WO1993021350A1 - Verfahren zur herstellung eines schutz- oder reaktionsgases für die wärmebehandlung von metallen - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines schutz- oder reaktionsgases für die wärmebehandlung von metallen Download PDF

Info

Publication number
WO1993021350A1
WO1993021350A1 PCT/EP1993/000749 EP9300749W WO9321350A1 WO 1993021350 A1 WO1993021350 A1 WO 1993021350A1 EP 9300749 W EP9300749 W EP 9300749W WO 9321350 A1 WO9321350 A1 WO 9321350A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
oxygen
nitrogen
gas
reactor
vol
Prior art date
Application number
PCT/EP1993/000749
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Gross
Johannes Vetter
Original Assignee
Messer Griesheim Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Messer Griesheim Gmbh filed Critical Messer Griesheim Gmbh
Priority to EP93908854A priority Critical patent/EP0636189A1/de
Publication of WO1993021350A1 publication Critical patent/WO1993021350A1/de

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C21D1/76—Adjusting the composition of the atmosphere
    • C21D1/763—Adjusting the composition of the atmosphere using a catalyst

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a protective or reaction gas for the heat treatment of metals.
  • Heat treatments of metallic work pieces are carried out in the known heat treatment furnaces under a protective or reaction gas atmosphere.
  • the gas atmosphere mainly consists of the inert gas component nitrogen with different proportions of hydrogen and carbon monoxide.
  • Hydrogen is used to remove contaminants that have entered the furnace chamber, e.g. Binding oxygen to hydrogen, while CO is used to adjust the carbon level in the protective gas atmosphere, e.g.
  • the inert gas component nitrogen is obtained and liquefied in very pure form in low-temperature air separation plants with an oxygen content ⁇ 10 vpm.
  • the liquid nitrogen is stored in vacuum-insulated tanks at the consumer.
  • the reactive gas components H 2 and CO are either also stored in the pressure vessel or generated on site by splitting methanol or by endothermic conversion of hydrocarbons with air. Mixing with cryogenic nitrogen creates a very pure protective gas atmosphere, ie low dew point and low CO 2 concentration with the desired composition.
  • nitrogen can now also be obtained from the air by means of adsorbent or permeative processes. This nitrogen is produced by the pressure swing adsorption (PSA) or membrane process.
  • PSA pressure swing adsorption
  • Oxygen contents in the protective gas ⁇ 10 vpm are necessary for bright annealing of all metals.
  • Non-cryogenically generated nitrogen must therefore be cleaned up.
  • the oxygen reaction with hydrogen using a palladium or copper oxide catalyst is state of the art.
  • Another option is to add natural gas or propane to the non-cryogenically generated nitrogen and introduce this mixture into the hot part of the heat treatment system. This leads to the formation of
  • the C level is reduced not only by the oxygen content in the contaminated nitrogen of approx. 0.1 to 5 vol.% oxygen, but also by the water vapor that inevitably arises. This leads to a low carburization depth, which has to be compensated for by a longer carburization time.
  • the existing oxygen post-purification processes or conversion processes are therefore either too complex or generate an inert gas which is unsuitable for most heat treatment processes.
  • the invention is therefore based on the object of converting the oxygen in the contaminated nitrogen in such a way that a protective gas suitable for the heat treatment is produced.
  • the invention is based on the surprising finding that the oxygen content required for the endothermic reaction can be reduced from approximately 15% by volume to 0.1% by volume.
  • the necessary oxygen actuator varies depending on the desired shielding gas quality between 0.1 ⁇ ⁇ 0.3.
  • an oxygen actuator of ⁇ ⁇ 0.25 residual methane is present due to a lack of oxygen.
  • the methane content that may be required for the heat treatment can also be set by selecting the oxygen actuator. This lack of oxygen can also occur in a PPE system due to the process. Because when the throughput is reduced, the oxygen content is reduced at the same time. It is therefore not necessary to regulate the amount of methane.
  • the oxygen is completely converted into the protective gas components desired for the heat treatment using the method described above.
  • the composition of the protective gas is a function of the process temperature T, the oxygen concentration X in nitrogen and the oxygen actuator ⁇ .
  • PSA-N 2 systems operate at residual oxygen levels in nitrogen of approx. 2 to 5 vol.% In an economical optimum.
  • the shielding gas composition that arises corresponds to a high quality monogas, e.g. for the carbon neutral annealing of unalloyed and low-alloyed metals.
  • the dew point increases to + 18 ° C and the CO 2 concentrations to 1.0% by volume.
  • a protective gas is ideally suited for the heat treatment of non-ferrous metals.
  • Higher CO and H 2 concentrations are achieved by increasing the oxygen concentration in nitrogen.
  • the higher oxygen concentration in the N 2 can be adjusted depending on the process by increasing the throughput of the PSA or membrane system.
  • the higher oxygen concentration upstream of the reactor can also be achieved by adding air to non-cryogenic nitrogen.
  • FIG. 1 shows a heated reactor filled with the catalyst, which is arranged outside the heat treatment furnace.
  • Fig. 2 is a filled with the catalyst heated reactor which is integrated in the heat treatment furnace.
  • Reactor integrated in the heat treatment furnace and heated by it.
  • the air becomes a pressure swing adsorption or
  • the residual oxygen content in the nitrogen which is due to incomplete separation, is 0.1 to 5% by volume, depending on the throughput.
  • Pressure swing adsorption systems 10 operate at residual oxygen levels in nitrogen of approximately 2 to 5% by volume in the economic optimum.
  • the nitrogen contaminated with residual oxygen is fed via a gas supply 14 to a heat exchanger 11 and to the heated reactor 12 filled with the catalyst.
  • the heat exchanger 11 is arranged in a suitable location in the heat treatment furnace 13 and serves to preheat the contaminated nitrogen in order to increase the throughput of the reactor 12.
  • the reactor 12 is installed next to the heat treatment furnace 13 in FIG. 1.
  • the reactor bed consisting of the catalyst with the active components nickel, platinum, palladium or rhodium is heated indirectly electrically (Q closed) or by a burner to the desired process temperature of 600 to 1,000 ° C. in a controlled manner.
  • the hydrocarbon available for the endothermic conversion such as natural gas (methane) or propane, butane, town gas or heating oil, is mixed with the oxygen-contaminated nitrogen in the ratio necessary for the reaction before entering the reactor 12 and the gas mixture to the reactor 12 supplied.
  • the endothermic catalytic conversion of the oxygen maintained by supplying energy by means of hydrocarbons, for example using methane theoretically takes place in the reactor 12 with the oxygen actuator of 0.1 ⁇ A. ⁇ 0.3 required for this reaction as follows:
  • the maximum oxygen content in the protective gas is ⁇ 10 vpm.
  • the dew point can be set between - 32 ⁇ TP ° C ⁇ + 18 and the carbon dioxide concentration (CO 2 ) between 0.001 ⁇ X CO 2 vol.% ⁇ 1.2, depending on the temperature and the oxygen actuator.
  • CO 2 carbon dioxide concentration
  • This lack of oxygen can also be adjusted in a pressure swing adsorption system by reducing the throughput, so that methane control is not absolutely necessary.
  • Lower H 2 and CO concentrations are achieved through the lower oxygen contents in nitrogen with constant oxygen actuator ⁇ .
  • Lower H 2 and CO concentrations in the protective gas are advantageously required for bright annealing.
  • Higher H 2 and CO concentrations, as are required for carbonation-neutral annealing, are made possible by higher oxygen contents in nitrogen with a constant oxygen actuator and are achieved by additional admixture of air in the contaminated nitrogen.
  • the reactor 12 filled with the catalyst is integrated in the heat treatment furnace 13.
  • the reactor 12 is heated by a burner in a controlled manner to the desired process temperature of 600 to 1,000 ° C.
  • FIG. 3 shows an embodiment in which one or more reactors 12, 12.1, 12.2, 12.3 are integrated in the heat treatment furnace 13. The heating is carried out exclusively by the heat treatment furnace 13 (furnace heating), the maximum process temperature in the reactor 12 'being predetermined by the furnace temperature.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

Nicht cryogenerzeugter Stickstoff, wie z.B. mit Druckwechseladsorbtions- oder Membrananlagen hergestellt, kann aufgrund des hohen Sauerstoffgehaltes, von ca. 0,1 bis 5 vol.% nicht, oder bedingt für die Wärmebehandlung von Metallen eingesetzt werden. Gemäß der Erfindung wird durch eine endotherme katalytische Umwandlung des Restsauerstoffes mittels Kohlenwasserstoffen ein Schutzgas hergestellt, das für die Wärmebehandlung von Metallen geeignet ist.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Schutz- oder
Reaktionsgases für die Wärmebehandlung von Metallen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schutz- oder Reaktionsgases für die Wärmebehandlung von Metallen. Wärmebehandlungen von metallischen Werkstücken werden in den bekannten Wärmebehandlungsöfen unter einer Schutz- bzw. Reaktionsgasatmosphäre durchgeführt. Die Gasatmosphäre besteht überwiegend aus der Inertgaskomponente Stickstoff mit unterschiedlichen Anteilen an Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Wasserstoff dient dazu, Verunreinigungen, die in den Ofenraum eingedrungen sind, wie z.B. Sauerstoff an Wasserstoff zu binden, während mittels CO der Kohlenstoffpegel in der Schutzgasatmosphäre eingestellt wird, um z.B.
eine Randentkohlung bei kohlenstoffhaltigen Stählen zu vermeiden.
Nach dem Stand der Technik wird die Inertgaskomponente Stickstoff in Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlagen in sehr reiner Form mit einem Sauerstoffgehalt < 10 vpm gewonnen und verflüssigt. Der flüssige Stickstoff wird in vacuumisolierten Tanks beim Verbraucher gespeichert. Die Reaktivgaskomponenten H2 und CO werden entweder ebenfalls im Druckbehälter gespeichert bzw. vor Ort durch Spaltung von Methanol oder durch endotherme Umwandlung von Kohlenwasserstoffen mit Luft erzeugt. Durch Mischung mit cryogenem Stickstoff wird eine sehr reine Schutzgasatmosphäre, d.h. niedriger Taupunkt und geringe CO2-Konzentration mit der gewünschten Zusammensetzung hergestellt. Neben der Tieftemperaturluftzerlegung kann Stickstoff heute auch durch adsorbtive bzw. permeative Verfahren aus der Luft gewonnen werden. Dieser Stickstoff wird nach dem Druckwechseladsorbtions- (PSA) oder Membranverfahren hergestellt.
Der Einsatz eines derart erzeugten Stickstoffs in der Wärmebehandlung z.B. zum Blankglühen und Kohlungsneutralglühen ist wegen des verfahrensbedingten Restsauerstoffgehaltes von ca. 0,1 bis 5 Vol.% Sauerstoff weitgehend eingeschränkt. Diese hohe Sauerstoffkonzentration bewirkt eine Oxidatiαn bzw. Verzunderung des
Metalls und eine Entkohlung von z.B. kohlenstoffhaltigen Stählen. Beim Blankglühen von allen Metallen sind Sauerstoffgehalte im Schutzgas < 10 vpm notwendig.
Nicht cryogen erzeugter Stickstoff muß deshalb nachgereinigt werden. Bei den bekannten Nachreinigunsverfahren ist die Sauerstoffumsetzung mit Wasserstoff mittels Palladium- oder Kupferoxidkatalysator Stand der Technik.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist die Entfernung des gebildeten Wasserdampfes durch Trocknung oder Adsorbtion und der notwendige Einsatz des relativ teuren Wasserstoffes.
Eine weitere Möglichkeit ist die Zugabe von Erdgas oder Propan zum nicht cryogen erzeugten Stickstoff und Einleiten dieses Gemisches in den heißen Teil der Wärmbehandlungsanlage. Dies führt zur Bildung von
Wasserdampf und Kohlendioxid im Ofen. Es besteht außerdem die Gefahr einer nicht sofortigen und vollständigen Umsetzung des Sauerstoffs. Sowohl Wasserdampf, Kohlendioxid wie auch freier Sauerstoff führen zur bekannten Oxidation/Verzunderung und Entkohlung der Metalle
Bei anderen Wärmebehandlungsverfahren, wie z.B. dem Aufkohlen, wird der C-Pegel nicht nur durch den Sauerstoffgehalt im verunreinigten Stickstoff von ca. 0,1 bis 5 Vol.% Sauerstoff, sondern auch durch den zwangsläufig entstehenden Wasserdampf erniedrigt. Dies führt zu einer geringen Aufkohlungstiefe, die durch eine längere Aufkohlungszeit kompensiert werden muß.
Die bestehenden Sauerstoff-Nachreinigungsverfahren oder Umwandlungsverfahren sind damit entweder zu aufwendig oder erzuegen ein für die meisten Wärmebehandlungsverfahren nicht geeignetes Schutzgas.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den Sauerstoff im verunreinigten Stickstoff derart umzuwandeln, daß ein für die Wärmebehandlung geeignetes Schutzgas entsteht.
Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Stand der Technik ist diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, daß der für die endotherme Reaktion notwendige Sauerstoffgehalt von ca. 15 Vol.% bis auf 0,1 Vol.% abgesenkt werden kann. Der notwendige Sauerstoffaktor variiert je nach gewünschter Schutzgasqualität zwischen 0,1≤ λ≤ 0,3. Bei einem Sauerstoffaktorλ. = 0,25 ermöglichen Katalysatoren eine vollständige Umsetzung des Sauerstoffs zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid mit zu vernachlässigenden Anteilen an CO2 und Wasserdampf. Auch bei dem sehr niedrigen Sauerstoffgehalt von 0,1 Vol-% im Stickstoff ist eine vollständige Umwandlung zu H2 und CO , sowie niedrigen CO2-, O2-Konzentration und einen tiefen Taupunkt möglich. Damit entfällt auch die zusätzliche Bereitstellung notwendiger Reaktionsgase. Bei einem Sauerstoffaktor von λ < 0,25 liegt Restmethan aufgrund Sauerstoffmangels vor. Der für die Wärmebehandlung u.U. gewünschte Methangehalt kann damit auch durch Wahl des Sauerstoffaktors eingestellt werden. Dieser Sauerstoffmangel kann bei einer PSA-Anlage auch verfahrensbedingt eintreten. Denn bei Reduzierung der Durchsatzleistung wird gleichzeitig der Sauerstoffgehalt reduziert. Eine Methanmengenregelung ist deshalb nicht notwendig.
Bei Sauerstoffgehalten X > 5 Vol.% im nicht cryogen erzeugten Stickstoff wird der Sauexstoff mit dem oben beschriebenen Verfahren vollständig in die für die Wärmebehandlung erwünschten Schutzgaskomponenten umgewandelt. Bei einem Katalysator wie Nickel, Platin, Palladium oder Rhodium ist die Zusammensetzung des Schutzgases eine Funktion der Prozeßtemperatur T, der Sauerstoffkonzentration X im Stickstoff und des Sauerstoffaktors λ.
PSA-N2-Anlagen arbeiten bei Restsauerstoffgehalten im Stickstoff von ca. 2 bis 5 Vol.% im wirtschaftlichen Optimum. Im Temperaturbereich von 600 °C < T < 1.000 °C wird z.B. ein mit 3 Vol.% Sauerstoff verunreinigter Stickstoff bei stöchiometrischer Umsetzung mit Erdgas, (Methan), d.h.λ = 0,25, in ein Schutzgas mit folgender Gaszusammensetzung umgewandelt: 4 < H2 Vol.% < 15; 1 < CO Vol.% < 7;
0,4 < CH4 Vol.% < 3; 0 < CO2 Vol.% < 1; - 31 < TP °C < + 18
Im Temperaturbereich 900 bis 1.000 °C entspricht die sich einstellende Schutzgaszusammensetzung einem qualitativ hochwertigen Monogas, wie es z.B. für das Kohlungsneutralglühen von unlegierten und niedriglegierten Metallen benötigt wird.
Bei einer niedrigen Prozeßtemperatur von z.B. 600 °C erhöht sich der Taupunkt auf + 18 °C und die CO2-Konzentrationen auf 1,0 Vol.%. Ein solches Schutzgas ist für die Wärmebehandlung von Buntmetallen ideal geeignet. Höhere CO- und H2-Konzentrationen werden durch Erhöhung der Sauerstoffkonzentration im Stickstoff erreicht. Die höhere Sauerstoffkonzentration im N2 kann verfahrensbedingt durch Erhöhung der Durchsatzleistung der PSA- oder Membrananlage eingestellt werden. Alternativ kann die höhere Sauerstoffkonzentration vor dem Reaktor auch durch Zumischen von Luft zùm nicht cryogenen Stickstoff realisiert werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 einen mit dem Katalysator gefüllten beheizten Reaktor der außerhalb des Wärmebehandlungsofens angeordnet ist.
Fig. 2 einen mit dem Katalysator gefüllten beheizten Reaktor der in den Wärmebehandlungsofen integriert ist. Fig. 3 einen mit dem Katalysator gefüllten
Reaktor der in den Wärmebehandlungsofen integriert und von diesem beheizt wird.
Die Luft wird einer Druckwechseladsorbtions- oder
Membrananlage 10 zugeführt und in die Komponenten
Stickstoff und Sauerstoff zerlegt. Der aufgrund einer unvollständigen Trennung hierbei vohandene Restsauerstoffgehalt im Stickstoff beträgt in Abhängigkeit vom Durchsatz 0,1 bis 5 Vol.%. Druckwechseladsorbtionsanlagen 10 arbeiten bei Restsauerstoffgehalten im Stickstoff von ca. 2 bis 5 Vol.% im wirtschalftlichen Optimum.
Der mit Restsauerstoff verunreinigte Stickstoff wird über eine Gaszuführung 14 einem Wärmetauscher 11 und dem mit dem Katalysator gefüllten beheizten Reaktor 12 zugeführt. Der Wärmetauscher 11 ist im Wärmebehandlungsofen 13 an geeigneter Stelle angeordnet und dient zur Vorwärmung des verunreinigten Stickstoffes, um die Durchsatzleistung des Reaktors 12 zu steigern.
Der Reaktor 12 ist in Fig. 1 neben dem Wärmebehandlungsofen 13 installiert. Das aus dem Katalysator mit den aktiven Komponenten Nickel, Platin, Palladium oder Rhodium bestehende Reaktorbett wird indirekt elektrisch (Q zu) oder durch einen Brenner auf die gewünschte Prozeßtemperatur von 600 bis 1.000 °C geregelt beheizt. Der für die endotherme Umwandlung verfügbare Kohlenwasserstoff, wie z.B. Erdgas (Methan) oder Propan, Butan, Stadtgas bzw. Heizöl, wird vor Eintritt in den Reaktor 12 in dem für die Reaktion notwendigen Verhältnis mit dem mit Sauerstoff verunreinigten Stickstoff gemischt und das Gasgemisch dem Reaktor 12 zugeführt. Die durch Zuführung von Energie aufrechterhaltene endotherme katalytische Umwandlung des Sauerstoffes mittels Kohlenwasserstoffen beispielsweise mittels Methan verläuft theoretisch in dem Reaktor 12 bei dem für diese Reaktion notwendigen Sauerstoffaktor von 0,1 < A. < 0,3 wie folgt ab:
CH4 + x O2 + y N2 = CO + 2H2 + r CO2 + s H2O + t CH4 +
für λ = 0,25 d.h, x = ½ ist r und s = 0 t = 0
für λ > 0,25 d.h x > ½ ist r und s > 0 t = 0
für λ < 0,25 d.h x < ½ ist r und s = 0 t > 0 Im Temperaturbereich zwischen 900 < T °C < 1.000 und bei S a u erstoff gehalten v on 3 Vol . % im Stic kstoff (N2) und einem Sauerstoffaktor von λ = 0,25 entsteht durch die Reaktion ein qualitativ hochwertiges Schutzgas mit 12 % H2, 5 % CO, 0,01 % CO2, 0,9 % CH4, 7 vpm O2 und einem Taupunkt von -25 °C. Der CO2-Gehalt und Taupunkt schwanken nur geringfügig, weil die Reaktionstemperatur optimal ist. Dieses Schutzgas wird z.B. zum Kohlungsneutralglühen eingesetzt. Im Temperaturbereich von 600 °C und variablen Sauerstoffgehalten im Stickstoff bis 5 Vol.% und einem Sauerstoffaktor von TV. = 0,25 entsteht ein Schutzgas mit 1 < H2 Vol.% < 12; 0,1 < CO Vol.% < 4; 0,2 < CO2 Vol.% < 1,9 und einem Taupunkt + 12 < TP °C + < 19.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beträgt der maximale Sauerstoffgehalt < 10 vpm im Schutzgas. Der Taupunkt ist zwischen - 32 < TP °C < + 18 und die Kohlendioxidkonzentration (CO2) zwischen 0,001 < X CO2 Vol.% < 1,2 einstellbar, jeweils in Abhänigigkeit von der Temperatur und dem Sauerstoffaktor. Bei einem Sauerstoff aktor von ca . 0 , 1≤ λ ≤ 0 , 25 liegt Restmethan aufgrund des Sauerstoffmangels vor. Dieser Sauerstoffmangel kann bei einer Druckwechseladsorbtionsanlage auch durch die Reduzierung der Durchsatzleistung eingestellt werden, so daß eine Methanregelung nicht unbedingt erforderlich ist.
Dabei werden niedrigere H2- und CO-Konzentrationen durch die niedrigeren Sauerstoffgehalte im Stickstoff bei konstantem Sauerstoffaktor λ erreicht. Niedrigere H2- und CO-Konzentrationen im Schutzgas werden vorteilhaft beim Blankglühen benötigt. Höhere H2- und CO-Konzentrationen, wie sie zum Kohlungsneutralglühen erforderlich sind, werden durch höhere Sauerstoffgehalte im Stickstoff bei konstantem Sauerstoffaktor ermöglicht und durch zusätzliche Zumischung von Luft in dem verunreinigten Stickstoff erreicht.
In den Figuren 2 und 3 ist gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung der mit dem Katalysator gefüllte Reaktor 12 in den Wärmebehandlungsofen 13 integriert. In Figur 2 wird der Reaktor 12 durch einen Brenner auf die gewünschte Prozeßtemperatur von 600 bis 1.000 °C geregelt beheizt. Figur 3 zeigt eine Ausführungsform bei dem ein oder mehrere Reaktoren 12, 12.1, 12.2, 12.3 in den Wärmebehandlungsofen 13 integriert sind. Die Beheizung erfolgt ausschließlich durch den Wärmebehandlungsofen 13 (Ofenheizung), wobei die maximale Prozeßtemperatur im Reaktor 12' durch die Ofentemperatur vorgegeben wird.

Claims

Ansprüche 1. Verfahren zur Herstellung eines Schutz- oder Reaktionsgases für die Wärmebehandlung von Metallen, dadurch gekennzeichnet, daß
das Gas mit Sauerstoff verunreinigter Stickstoff ist und der Sauerstoff in einem Reaktor (12) durch eine endotherme katalytische Umwandlung mittels Kohlenwasserstoffen in CO und H2 umgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der mit Sauerstoff verunreinigte Stickstoff mittels einer Membran- oder Druckwechseladsorbtions- Stickstoff-Erzeugungsanlage mit Sauerstoffgehalten zwischen 0,1 < XO2 (Vol.%) < 5 hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Sauerstoffgehalt vorzugsweise durch Zumischen von Luft erhöht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
bei der katalytischen Umwandlung der mit Sauerstoff verunreinigte Stickstoff und die Kohlenwasserstoffe die aktiven Komponenten Nickel, Platin, Palladium und / oder Rhodium durchströmen und die Reaktion zwischen dem Sauerstoff und den Kohlen- Wasserstoffen durch Zuführung von thermischer Energie aufrechterhalten wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
dem mit Sauerstoff verunreinigten Stickstoff als Kohlenwasserstoffe Erdgas (Methan), Propan, Butan, Stadtgas oder Heizöl zugemischt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
bei der katalytischen Umwandlung eine Prozeßtemperatur im Reaktor (12) zwischen 600 < T °C
< 1.000 eingestellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
bei der katalytischen Umwandlung von Sauerstoff und Erdgas (Methan) ein Sauerstoffaktor 0,1 < λ < 0,3 eingestellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
zur Erzeugung von Methan im Schutzgas der Sauer- stoffaktor λ < 0,25 eingestellt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Methanmenge dem gemessenen Sauerstoffgehalt im Stickstoff bei variabel einstellbarem Sauerstoffaktor nachgeregelt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
bei maximalem Sauerstoffgehalt < 10 vpm im Schutzoder Reaktionsgas der Taupunkt zwischen - 32 °C < TP < + 18 °C und die Kohlendioxidkonzentration zwischen 0,001 < XCO2 (Vol.%) < 1,2 eingestellt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
im Temperaturbereich 900 < T°C < 1.000, einer O2-Konzentration von 3 Vol.% im verunreinigten N2 und einem Sauerstoffaktor λ = 0,25 ein qualitativ hochwertiges Schutzgas mit ca. 12 % H2, 5 % CO, 0,01 % CO2, 0,9 % CH4, 7 vpm O2 und - 25 °C Taupunkt entsteht.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
höhere CO- und H2-Anteile durch höhere O2-Gehalte im Stickstoff bei konstantem Sauerstoffaktor λ erreicht werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
niedrigere H2- und CO-Konzentrationen durch niedrigere O2-Gehalte im Stockstoff bei konstanter Sauerstoffzahl erreicht werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und
11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß
bei Prozeßtemperaturen von 600 °C und Sauerstoffgehalten im Stickstoff bis 5 Vol.% ein für das Glühen von Buntmetallen geeignetes Schutzgas mit 1 < H2 Vol.% < 12; 0,1 < CO Vol.% < 4; 0,2 < CO2 Vol.% < 1,9; + 12 < TP °C < + 19 entsteht.
15. Vorrichtung zum Herstellen eines Schutz- oder Reaktionsgases für Wärmebehandlungsöfen von Metallen, gekennzeichnet durch
eine Druckwechseladsorbtions- oder Membrananlage (10) die über eine Gaszuführung (14) mit einem beheizten katalytischen Reaktor (12) verbunden ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktor (12) eine Zusatzbeheizung zugeordnet ist und / oder der Reaktor (12) mit der Heizung des Wärmebehandlungsofens (13) verbunden ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß
die aktiven Komponenten des Katalysators Nickel, Platin, Palladium und / oder Rhodium sind.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen der Druckwechseladsorbtions- oder Membrananlage (10) und dem Reaktor (12) ein Wärmetauscher (11) zwischengeschaltet ist.
PCT/EP1993/000749 1992-04-13 1993-03-27 Verfahren zur herstellung eines schutz- oder reaktionsgases für die wärmebehandlung von metallen WO1993021350A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP93908854A EP0636189A1 (de) 1992-04-13 1993-03-27 Verfahren zur herstellung eines schutz- oder reaktionsgases für die wärmebehandlung von metallen

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DEP4212307.0 1992-04-13
DE19924212307 DE4212307C2 (de) 1992-04-13 1992-04-13 Verfahren zur Herstellung eines Schutz- oder Reaktionsgases für die Wärmebehandlung von Metallen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1993021350A1 true WO1993021350A1 (de) 1993-10-28

Family

ID=6456692

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP1993/000749 WO1993021350A1 (de) 1992-04-13 1993-03-27 Verfahren zur herstellung eines schutz- oder reaktionsgases für die wärmebehandlung von metallen

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP0636189A1 (de)
DE (1) DE4212307C2 (de)
WO (1) WO1993021350A1 (de)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5441581A (en) * 1994-06-06 1995-08-15 Praxair Technology, Inc. Process and apparatus for producing heat treatment atmospheres
EP0778354A1 (de) * 1995-12-07 1997-06-11 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Schutzgasversorgung eines Wärmebehandlungsofens und Wärmebehandlungsanlage
EP0794263A1 (de) * 1996-03-07 1997-09-10 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Schutzgasversorgung eines Wärmebehandlungsofens und Wärmebehandlungsanlage
EP0802263A1 (de) * 1996-04-19 1997-10-22 The Boc Group, Inc. Erzeugung von Wärmebehandlungsatmosphären
FR2747593A1 (fr) * 1996-04-23 1997-10-24 Air Liquide Procede d'elaboration d'une atmosphere de traitement thermique et methode de regulation d'un tel procede
FR2747594A1 (fr) * 1996-04-23 1997-10-24 Air Liquide Procede et installation d'elaboration d'une atmosphere de traitement thermique
WO1998023535A1 (de) * 1996-11-28 1998-06-04 Messer Griesheim Gmbh Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines n2, co und h2 enthaltenden gasgemischs
EP0866141A1 (de) * 1997-03-18 1998-09-23 Praxair Technology, Inc. Verfahren zum Herstellen von sauerstofffreie Schutzgasen mit niedriger Taupunkt zur Verwendung in Wärmebehandlungen
EP0931842A1 (de) * 1998-01-22 1999-07-28 Praxair Technology, Inc. Vorrichtung zum Herstellen von Wärmebehandlungsatmosphären
US6007763A (en) * 1996-04-23 1999-12-28 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process and installation for preparing a heat treatment atmosphere
WO2002033131A1 (de) * 2000-10-16 2002-04-25 Linde Ag Verfahren und vorrichtung zur erzeugung eines co- und h2-haltigen behandlungsgases für die wärmebehandlung
US6531105B1 (en) 1996-02-29 2003-03-11 L'air Liquide-Societe Anonyme A'directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process and apparatus for removing carbon monoxide from a gas stream
US6884368B2 (en) 2000-04-13 2005-04-26 L'Air Liquide Sociétéanonyme a Directoire et Conseil de Surveillance pour l'Etude et l'Exploitation des Procedes Georges Claude Process for the production of a mixture comprising hydrogen and CO

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19610722B4 (de) * 1996-03-19 2006-07-13 Air Liquide Deutschland Gmbh Verfahren zum Herstellen von Schutz- oder Reaktionsgasen für die Wärmebehandlung von Metallen
DE19651878C2 (de) * 1996-12-13 2002-01-17 Messer Griesheim Gmbh Verfahren zum Herstellen eines Schutz- oder Reaktionsgases für die Wärmebehandlung von Metallen
US6881242B2 (en) 2003-01-13 2005-04-19 Ati Properties, Inc. Hydrogen reclamation apparatus and method
US20070107818A1 (en) * 2005-11-16 2007-05-17 Bowe Donald J Deoxygenation of furnaces with hydrogen-containing atmoshperes
FR2915694B1 (fr) * 2007-05-03 2009-06-05 Air Liquide Procede ameliore de brasage d'aluminium a pression atmospherique

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2822048A1 (de) * 1978-05-20 1979-11-22 Loi Ind Ofenanlagen Anlage zur erzeugung von behandlungsgas
EP0406047A1 (de) * 1989-06-30 1991-01-02 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Verfahren zum Wärmebehandeln von Metallen
EP0482992A1 (de) * 1990-10-26 1992-04-29 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Verfahren zur Herstellung einer Atmosphäre für thermische Behandlungen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2822048A1 (de) * 1978-05-20 1979-11-22 Loi Ind Ofenanlagen Anlage zur erzeugung von behandlungsgas
EP0406047A1 (de) * 1989-06-30 1991-01-02 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Verfahren zum Wärmebehandeln von Metallen
EP0482992A1 (de) * 1990-10-26 1992-04-29 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Verfahren zur Herstellung einer Atmosphäre für thermische Behandlungen

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
METAL SCIENCE AND HEAT TREATMENT Bd. 30, Nr. 5/6, 1988, NEW YORK (US) Seiten 408 - 414 N.A. TITOV 'Carbon potential and composition of a neutral controlled atmosphere produced from methane and a nitrogen -oxygen mixture.' *
METALS SCIENCE AND HEAT TREATMENT Bd. 20, Nr. 5/6, Juni 1978, NEW YORK (US) Seiten 377 - 381 V.B. SKALAKALSKII ET AL. 'Commercial nitrogen - the basis for a universal controlled atmosphere.' *

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5968457A (en) * 1994-06-06 1999-10-19 Praxair Technology, Inc. Apparatus for producing heat treatment atmospheres
EP0686701A1 (de) 1994-06-06 1995-12-13 Praxair Technology, Inc. Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Wärmebehandlungsatmosphären
US5441581A (en) * 1994-06-06 1995-08-15 Praxair Technology, Inc. Process and apparatus for producing heat treatment atmospheres
CN1047799C (zh) * 1994-06-06 1999-12-29 普拉塞尔技术有限公司 一种吸热式生成一氧化碳和氢气氛的方法
EP0778354A1 (de) * 1995-12-07 1997-06-11 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Schutzgasversorgung eines Wärmebehandlungsofens und Wärmebehandlungsanlage
US6531105B1 (en) 1996-02-29 2003-03-11 L'air Liquide-Societe Anonyme A'directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process and apparatus for removing carbon monoxide from a gas stream
EP0794263A1 (de) * 1996-03-07 1997-09-10 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Schutzgasversorgung eines Wärmebehandlungsofens und Wärmebehandlungsanlage
EP0802263A1 (de) * 1996-04-19 1997-10-22 The Boc Group, Inc. Erzeugung von Wärmebehandlungsatmosphären
FR2747593A1 (fr) * 1996-04-23 1997-10-24 Air Liquide Procede d'elaboration d'une atmosphere de traitement thermique et methode de regulation d'un tel procede
US5846340A (en) * 1996-04-23 1998-12-08 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour Procedex Georges Claude Process for preparing a heat treatment atmosphere and method for regulating said process
EP0803580A1 (de) * 1996-04-23 1997-10-29 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Verfahren und Anlage zum Herstellen einer Wärmebehandlungsatmosphäre
US6007763A (en) * 1996-04-23 1999-12-28 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process and installation for preparing a heat treatment atmosphere
EP0803581A1 (de) * 1996-04-23 1997-10-29 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Verfahren zum Herstellen einer Wärmebehandlungsatmosphäre sowie dessen Regelungsverfahren
FR2747594A1 (fr) * 1996-04-23 1997-10-24 Air Liquide Procede et installation d'elaboration d'une atmosphere de traitement thermique
WO1998023535A1 (de) * 1996-11-28 1998-06-04 Messer Griesheim Gmbh Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines n2, co und h2 enthaltenden gasgemischs
EP0866141A1 (de) * 1997-03-18 1998-09-23 Praxair Technology, Inc. Verfahren zum Herstellen von sauerstofffreie Schutzgasen mit niedriger Taupunkt zur Verwendung in Wärmebehandlungen
US6051162A (en) * 1997-03-18 2000-04-18 Praxair Technology, Inc. Process for the generation of a low dew-point, oxygen-free protective atmosphere for the performance of thermal treatments
CN1117696C (zh) * 1997-03-18 2003-08-13 普莱克斯技术有限公司 产生用于进行热处理的低露点无氧保护气氛的方法
EP0931842A1 (de) * 1998-01-22 1999-07-28 Praxair Technology, Inc. Vorrichtung zum Herstellen von Wärmebehandlungsatmosphären
US6884368B2 (en) 2000-04-13 2005-04-26 L'Air Liquide Sociétéanonyme a Directoire et Conseil de Surveillance pour l'Etude et l'Exploitation des Procedes Georges Claude Process for the production of a mixture comprising hydrogen and CO
WO2002033131A1 (de) * 2000-10-16 2002-04-25 Linde Ag Verfahren und vorrichtung zur erzeugung eines co- und h2-haltigen behandlungsgases für die wärmebehandlung

Also Published As

Publication number Publication date
DE4212307A1 (de) 1993-10-14
EP0636189A1 (de) 1995-02-01
DE4212307C2 (de) 1994-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4212307C2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Schutz- oder Reaktionsgases für die Wärmebehandlung von Metallen
EP2002877B1 (de) Verfahren zur Wasserstoffabtrennung aus Gasströmen mittels Druckwechseladsorptionsverfahren
EP2135961B1 (de) Verfahren und Einrichtung zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstoffen unter Schutzgasatmosphäre
CA1125011A (en) Inert carrier gas heat treating control process
EP1967491A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Wasserstoffabtrennung aus Gasströmen mit Sauerstoffanteil
DE4400391A1 (de) Verfahren zur Vermeidung von Randoxidation beim Aufkohlen von Stählen
AU630639B2 (en) Process for producing a heat treatment atmosphere by separation of air by adsorption
JPH02225303A (ja) 熱処理雰囲気下の炉内での金属熱処理方法
US2546013A (en) Means and method for producing special heat-treating gaseous atmospheres
DE19610722B4 (de) Verfahren zum Herstellen von Schutz- oder Reaktionsgasen für die Wärmebehandlung von Metallen
DE60309071T2 (de) Verfahren zur erzeugung von synthesegas mittels katalytischer teiloxidation
DE19651878C2 (de) Verfahren zum Herstellen eines Schutz- oder Reaktionsgases für die Wärmebehandlung von Metallen
DE2711991A1 (de) Verfahren zur erzeugung eines produktgases mit hoher co-konzentration
DE4343927C1 (de) Verfahren zur Wärmebehandlung von Werkstücken unter Behandlungsgas
DE2419997C2 (de) Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung härtbarer bzw. verschleißfester Oberflächenschichten von Stahlteilen in einem Glühofen
EP0695807A1 (de) Verfahren zur Wärmebehandlung, insbesondere Aufkohlung, metallischer Werkstücke
DE2822048C2 (de) Anlage zur Erzeugung von Behandlungsgas für die Behandlung metallischer Gegenstände
DE19514932A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des CO-Gehaltes einer Ofenatmosphäre zum Aufkohlen und Carbonitrieren metallischer Werkstücke
DE69610404T3 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Wärmebehandlung metallischer Werkstücke unter Schutzgas
EP0331929B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Schutzgases für die Wärmebehandlung von Eisen und Nichteisenmetallen
WO1994029491A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum wärmebehandeln von werkstücken
DE2617962A1 (de) Verfahren zur erzeugung von schutzgas
CA2141770A1 (en) Atmospheres for decarburize annealing steels
DE19608894A1 (de) Verfahren zur Schutzgasversorgung eines Wärmebehandlungsofens und Wärmebehandlungsanlage
EP0042541B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung eines einer Dampfreformierung zu unterwerfenden Kohlenwasserstoffstromes

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): CZ HU JP SK US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1993908854

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 1993908854

Country of ref document: EP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Ref document number: 1993908854

Country of ref document: EP