DE954607C - Verfahren zum Entkohlen der Oberflaechenschichten von Werkstuecken aus Eisen oder Stahl - Google Patents

Description

• Verfahren zum Entkohlen der Oberflächenschichten von Werkstücken aus Eisen oder Stahl Es ist bekannt, da;ß die Oberflächenschichten, von Werkstücken aus Eisen oder Stahl entkohlt werden können, wenn sie bei Temperaturen etwa oberhalb 700° C der Einwirkung einer reduzierenden und wasserdampfhaltigen Atmosphäre ausgesetzt werden. Das auf diese Weise behandeltes Ofengut kann als Träger besonders fehlerfreier Emailüberzüge oder auch insbesondere in Form von siliziumhalbigen und kohlenstofffreien Blechen als ein für elektrische Apparate und Maschinen geeigneter Baustoff benutzt werden., der sich durch besonders geringe Wattverluste vorteilhaft auszeichnet. Die bisher für diese Entkohlungsprozesse benutzten Einrichtungen genügten. jedoch nicht allen, Anforderungen, die an eine einwandfreie Durchführung der Wärmebehandlung sowie an die Güte des in der genannten. Weise behandelten Gutes gestellt werden können. Man wird für diese Wärmebehand-Jung einen Durchlaufofen mit angeschlossener Kühlkammer verwenden, denn eine solche Anlage ermöglicht einen stetigen Betrieb, der mit einer geringen, Zahl von Arbeitskräften durchgeführt werden kann und kenne erhebliche Wartung erfordert. Nun ergibt sich. jedoch, daß ein in der Ofenatmo, sphäre stark enntkohlend wirkender Feuchtigkeitsgehalt, im Bereiche der beim Abkählungsvorgang absinkenden Temperaturen, bei denen die reduzierende Wirkung der anderen Gasbestandteile zunächst nachzulassen und schließlichganz aufzuhören beginnt, eine unerwünschte Oxydbildung hervorruft, die zuweilen eine lose Struktur besitzt und nicht fest genug auf den Oberflächen haftet. Uri diesen Nachteil zu vermeiden, mußte der Feuchtigkeitsgehalt der in der Anlage .enthaltenen Atmosphäre so niedrig bemessen werden, daß er in der Kühlzone keinen störenden Einfluß ausüben kann. Der nach diesen Gesichtspunkten bemessene Wasserdampfänteil bewirkt aber, wie sich ergeben hat, durchaus noch keine durchgreifende und genügend schnelle Neigung zur Entkohlung. Die Eindringtiefe ist nicht groß genug, und es sind sehr lange Behandlungszeiten erforderlich.
• Der Erfindungsgegenstand ermöglicht eine wesentlich wirksamere, d. h. auch tiefere Oberflächenschichten erfassende und trotzdem noch schnellere Entkohlung des Glühgutes als bisher. Dies. wird dadurch. erreicht, daß gemäß der Erfindung das Glühgut der Einwirkung einer .stark wasserdampfhaltigen und reduzierend wirkenden Atmosphäre ausgesetzt wird, deren Wasserdampfgehalt einem Taupunkt von über +:25' C, vorzugsweise von etwa -I- 30° C oder mehr entspricht, und daß das. Ofengut darnach in einer wesentlich wasserdampfärmeren: Atmosphäre mit reduzierend wirkenden Bestandteilen abgekühlt wird. Die Grenze für den Wasserdompfgehalt der Glühzone schwankt mit dem Wasserstoffgehalt der Atmosphäre im Glühraum, da das H..: H20 Verhältnis für die Entkohlung gleichfalls maßgebend ist. Der erfindungsgemäß mindestens im Glühraum. vorzusehende Feuchtigkeitsgehalt ist so hoch, dä.B eine solche Atmosphäre, wenn sie in der Kühlkammer angewendet würde, schon eine Oxydation -des Eisens bewirke.. würde. Bei den üblichen. Schutzgasen entspricht dies. dem vorstehend genannten Taupunkt von -1-25° C. Mit Vorteil wird die Entkoblung im Ofenraum eines Durchlaufofens mit angeschlossenem, Kühltunnel in. der Weise durchgeführt, däß in die Kühlzone ein Gasgemisch eingeleitet wird, das bereits die in. der Glühzone benötigten reduzierenden Bestandteile, jedoch noch nicht den für den Erfindungszweck benötigten hohen Wasserdampfanteil enthält. Dieser Anteil wird erfindungsgemäß dem entgegen der Förderrichtung des Behandlungsgutes durch die Anlage strömenden Gasgemisch erst durch Wasserdampfzufuhr oder -entwicklung in der Glühzone zugegeben.
• Wenn das der Kühlzone zugeführte Gas einen hohen Trockenheitsgrad besitzt, können. der Anlage vollkommen blankgeglühte Werkstücke entnommen, werden. Nun ist beispielsweise bei den. sogiernannten Dynamoblechen, insbesondere aber auch bei den in. einem nachfolgenden Arbeitsgang zu emaillierenden Werkstücken eine dünne, zusammenhängende und vor allem fest auf den Oberflächen haftende Oxydschicht sehr erwünscht. Eine Haftschicht mit diesen Eigenschaften kann dadurch erzeugt werden, daß das in die Kühlzone eingeführte reduzierende Gas bereits einen Wasserdampfanteil enthält, der einem Taupunkt von höchstens 2o° C entspricht. Bei diesem Grenzwert kann sich nämlich noch keine Feuchtigkeit in tropfbar flüssiger Form an den Kühlkammerwandungen niederschlagen.
• Die Verwendung einfies derartigen Schutzgases bietet den großen Vorteil, däß die sonst bei Schutzgaserzeugungsaxilagen erforderlichen teueren und einer ständigen Wartung bedürfenden Vorrichtungen. zur Trocknung des Gases in Fortfall kommen können. Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung wird lediglich ein Gaskühler benötigt, der mit einem einfachen Wasserabscheider zur Aufnahme und Abführung des aus der Gasfeuchtigkeit anfallenden Kondensates. versehen ist. Da der Kohlendioxydanteil des aus. normalen. Stadtgasen und anderen technischen Brenngasen erzeugten. Gasgemisches wegen der in diesem Gemisch enthaltenen reduzierenden Gasbestandteile noch keine Oxydation des Glühgutes bewirkt, brauchen auch, keine besonderen; Vorkehrungen zur Beseitigung des Kohlendioxyds getroffen zu werden.
• Somit ergibt sich. eine besonders einfache Anlage, die das Behandlungsgut mit einer weitgehend kohlenstofffreien Oberfläche bzw. vollkommen kohlenstofffreie dünnwandige Werkstücke liefert, die überdies eine dünne, gleichmäßige und: festhaftende Anlaufoxydschicht aufweisen. Für bestimmte Zwecke kann, es sich empfehlen, auch, in der Vorwärmzone des Durchlanfofens eine Atmosphäre mit hohem Feuchtigkeitsgehalt, beispielsweise das aus der Glühzone zuströmende Gemisch, zu verwenden. Dieses Gemisch bewirkt bei den in. der Vorwärmzone herrschenden Temperaturen eine Oxydation der Werkstückoberflächen, Die spätere Reduktion der gebildeten Oxyde in der Glühzone ergibt eine Oberflächenstruktur, die für viele Zwecke, beispielsweise für Emailliergut, erwünscht ist und bisher als weitere vorbereitende Behandlung vor dem Aufbringen des Emailüberzuges durch Beizen erzeugt werden, mußte. Die mit dieser Vorbehamdlung verbundenen Schwierigkeiten, Einrichtungen und Arbeitsgänge können also beim Erfindungsgegenstand gleichfalls erspart werden. Mit Vorteil kann die Glühbehandlung gemäß der Erfindung auch beim Entkohlen des Tempereisens angewandt werden. Jedoch empfiehlt sich hier wegen der längeren Glühbehandlung die Verwendung von Topf-, Hauben-, Schacht- oder ähnlichen Öfen, auf die die Erfindung gleichfalls sinngemäß angewandt werden kann. In Fng. i der Zeichnung ist eine gemäß der Erfindung arbeitende Anlage schematisch dargestellt; Fig. 2 zeigt ein. Kennlinienschaubild.
• Die gezeichnete Anlage besteht aus einer Vorwärmzone i, einem Glühraum 2 und einem Kühltunnel 3, der von einem Kühlmantel 4 umgeben, ist. Das zu behandelnde Gut wird stetig oder absatzweise durch die drei miteinander verbundenen Räume i, 2 und 3 hindurahgefördert. An das äußere Ende des Kühltunnels 3 ist eine Gaszuführungsleitung 5 für Schutzgas. angeschlossen, das außer Stickstoff auch reduzierendes Bestandteile, und zwar Kohlenoxyd und Wasserstoff sowie etwas Wasserdampf enthält, dessen. Taupunkt etwa + io.° C beträgt. Dieses Gas strömt entgegen der Förderrichtung des Glühgutes zum Glühraum, in den, eine zweite Leitung 6 zur Zuführung von Wasserdampf einmündest. An Stelle vom, Dampf kann selbstverständlich aach Wasser beispielsweise durch eine Zerstäuberdüse oder durch Anfeuchten des in die Vorwärmzone i einzuführenden Behandlungsgutes in die Atmosphäre des Glühraumes eingeführt werden, denn dieses Wasser verdampft bei den in dien -sein Raum herrschenden. hohen Temperaturen. Der Wasserdampfgehalt soll in diesem Raum etwa einem Taupunkt von + 5o° C entsprechen. Auch durch Einführen von Luft in die wasserstoffhaltige Glühatmosphäre kann der Wasserdampfgehalt erhöht werden, da, der Sauerstoffanteil der Luft sich in, der Glühhitze restlos mit dem Wasserstoff zu Wasserdampf umsetzt. Gegebenenfalls kann zwischen dem Glühraum 2 und dein Kühltunnel 3 eine Schleuse oder ein Vorhang 7 (streichpunktiert angedeutet) vorgesehen werden.
• Die Wirkung dieser 'Maßnahmen soll nachfolgend. an Hand der Fig. 2 erläutert werden. In diesein Schaubild gibt die Kurve a für einen. bestimmten Wasserstoffgehalt der Ofenatmosphäre (hier mit io Volumprozent in CO-freier Atmosphäre angenommen) an, bei welcher Temperatur ein bestimmter Volumenanteil Wasserdampf in der Ofenatmosphäre sich neutral verhält, d:. h:. werter eine oxydierende noch eine reduzierendes Wirkung auf Eisen ausübt. Für einen H20-Gehalt b ist beispielsweise die Grenztemperatur gleich iooo° C. Liegt die Temperatur höher, so wirkt dieser Wasserdampfgehalt reduzierend, während er bei niedrigerer Temperatur eine Oxydbildung hervorruft. Diese Oxydbildung ist bei dem hohen H2 O-Gehalt, z. B. b, im Bereich der Vorwärmzonee i des Ofens stark, während sie bei dem wesentlich niedrigeren H20-Gehalt, z. B. c, der Kühltunnelatmosphäre wesentlich schwächer ist und eine festhaftende und sehr gleichmäßige Anlaufoxydschicht hervorruft. Die in der Vorwärmzone i entstehende Oxydschicht wird in der GlühzAee 2 bei der dort herrschenden höheren Temperatur wieder reduziert; dabei wird die Oberflächenschicht der Werkstücke aufgerauht, so dä;ß nach der bei den hohen Glühkammertemperaturen einsetzenden. Reduktion eine z. B. für die Emailhaftung besser geeignete Oberfläche gebildet wird.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i-Verfahren zum Enikohlen der Oberflächenschichten von Werkstücken aus Eiseng ädeer Stahl unter Verwendung eines Glühofens mit wasserdamp;fhaltiger.reduzierender Atmosphäre, dadurch gekennzeichnet, daß das Glühgut einer reduzierend, wirkenden und stark wasserdampfhaftigen Atmosphäre ausgesetzt wird, deren Wassbrdampfgehadt einfern Taupunkt von über +:25' C, vorzugsweise von etwa + 30° C oder darüber entspricht, und dafi das Gut darnach in einer wesentlich wasserdampfärmeren Atmo, Sphäre mit reduzierend wirkenden Bestandteilen abgekühlt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dem an eine Glühzonen anschließenden Kühltunnel eines. Durchlaufofens Schutzgas mit reduzierend wirkenden Besuandteilen zugeführt wird, das höchstens. einen geringen. Wasserdampfgehalt aufweist, und: daß diesem entgegen. der Förderrichtung in die Glühzone einströmenden Gas der erforderliche Wasserdampfgehalt beigegeben wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Kühlzone eingeführte Gas. bereits einem. Wasserdanipfanteil enthält, der innerhalb. der beim Abkühlvomgang auftretenden Temperaturen das Entstehen einer Anlaufoxydschicht ermöglicht, und daß diesem. Gemisch zwecks. Erzielung einer entkohlenden und reduzierenden Wirkung in der Glühzone noch weiterer Wasserdampf zugeführt wird. q.. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Glühgut in der Vorwärmzone der Einwirkung des au der Glühzone zuströmenden Gasgemisches ausgesetzt wird. 5. Verfahren nach einen der Ansprüche i bis q, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines hohen Wasserdampfgehaltes in der Glühzone dem in diese Zone eingeführten wasserstoffhaltigen Gas Luft beigemischt wird, deren Sauerstoff sich mindestens mit einem Teil des Wasserstoffgehaltes in der Glühhitze zu Wasserdampf verbindet.