CH314405A - Verfahren und Vorrichtung zur Aufkohlung von Eisen und Eisenlegierungen - Google Patents

Description

  Verfahren und Vorrichtung zur     Aufkohlung    von Eisen und Eisenlegierungen    Das Verfahren der vorliegenden     Erfin-          clung    betrifft die Einbringung von Kohlen  stoff in Eisen und Eisenlegierungen, insbe  sondere in     kohlenstoffarme    Stähle, über die  Gasphase. Es ist zwar bekannt,     kohlenstoff-          arme    Stähle dadurch     aufzukohlen,    dass man  sie mit kohlenden Gasen bei Temperaturen  oberhalb 800  behandelt, wobei die Gase ausser  halb des     Kohlungsraumes    erzeugt werden.

   Zu  diesem Zweck verwendet man Generatoren,  in denen feste kohlenstoffhaltige Substanzen  unter beschränktem Sauerstoffzutritt ver  gast werden. Es ist auch üblich, Gase, wie  Stadtgas oder Naturgas, unter Luftmangel in  speziellen Generatoren zu verbrennen und  das Verbrennungsprodukt nach Abtrennung  von Wasser und Kohlendioxyd in den     Koh-          lungsofen    einzuleiten. Dabei können diese  Gase gegebenenfalls auch durch Zusatz von       Kohlenwasserstoffen,    wie Butan oder Propan,  in genau dosierten Mengen     karburiert    werden.  



  Man kann auch derartig verfahren, dass  das     aufzukohlende    Gut in kohlenstoffhaltige  Pulver eingepackt oder mit einer Paste aus  derartigen Stoffen bestrichen und unter     Luft-          absehluss    auf die     Kohlungstemperatur,    die im  allgemeinen zwischen 800 und 950  liegt, er  wärmt wird, bis die     Kohlung    die gewünschte  Tiefe erreicht hat.  



  Diese Verfahren erfordern entweder erheb  liche Aufwendungen für Einrichtungen zur    Herstellung, Kontrolle und Dosierung der       Kohlungsgase    oder sind nicht genügend regu  lierbar, um eine gleichmässige     Kohlung    von  beliebig grossen Einsätzen zu ermöglichen. Das       Einpackverfahren    schliesst die Gefahr der  Überhitzung und damit     Überkohlung    oder gar  der lokalen     Aufschmelzung    des zu kohlenden  Gutes nicht mit Sicherheit aus und arbeitet  zudem wegen der schlechten Wärmeleitfähig  keit der     Kohlungsmittel    mit schlechtem ther  mischem Wirkungsgrad.  



  Mit dem Verfahren der vorliegenden Er  findung können diese Nachteile wirksam ver  mieden werden. Die Erfindung betrifft ein  Verfahren zur     Aufkohlung    von Eisen und  Eisenlegierungen über die Gasphase, das da  durch gekennzeichnet ist, dass das     Kohlungs-          gas    im     Kohlungsraum    selbst durch Umsetzung  von in diesem getrennt von dem zu kohlenden  Gut angeordneten festen kohlenstoffhaltigen  Substanzen mit einem sauerstoffhaltigen Gas  erzeugt wird, wobei die das     Kohlungsgas    lie  fernden festen Substanzen höchstens<B>115</B> vom  Volumen des     Kohlungsraumes    einnehmen. Als  sauerstoffhaltiges Gas kann insbesondere Luft  verwendet werden.  



  Die zur Lieferung des     Kohlungsgases    be  fähigten festen kohlenstoffhaltigen Substan  zen können vorzugsweise etwa     1110    oder höch  stens     1/1o    vom Volumen des     Kohlungsraumes     einnehmen.      Im Gegensatz zum     Einpackv    erfahren wird  somit das     Kohlungsgas    zwar ebenfalls im     Koh-          lungsraum,    jedoch von dem zu kohlenden Gut  räumlich getrennt erzeugt.

   Gegenüber den bis  her für die     Kohlung    benutzten Verfahren wird  jeglicher Aufwand für die Erstellung und       Beheizung    besonderer Generatoren vermieden,  ohne dass, wie beim Einpacken in kohlenstoff  haltiges     :Material,    die Gefahr der partiellen       Überkohlung    und Zerstörung der Oberfläche  der Werkstücke durch den unmittelbaren Kon  takt mit den kohlenstoffhaltigen Substanzen  besteht.  



  Das Arbeiten nach dem Verfahren der Er  findung gestaltet sich ausserordentlich ein  fach, da es lediglich erforderlich ist, das be  nutzte kohlenstoffhaltige Material in den  Ofen,     zweckmässigerweise    in darin befindliche  Behälter, einzubringen, den Ofen auf die     Koh-          lungstemperatur    zu erwärmen und das zu  kohlende Gut in den     Kohlungsraum    einzufah  ren.

   Bei der für den     Kohlungsvorgang    erfor  derlichen Temperatur bildet sich automatisch  mit dem im     Kohlungsraum    befindlichen oder  zusätzlich eingeleiteten sauerstoffhaltigen Gas  das     Kohlungsgas,    dessen Zusammensetzung in  einfacher Weise durch die Menge des sauer  stoffhaltigen Gases, die Temperatur und die  Art und Verteilung des kohlenstoffhaltigen  Materials gesteuert werden kann.

   Sobald die  erforderliche     Kohlungstiefe    unter den durch  einfache Versuche festzulegenden Bedingun  gen erreicht ist, kann das Bekohlte Gut aus  gefahren und durch frisches ersetzt werden,  solange noch ausreichende Mengen der das       Kohlungsgas    erzeugenden festen Substanzen  im     Kohlungsraum    vorhanden sind.  



  Als feste Substanzen zur Erzeugung des       Kohlungsgases    haben sich Formkörper aus  Kohle, insbesondere aus Holzkohle, ganz  ausserordentlich bewährt. Solche Formkör  per werden vorzugsweise aus Holzkohlenstaub  mit oder ohne Bindemittel, gegebenenfalls  unter Zusatz von Aktivatoren, wie     Karbo-          naten    von     Alkalien    oder Erdalkalien herge  stellt. Die erhaltenen     Presslinge    werden dabei  vor der Verwendung zweckmässig getrocknet  und eventuell geglüht. Sie können auch als    Granulat in Körnungen zwischen 3 und  6 mm für die     Kohlung    benutzt werden.  



  Als besonders wirksam haben sich für die  Durchführung des Verfahrens der Erfindung       Holzkohlenformkörper    erwiesen, denen fein  verteilte Metalle oder Metallgemische entweder  in Form von Metallpulver oder geeigneten  organischen oder anorganischen Verbindun  gen, die beim Glühen des Materials in fein  verteiltes Metall übergehen, zugesetzt sind.  



  Gut geeignet sind die Metalle der Eisen  gruppe, insbesondere Visen oder Nickel. Durch  Anwendung der     Metallaktivatoren    kann der  Zusatz an Karbonaten der Alkalien oder Erd  alkalien in vorteilhafter Weise herabgesetzt.  werden, so dass die nach dem Verbrauch der  das     Kohlungsgas    liefernden kohlenstoffhal  tigen Substanz gebildete Asche arm an     Alkali-          oder        Erdalkaliverbindungen    ist und dadurch  weniger schädigend auf das Ofenbaumaterial       wirken    kann.  



  Die Vorrichtung zur     Durchführung    des  erfindungsgemässen Verfahrens ist gekenn  zeichnet durch einen der Aufnahme des zu  kohlenden Gutes dienenden Ofen, in dessen  Innenraum gasdurchlässige Behälter zur Auf  nahme der das     Kohlungsgas    liefernden Sub  stanz angeordnet sind.  



  Als gasdurchlässige Behälter für die das       Kohlungsgas    erzeugenden kohlenstoffhaltigen  Substanzen kommen z. B. an den Wandun  gen des     Kohlungsraumes    befestigte Taschen  oder andersartige Behälter aus gelochten Ble  chen, Drahtgewebe oder Streckmetall in Be  tracht. Mit gleichem Erfolg können die Be  hälter auch in Form von gelochten Siebböden  unter, zwischen oder über dem     Kohlungsgut     vorgesehen werden. Die Behälter werden vor  zugsweise derart     eingeriehtet,    dass sie aus dem       Kohlungsraum    zwecks Auffrischung der  Füllung leicht entfernt werden können.

   Nach  einer andern Ausführungsform der Erfin  dung werden diese Behälter an den Wänden  oder den Deckeln des     Kohlungsraumes    derart  angebracht, dass sie ohne Störung des Ofen  betriebes von aussen durch Füllklappen, Stut  zen oder ähnliche an sich bekannte     Vorrieh-          tungen    neu beschickt werden können.

        Die Verteilung der Behälter für die das       Kohlungsgas    im     Kohlungsraum    erzeugenden  kohlenstoffhaltigen Materialien richtet sich       weitgehend    nach der Konstruktion des     Koh-          lungsraumes,    nach der Art der     Beheizung          sowie    nach der Menge und der Beschaffenheit  des einzusetzenden zu kohlenden Gutes.  



  Als     Kohlungsraum    können Öfen beliebiger  Art     verwendet    werden, und zwar sowohl dis  kontinuierlich wie kontinuierlich arbeitende.  Das Verfahren kann demgemäss beispielsweise  in normalen Kammeröfen, die seitlich oder  auch von oben geschlossen werden können,       durehgeführt    werden. Man kann jedoch auch  kontinuierliche Öfen verwenden, die laufend  beschickt. und entleert werden. Der Trans  port des     Aufkohlungsgutes    kann dabei in       Kästen    oder Siebböden auf beliebig gestalteten  Unterlagen erfolgen, die mittels     Einstossvor-          riehtungen    oder durch Hubbalken oder auf  ähnliche Weise durch den Ofen bewegt wer  den.  



  Für einen raschen und gleichmässigen Ver  lauf der     Kohlung    ist es wesentlich, dass die  im Ofen befindlichen oder in ihn eingeleiteten  sauerstoffhaltigen Gase leicht Zutritt zu dem  das     Kohlungsgas    bildenden festen     kohlenstoff-          lialtigen    Material haben. Es kann daher  zweckmässig sein, die Zuleitungen für die  sauerstoffhaltigen Gase in den     Kohlungsraum     so vorzusehen, dass die Gase die kohlenstoff  haltigen Substanzen bei ihrem Eintritt auf  einer möglichst grossen Fläche durchstrei  chen.

   Dabei ist es für eine schnelle Bildung  des     Kohlungsgases    weiterhin günstig, die  sauerstoffhaltigen Gase, insbesondere Luft, vor  dem Durchtreten durch die kohlenstoffhaltigen  Substanzen vorzuwärmen, was etwa durch die  Abgase des     Kohlungsofens    oder durch geeig  nete Führung der Zuleitungen in der Wan  dung des geheizten     Kohlungsraumes    erfolgen  kann.  



       Um    eine ständige Berührung mit den das       Kohlungsgas    bildenden Substanzen zu ge  währleisten, werden mit Vorteil im     Kohlungs-          raum    Mittel angebracht, die die Ofenatmo  sphäre in Bewegung halten und umwälzen.  Hierdurch wird erreicht, dass nicht nur die    zur Bildung des     Kohlungsgases    führende Re  aktion beschleunigt, sondern auch dessen Re  generation gefördert und überdies eine  schnelle und gleichmässige Erwärmung des zu  kohlenden Gutes erfolgen kann.  



  Wie schon erwähnt, sind für die Durch  führung des Verfahrens verschiedenartige  Vorrichtungen brauchbar, von denen einige  Ausführungsformen an Hand der     Fig.    1 bis 3  beispielsweise erläutert werden.  



       Fig.    1 zeigt einen Kammerofen im Längs  schnitt, bei     dein    der besseren Übersicht halber,  die ausserhalb des Ofenraumes liegende Hei  zung fortgelassen ist. In     Fig.    2 ist eine Ofen  form dargestellt, bei der die Beschickung  durch Abheben des Deckels von oben erfolgt,  während     Fig.    3 einen kontinuierlich arbei  tenden Ofen mit     Hubbalkenförderung    wieder  gibt. Auch in diesen Figuren sind die zweck  mässig ausserhalb des     Kohlungsraumes    lie  genden Elemente nicht gezeichnet.  



  In     Fig.    1 bedeutet 1 den eigentlichen       Kohlungsraum,    der durch die mit dem Deckel  2 verschlossene seitliche Öffnung beschickt  wird. Das Härtegut 4 befindet sich auf einer  auf dem Boden der Kammer stehenden Unter  lage 3. An den Seitenwänden der Kammer  sind bei 5 und 6 Kästen aus Siebblech für  die Aufnahme der das     Kohlungsgas    erzeu  genden kohlenstoffhaltigen Substanz vorge  sehen, während sich an der Decke des     Koh-          lungsraumes    der Ventilator 7 befindet.

   In die  Decke der Kammer ist die Luftzuleitung 8  in Form einer Rohrschlange eingelassen und  mündet bei 9 in den     Kohlungsraum.    Die  Abzweigleitung 10 ermöglicht es weiterhin, das  Gas ganz oder zum Teil durch die     Beschik-          kung    der Behälter 5 und 6 in den Ofenraum  einzuführen.  



  Bei der Ausführungsform der     Fig.    2 liegt  die Öffnung des     Kohlungsraumes    auf der  Oberseite, so dass das     Kohlungsgut    auf Ge  stellen oder in Kästen 11 von oben in den  Ofen eingebracht werden kann. Der Deckel 12  ist in an sich bekannter Weise mit Hilfe einer  Sandtasse oder durch einen     Flüssigkeitsver-          schluss    13 abgedichtet. Das     Kohlungsgut    ist  auf einer gasdurchlässigen Unterlage etwa      aus Lochblechen oberhalb des Behälters 14  für die das     Kohlungsgas    liefernde kohlen  stoffhaltige Substanz angeordnet.

   Zweck  mässig besteht dabei auch der Behälter 14 zu  mindest an der dem     Kohlungsgut    zugekehrten  Seite aus gasdurchlässigem Material, wie z. B.  Lochblechen. Die Vorrichtung enthält ausser  dem noch an den Schmalseiten des     Kohlungs-          raumes    Ventilatoren 15 und 16 für die Gas  umwälzung sowie eine Zuführung 17 für die  sauerstoffhaltigen Gase, z. B. Luft. Gege  benenfalls können durch diese Zuführung  auch     karburierende    Stoffe zusätzlich einge  führt werden.  



  Bei der Vorrichtung gemäss     Fig.    3 wird das  Einsatzgut 18 in flachen Kästen 19 durch den  Ofenraum mit Hilfe eines Hubbalkens 20 ge  fördert. An den Längswänden des Ofens sind  die Behälter 21 für die kohlenstoffhaltige Sub  stanz zur Erzeugung des     Kohlungsgases    an  gebracht. Der Ofenraum ist mit Hilfe der  Federtüren 22 beiderseitig verschlossen. An  sich ist es möglich, auch bei derartigen Öfen  etwa an der Decke des     Kohlungsraumes    einen  oder mehrere Ventilatoren für die Gasumwäl  zung anzubringen, jedoch ist durch das häu  fige Öffnen und Schliessen des Ofens bei der  kontinuierlichen Art der Beschickung und  Austragung eine gewisse Bewegung der Ofen  atmosphäre unter weiterem Zutritt von Luft       zwangläufig    gegeben.

   Aus diesem Grunde  ist es auch nicht unbedingt erforderlich, zu  sätzliche Luftmengen einzuleiten, was jedoch  im Bedarfsfalle beispielsweise durch die Zu  leitungen 23 an verschiedenen Stellen des       Kohlungsraumes    erfolgen kann. Bei der kon  tinuierlichen Durchführung der     Kohlung,    wie  sie etwa in einer Vorrichtung gemäss     Fig.3     vorgenommen werden kann, ist die Möglich  keit einer Neubeschickung der das kohlen  stoffhaltige Material aufnehmenden Behälter  21 von aussen von besonderer Wichtigkeit.  Man kann im übrigen auch das kohlenstoff  haltige Material getrennt vom     Kohlungsgut     durch den Ofen befördern, indem Behälter  mit diesem Material abwechselnd mit den Be  hältern für das zu kohlende Gut in den Ofen  eingefahren werden.

   Im Hinblick auf eine    weitgehende     Ausnutzung    der kohlenstoffhal  tigen Substanzen für die Erzeugung des     Koh-          lungsgases    und die Gleichmässigkeit des     Koh-          l.ungsvorganges    ist. es jedoch vorteilhafter, wie  ausführlich beschrieben, feste Behälter für  dieses Material vorzusehen, in denen es bei  weitgehend konstanter Temperatur gleich  mässig mit der sauerstoffhaltigen Ofenatmo  sphäre reagiert.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Verfahren zur Aufkohlung von Eisen und Eisenlegierungen über die Gasphase, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlungsgas im Koh- lungsraum selbst durch Umsetzung von in diesem getrennt von dem zu kohlenden Gut angeordneten festen kohlenstoffhaltigen Sub stanzen mit einem sauerstoffhaltigen Gas er zeugt wird, wobei die das Kohlungsgas lie fernden festen Substanzen höchstens 1/5 vom Volumen des Kohlungsraumes einnehmen. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Verfahren nach Patentanspruch 1, da durch gekennzeichnet, da.ss als sauerstoffhal tiges Gas Luft verwendet wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die das Kohlungs- gas liefernden festen Substanzen höchstens 1!10 vom Volumen des Kohlungsraumes ein nehmen. 3. Verfahren nach Patentanspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass als feste das Koh- lungsgas liefernde Substanz Formkörper aus Holzkohle verwendet werden. 4. Verfahren nach Patentanspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass kohlenstoffhaltige Substanzen mit Zusatz von Aktivatoren ver wendet werden. 5.

   Verfahren nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass als Aktivatoren für die kohlenstoffhaltigen Substanzen Alkali- oder Erdalkalikarbonate verwendet werden. 6. Verfahren nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass als Aktivatoren für die kohlenstoffhaltigen Substanzen Metalle der Eisengruppe verwendet werden. 7. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass das sauerstoff haltige Gas dem Kohlungsraum durch die das Kohlungsgas liefernden Substanzen zugeleitet wird.

   PATENTANSPRUCH II Vorrichtung zur Durchführung des Ver fahrens nach Patentanspruch I, gekennzeich net durch einen der Aufnahme des zu kohlen den Gutes dienenden Ofen, in dessen Innen raum gasdurchlässige Behälter zur Aufnahme der das Kohlungsgas liefernden Substanz an geordnet sind. UNTERANSPRÜCHE B. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen konti nuierlich arbeitenden Ofen aufweist. 9. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die gasdurch lässigen Behälter aus gelochten Blechen be stehen. 10.

   Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die gasdurch lässigen Behälter aus Drahtgeweben be stehen. 11. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Be wegung des Ofengases vorgesehen sind. 12. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Zu führung sauerstoffhaltiger Gase vorgesehen sind.