descarburadas durante el tratamiento térmico.In the heating space, at a temperature greater than 650 ° C, carbon activity is decreased to less than 1, whereby iron and carbon alloys are decarburized during heat treatment.
A causa de las exigencias cualitativas crecientes establecidas a los productos terminados, es sin embargo indeseada una descarburación. Subsiste incluso en grado creciente el deseo de una retrocarburación de las aleaciones de hierro y carbono que se han descarburado durante el tratamiento térmico (de recocido).Because of the qualitative requirements Increasing established to finished products, it is however unwanted decarburization. It subsists even in increasing degree on desire for a retrocarburization of iron and carbon alloys that have been decarburized during heat treatment (from annealing).
Estos requisitos cualitativos no se pueden realizar con el empleo de un exogás como gas protector en hornos de tratamiento térmico, por lo cual también pasa a emplearse un endogás como gas protector en el caso del tratamiento térmico de materiales férreos.These qualitative requirements cannot be perform with the use of an exogas as a protective gas in furnaces heat treatment, so that an endogas is also used as a protective gas in the case of heat treatment of materials iron.
La producción de un endogás se efectúa en generadores de endogás. Para esto, la mezcla de gas natural y de aire, previamente entremezclada, es aportada a una retorta calentada con un relleno de catalizador, y allí es llevada a reacción.The production of an endogas is carried out in endogas generators. For this, the mixture of natural gas and air, previously intermingled, is contributed to a heated retort with a catalyst filler, and there it is reacted.
Puesto que la relación del CH_{4} al aire es un poco mayor que 2,41 (\lambda = 0,26 - 0,28), la retorta con catalizador debe de ser calentada y la mezcla gaseosa, que circula a través de la retorta, debe de ser llevada a la temperatura de reacción, con el fin de reaccionar sobre la superficie del catalizador.Since the ratio of CH_ {4} to air is slightly larger than 2.41 (λ = 0.26-0.28), the retort with catalyst must be heated and the gas mixture, which circulates at through the retort, it must be brought to the temperature of reaction, in order to react on the surface of the catalyst.
Se trata en este caso de una reacción endotérmica, es decir que una parte de la entalpía de calentamiento y la totalidad de la entalpía de reacción deben de ser aportadas al sistema.This is a reaction in this case. endothermic, that is to say that a part of the enthalpy of warming and all the enthalpy of reaction must be contributed to the system.
El endogás es producido a partir de un hidrocarburo y de aire, p. ej. de acuerdo con la siguiente ecuación de reacción:Endogas is produced from a hydrocarbon and air, p. ex. according to the following equation reaction:
- CH_{4} + 2,41(0,79 N_{2} + 0,21 O_{2}) \rightarrow CO + 2 H_{2} + 0,79 N_{2} + trazas de H_{2}O y CO_{2}.CH_ {4} + 2.41 (0.79 N2 + 0.21 O2) → CO + 2 H 2 + 0.79 N 2 + traces of H 2 O and CO 2.
El endogás producido es enfriado hasta la temperatura ambiente y entonces está presto para el empleo.The endogas produced is cooled to room temperature and then it is ready for use.
El punto de descongelación del endogás empleado como gas protector en el caso del tratamiento térmico de materiales férreos está situado en el intervalo de -10ºC y +5ºC con 0,30 hasta 0,86% en volumen de H_{2}O.The defrosting point of the endogas used as a protective gas in the case of heat treatment of materials iron is located in the range of -10ºC and + 5ºC with 0.30 to 0.86% by volume of H2O.
Un endogás, empleado frecuentemente como gas protector en el caso del tratamiento térmico habitual de metales, tiene una composición de: 40% de H_{2}, 20% de CO, 0,30% de CO_{2}, 0,86% de H_{2}O, y el resto de N_{2}.An endogas, often used as a gas protector in the case of the usual heat treatment of metals, It has a composition of: 40% H2, 20% CO, 0.30% CO 2, 0.86% of H 2 O, and the rest of N 2.
Este endogás "puro" es diluido (mezclado) con nitrógeno y a continuación es aportado a la instalación de tratamiento térmico, p. ej. a un horno de paso continuo con solera de rodillos.This "pure" endogas is diluted (mixed) with nitrogen and then it is contributed to the installation of heat treatment, p. ex. to a continuous step oven with hearth of rollers.
En el caso de estas mezclas de gas protector con 1 a 5% de CO -a causa de la fuerte dilución con nitrógeno- el punto de descongelación disminuye hasta unos valores de -20 a -30ºC, de manera tal que no es necesario el empleo de un aparato secador adicional, como en el caso de la producción de un exogás.In the case of these mixtures of protective gas with 1 to 5% of CO - because of the strong dilution with nitrogen - the point defrosting decreases to values of -20 to -30ºC, of such that it is not necessary to use a dryer additional, as in the case of the production of an exogás.
El documento de solicitud de patente europea EP 0261461 A divulga un procedimiento para el tratamiento térmico de materiales metálicos en un horno de paso continuo con solera de rodillos bajo una atmósfera de un gas protector, siendo producido un endogás por medio de un generador de gas situado en su interior, y adicionalmente se aporta nitrógeno por ambos lados del puesto de aportación para el gas de tratamiento.EP European Patent Application Document 0261461 A discloses a procedure for heat treatment of metallic materials in a continuous step furnace with hearth rollers under an atmosphere of a protective gas, being produced an endogas by means of a gas generator located inside, and additionally nitrogen is provided on both sides of the post of contribution for the treatment gas.
El invento se basa por lo tanto en la misión de poner a disposición un procedimiento para el tratamiento térmico de materiales férreos, con el cual, mediante una adición dosificada deliberada de un gas protector, el proceso de tratamiento térmico se pueda mejorar y realizar de un modo más seguro.The invention is therefore based on the mission of make available a procedure for heat treatment of ferrous materials, with which, by a metered addition deliberate of a protective gas, the heat treatment process is I can improve and perform in a safer way.
El problema planteado por esta misión se resuelve conforme al invento por medio de un procedimiento para el tratamiento térmico de materiales férreos con las características de la reivindicación 1.The problem posed by this mission is resolves according to the invention by means of a procedure for heat treatment of ferrous materials with the characteristics of claim 1
Las características que perfeccionan el invento se pueden deducir de las reivindicaciones subordinadas.The features that perfect the invention can be deduced from the subordinate claims.
Conforme al invento, se alimenta como gas protector un endogás puro o un endogás diluido parcialmente con nitrógeno y adicionalmente se alimenta nitrógeno puro por separado en diferentes zonas de la instalación de tratamiento térmico.According to the invention, it is fed as a gas protector a pure endogas or an endogas partially diluted with nitrogen and additionally pure nitrogen is fed separately in different areas of the heat treatment facility.
Ventajosamente, el endogás es alimentado en el extremo del espacio de calentamiento, es decir en la zona de extremo del espacio de calentamiento que está enfrentada a la entrada en el espacio de calentamiento, en sentido transversal a la dirección de transporte del material sometido a tratamiento térmico, y adicionalmente se alimenta nitrógeno en diferentes zonas del túnel de enfriamiento de la instalación de tratamiento térmico, por medio de habituales dispositivos de boquillas.Advantageously, the endogas is fed into the end of the heating space, that is in the end zone of the heating space that is facing the entrance into the heating space, transverse to the direction of transport of heat treated material, and additionally nitrogen is fed in different areas of the tunnel cooling of the heat treatment facility, by means of of usual nozzle devices.
La introducción conforme al invento de un gas protector en la instalación de tratamiento térmico da lugar a la formación de un perfil de circulación orientada hacia la entrada en el espacio de calentamiento, con lo cual se presenta una alta concentración del gas protector en el espacio de calentamiento y una concentración del gas protector esencialmente más baja en el túnel de enfriamiento de la instalación de tratamiento térmico.The introduction according to the invention of a gas protector in the heat treatment facility gives rise to the formation of a circulation profile oriented towards entry into the heating space, which presents a high concentration of the protective gas in the heating space and a essentially lower protective gas concentration in the tunnel cooling of the heat treatment facility.
El endogás producido en un generador externo de endogás y alimentado dentro de la instalación de tratamiento térmico tiene un punto de descongelación algo más alto (desde +5 hasta +10ºC) que en el caso del endogás (con un punto de descongelación de como máximo 5ºC) empleado en el modo de procedimiento habitual.Endogas produced in an external generator of endogas and fed into the heat treatment facility It has a somewhat higher defrosting point (from +5 to + 10ºC) than in the case of endogas (with a defrosting point of maximum 5 ° C) used in the usual procedure mode.
La temperatura del punto de descongelación, más alta, da lugar a una elevación del período de tiempo en servicio del catalizador y de la retorta de la instalación de tratamiento térmico, puesto que es menor el peligro de deposición de hollín en el lecho de catalizador y por consiguiente se impiden unos sobrecalentamientos del catalizador al realizar la necesaria eliminación por combustión del hollín con el fin de regenerar el catalizador.Defrost point temperature, more high, results in an increase in the period of time in service of the catalyst and retort of the treatment facility thermal, since the danger of soot deposition is less in the catalyst bed and therefore about overheating of the catalyst when performing the necessary combustion removal of soot in order to regenerate the catalyst.
La cantidad añadida dosificadamente de endogás, que se necesita para el respectivo proceso de tratamiento térmico, es ajustada automáticamente mediante una válvula dosificadora en dependencia de las respectivas condiciones del proceso, con lo cual se puede reducir al mínimo la cantidad en exceso del endogás y además se debe de quemar en antorcha la menor cantidad posible del endogás.The dosed amount of endogas added, that is needed for the respective heat treatment process, is automatically adjusted by means of a metering valve in dependence on the respective process conditions, thereby the excess amount of endogas can be minimized and In addition, the smallest possible quantity of the torch must be burned endogas
El período de tiempo de adición dosificada del endogás y del nitrógeno es determinado de un modo usual y encuentra utilización para el cálculo de las actividades reales de oxígeno y de carbono durante el proceso de tratamiento térmico.The time period of dosed addition of endogas and nitrogen is determined in a usual way and finds use to calculate actual oxygen activities and of carbon during the heat treatment process.
Con el fin de mejorar la convección del endogás en el espacio de calentamiento de la instalación de tratamiento térmico, el endogás es mezclado -en un aparato Endomat dispuesto fuera de la instalación de tratamiento térmico- con una cantidad parcial de nitrógeno.In order to improve endogas convection in the heating space of the treatment facility thermal, the endogas is mixed -in an endomat device arranged outside the heat treatment facility - with an amount partial nitrogen
Para la formación lo más rápida que sea posible de una mezcla gaseosa homogénea, el endogás es introducido con una sobrepresión de 40 a 60 mbar a través de un tubo, ventajosamente estructurado en forma de L, que está dispuesto en la conducción tubular para nitrógeno, en el que mediante un regulador fino de la presión se introduce nitrógeno regulado a una sobrepresión de 20 a 30 mbar.For training as quickly as possible of a homogeneous gaseous mixture, the endogas is introduced with a overpressure of 40 to 60 mbar through a tube, advantageously S-shaped structure, which is arranged in the conduction tubular for nitrogen, in which by means of a fine regulator of the pressure is introduced regulated nitrogen at an overpressure of 20 to 30 mbar
En el caso de una presión dinámica aumentada en la conducción para el nitrógeno y el endogás, la cantidad añadida dosificadamente del gas natural y del aire se modifica de tal manera que disminuye la necesaria cantidad de adición dosificada del endogás y/o se modifica la relación del gas natural al aire, con lo cual se modifica negativamente la composición del endogás.In the case of an increased dynamic pressure in the conduction for nitrogen and endogas, the amount added dosed of natural gas and air is modified in such a way which decreases the necessary amount of dosed addition of endogas and / or the ratio of natural gas to air is modified, with which modifies the composition of the endogas negatively.
Mediante la modificación de la relación de mezcladura se puede depositar hollín en el catalizador, con lo cual se disminuye la efectividad de este catalizador. En el caso de la aportación de demasiada cantidad de aire aumenta indeseadamente el punto de descongelación, de manera tal que puede aparecer un sobrecalentamiento al comienzo del catalizador.By modifying the relationship of mixing soot can be deposited in the catalyst, thereby The effectiveness of this catalyst is decreased. In the case of contribution of too much air undesirably increases the defrosting point, so that a overheating at the beginning of the catalyst.
La introducción del nitrógeno adicional en el túnel de enfriamiento de la instalación de tratamiento térmico, se efectúa mediante unas usuales boquillas, pero ventajosamente mediante un habitual soporte porta-boquillas.The introduction of additional nitrogen into the cooling tunnel of the heat treatment facility, it performs by means of usual nozzles, but advantageously through a usual nozzle holder.
Ventajosamente, el nitrógeno es introducido en diferentes zonas del túnel de enfriamiento de la instalación de tratamiento, pero de manera especialmente ventajosa en la zona del túnel de enfriamiento que está dispuesta delante de la entrada en el espacio de calentamiento, y es inyectado en la zona del túnel de enfriamiento que está dispuesta delante de la salida desde el túnel de enfriamiento.Advantageously, nitrogen is introduced into different areas of the cooling tunnel of the installation of treatment, but especially advantageously in the area of cooling tunnel that is arranged in front of the entrance into the heating space, and is injected into the tunnel area of cooling that is arranged in front of the exit from the tunnel Cooling.
Mediante la introducción conforme al invento del gas protector se ajusta un óptimo perfil de concentraciones del gas protector en los espacios de calentamiento y enfriamiento de la instalación de tratamiento térmico y al mismo tiempo se impide la indeseada afluencia de oxígeno de aire en el túnel de enfriamiento de la instalación de tratamiento térmico.By the introduction according to the invention of the protective gas adjusts an optimal gas concentration profile protector in the heating and cooling spaces of the heat treatment installation and at the same time prevents unwanted influx of air oxygen into the cooling tunnel of the heat treatment facility.
Convenientemente, la instalación de tratamiento térmico está provista de una sonda lambda dispuesta junto a la salida desde el túnel de enfriamiento, mediante la cual se puede determinar el caudal de afluencia de aire del entorno, al igual que la cantidad alimentada de nitrógeno.Conveniently, the treatment facility thermal is provided with a lambda probe arranged next to the exit from the cooling tunnel, through which you can determine the flow rate of surrounding air, as well as the amount of nitrogen fed.
Con el fin de obtener una circulación del gas protector que esté dirigida hacia la entrada en el espacio de calentamiento, las capas auxiliares (de fosfatos, boratos, oxalatos y otros) que se descomponen durante el tratamiento térmico y los residuos del agente de arrastre o tracción del material sometido a tratamiento térmico son transportados hacia la entrada en el espacio de calentamiento y allí son quemados en antorchas.In order to obtain a gas circulation protector that is directed towards the entrance into the space of heating, auxiliary layers (phosphates, borates, oxalates and others) that decompose during heat treatment and waste of the dragging or pulling agent of the material subjected to heat treatment are transported to the entrance into space of heating and there they are burned in torches.
Mediante la subsiguiente condensación de los componentes, que se han separado por evaporación desde el material sometido a tratamiento, junto a las paredes frías del elemento de enfriamiento refrigerado por agua, se disminuye esencialmente el rendimiento del enfriamiento, de manera tal que las instalaciones de enfriamiento deben de ser limpiadas en mayores intervalos de tiempo. Esto se impide o respectivamente se disminuye grandemente mediante la nueva técnica con gas.By the subsequent condensation of the components, which have been evaporated from the material undergoing treatment, next to the cold walls of the element of water-cooled cooling, essentially decreases the cooling performance, so that the facilities of Cooling should be cleaned at greater intervals of time. This is prevented or respectively greatly diminished by The new technique with gas.
Por medio del invento se disminuye esencialmente el gasto cronológico, de personal y financiero durante el tratamiento térmico de materiales férreos y se hace posible una realización más segura de los procesos.By means of the invention it essentially decreases chronological, personal and financial expenses during the heat treatment of ferrous materials and a safer realization of the processes.
Mediante la introducción de nitrógeno líquido profundamente enfriado en el túnel de enfriamiento de la instalación de tratamiento térmico, se puede aumentar aun más el rendimiento de enfriamiento del túnel de enfriamiento.By introducing liquid nitrogen deeply cooled in the installation cooling tunnel heat treatment, you can further increase the performance of cooling tunnel cooling.
El nitrógeno líquido, que tiene una temperatura de -196ºC, es introducido ventajosamente en el último tercio del túnel de enfriamiento, es decir en la zona del túnel de enfriamiento que está situada más próxima a la salida desde este túnel de enfriamiento, con el fin de disminuir la temperatura de salida del material sometido a tratamiento térmico que se transporta fuera del espacio de calentamiento, o es introducido en el primer tercio del túnel de enfriamiento, es decir en la zona del túnel de enfriamiento que está situada más próxima a la entrada en este túnel de enfriamiento, con el fin de aumentar la velocidad de enfriamiento del material sometido a tratamiento térmico con finalidades de endurecimiento y temple.Liquid nitrogen, which has a temperature of -196 ° C, it is advantageously introduced in the last third of the cooling tunnel, that is in the area of the cooling tunnel which is located closest to the exit from this tunnel of cooling, in order to decrease the outlet temperature of the heat treated material that is transported outside the heating space, or is introduced in the first third of the cooling tunnel, that is in the area of the cooling tunnel which is located closest to the entrance in this tunnel of cooling, in order to increase the cooling rate of the material under heat treatment for the purposes of hardening and tempering.
Mediante la adición dosificada adicional de nitrógeno líquido profundamente enfriado en la instalación de tratamiento térmico, se mejora esencialmente la convección del gas protector, y además mediante la entalpía de calentamiento del nitrógeno se hace posible un enfriamiento más rápido de las piezas de trabajo tratadas térmicamente.By additional dosed addition of liquid nitrogen deeply cooled in the installation of heat treatment, gas convection is essentially improved protective, and also by the enthalpy of heating the nitrogen makes possible faster cooling of parts of work treated thermally.
Mediante una disposición de retirada de gases, estructurada de un modo correspondiente a la respectiva finalidad de empleo y dispuesta de un modo oportuno junto a la instalación de tratamiento térmico, se puede sacar -junto a cualquier termoelemento dispuesto junto a la instalación de tratamiento térmico- un gas de proceso, con el fin de determinar el perfil óptimo de concentraciones del gas protector a lo largo de toda la longitud de la instalación.Through a gas withdrawal arrangement, structured in a manner corresponding to the respective purpose of employment and arranged in a timely manner with the installation of heat treatment, can be removed - together with any thermoelement arranged next to the heat treatment facility - a gas of process, in order to determine the optimal profile of protective gas concentrations along the entire length of installation.
La disposición de retirada de gases puede estar equipada además con un aparato para el análisis de gases, con una sonda lambda o con otros sistemas de medición, con lo cual no se necesita ningún puesto adicional de retirada de gases junto a la instalación de tratamiento térmico.The gas withdrawal arrangement may be also equipped with an apparatus for gas analysis, with a lambda probe or with other measurement systems, which does not you need no additional gas removal post next to the heat treatment installation.
Mediante un sistema de medición acoplado con la disposición de retirada de gases se activan (rítmicamente) todos los puestos de medición y se mide la composición real del gas.Through a measurement system coupled with the Gas withdrawal arrangement is activated (rhythmically) all measuring positions and the actual composition of the gas is measured.
Los valores medidos, determinados electrónicamente, encuentran utilización para la regulación automática del gas protector en el caso de una composición del gas que se desvíe de un valor nominal previamente establecido.The measured values, determined electronically, they find use for regulation Automatic protective gas in the case of a gas composition that deviates from a previously established nominal value.
Mediante la adición dosificada del gas protector conforme al invento, la concentración de este gas protector en el espacio de calentamiento de la instalación de tratamiento térmico se aumenta en aproximadamente un 50 a 60 por ciento, de manera tal que se puede disminuir la cantidad introducida de endogás en aproximadamente un 30 a 40 por ciento.By dosing the protective gas according to the invention, the concentration of this protective gas in the heating space of the heat treatment facility is increases by about 50 to 60 percent, so that you can decrease the amount of endogas introduced in approximately 30 to 40 percent.
Además, se garantiza que la suma de las concentraciones de monóxido de carbono (CO) y de hidrógeno (H_{2}) en el extremo de la torre de enfriamiento sea menor que 5 por ciento en volumen, y por consiguiente esté situada por debajo del límite de explosión del gas protector. Esto es especialmente importante, puesto que la temperatura del gas protector en la zona de salida desde la instalación de tratamiento térmico tiene aproximadamente la temperatura ambiente y por consiguiente se queda ampliamente por debajo de la temperatura de seguridad de 750ºC.In addition, it is guaranteed that the sum of the concentrations of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H2) at the end of the cooling tower is less than 5 percent in volume, and therefore be below the limit of explosion of the protective gas. This is especially important, since the temperature of the protective gas in the outlet zone since the heat treatment facility has approximately the room temperature and therefore stays widely for below the safety temperature of 750ºC.
Mediante la introducción del gas protector conforme al invento, se forma una corriente de reacción -que circula en sentido opuesto al material sometido a tratamiento térmico-, es decir, que el endogás parcialmente reaccionado sale a través de la entrada en el espacio de calentamiento, y por consiguiente solamente entra en el túnel de enfriamiento un endogás mezclado con nitrógeno, con lo cual se disminuye esencialmente la indeseada oxidación del hierro en el túnel de enfriamiento de la instalación de tratamiento térmico, puesto que la relación de H_{2}O/H_{2} en el túnel de enfriamiento es mucho más baja que en el espacio de calentamiento de la instalación de tratamiento térmico.By introducing the protective gas according to the invention, a reaction current is formed - which circulates in the opposite direction to the material under heat treatment-, it is say that the partially reacted inbred comes out through the entry into the heating space, and therefore only an endogas mixed with nitrogen enters the cooling tunnel, whereby essentially the undesired oxidation of the iron in the cooling tunnel of the treatment facility thermal, since the ratio of H 2 O / H 2 in the tunnel of cooling is much lower than in the heating space of The heat treatment facility.
Mediante el hecho de que el gas protector presente en el túnel de enfriamiento tiene un punto de descongelación manifiestamente más bajo (p. ej. de -7 grados Celsius) que el presente en el espacio de calentamiento (p. ej. de +10 grados Celsius), se impide una condensación del agua en el túnel de enfriamiento de la instalación de tratamiento térmico.By the fact that the protective gas present in the cooling tunnel has a point of manifestly lower defrosting (eg of -7 degrees Celsius) that is present in the heating space (e.g. +10 degrees Celsius), water condensation is prevented in the tunnel cooling of the heat treatment facility.
A causa de la alta concentración de endogás en el espacio de calentamiento de la instalación de tratamiento térmico, la cinética de la carburación o retrocarburación durante el tratamiento térmico es mayor, de manera tal que se disminuye esencialmente el período de tiempo de permanencia del material sometido a tratamiento térmico en el espacio de calentamiento.Because of the high concentration of endogas in the heating space of the treatment facility thermal, the kinetics of carburation or retrocarburation during heat treatment is greater, so that it decreases essentially the period of time of permanence of the material subjected to heat treatment in the heating space.
Además, mediante la alta concentración del endogás en el espacio de calentamiento de la instalación de tratamiento térmico, es especialmente grande la cinética de la reducción del óxido de hierro en materiales de aleaciones de hierro conformados en caliente, tales como p. ej. alambres, tubos, perfiles, de manera tal que sus capas de óxido son totalmente reducidas. Las piezas de trabajo exentas de óxido pueden ser tratadas a continuación con un gasto disminuido, tal como p. ej. decapadas, y tienen una calidad superficial que se adapta a los requisitos crecientes.In addition, through the high concentration of endogas in the heating space of the installation of heat treatment, the kinetics of the reduction of iron oxide in iron alloy materials hot formed, such as p. ex. wires, tubes, profiles, so that their oxide layers are totally reduced Rust-free work pieces can be treated below with a decreased expense, such as p. ex. pickling, and have a surface quality that adapts to growing requirements.
El endogás empleado conforme al invento para el tratamiento térmico posee también una "fuerza de reducción" esencialmente más alta que un exogás empleado habitualmente, es decir que se puede formar y recoger más cantidad de agua y de dióxido de carbono, sin que la reducción sea detenida.The endogas used according to the invention for heat treatment also has a "reduction force" essentially higher than an exogás usually used, is say that more water can be formed and collected and from carbon dioxide, without the reduction being stopped.
La concentración más alta de hidrógeno (H_{2}) y monóxido de carbono (CO) en el espacio de calentamiento de la instalación de tratamiento térmico establece una velocidad de calentamiento del material sometido a tratamiento térmico, que es más alta que en el caso del empleo de un gas protector habitual a base de un exogás o monogás (N_{2} menor que 5% de H_{2}).The highest concentration of hydrogen (H2) and carbon monoxide (CO) in the heating space of the heat treatment facility sets a speed of heating of the heat treated material, which is higher than in the case of the use of a usual protective gas at base of an exogás or monogás (N 2 less than 5% of H 2).
La alimentación del endogás y del nitrógeno conforme al invento da lugar a la esencial ventaja de que se ajusta ventajosamente un cierto perfil de concentraciones de los componentes reactivos, con lo cual se disminuye el peligro de explosión, y se optimizan la cinética de reacción y la velocidad de calentamiento.Endogas and nitrogen feed according to the invention gives rise to the essential advantage that it fits advantageously a certain concentration profile of the reactive components, thereby reducing the danger of explosion, and the reaction kinetics and speed of heating.
Seguidamente, el invento es explicado con más detalle con ayuda de un ejemplo de realización.Next, the invention is explained with more detail with the help of an embodiment example.
Muestran:They show:
la Fig. 1 una representación gráfica de la regulabilidad de la actividad de carbono de un exogás y de un gas Endolin en el caso de un tratamiento térmico de aleaciones de hierro y carbono;Fig. 1 a graphical representation of the regulability of the carbon activity of an exogas and a gas Endolin in the case of a heat treatment of iron alloys and carbon;
la Fig. 2 una representación gráfica de la concentración de nitrógeno en dependencia de la cantidad empleada del gas protector endogás - Endolin en una instalación de tratamiento térmico con un túnel de enfriamiento.Fig. 2 a graphical representation of the nitrogen concentration depending on the amount used of the endogas protective gas - Endolin in an installation of heat treatment with a cooling tunnel.
En la Fig. 1 se representa la regulabilidad de la actividad de carbono de un exogás y de un endogás (Endolin) en el caso del tratamiento térmico de típicas aleaciones de hierro y carbono que tienen un contenido de carbono de 0,15 a 0,70%. En el caso de tal tratamiento térmico, que tiene lugar en un intervalo de temperaturas de 400 a 900ºC, se confrontan las actividades de carbono a_{c} de un gas protector habitual (exogás) y de varios gases protectores (endogás en la forma de Endolin) con 1 a 5% de CO. A partir de la Fig. 1 puede observarse que en el caso del empleo de un endogás con 1% de CO a una temperatura de más que 650ºC y en el caso del empleo de un endogás con 5% de CO, la actividad de carbono a_{c} es disminuida a menos que 1, con la que las aleaciones de hierro y carbono son descarburadas durante el tratamiento térmico. A partir de la Fig. 1 puede deducirse además que la actividad de carbono a_{c} igual o menor que 1, producida en el intervalo de temperaturas de 650 a 740ºC, se puede regular a través de la relación de mezcladura de un endogás y de nitrógeno, tal como p. ej. de 1:19 a 1:3. Por consiguiente, mediante el empleo de mezclas de gases protectores a base de un endogás y de nitrógeno, se puede realizar de manera sencilla una retrocarburación de aleaciones de hierro y carbono que se han descarburado durante el tratamiento térmico. A unas temperaturas mayores que 740ºC, al endogás mezclado con nitrógeno se le debe añadir un gas, preferiblemente propano, que aumenta la actividad de carbono a_{c} al valor de 1, a causa de su reactividad, significativamente mejor, con agua y dióxido de carbono. Además, la actividad de carbono en el gas del espacio de calentamiento se puede aumentar mediante disminución del punto de descongelación en el endogás producido en el generador de endogás, puesto que con una concentración decreciente de agua en el endogás sube la actividad de carbono en el gas mezclado.The regulability of the carbon activity of an exogas and an endogas (Endolin) in the case of heat treatment of typical iron alloys and carbon having a carbon content of 0.15 to 0.70%. At case of such heat treatment, which takes place in a range of temperatures of 400 to 900ºC, the activities of carbon a_ {c} of a usual protective gas (exogás) and several protective gases (endogas in the form of Endolin) with 1 to 5% CO. From Fig. 1 it can be seen that in the case of the use of an endogas with 1% CO at a temperature of more than 650ºC and in the case of the use of an inbred with 5% CO, carbon activity a_ {c} is decreased to less than 1, with which the alloys of Iron and carbon are decarburized during heat treatment. TO from Fig. 1 it can also be deduced that the activity of carbon a_ {c} equal to or less than 1, produced in the range of temperatures of 650 to 740 ° C, can be regulated through the mixing ratio of an endogas and nitrogen, such as p. ex. from 1:19 to 1: 3. Therefore, by using mixtures of protective gases based on an endogas and nitrogen, you can easily perform a retrocarburization of alloys of iron and carbon that have been decarburized during treatment thermal. At temperatures greater than 740 ° C, when mixed inbred with nitrogen a gas, preferably propane, must be added which increases carbon activity a_ {c} to the value of 1, because of its reactivity, significantly better, with water and dioxide carbon. In addition, the carbon activity in the space gas of heating can be increased by decreasing the point of defrosting in the endogas produced in the endogas generator, since with a decreasing concentration of water in the endogas the activity of carbon in the mixed gas increases.
La Fig. 2 muestra un horno (espacio de calentamiento) provisto de un túnel de enfriamiento, en el que una vez un endogás, previamente mezclado con una cierta cantidad de nitrógeno, se alimenta en el último tercio del espacio de calentamiento, y la cantidad principal de nitrógeno puro se alimenta en el tercio central/último del túnel de enfriamiento (variante 2). En las variantes 1 y 3 se mezclan con nitrógeno diferentes cantidades de un endogás (10 y 30 m^{3}/h) externamente con respecto de la instalación de horno y se alimentan por completo al puesto de alimentación situado en el extremo del espacio de calentamiento, es decir que en cualquier lugar en el espacio de calentamiento y en el túnel de enfriamiento deben de reinar las mismas concentraciones de hidrógeno y monóxido de carbono. En la totalidad de las 3 variantes, la cantidad total de gas se mantiene siempre constante en 140 m^{3}/h. Con la variante 2, en el caso de una mezcladura total externa de un endogás y de nitrógeno, se establece una concentración de hidrógeno de 5,8% en volumen de H_{2}, es decir que se sobrepasa manifiestamente el límite de explosión de 5% en volumen de H_{2} y CO. Si esta cantidad total de la variante 2 se subdivide en una mezcla de endogás y N_{2} y en N_{2}, y se alimentan ambas corrientes parciales en un sitio apropiado, se establecen unas concentraciones de hidrógeno en el espacio de calentamiento de 9% en volumen de H_{2} y en el túnel de enfriamiento de 2,8% en volumen de H_{2}, es decir cerca del exigido límite de explosión. La concentración de hidrógeno está situada, por consiguiente, en el espacio de calentamiento más alta en un 40% y en el túnel de enfriamiento más baja en un 40% que la mezcla completa del endogás y de nitrógeno. Se ha formado una circulación gaseosa dirigida de nitrógeno que va desde el túnel de enfriamiento al espacio de calentamiento. A causa de las concentraciones de hidrógeno que se han medido, puede observarse que las corrientes de nitrógeno están dirigidas en aproximadamente dos partes iguales, de manera tal que son óptimas la dilución en el túnel de enfriamiento y la elevación de la concentración en el espacio de calentamiento y la retirada de gas hacia la entrada en el espacio de calentamiento. La variante 3 explica que solamente con una pequeña cantidad de endogás (10 m^{3}/h) es posible realizar la condición de seguridad de menos que 5% en volumen de H_{2}, CO.Fig. 2 shows an oven (space of heating) provided with a cooling tunnel, in which a once an inbred, previously mixed with a certain amount of nitrogen, is fed in the last third of the space of heating, and the main amount of pure nitrogen is fed in the central / last third of the cooling tunnel (variant 2). In variants 1 and 3 they are mixed with different nitrogen amounts of an inbred (10 and 30 m 3 / h) externally with regarding the furnace installation and are fed completely to the power stand located at the end of the space of warming, that is, anywhere in the space of heating and in the cooling tunnel must reign the same concentrations of hydrogen and carbon monoxide. In the all 3 variants, the total amount of gas is maintained always constant at 140 m 3 / h. With variant 2, in the case of a total external mixing of an endogas and nitrogen, is establishes a hydrogen concentration of 5.8% by volume of H_ {2}, that is to say that the limit of 5% volume explosion of H2 and CO. If this total amount of variant 2 is subdivided into a mixture of endogas and N2 and at N_ {2}, and both partial currents are fed at one site appropriate, hydrogen concentrations are established in the heating space of 9% by volume of H2 and in the tunnel of cooling of 2.8% in volume of H2, that is to say near the Required explosion limit. The hydrogen concentration is therefore located in the highest heating space by 40% and in the cooling tunnel lower by 40% than the complete mixture of endogas and nitrogen. It has formed a directed nitrogen gas circulation that goes from the tunnel cooling to the heating space. Because of the hydrogen concentrations that have been measured, can be observed that nitrogen currents are directed at approximately two equal parts, so that the dilution in the cooling tunnel and elevation of concentration in the heating space and the withdrawal of gas towards the entrance into the heating space. Variant 3 explains that only with a small amount of endogas (10 m 3 / h) is possible to perform the safety condition of less than 5% by volume of H2, CO.
De acuerdo con la variante 2 se han realizado por consiguiente los aspectos de la seguridad y de una concentración de H_{2}, CO lo más alta que sea posible en el espacio de calentamiento.According to variant 2, they have been carried out consequently the aspects of security and a concentration of H_ {2}, CO as high as possible in the space of heating.
Claims (19)
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