DE10347312B3

DE10347312B3 - Process for the heat treatment of iron materials

Info

Publication number: DE10347312B3
Application number: DE10347312A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Schmidt; Philippe Grognet; Günter WAGENDORFER
Original assignee: Messer Austria GmbH; Air Liquide Deutschland GmbH; Messer France SAS
Current assignee: Messer Austria GmbH; Air Liquide Deutschland GmbH; Messer France SAS
Priority date: 2003-10-08
Filing date: 2003-10-08
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2023-10-09
Also published as: WO2005035799A1; EP1673483A1; ATE458837T1; EP1673483B8; PL1673483T3; EP1673483B1; DE502004010812D1; ES2341861T3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Eisenwerkstoffen, insbesondere zum Glühen von Rohren, Profilen, Drähten, Stäben und Blechen aus Metall oder Stahl, in einer Wärmebehandlungsanlage mit einem Kühltunnel und einem Heizraum unter einer Schutzgasatmosphäre aus Endogas-Gemischen.
Erfindungsgemäß wird dadurch, dass reines Endogas oder teilweise mit Stickstoff verdünntes Endogas und zusätzlich reiner Stickstoff separat voneinander und in unterschiedlichen Anlagenbereichen eingespeist werden, der Wärmebehandlungsprozess zeitlich und kostenmäßig optimiert sowie die Produktqualität erhöht und zudem eine sichere Prozessführung ermöglicht. Durch das sich bevorzugt in Heizraumeinlaufrichtung innerhalb der gesamten Ofenanlage auszubildende Strömungsprofil wird die Ablagerung von Feststoffen im Kühltunnel und Heizraumende deutlich gesenkt.The invention relates to a method for the heat treatment of iron materials, in particular for the annealing of pipes, profiles, wires, rods and sheets of metal or steel, in a heat treatment plant with a cooling tunnel and a boiler room under a protective gas atmosphere of endogas mixtures.
According to the invention, that pure endogas or partially nitrogen-diluted endogas and additionally pure nitrogen are fed separately from each other and in different plant areas, the heat treatment process is optimized in terms of time and cost and increases the product quality and also allows safe process management. As a result of the flow profile to be formed preferably in the heating chamber inlet direction within the entire furnace system, the deposition of solids in the cooling tunnel and the end of the heating chamber is significantly reduced.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Eisenwerkstoffen, insbesondere zum Glühen von Rohren, Profilen, Drähten, Stäben und Blechen aus Metall oder Stahl, in einer Wärmebehandlungsanlage mit einem Kühltunnel und einem Heizraum unter einer Schutzgasatmosphäre aus Endogas-Gemischen.The The invention relates to a method for the heat treatment of iron materials, especially for annealing of pipes, profiles, wires, Bars and Sheets of metal or steel, in a heat treatment plant with a cooling tunnel and a boiler room under a protective gas atmosphere of endogas mixtures.

Beim Glühen von Rohren, Profilen, Drähten, Stäben und Blechen wird oftmals Exogas als Schutzgas eingesetzt. Dieses Exogas wird aus einem Kohlenwasserstoff und Luft hergestellt, z. B.: CH4 + x(0,79 N2 + 0,21 O2) → CO + CO2 + N2 + H2O + N2 wobei Wert x von > 2,41 und < 9,64 (λ = > 0,25 bis 1,00) liegt.When annealing pipes, profiles, wires, rods and sheets, exogas is often used as protective gas. This exogas is made from a hydrocarbon and air, z. B: CH4 + x (0.79 N2 + 0.21 O2) → CO + CO2 + N2 + H2O + N2 where value x is> 2.41 and <9.64 (λ => 0.25 to 1.00).

Die Herstellung dieses Schutzgases erfolgt in Exogasgeneratoren.The This protective gas is produced in exogas generators.

Dazu wird der vorgemischte Erdgas/Luft-Gasstrom einer Brennkammer zugeführt und dort zur Reaktion gebracht. Da das CH4/Luft-Verhältnis größer 2,41 (z. B. 6,5) ist, braucht kein externes Aufheizen des Gasgemisches auf Reaktionstemperatur erfolgen.To the premixed natural gas / air gas stream is fed to a combustion chamber and there reacted. Since the CH4 / air ratio is greater than 2.41 (eg, 6.5), it needs no external heating of the gas mixture to reaction temperature respectively.

Es handelt sich hierbei um eine exotherme Reaktion, die Wärmeenergie im Überschuss erzeugt. Das so erzeugte, sehr feuchte Exogas wird auf Raumtemperatur abgekühlt und einem Trockner zugeführt. Der Taupunkt des getrockneten Gases beträgt dann ca. –30°C (0,10 Vol.-% H2O).It This is an exothermic reaction, the heat energy in excess generated. The very moist exogas produced in this way becomes room temperature chilled and fed to a dryer. The dew point of the dried gas is then about -30 ° C (0.10 vol .-% H2O).

Ein typisches Exogas hat eine Zusammensetzung von 7% H2, 7% CO, 7% CO2, 0,10% H2O, Rest N2.One typical exogas has a composition of 7% H2, 7% CO, 7% CO2, 0.10% H2O, balance N2.

Das Gasgemisch wird dann einer Wärmebehandlungsanlage zugeführt und es stellt sich in deren Heizraum – bei einer Temperatur von größer 400°C – schlagartig ein feuchtes Ofengas ein.
Heizraumreaktion: CO2 + H2 → CO + H2O (homogene Wassergasreaktion) The gas mixture is then fed to a heat treatment plant and it turns in the boiler room - at a temperature of greater than 400 ° C - abruptly a moist furnace gas.
Boiler room reaction: CO2 + H2 → CO + H2O (homogeneous water gas reaction)

Im Heizraum verringert sich bei einer Temperatur von größer 650°C die Kohlenstoffaktivität auf kleiner 1, wodurch die Eisen-Kohlenstoff-Legierungen während der Wärmebehandlung entkohlt werden.in the Boiler space decreases at a temperature of greater than 650 ° C, the carbon activity to less 1, whereby the iron-carbon alloys are decarburized during the heat treatment.

Aufgrund der steigenden Qualitätsansprüche an die Fertigprodukte ist aber eine Entkohlung unerwünscht. Es besteht sogar im zunehmenden Maße der Wunsch nach einer Rückkohlung von entkohlten Eisen-Kohlenstoff-Legierungen während der Wärmebe-handlung (Glühen).by virtue of the increasing quality demands on the Finished products but decarburization is undesirable. It even exists in the increasing levels of Desire for a recarbonization of decarburized iron-carbon alloys during heat treatment (annealing).

Diese Qualitätsanforderungen sind mit dem Einsatz von Exogas als Schutzgas in Wärmebehandlungsöfen nicht zu realisieren, weshalb auch Endogas als Schutzgas bei der Wärmehandlung von Eisenwerkstoffen zum Einsatz kommt.These quality requirements are not with the use of exogas as a protective gas in heat treatment furnaces to realize why also endogas as a protective gas in the heat treatment of iron materials is used.

Die Herstellung von Endogas erfolgt in Endogasgeneratoren. Dazu wird das vorgemischte Erdgas/Luftgemisch einer beheizten Retorte mit Katalysatorfüllung zugeführt und dort zur Reaktion gebracht.The Production of endogas takes place in endogas generators. This will be the premixed natural gas / air mixture of a heated retort with catalyst filling supplied and reacted there.

Da das CH4/Luft-Verhältnis wenig größer 2,41 (λ = 0,26 – 0,28) ist, muss die Katalysatorretorte aufgeheizt und das durch die Retorte strömende Gasgemisch auf Reaktionstemperatur gebracht werden, um auf der Katalysatoroberfläche zu reagieren.There the CH4 / air ratio little bigger 2.41 (λ = 0.26 - 0.28) is, the catalyst retort must be heated and that by the retort flowing gas mixture be brought to reaction temperature to react on the catalyst surface.

Es handelt sich hierbei um eine endotherme Reaktion, d.h., ein Teil der Aufheiz- und die gesamte Reaktionsenthalpie muss dem System zugeführt werden.It this is an endothermic reaction, i.e., a part the heating and total reaction enthalpy must be the system be supplied.

Das Endogas wird aus einem Kohlenwasserstoff und Luft, z.B. nach folgender Reaktionsgleichung hergestellt: CH4 + 2,41(0,79 N2 + 0,21 O2) → CO + 2H2 + 0,79 N2 + Spuren H2O und CO2 The endogas is produced from a hydrocarbon and air, eg according to the following reaction equation: CH4 + 2.41 (0.79 N2 + 0.21 O2) → CO + 2H2 + 0.79 N2 + traces H2O and CO2

Das erzeugte Endogas wird auf Raumtemperatur abgekühlt und ist dann einsatzbereit.The produced endogas is cooled to room temperature and is then ready for use.

Der Taupunkt des bei der Wärmebehandlung von Eisenwerkstoffen als Schutzgas eingesetzten Endogases liegt im Bereich von –10°C und +5°C mit 0,30 bis 0,86 Vol.-% H2O.Of the Dew point of during the heat treatment of Iron materials used as shielding gas Endogases is in the range from -10 ° C and + 5 ° C with 0.30 to 0.86% by volume H2O.

Ein bei der herkömmlichen Wärmebehandlung von Metallen als Schutzgas häufig eingesetztes Endogas hat eine Zusammensetzung von: 40% H2, 20% CO, 0,30% CO2, 0,86% H2O, Rest N2.One in the conventional heat treatment Of metals as inert gas often used endogas has a composition of: 40% H2, 20% CO, 0.30% CO2, 0.86% H2O, balance N2.

Dieses „reine" Endogas wird mit Stickstoff verdünnt (versetzt) und anschließend der Wärmebehandlungsanlage, z.B. einem Rollenherddurchlauf-Ofen, zugeführt.This "pure" Endogas is with Diluted with nitrogen (offset) and then the heat treatment plant, e.g. a roller hearth furnace, fed.

Bei diesen Schutzgasgemischen mit 1 bis 5% CO sinkt – aufgrund der starken Verdünnung mit Stickstoff – der Taupunkt auf Werte von –20 bis –30°C, so dass der Einsatz eines zusätzlichen Trockners, wie bei der Exogaserzeugung, nicht notwendig ist.at These shielding gas mixtures with 1 to 5% CO - due to the strong dilution with nitrogen - the dew point decreases to values of -20 to -30 ° C, so that the use of an additional Trockners, as in the Exogaserzeugung, is not necessary.

In der WO 99/11829 A1 wird ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Wärmebehandeln von Teilen beschrieben, die einer Schutzgasatmosphäre ausgesetzt werden. Aus dieser Druckschrift ist bekannt, dass bei der Wärmebehandlung von Teilen nach dem Erhitzen gasförmiger Stickstoff und Reduktionsgas in den Behandlungsraum eingeleitet werden, wobei zur optimalen Dosierung des Schutzgases die Sauerstoffaktivität im Behandlungsraum erfasst und die Zufuhr des Schutzgases veränderbar ist und bis zur Erreichung eines Soll-Wertes der Sauerstoffaktivität geregelt wird.WO 99/11829 A1 discloses a method and a device for heat treating parts exposed to a protective gas atmosphere. From this document it is known that in the heat treatment of parts after heating gaseous nitrogen and reducing gas are introduced into the treatment room, wherein for optimal dosage of the protective gas, the oxygen activity detected in the treatment room and the supply of the protective gas is variable and until a target Value of the oxygen activity is regulated.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Eisenwerkstoffen zur Verfügung zu stellen, mit welchem durch eine gezielte Schutzgasdosierung der Wärmebehandlungsprozess verbessert und sicherer gestaltet werden kann.Of the The invention is therefore based on the object, a method for heat treatment of ferrous materials available with which by a targeted inert gas metering the heat treatment process improved and made safer.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Eisenwerkstoffen mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.The The object is achieved by a Process for heat treatment of iron materials having the features of claim 1.

Unter „Wärmebehandlung" wird hier insbesondere Glühen von Rohren, Profilen Drähten, Stäben und Blechen aus Metall oder Stahl verstanden. Das erfindungsgemäß eingesetzte Endogas besteht vorzugsweise aus Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H2) und Stickstoff (N2).Under "heat treatment" is particular here glow of pipes, profiles wires, rods and sheets of metal or steel understood. The inventively used Endogas is preferably composed of carbon monoxide (CO), hydrogen (H2) and nitrogen (N2).

Die die Erfindung ausgestaltenden Merkmale sind den Unteransprüchen zu entnehmen.The the invention ausgestaltenden features are the dependent claims remove.

Erfindungsgemäß wird als Schutzgas reines Endogas oder teilweise mit Stickstoff verdünntes Endogas und zusätzlich reiner Stickstoff separat voneinander in unterschiedlichen Bereichen der Wärmebehandlungsanlage eingespeist.According to the invention as Inert gas pure endogas or partially diluted with nitrogen endogas and additionally pure nitrogen separately from each other in different areas the heat treatment plant fed.

Vorteilhaft wird das Endogas in das Heizraumende, d.h. in den dem Heizraumeinlauf gegenüberliegenden endseitigen Bereich des Heizraums, quer zur Transportrichtung des Wärmebehandlungsguts und zusätzlich Stickstoff in unterschiedlichen Bereichen des Kühltunnels der Wärmebehandlungsanlage mittels herkömmlicher Düsenvorrichtungen eingespeist.Advantageous the endogas will enter the boiler room end, i. in the boiler room enema opposite end area of the boiler room, transverse to the transport direction of Heat treatment goods and additionally Nitrogen in different areas of the cooling tunnel of the heat treatment plant means conventional nozzle devices fed.

Der erfindungsgemäße Schutzgaseintrag in die Wärmebehandlungsanlage bewirkt die Ausbildung eines zum Heizraumeinlauf ausgerichteten Strömungsprofils, wodurch eine hohe Schutzgaskonzentration im Heizraum und eine wesentlich niedrigere Schutzgaskonzentration im Kühltunnel der Wärmebehandlungsanlage vorliegt.Of the Protective gas entry according to the invention in the heat treatment plant causes the formation of a Heizraumeinlauf aligned flow profile, whereby a high inert gas concentration in the boiler room and a significant lower protective gas concentration in the cooling tunnel of the heat treatment plant is present.

Das in einem externen Endogasgenerator erzeugte und in die Wärmebehandlungsanlage eingespeiste Endogas weist einen etwas höheren Taupunkt (+5 bis +10°C) als das bei der herkömmlichen Verfahrensweise eingesetzte Endogas (Taupunkt maximal +5°C) auf.The generated in an external endogas generator and in the heat treatment plant fed endogas has a slightly higher dew point (+5 to + 10 ° C) than that in the conventional procedure used endogas (dew point maximum + 5 ° C) on.

Die höhere Taupunkttemperatur bewirkt eine Erhöhung der Standzeit des Katalysators und der Retorte der Wärmebehandlungsanlage, da die Gefahr der Russabscheidung im Katalysatorbett geringer ist und somit Überhitzungen des Katalysators beim notwendigen Russabbrennen zum Regenerieren des Katalysators verhindert werden.The higher Dew point temperature causes an increase in the service life of the catalyst and the retort of the heat treatment plant, since the risk of soot deposition in the catalyst bed is lower and thus overheating the catalyst in the necessary Rußabbrennen to regenerate of the catalyst can be prevented.

Die für den jeweiligen Wärmebehandlungsprozess erforderliche Dosiermenge an Endogas wird mittels eines Dosierventils in Abhängigkeit von den jeweiligen Prozessbedingungen automatisch eingestellt, wodurch die Überschussmenge an Endogas minimiert werden kann und zudem möglichst wenig Endogas abgefackelt werden muss.The for the respective heat treatment process required dosage of endogas is by means of a metering valve dependent on automatically adjusted by the respective process conditions the excess amount can be minimized to endogas and also flared as little endogas must become.

Die Dosierzeit von dem Endogas und dem Stickstoff wird auf übliche Weise erfasst und findet zur Berechnung der aktuellen Sauerstoff- und Kohlenstoffaktivitäten während des Wärmebehandlungsprozesses Verwendung.The Dosing of the endogas and the nitrogen is in the usual way captured and used to calculate the current oxygen and Carbon activities while the heat treatment process Use.

Um die Konvektion des Endogases im Heizraum der Wärmebehandlungsanlage zu verbessern, wird das Endogas – in einem außerhalb der Wärmebehandlungsanlage angeordneten Endomat – mit einer Teilmenge an Stickstoff gemischt.Around to improve the convection of Endogases in the boiler room of the heat treatment plant is the endogas - in one outside the heat treatment plant arranged Endomat - with a portion of nitrogen mixed.

Zur möglichst schnellen homogenen Gasgemischbildung wird das Endogas mit einem Überdruck von 40 bis 60 hPa durch ein, in die Stickstoff-Rohrleitung angeordnetes, vorteilhaft L-förmig ausgebildetes Rohr, in den mittels eines Feindruckreglers auf einen Überdruck von 20 bis 30 hPa geregelten Stickstoff eingetragen.to preferably fast homogeneous gas mixture formation, the endogas with an overpressure of 40 to 60 hPa through a, arranged in the nitrogen pipeline, advantageous L-shaped trained tube in the means of a Feindruckreglers to an overpressure from 20 to 30 hPa regulated nitrogen entered.

Bei einem erhöhten Staudruck in der Stickstoff-Endogas-Leitung wird die Dosiermenge an Erdgas und Luft so verändert, dass die erforderliche Dosiermenge an Endogas verringert und/oder das Erdgas/Luft Verhältnis verändert wird, wodurch die Zusammensetzung des Endogases negativ verändert wird.at an increased Back pressure in the nitrogen endogas line is the dosage of natural gas and air changed so that reduces the required dosage of endogas and / or the natural gas / air ratio changed becomes, whereby the composition of the Endogases is changed negatively.

Durch die Änderung des Mischungsverhältnisses kann sich Russ im Katalysator abscheiden, wodurch die Wirksamkeit des Katalysators gemindert wird. Bei zuviel Luftzufuhr steigt der Taupunkt ungewollt an, so dass eine Überhitzung am Katalysatoranfang auftreten kann.By the change of the mixing ratio Soot can precipitate in the catalyst, reducing its effectiveness of the catalyst is reduced. With too much air supply increases Dew point unintentionally, causing overheating at the beginning of the catalyst can occur.

Der Eintrag des zusätzlichen Stickstoffs in den Kühltunnel der Wärmebehandlungsanlage erfolgt mittels üblicher Düsen, vorteilhaft aber mittels eines herkömmlichen Düsenstocks.Of the Entry of the additional Nitrogen in the cooling tunnel the heat treatment plant done by means of usual nozzles, but advantageously by means of a conventional nozzle block.

Vorteilhaft wird der Stickstoff in unterschiedlichen Bereichen des Kühltunnels der Wärmebehandlungsanlage eingetragen, besonders vorteilhaft aber in den vor dem Heizraumeinlauf angeordneten Kühltunnelbereich und in den vor dem Kühltunnelauslauf angeordneten Kühltunnelbereich eingedüst.Advantageous The nitrogen is in different areas of the cooling tunnel the heat treatment plant registered, particularly advantageous but in the front of the boiler room enema arranged cooling tunnel area and in the front of the cooling tunnel spout arranged cooling tunnel area injected.

Durch den erfindungsgemäßen Schutzgaseintrag wird ein optimales Konzentrationsprofil des Schutzgases im Heiz- und Kühlraum der Wärmebehandlungsanlage eingestellt und gleichzeitig das unerwünschte Einströmen von Luftsauerstoff in den Kühltunnel der Wärmebehandlungsanlage verhindert.By the protective gas entry according to the invention an optimal concentration profile of the protective gas in the heating and fridge the heat treatment plant set and at the same time the unwanted inflow of Atmospheric oxygen in the cooling tunnel the heat treatment plant prevented.

Zweckmäßigerweise ist die Wärmebehandlungsanlage mit einer am Kühltunnelauslauf angeordneten Lambda-Sonde ausgerüstet, mittels der das Einströmen von Umgebungslust, ebenso wie die Stickstoffeinspeisung, erfasst werden kann.Conveniently, is the heat treatment plant with one at the cooling tunnel outlet equipped lambda probe equipped, by means of the inflow of the environment, as well as the nitrogen feed can be.

Um eine zum Heizraumeinlauf gerichtete Schutzgasströmung zu erhalten, werden die abdampfenden flüchtigen Bestandteile, der sich bei der Wärmebehandlung zersetzenden Hilfsschichten (Phosphate, Borate, Oxalate u.a.) und Ziehmittelrückstande des Wärmebehandlungsguts zum Heizraumeinlauf transportiert und dort abgefackelt.Around to receive a directed to the boiler room inlet flow of protective gas, are the evaporating volatile Ingredients that are involved in the heat treatment decomposing auxiliary layers (phosphates, borates, oxalates and the like) and Drawing agent residues of the heat treatment material transported to the boiler room inlet and flared there.

Durch die nachfolgende Kondensation der abgedampften Bestandteile des Behandlungsguts an den kalten Wänden der wassergekühlten Kühlregister wird die Kühlleistung wesentlich verringert, so dass die Kühleinrichtungen in größeren Zeitabständen gereinigt werden müssen. Dies wird durch die neue Gastechnik verhindert bzw. stark verringert.By the subsequent condensation of the evaporated components of Treatment goods on the cold walls the water cooled cooling coil will the cooling capacity significantly reduced, so that the cooling devices cleaned at longer intervals Need to become. This is prevented or greatly reduced by the new gas technology.

Durch die Erfindung wird der zeitliche, personelle und finanzielle Aufwand bei der Wärmebehandlung von Eisenwerkstoffen wesentlich verringert und eine sichere Prozessführung möglich.By The invention is the time, personnel and financial expense in the heat treatment Iron materials significantly reduced and a secure process management possible.

Durch den Eintrag von tiefkaltem flüssigem Stickstoff in den Kühltunnel der Wärmebehandlungsanlage kann die Kühlleistung des Kühltunnels weiter erhöht werden.By the entry of cryogenic liquid nitrogen in the cooling tunnel the heat treatment plant can the cooling capacity the cooling tunnel further increased become.

Der eine Temperatur von –196°C aufweisende flüssige Stickstoff wird vorteilhaft in das letzte Drittel des Kühltunnels, d.h. in den dem Kühltunnelauslauf nächstliegenden Kühltunnelbereich zur Senkung der Austrittstemperatur des aus dem Heizraum transportierten Wärmebehandlungsguts oder in das erste Drittel des Kühltunnels, d.h. in den Kühltunneleinlauf nächstliegenden Kühltunnelbereich zur Erhöhung der Abkühlgeschwindigkeit des Wärmebehandlungsguts zu Härtezwecke eingetragen.Of the a temperature of -196 ° C having liquid Nitrogen is beneficial in the last third of the cooling tunnel, i.e. in the cooling tunnel outlet nearest Cooling tunnel area to reduce the outlet temperature of transported from the boiler room Wärmebehandlungsguts or in the first third of the cooling tunnel, i.e. closest to the cooling tunnel inlet Cooling tunnel area to increase the cooling of the heat treatment material for hardening purposes entered.

Durch die zusätzliche Dosierung von tiefkaltem flüssigen Stickstoff in die Wärmebehandlungsanlage wird die Konvektion des Schutzgases wesentlich verbessert und zudem durch die Aufheizenthalpie des Stickstoffs, eine schnellere Abkühlung der wärmebehandelten Werkstücke ermöglicht.By the extra Dosage of cryogenic liquid Nitrogen in the heat treatment plant the convection of the protective gas is significantly improved and also by the heating enthalpy of the nitrogen, a faster cooling of the heat-treated workpieces allows.

Durch eine entsprechend dem jeweiligen Einsatzzweck ausgebildete und an der Wärmebehandlungsanlage zweckentsprechend angeordnete Gasentnahmeeinrichtung kann – an jedem an der Wärmebehandlungsanlage angeordneten Thermoelement – Prozessgas zur Bestimmung des optimalen Konzentrationsprofils von Schutzgas über die gesamte Anlagenlänge entnommen werden.By a trained according to the respective purpose and on the heat treatment plant appropriately arranged gas sampling device can - at each at the heat treatment plant arranged thermocouple - process gas for determining the optimum concentration profile of inert gas over the entire plant length be removed.

Die Gasentnahmeeinrichtung kann zudem mit einem Gasanalysengerät, einer Lambda-Sonde oder anderen Meßsystemen ausgerüstet sein, wodurch keine zusätzliche Gasentnahmestellen an der Wärmebehandlungsanlage erforderlich sind.The Gas sampling device can also with a gas analyzer, a Lambda probe or other measuring systems equipped be, whereby no additional Gas supply points at the heat treatment plant required are.

Durch ein mit der Gasentnahmeeinrichtung gekoppeltes Meßsystem werden (taktweise) alle Messstellen angesteuert und die aktuelle Gaszusammensetzung gemessen.By a measuring system coupled to the gas sampling device are (intermittently) all measuring points controlled and the current Gas composition measured.

Die elektronisch ermittelten Messwerte finden zur automatischen Schutzgasregelung bei einer von einem vorgegebenen Sollwert abweichenden Gaszusammensetzung Verwendung.The electronically determined measured values are used for the automatic shielding gas control at a deviating from a predetermined target gas composition Use.

Durch die erfindungsgemäße Schutzgasdosierung wird die Schutzgaskonzentration im Heizraum der Wärmebehandlungsanlage um etwa 50 bis 60 Prozent erhöht, so dass die Eintragsmenge an Endogas um etwa 30 bis 40 Prozent verringert werden kann.By the inert gas dosage according to the invention the protective gas concentration in the boiler room of the heat treatment plant increased by about 50 to 60 percent, so that the input amount of endogas is reduced by about 30 to 40 percent can be.

Zudem wird gewährleistet, dass die Summe der Konzentration an Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2) im Kühltunnelende kleiner als 5 Volumen-Prozent ist und damit unter der Explosionsgrenze des Schutzgases liegt. Dieses ist besonders wichtig, da die Schutzgastemperatur im Auslaufbereich der Wärmebehandlungsanlage annähernd Raumtemperatur aufweist und damit die Sicherheitstemperatur von 750°C weit unterschritten wird.moreover is guaranteed that the sum of the concentration of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H2) in the cooling tunnel end is less than 5% by volume and thus below the explosion limit the protective gas is located. This is especially important as the protective gas temperature in the outlet area of the heat treatment plant nearly Room temperature and thus the safety temperature of 750 ° C far is fallen short of.

Durch den erfindungsgemäßen Schutzgaseintrag bildet sich eine – dem Wärmebehandlungsgut entgegenströmende Reaktionsfront aus, d.h., dass das teilweise reagierte Endogas über den Heizraumeinlauf entströmt und somit nur mit Stickstoff versetztes Endogas in den Kühltunnel einströmt, wodurch die unerwünschte Oxidation von Eisen im Kühltunnel der Wärmebehandlungsanlage wesentlich verringert wird, da das H2O/H2-Verhältnis im Kühltunnel viel niedriger als im Heizraum der Wärmebehandlungsanlage ist.By the protective gas entry according to the invention a - forms heat treated counter-flowing Reaction front, that is, the partially reacted endo gas over the Boiler room inlet flows out and thus only with nitrogen added endogas in the cooling tunnel flows, causing the unwanted Oxidation of iron in the cooling tunnel the heat treatment plant is significantly reduced, since the H2O / H2 ratio in the cooling tunnel is much lower than in the boiler room of the heat treatment plant is.

Dadurch, dass das Schutzgas im Kühltunnel einen deutlich niedrigeren Taupunkt (z.B. –7 Grad Celsius) als im Heizraum (z.B. +10 Grad Celsius) aufweist, wird eine Wasserkondensation im Kühltunnel der Wärmebehandlungsanlage verhindert.Because of the inert gas in the cooling tunnel a significantly lower dew point (eg -7 degrees Celsius) than in the boiler room (eg +10 degrees Celsius), a water condensation in the cooling tunnel of the heat treatment plant is prevented.

Aufgrund der hohen Endogaskonzentration im Heizraum der Wärmebehandlungsanlage ist die Kinetik der Auf- oder Rückkohlung während der Wärmebehandlung größer, so dass die Verweilzeit des Wärmebehandlungsguts in Heizraum wesentlich verringert wird.by virtue of The high endogas concentration in the boiler room of the heat treatment plant is the kinetics carburizing or recarbonating while the heat treatment bigger, so that the residence time of the heat treatment material is significantly reduced in boiler room.

Zudem ist durch die hohe Konzentration an Endogas im Heizraum der Wärmebehandlungsanlage die Kinetik der Reduktion von Eisenoxid auf warmverformten Eisenlegierungen, wie z.B. Drähten, Rohren, Profilen, besonders groß, so dass deren Oxidschichten vollständig reduziert werden. Die oxidfreien Werkstücke können anschließend mit verringertem Aufwand bearbeitet, wie z.B. gebeizt, werden und weisen eine den steigenden Anforderungen gerecht werdende Oberflächenqualität auf.moreover is due to the high concentration of endogas in the boiler room of the heat treatment plant the kinetics of the reduction of iron oxide on hot-deformed iron alloys, such as. wires Pipes, profiles, extra large, so that their oxide layers are completely reduced. The oxide-free workpieces can subsequently processed with reduced effort, such. pickled, become and have a surface quality that meets the increasing demands.

Das erfindungsgemäß zur Wärmebehandlung eingesetzte Endogas besitzt auch eine wesentlich höhere „Reduktionskraft" als herkömmlich eingesetztes Exogas, d. h. es kann mehr Wasser und Kohlendioxid bilden und aufnehmen, ohne dass die Reduktion gestoppt wird.The according to the invention for heat treatment used endogas also has a much higher "reduction power" than conventionally used Exogas, d. H. it can form and absorb more water and carbon dioxide, without the reduction being stopped.

Die höhere Konzentration an Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO) im Heizraum der Wärmebehandlungsanlage bewirkt eine höhere Aufheizgeschwindigkeit des Wärmebehandlungsguts als bei Einsatz eines herkömmlichen Schutzgases aus Exogas oder Monogas (N2 kleiner 5% H2).The higher Concentration of hydrogen (H2) and carbon monoxide (CO) in the boiler room the heat treatment plant causes a higher Heating rate of the heat treatment material than when using a conventional Protective gas from exogas or monogas (N2 less than 5% H2).

Die erfindungsgemäße Endogas- und Stickstoffeinspeisung bewirkt den wesentlichen Vorteil, dass sich ein Konzentrationsprofil der reaktiven Komponenten vorteilhaft einstellt, wodurch die Explosionsgefahr verringert und die Reaktionskinetik und Aufheizge-schwindigkeit optimiert werden.The Endogas according to the invention and nitrogen feed causes the significant advantage that a concentration profile of the reactive components advantageous which reduces the risk of explosion and the reaction kinetics and Aufheizge-speed be optimized.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.following The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment.

Es zeigen:It demonstrate:

1 Grafische Darstellung der Regelbarkeit der Kohlenstoffaktivität von Exogas und Endolin-Gas bei der Wärmebehandlung von Eisen-Kohlenstoff-Legierungen; 1 Graphical representation of the controllability of the carbon activity of exogas and endolin gas in the heat treatment of iron-carbon alloys;

2 Grafische Darstellung der Stickstoffkonzentration in Abhängigkeit von dem Endogas-Endolin-Schutzgaseinsatz in einer Wärmebehandlungsanlage mit Kühltunnel. 2 Graphical representation of the nitrogen concentration as a function of the endogas endolin protective gas used in a heat treatment plant with a cooling tunnel.

In 1 ist die Regelbarkeit der Kohlenstoffaktivität von Exogas und Endogas (Endolin) bei der Wärmebehandlung von typischen Eisen-Kohlenstofflegierungen mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,15 bis 0,70% dargestellt. Bei einer derartigen, in einem Temperaturbereich von 400 bis 900°C stattfindenden Wärmebehandlung sind die Kohlenstoffaktivitäten a_c von einem herkömmlichen Schutzgas (Exogas) und von mehreren Schutzgasen (Endogas in Form von Endolin) mit 1 bis 5% CO gegenübergestellt. Aus 1 ist ersichtlich, dass bei Einsatz eines Endogases mit 1% CO bei einer Temperatur von größer 650°C und bei Einsatz eines Endogases mit 5% CO die Kohlenstoffaktivität a_c auf kleiner 1 verringert wird, bei der die Eisen-Kohlenstoff-Legierungen während der Wärmebehandlung entkohlt werden. Aus 1 ist weiterhin zu entnehmen, dass die im Temperaturbereich 650 bis 740°C bewirkte Kohlenstoffaktivität a_c von gleich/kleiner 1 über das Mischungsverhältnis Endogas/Stickstoff, wie z.B. 1:19 bis 1:3, geregelt werden kann. Somit ist durch Einsatz von Schutzgasgemischen aus Endogas und Stickstoff eine Rückkohlung von entkohlten Eisen-Kohlenstoff-Legierungen während der Wärmebehandlung einfach zu realisieren. Bei Temperaturen von größer 740°C muss dem mit Stickstoff versetzten Endogas ein die Kohlenstoffaktivität a_c auf den Wert von 1 steigerndes Gas, bevorzugt Propan, wegen seiner bedeutend besseren Reaktivität mit Wasser und Kohlendioxid zugesetzt werden. Weiterhin kann die Kohlenstoffaktivität im Heizraumgas durch Senkung des Taupunktes im erzeugten Endogas am Endogenerator erhöht werden, da mit fallender Wasserkonzentration im Endogas die Kohlenstoffaktivität im Mischgas ansteigt. 2 zeigt einen Ofen (Heizraum) mit Kühltunnel, worin einmal Endogas mit einer Menge an Stickstoff vorgemischt in das letzte Drittel des Heizraumes und die Hauptmenge an reinem Stickstoff in der Mitte/letztes Drittel des Kühltunnels eingespeist werden (Variante 2). In den Varianten 1 und 3 sind verschiedene Endogasmengen (10 und 30 m3/h) mit Stickstoff extern der Ofenanlage gemischt und in die Einspeisstelle im Heizraumende komplett eingespeist, d. h., dass an jeder Stelle im Heizraum und Kühltunnel die gleiche Konzentrationen an Wasserstoff und Kohlenmonoxid herrschen müssen. Bei allen 3 Varianten ist die Gesamtgasmenge immer auf 140 m3/h konstant gehalten. Mit Variante 2 ergibt sich bei externer vollständiger Mischung von Endogas und Stickstoff eine Wasserstoffkonzentration von 5,8 Vol.-% H2, d. h., die Explosionsgrenze von 5 Vol.-% H2, CO ist deutlich überschritten. Teilt man diese Gesamtmenge von Variante 2 auf, in Endogas/N2-Gemisch und N2 und speist die beide Teilströme an geeigneter Stelle ein, so ergeben sich Konzentrationen an Wasserstoff im Heizraum von 9 Vol.-% H2 und im Kühltunnel von 2,8 Vol.-% H2, also nahe der geforderten Explosionsgrenze. Die Wasserstoffkonzentration liegt somit im Heizraum um 40% höher und im Kühltunnel um 40% niedriger als die komplette Mischung von Endogas und Stickstoff. Es hat sich eine gerichtete Gasströmung von Stickstoff aus dem Kühltunnel in den Heizraum ausgebildet. Aufgrund der gemessenen Konzentrationen an Wasserstoff ist ersichtlich, dass die Stickstoffströme zu ungefähr zwei gleichen Teilen gerichtet sind, sodass die Verdünnung im Kühltunnel und Aufkonzentration im Heizraum und Gasabfuhr zum Heizraumeinlauf optimal sind. Variante 3 verdeutlicht, dass es nur mit einer kleinen Menge an Endogas (10 m3/h) möglich ist, um die Sicherheitsbedingung von kleiner 5 Vol.-% H2, CO zu realisieren.In 1 the controllability of the carbon activity of exogas and endogas (endolin) is shown in the heat treatment of typical iron-carbon alloys with a carbon content of 0.15 to 0.70%. In such, taking place in a temperature range of 400 to 900 ° C heat treatment, the carbon activities a _c of a conventional inert gas (exogas) and of several inert gases (endogas in the form of endoline) with 1 to 5% CO are compared. Out 1 It can be seen that when using an endo gas with 1% CO at a temperature of greater than 650 ° C and using a endo gas with 5% CO, the carbon activity a _{c is} reduced to less than 1, during which the iron-carbon alloys during the heat treatment be decarburized. Out 1 Furthermore, it can be seen that the carbon activity a _c of equal to / less than 1 caused in the temperature range 650 to 740 ° C. can be regulated via the mixing ratio endogas / nitrogen, such as 1:19 to 1: 3. Thus, by using protective gas mixtures of endogas and nitrogen recarbonization of decarburized iron-carbon alloys during the heat treatment is easy to implement. At temperatures greater than 740 ° C, the nitrogen gas added endogenous gas must be added to the carbon activity a _c to the value of 1 gas, preferably propane, because of its significantly better reactivity with water and carbon dioxide. Furthermore, the carbon activity in the heating chamber gas can be increased by lowering the dew point in the generated endogenous gas at the endogenerator, since the carbon activity in the mixed gas increases with decreasing water concentration in the endogas. 2 shows a furnace (boiler room) with cooling tunnel, which once endogas with a quantity of nitrogen premixed in the last third of the boiler room and the main amount of pure nitrogen in the middle / last third of the cooling tunnel are fed (variant 2). In variants 1 and 3, different amounts of endogas (10 and 30 m3 / h) are mixed with nitrogen externally of the furnace and fed completely into the feed point in the boiler room, ie the same concentrations of hydrogen and carbon monoxide prevail at each point in the boiler room and cooling tunnel have to. In all 3 variants, the total amount of gas is always kept constant at 140 m3 / h. With variant 2 results in external complete mixture of endogas and nitrogen, a hydrogen concentration of 5.8 vol .-% H2, ie, the explosion limit of 5 vol .-% H2, CO is significantly exceeded. Dividing this total amount of variant 2, in endogas / N2 mixture and N2 and feeds the two streams at a suitable location, resulting in concentrations of hydrogen in the boiler room of 9 vol .-% H2 and in the cooling tunnel of 2.8 vol .-% H2, ie close to the required explosion limit. The hydrogen concentration is thus 40% higher in the boiler room and 40% lower in the cooling tunnel than the complete mixture of endogas and nitrogen. It has formed a directed gas flow of nitrogen from the cooling tunnel in the boiler room. Based on the measured concentrations of hydrogen, it can be seen that the nitrogen flows are directed to approximately two equal parts, so that the dilution in the cooling tunnel and concentration in the boiler room and gas removal to the boiler room inlet are optimal. Variant 3 illustrates that it is only possible with a small amount of endogas (10 m3 / h) to realize the safety requirement of less than 5% by volume H2, CO.

Nach Variante 2 sind somit die Aspekte der Sicherheit und eine möglichst hohe H2, CO-Konzentration im Heizraum realisiert.To Variant 2 are thus the aspects of safety and one possible high H2, CO concentration realized in the boiler room.

Claims

Characterized A method of heat treatment of ferrous materials in a heat treatment plant with a cooling tunnel and a heating space under a protective gas atmosphere of endogas mixtures, that pure endogas or partially separately diluted with nitrogen endogas and additionally pure nitrogen are fed from each other and in different areas of the plant.

Method according to claim 1, characterized in that that this Endogas entered directly into the boiler room of the heat treatment plant becomes.

Method according to claim 1 or 2, characterized that this Endogas into the end of the heating room and transversely to the transport direction of the heat treatment material injected becomes.

Method according to claim 1, characterized in that that the additionally Nitrogen used for endogas in different areas the cooling tunnel the heat treatment plant injected becomes.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized that this produced undiluted Endogas has a dew point of +5 to + 15 ° C.

Method according to claim 5, characterized in that that this Endogas through at least one automatic dosing valve in the boiler room the heat treatment plant is fed.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized that the in the heat treatment plant metered amounts of endogas and nitrogen are detected and to determine the current oxygen and carbon activities during the heat treatment Find use.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that better convection of the endogases in the boiler room the endogas nitrogen outside the heat treatment plant is added.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that required carbon activity the gas phase in the boiler room of the heat treatment plant on the Dew point of the pure endogases generated in the generator set becomes.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a Grease gas in the boiler room of the heat treatment plant fed Endogasgemisch is dosed and outside the gas feed point forms a homogeneous gas phase.

Method according to claim 10, characterized in that propane or natural gas is used as the enrichment gas.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that too high carbon activity Air in the boiler room of the heat treatment plant supplied Endogas mixture is metered and outside the gas feed forms a homogeneous gas phase.

Method according to claim 8, characterized in that that this Endogas with an overpressure from 40 to 60 hPa in the one overpressure is introduced from 20 to 30 hPa having nitrogen.

Method according to claim 13, characterized in that that an injector is used to enter the endogases, which sucks and mixes the endogas with the help of the nitrogen stream and thereby a homogeneous dilute one Generated endogas.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that Metered quantities of natural gas and air and thus the dosage of endogas dependent on from that in the heat treatment plant arranged endogas-nitrogen pipe ruling ram pressure regulated become.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that Nitrogen in the cooling tunnel with a first partial flow in the direction of the boiler room inlet and with a second partial flow in the direction of the cooling tunnel outlet of the heat treatment plant injected becomes.

A method according to claim 11, characterized in that the metered amount of nitrogen with Is regulated by a arranged in the outlet region of the heat treatment plant lambda probe.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that from the boiler room of the heat treatment plant evaporating volatile Components of the heat treatment material to the inlet of the heat treatment plant be transported and flared there and dissipated.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that liquid nitrogen in the first third of the cooling tunnel outlet nearest Cooling tunnel area or in the last third of the boiler room outlet nearest Cooling tunnel area the heat treatment plant is fed.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the inert gas for determining its concentration profile during the heat treatment process over the whole length the heat treatment plant arranged by means of at least one of the heat treatment plant Gas sampling device from the heat treatment plant taken and after subsequent electronic processing for automatic control of endogas and nitrogen supply in the heat treatment plant Use finds.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that Sum of the concentrations of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H2) at the end of the cooling tunnel the heat treatment plant less than 5% by volume.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the dew point of the inert gas diluted with nitrogen in the cooling tunnel lower than in the boiler room of the heat treatment plant is.