DE2758024A1

DE2758024A1 - Einrichtung zur schutzgaserzeugung im ofenraum

Info

Publication number: DE2758024A1
Application number: DE19772758024
Authority: DE
Inventors: Kurt Knoll; Arnd Dipl Ing Mueller
Original assignee: Schwermaschinenbau Kombinat Ernst Thalmann VEB
Current assignee: Schwermaschinenbau Kombinat Ernst Thalmann VEB
Priority date: 1977-03-28
Filing date: 1977-12-24
Publication date: 1978-10-12
Also published as: ATA937277A; DD131292A1; AT362808B

Description

Titel der Erfindung
Einrichtung zur Schutzgaserzeugung im Ofenraum AnwendungsRebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Schutzgaserzeugung im Ofenraum für die chemisch-metallurgische Beeinflussung von Werkstücken während der Wärmebehandlung.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Die bekannten Einrichtungen zur Erzeugung des Schutzgases in Wärmebehandlungsanlagen sind in den meisten Fällen separate Einrichtungen, und das in diesen Anlagen erzeugte Schutzgas aus Propan- bzw. zrdgasluftgemisch besitzt vorzugsweise eine konstante Zusammensetzung. Qualitätsunterschiede zur jeweils gewUnschten Sollzusammensetzung im Ofenraum werden durch die Zugabe von geringen Mengen Gas oder Luft in das Schutzgas oder Trägergas noch vor Einspeisung in den Ofenraum ausgegleichen. Sowohl zur Einhaltung der Zusammensetzung des EraX gergases am Schutzgaserzeuger als auch zur Realisierung der Jeweils erforderlichen Sollzusammensetzung vom Schutzgas im Ofenraum sind entsprechende Meß- und Regeleinrichtungen notwendig.
Bei einer der bekannten Spaltretorten zur Erzeugung von Schutzgas wird dabei die für das Aufspalten der Kohlenwasserstoffe notwendige Luftmenge durch den Wärmestrom aus dem Ofenraum intensiv vorgewärmt, so daß endothermer Spaltprozeß in einen exothermen Vorgang überführt wird. Die im Ofenraum eingesetzte Retorte ist dabei relativ klein gegenüber Spaltretorten von endothermen Schutzgaserzeugern und besteht aus einer Brennkammer mit Vorwärmer für die Vorwärmung des Brennstoff-Luftgemisches innerhalb des Ofenraumes. Aus dem Vorwärmer gelangt das Brennstoff-Luftgemisch in die Brennkammer und von da in den die zu behandelnden werkstücke enthaltenden Ofenraum. Der Strömungsquerschnitt des Vorwärmers ist so bemessen, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches größer als seine Brenngeschwindigkeit ist. Dabei ist sehr nachteilig, daß im Ofenraum auftretende Temperaturschwankungen die Spalttemperaturen beeinflussen und damit die Qualität des erzeugten Schutzgases verringern. Die Erzeugung eines qualitativen Schutzgases, beispielsweise mit einem bestimmten C-Potential und Temperaturbereich, ist damit nicht gewährleistet. Um die genannten Nachteile zu über winden, wurde eine Spaltretorte entwickelt, die unmittelbar in der wärmeisolierenden Ofenwand eingebaut wird. In einer oeffnung der Ofenwand ist dabei ein Katalysatorbett angeordnet, das elektrisch über ein innerhalb des Katalgsatorbettes vorgesehenes heizregister beheizt wird. Das Heizregister steht unmittelbar mit den Katalysatoren in direkter Berührung. Über zwei nach außen führende rohrförmige Anschlußstutzen erfolgt die elektrische Beheizung. Uber Rohrleitungen wird das Brennstoff- oder ein Brennstoff-Luft gemisch in das behs izte Katalgsatorbett eingeführt, und das bei der Reaktion entstehende Gasgemisch tritt durch Austrittsöffnungen in den Innenraum des Ofens.
Bei dieser Einrichtung ergeben sich ungünstige Verhältnisse infolge des in jeder Ofenwand vorliegenden Temperaturunterschiedes zwischen innen und außen. Es ist mit hohen Temperaturen und Überhitzungen der Retorte und des Katalgsatorbettes im Bereich des Ofeninneren zu rechnen, während der an der Ofenaußenwand befestigte Retortenbereichrelativ kalt bleibt.
Ausschlaggebend für Funktion und Schutzgasqualität ist jedoch neben der Gewährleistung eines konstanten Gas-Luftgemisches eine gleichbleibende Spalttemperatur im gesamten Retortenraum. Außerdem wird zum Spalten der erforderlichen Schutzgasmenge von üblicherweise größer 100 m3/h ein bestimmter Reaktionsraum zur Aufnahme des Katalysators benötigt, der ohne weitere Änderungen der äußeren Abmessungen des betreffenden Ofens ausschließlich innerhalb der feuerfesten Aus- kleidung nicht erreicht wird und einen wesentlich höheren Aufwand zum Einbau der Spaltretorte benötigt.
Ziel der Erfindung Um nicht nur den apparativen Aufwand zu verkleinern, sondern auch wesentliche Energiemengen einzusparen, die für die Durchfahrung des endothermen Schutzgases im separaten Schutzgaserzeuger benötigt werden, soll der bei etwa 10000 C ablaufende Spaltprozeß unter Nutzung des im Ofenraum vorhandenen Wärmestromes unmittelbar im Ofenraum stattfinden.
DarlegunB des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur ßrzeugung von Schutzgas im Ofenraum zu entwickeln, die es gestattet, den erforderlichen Reaktionszustand des Gasgemisches im Ofenraum ohne störende Reaktionen und die notwendige qualität des Schutzgases zu erreichen, damit entsprechende Wärmebehandlungsverfahren, wie das Gasaufkohlen, Blankhärten, Karbonitrieren und andere in einem Temperaturbereich von 500 - 10000 C durchführbar sind.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Spalt einrichtung gelöst, die beheizt und gegenüber dem Ofenraum wärmeisoliert ist, unmittelbar in den Ofenraum hineinragt und aus einem speziellen Mantelstrahlheizrohr besteht, das von einem isolierten Rohr in der Art umgeben wird, daß zwischen Mantelstrahlheisrohr und dem wärmeisolierten Rohr ein Hohlraum entsteht. Dieser Hohlraum dient zur Verteilung des Gas-Luftgemisches einerseits und zur Aufnahme der inerten und kataltischen Schichten andererseits und stellt gleichzeitig den Reaktionsraum dar. Über eine Austrittsöffnung gelangt das Schutzgas in den Ofenraum, während das umnllllende Rohr mit den Iantelstrahlheizrohr gasdicht und lösbar verbunden ist.
Die Beheizung der Spalt einrichtung erfolgt dabei separat über das Mantelstrahlheizrohr, und die zur erzeugung des Sohutzgases erforderliohen Ausgangsmengen an Gas und Luft werden im Gemisch gleichmäßig verteilt und dem beheizten Teil des Mantelstrahlheizrohres zugeführt.
Die erfinderische Lösung garantiert eine konstante Temperatur im Reaktionsraum der Spalt einrichtung unabhängig von der Ofenraumtemperatur. Infolge der Abstimmung der Isolierdicke auf die Jeweilige Ofenraumtemperatur (z. 3. Gaskorbonitrieren bei 500 - 6000 C oder Gasaufkohlen bei 800 - 9300 C) ist gleichzeitig über die Spalt einrichtung die erforderliche anteilige Heizleistung für den Ofenraum bzw. das Wärmegut gesichert.
Ausführung:sbeispiel Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden0 Die dazugehörige Zeichnung zeigt in Fig. 1: die Spalteinrichtung Fig. 2s die Spalteinrichtung in der Draufsicht bei der Schnittstelle Fig. 3s den Einbau der Spalteinrichtung im Ofenraum.
Die Spalteinrichtung 1 besteht aus einem speziellen Mantelstrahlheizrohr 2, dem ein isoliertes Rohr 4 in der Art und Weise zugeordnet ist, daß zwischen dem Mantelstrahlheizrohr 2 und dem Rohr 4 ein Hohlraum 3 entsteht. Das Rohr 2 besteht aus hitzebeständigem Material und ist mit dem Mantelstrahlheizrohr 2 am oberen Ende gasdicht und lösbar verbunden, während am unteren Ende der ringförmige Spalt zum Ofenraum hin offen ist. Innerhalb des Hohlraumes 3 wird das Gas-Luftgemisch über eine Rohrleitung 17 zugeführt, im Verteilerraum 13 gleichmäßig verteilt und durchströmt die inerte Schicht 5 und die katalytischen Schichten 6, 7 bis es über die Austrittsöffnung 8 als Schutzgas in den Ofenraum gelangt. Das Rohr 4 ist mit einer Isolierung 9, die vorzugsweise aus keramischen Faserstoffen besteht und in dünnen hitzebeständigen Blechmantel bzw. Maschendraht oder Streckmetall 10 eingefaßt ist, umhüllt und gewährleistet, daß unterschiedliche Ofentemperaturen den Prozeß der Schutzgaserzeugung im Reaktionsraum 12 nicht negativ beeinflussen. Dabei ist die Isolierung 9 sowohl in der Dicke als auch in der Lage zum Reaktionsraum 12 und zum Ofenraum 18 variierbar. Das bedeutet, daß beispielsweise bei der endothermen Schutzgaserzeugung die Dicke der Isolierung 9 stärker und die Länge größer zu wählen ist als bei der exothermen Schutzgaserzeugung.
Die Körnung der katalytischen und inerten Schichten 6, 7, 5 sollte entsprechend des schmalen Ringspaltes nicht über 5 mm betragen, wobei die Dimensionierung des Raumes zur Aufnahme der katalytischen Schichten 6, 7 abhängig von behutzgasleistung und der Güte des Katalysators ist. Als Richtwert kann 1 -2 m3/h Schutzgas äe dm3 Katalysatorvolumen verwendet werden.
Bei den katalytischen Schichten 6, 7 handelt es sich z. B.
beim Gasaufkohlen um zwei verschiedene Katalysatoren, die in einem bestimmten Mengenverhältnis, vorzugsweise 1 zu 2, im Hohlraum 3 eingesetzt sind.
Im Reaktionsraum 12 ist gleichzeitig eine höhenmäßig variable Temperaturmeßstelle 11 gasdicht zum Reaktionsraum 12 vorgesehen, die eine ständige emperaturkontrolle ermöglicht.
Die Figur 2 zeigt die Anwendung der Erfindung in einem Mehrzweckkammerofen. Die gesamte Spalteinrichtung 1 ist so in den Ofen eingesetzt, daß die Spalteinrichtung 1 mit dem gesamten Reaktionsraum 12 sich im Ofeninneren befindet. Über eine Flanschverbindung 14 wird die Spalteinrichtung 1 gasdicht eingebaut, während die mögliche Zufuhr von Zusatzgas über eine wassergekühlte Sonde 15 erfolgt, sorgt die separate Spaltretortenheizung 16 für die Einhaltung der notwendigen Spalttemperatur.
Gegenüber den bekannten separaten Schutzgaserzeugern wird mit der vorliegenden Spalteinricltung 1 durch die Ausbildung des Reaktionsraumes 12 - schmaler Kreisring, gleichmäßig vom Bußenrohr beheizt - ein wesentlicher Vorteil hinsichtlich der optimalen Nutzung des Katalysators für eine vollständige Spaltung des eingeleiteten Gas-Luftgemisohes erreicht. Infolge der direkten Temperaturmessung und -regelung im Reaktionsraum 12 werden mögliche Uberhitzungen und damit erhöhter Verschleiß der Spalt einrichtung 1 vermieden.

Claims

Erfindungsanspruch 1. Sinrichtung zur Schutzgaserzeugung im Ofenraum für die chemisch-metallurgische Beeinflussung von Werkstücken während der Wärmebehandlung, wobei die Einrichtung unmittelbar im Ofenraum vorgesehan ist, gekennzeichnet dadurch, daß eine beheizte und gegenüber dem Ofenraum wärmeisolierte Spaltainrichtung (1) unmittelbar im Ofenraum eingesetzt ist und aus einem speziellen Mantelstrahlheizrohr (2) besteht, dem ein mit dem Mantelstrahlheizrohr (2) bildenden Hohlraum (3) isoliertes Rohr (4) zugeordnet ist.

g. Einrichtung zur Schutzgaserzeugung im Ofenraum nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß im wohlraum (3) eine gleichmäßige Verteilung des Gas-Luftgemisches erfolgt und eine inerte Schicht (5) sowie katalytische Schichten (6; 7) angeordnet sind.

3. Winrichtung zur ochutzgaserzauOung imim Ofenraum nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Rohr (4) am obaren Ende mit dem Mantelstrahlheizrohr (2) gasdicht und lösbar verbunden ist, während das endo- und exotherm erzeugte schutzgas über eine Austrittsöffnung (8) am unteren Ende in den Ofenraum gelangt.

4. Sinrichtung zur Schutzgaserzeugung im Ofenraum nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Isolierung (9) des Rohres (4) in seiner Dicke und Lage entsprechend des im Reaktionsraum (12) ablaufenden chemisch-thermischen Prozesses angepaßt wird.