METHOD OF AND APPARATUS FOR DECARBURIZING OR NEUTRALLY ANNEALING METAL WORKPIECES

Abstract: 1. A method for decarburizing or neutrally annealing metal workpieces, in which the metal workpieces are subjected to high temperatures in a furnace and both an inert gas and an organic liquid, which at high temperatures is decomposed essentially into carbon monoxide and hydrogen, are introduced into the furnace, characterised in that the organic liquid is sucked in and sprayed by an oxygen-containing gas through an injector, the jet formed is surrounded by an inert gas, which essentially flows parallel to the jet and surrounds the latter in the form of a jacket, and is introduced into the furnace.

Description: Verfahren und Vorrichtung zum entkohlenden oder kohlungsneutralen Glühen von Metallteilen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum entkohlenden oder kohlungsneutralen Glühen von Metallteilen,.wobei die Metallteile in einem Ofen hohen Temperaturen ausgesetzt werden und in den Ofen ein Gas eingeleitet wird. Das Glühen findet bei Temperaturen von ca. 650-10500C statt, wobei die durch das eingeleitete Gas gebildete Ofenatmosphä- re dem Glühgut Kohlenstoff entzieht bzw. ein Entkohlen oder Aufkohlen verhindert. Zum nichtaufkohlenden Glühen von Metallteilen werden herkömmlicherweise Gasgemische eingesetzt, die durch Teilverbrennung eines Brenngases (Erdgas, Propan) in einem Gasgenerator gewonnen werden (siehe Gas, Wärme International, Band 27, 1978, Heft 9, Seiten 463 bis 468).Der Anteil von Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Kohlen- dioxid, Methan und Stickstoff am Gasgemisch ist unter anderem abhängig vom Ausgangsbrennstoff und dem Gasgemisch- Herstellungsverfahren. Für ein bestimmtes Herstellungsverfahren sind aufgrund des nur wenig variablen Verbrennungsverhältnisses auch die Anteile der einzelnen Gase am Gasgemisch nur in engen Grenzen einstellbar. Die Zusammensetzung des in den Ofen einzuleitenden Gasgemisches ist daher den unterschiedlichen Ofenbedingungen, die für die einzelnen Glühverfahren erforderlich sind, mit Hilfe der bekannten Verfahren nicht in zufriedenstellender Weise anzupassen. Ausserdem ist die im Gasgenerator pro Zeiteinheit hergestellte Gasmenge nur zwischen ca. 60 % und 100 % der maximalen Generatorleistung regelbar. Dies führt zu einem hohen Brennstoff- bzw. Gasverbrauch, da überschüssiges Gas abgefackelt werden muss. Weiterhin ist es bekannt, angefeuchtetes Ammoniak-Spaltgas oder angefeuchtete Stickstoff-Wasserstoff-Gemische mit einem festen Stickstoff-Wasserstoff-Volumenverhältnis als Gasgemisch zum Glühen von Metallteilen einzusetzen.. Stickstoff-Wasserstoff-Gemische sind jedoch teuer, so dass ihre Verwendung bisher nur gerechtfertigt war, wenn hohe Qualitätsansprüche an die geglühten Metallteile gestellt wurden, die mit den in einem Gasgenerator hergestellten Gasgemischen nicht zu erreichen waren. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem auf wirtschaftliche Weise ein in seiner Zusammensetzung an unterschiedliche Glühverfahren anpassbares Gasgemisch bereitgestellt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine organische Flüssigkeit, die sich bei hohen Temperaturen im wesentlichen in Kohlenmonoxid und Wasserstoff zersetzt, von einem sauerstoffhaltigen Gas über einen Injektor angesaugt und versprüht wird, der gebildete Strahl von einem im wesentlichen parallel zu diesem strömenden und diesen mantelförmig einhüllenden inerten Gas umgeben und in den Ofen eingeleitet wird. Erfindungsgemäss wird eine organische Flüssigkeit in Form feiner Tröpfchen in den Ofen eingeleitet. Unter den im Ofen herrschenden hohen Temperaturen spaltet sich diese in Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Diese Gase setzen sich teilweise oder ganz mit dem Sauerstoff des sauerstoffhaltigen Gases, das zum Versprühen der organischen Flüssigkeit dient, in Kohlendioxid und Wasser um. Im Ofenraum stellt sich somit eine aus Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Kohlendioxid, Wasser sowie dem inerten Mantelgas bestehende Gasatmosphäre ein. Da die organische Flüssigkeit, das sauerstoffhaltige Gas sowie das inerte Gas aus eigenen Vorratsspeichern entnommen und der Fluss dieser Fluide daher leicht geregelt werden kann, sind die Anteile der einzelnen Komponenten an der Gasatmos phäreeim Ofenraum innerhalb weiter Grenzen einstellbar, so dass die Gasatmosphäre den gewünschten Ofenbedingungen insbesondere hinsichtlich des Taupunktes und des Kohlendioxid- gehaltes - optimal angepasst werden kann. Ein wesentlicher Vorteil des epfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass es keine Gasgeneratoren erfordert. Neben Investitionskosten für den Gasgenerator entfallen ebenso die Kosten fur eine Waschvorrichtung bzw. für eine Reinigungssäule sowie die Gasverluste, die sich bisher bei einer Wäsche des im Gasgenerator hergestellten Gasgemisches einstellten. Erfindungsgemäss bildet sich die Ofenatmosphäre erst nach bzw. beim Einleiten des Gasgemisches in den Ofen. Da das Gas mithin in statu nascendi mit dem Glühgut reagiert, ist die Reaktivität der Ofenatmosphäre daher wesentlich höher, als beispielsweise die eines im Gasgenerator erzeugten und anschliessend gereinigten Gasgemisches. Aus diesem Grund lässt sich beim erfindungsgemässen Verfahren Gas einsparen. Ausserdem bedingt dieser Sachverhalt eine Verkürzung der Glühzeit. Organische Flüssigkeiten, die sich beim Einleiten in den erhitzten Ofen in Kohlenmonoxid und Wasserstoff spalten, sind beispielsweise Alkohole. Diese eignen sich daher beim erfindungsgemässen Verfahren besonders. Wegen der Verfügbarkeit und der geringen Herstellungskosten findet Methanol beim erfindungsgemässen Verfahren bevorzugt Anwendung. Als sauerstoffhaltiges Gas werden mit Vorteil reiner Sauerstoff oder Sauerstoff-Stickstoff-Gemische eingesetzt. Auch komprimierte Luft hat sich als für den erfindungsgemässen Zweck völlig ausreichend erwiesen. Bei der Verwendung dieser Gase bzw. Gasgemische erübrigt sich zudem eine Anfeuch- tung des in den Ofen einzuleitenden Gasgemisches. Da die Menge des Inertgases, das den im Injektor gebildeten Strahl einhüllt, frei regelbar ist, kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens über die Menge des als Mantelgas dienenden inerten Gases ein bestimmter Ofendruck aufrechterhalten und ein gewünschter Taupunkt eingestellt werden. In einer zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeigneten Vorrichtung mündet in einen Ofen eine Versorgungsleitung für in den Ofen einzuleitende Fluide. Mit Vorteil ist die Versorgungsleitung als Rohr ausgebildet, innerhalb dessen ein Injektor koaxial zur Rohrachse und mit Abstand zur Rohrwand angeordnet ist. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass mit dem erfindungsgemässen Verfahren ein in seiner Zusammensetzung variierbares und den gewünschten Bedingungen innerhalb des Ofens in Bezug auf Entkohlungs- und Redoxwirkung anpassbares Gasgemisch bereitgestellt werden kann, das zudem wesentlich wirtschaftlicher einzusetzen und billiger ist, als beispielsweise Formiergas oder Ammoniak-Spaltgas. Im folgenden soll anhand einer schematischen Skizze ein ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung beschrieben und das Verfahren erläutert werden. In einen Ofen 1, von dem in der Zeichnung lediglich ein Teil der Ofenwand dargestellt ist, mündet ein Rohr 100 Über ein T-Stück 5, einen Flansch 6, sowie einen Stopfbuchsenkopf 7 mit Dichtung 8 und Überwurfmutter 9 ist ein Injektor 2 an Rohr 10 angeschlossen. Der Injektor 2 ragt koaxial und mit Abstand zur Rohrwand etwa bis zur Höhe der Innenwand des Ofens 1 in Rohr 10 hinein. An das T-Stück ist ein weiteres Rohr 11 angeflanscht. Der Injektor 2 besitzt zwei Eingänge 3 und 4. Über Eingang 3 wird der Injektor über eine nicht dargestellte Leitung in regelbarer Weise mit dem sauerstoffhaltigen Gas gespeist. Im Aus führungsbei spiel soll das sauerstoffhaltige Gas komprimierte Left sein. Die Luft tritt mit hoher Geschwinz digkeit in eine Mischdüse und saugt dabei über Eingang 4 und eine ebenfalls- nicht dargestellte Leitung Methanol an. Das nebelförmige Gemisch aus Luft und feinen Methanoltrdpf- chen strömt innerhalb des Injektors 2 mit hoher Geschwindigkeit zum Ofenraum 1 und tritt strahlförmig in diesen ein. Vor dem Eintritt in den Ofen wird der Strahl von einem e inerten Gas, im Ausführungsbeispiel Stickstoff, mantelfor- mig umgeben. Der Stickstoff wird über Rohr 11 und T-Stück 5 in Rohr 10 eingeleitet. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist unmittelbar an den Wärmebehandlungsofen angeschlossen. Wie der Methanolfluss zur Injektordüse und der zur Verd- sung dienende Luftstrom ist auch der Stickstoff-Mantelgas- strom,der die Injektordüse 12 umspült, im Durchsatz regelbar. Damit kann die Reaktionsgaszusammensetzung in ihrem Kohlenmonoxid-, Kohlendioxid-, Wasserstoff-, Wasser- und Stickstoffgehalt den gewünschten Ofenbedingungen angepasst werden. Grundsätzlich ist es auch möglich, eine Zweistoffdüse konzentrisch in einem Einleitungsrohr anzubringen, durch das der Stickstoff geleitet wird. Die Zweistoffdüse wird mit Methanol und mit Pressluft, Stickstoff-Sauerstoff-Gemischen usw. als Zerstäubungsgas beschickt. Beispiel Zum entkohlenden Glühen von Elektroblechen werden beispielsweise pro Zeiteinheit 1,5mm Pressluft in einen Glühofen eingeleitet, wobei huber den Injektor 2,5 1 Methanol angesaugt und versprüht werden. Dem so gebildeten Strahl wird Stickstoff als Mantelgas in einer Menge von 21 m3 zugegeben. Im Ofen stellt sich bei einem Druck von 10 mm WS eine Atmosphäre ein, die zu etwa 2 Vol.% Kohlenmonoxid, zu 3 Vol% aus Kohlendioxid, zu 7 Vol.% aus Wasserstoff, zu 2 Vol.% aus Wasser und zu 86 Vol% aus Stickstoff besteht. Die Glühzeit beträgt etwa 20 Minuten, der Taupunkt hat einen Wert von +200C. Zum kohlungsneutralen Glühen werden z.B. 10 m3 N2 mit 3 % 2' 8 1 Methanol, 6 m3 Stickstoff in den Glühofen eingeleitet. Die Ofenatmosphäre setzt sich etwa wie folgt zusammen: 14,5 Vol.% CO 0,5 Vol.% CO2 30 Vol.% H2 0,1 Vol.% H2O 54,9 Vol.% N2 Die Glühzeit beträgt 35 min. Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich besonders zum entkohlenden Glühen von Elektroblechen. Es ist aber auch mit Vorteil zum Blankglühen von Stahlblechen, Kupfer, Bronzehalbzeug sowie zum oxidierenden Glühen von Edelstählen einsetzbar.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zum. entkohlenden oder kohlungsneutralen Glühen von Metallteilen, wobei die Metallteile in einem Ofen hohen Temperaturen ausgesetzt werden und in den Ofen ein Gas eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine organische Flüssigkeit, die sich bei hohen Temperaturen im wesentlichen in Kohlenmonoxid und Wasser stoff zersetzt, von einem sauerstoffhaltigen Gas über einen Injektor angesaugt und versprüht wird, der gebil- dete Strahl von einem im wesentlichen parallel zu die sem strömenden und diesen mantelförmig einhüllenden inerten Gas umgeben und in den Ofen eingeleitet wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die organische Flüssigkeit ein Alkohol, vorzuwysweise Methanol ist. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das sauerstoffhaltige Gas Luft, ein Gemisch aus Sauerstoff und Stickstoff oder reiner Sauerstoff ist. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das inerte Gas Stickstoff ist 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Druck und Taupunkt der sich im Ofen einstellenden Gasatmosphäre durch Regelung der Menge des inerten Gases eingestellt werden. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An spruch 1 mit einem Ofen und einer in den Ofen münden den Versorgungsleitung für in den Ofen einzuleitende Fluide, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungs leitung ein Rohr ist, innerhalb dessen ein Injektor koaxial zur Rohrachse und mit Abstand zur Rohrwand angeordnet ist.

Inventors: STRIGL, REINHARD
Applicants: LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1981
Main classification: C21D1
IPC codes: C21D3, C21D1