PL193048B1 - Sposób obróbki cieplnej metali w atmosferze gazu ochronnego - Google Patents
Sposób obróbki cieplnej metali w atmosferze gazu ochronnegoInfo
- Publication number
- PL193048B1 PL193048B1 PL346466A PL34646699A PL193048B1 PL 193048 B1 PL193048 B1 PL 193048B1 PL 346466 A PL346466 A PL 346466A PL 34646699 A PL34646699 A PL 34646699A PL 193048 B1 PL193048 B1 PL 193048B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- furnace
- protective gas
- hydrogen
- stationary
- water
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 title description 13
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 33
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 67
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 46
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 36
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 19
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 18
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 16
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 15
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 claims description 13
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 12
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 9
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 9
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 7
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910052756 noble gas Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000005654 stationary process Effects 0.000 claims description 3
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 9
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical class [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 21
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 15
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 12
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 7
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 7
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 5
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 description 2
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 2
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- UBAZGMLMVVQSCD-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide;molecular oxygen Chemical compound O=O.O=C=O UBAZGMLMVVQSCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen(.) Chemical compound [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002835 noble gases Chemical class 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000010301 surface-oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229930195735 unsaturated hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 229910009112 xH2O Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23G—CLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
- C23G5/00—Cleaning or de-greasing metallic material by other methods; Apparatus for cleaning or de-greasing metallic material with organic solvents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
- C21D1/76—Adjusting the composition of the atmosphere
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Cleaning And De-Greasing Of Metallic Materials By Chemical Methods (AREA)
- Furnace Details (AREA)
- Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Chemical Treatment Of Metals (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
1. Sposób obróbki cieplnej metali w at- mosferze gazu ochronnego w procesach sta- cjonarnych prowadzonych partiami w stacjo- narnych instalacjach piecowych oraz w niesta- cjonarnych procesach przeplywowych w nie- stacjonarnych instalacjach piecowych, obejmu- jacy fazy nagrzewania, wygrzewania i chlodze- nia, przy czym do utleniania pozostalosci wegla podczas fazy wygrzewania do atmosfery gazu ochronnego doprowadza sie wode wzglednie pare wodna, znamienny tym, ze stosuje sie uboga w wodór atmosfere gazu ochronnego o udziale wodoru mniejszym niz 30% obj., a wode wzglednie pare wodna doprowadza sie, ustala- jac w atmosferze gazu ochronnego stosunek cisnienia czastkowego (P H2O /P H2 ) w zakresie pomiedzy 0,10 do 0,15, przy czym wode wzglednie pare wodna doprowadza sie w spo- sób przerywany, zapewniajac beztlenowa ob- róbke powierzchni metali. PL PL PL
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki cieplnej metali w atmosferze gazu ochronnego w procesach stacjonarnych, prowadzonych partiami w stacjonarnych instalacjach piecowych oraz w niestacjonarnych procesach przepływowych, prowadzonych w niestacjonarnych instalacjach piecowych.
W wielu procesach obróbki cieplnej metali stawia się wysokie wymagania w odniesieniu do składu atmosfery gazowej otaczającej materiał wsadowy, ze względu na potrzebę wyeliminowania reakcji chemicznych z obrabianymi metalowymi częściami lub aby celowo wywołać takie reakcje. Procesy takie zachodzą w instalacjach piecowych umożliwiających nagrzewanie i wygrzewanie w określonej temperaturze, a następnie ochłodzenie, przy czym istnieją tu różnice pomiędzy stacjonarnymi instalacjami piecowymi do przeprowadzania procesów stacjonarnych, prowadzonych partiami i niestacjonarnymi instalacjami piecowymi do niestacjonarnych procesów przepływowych.
Za pomocą gazów technicznych takich jak azot, argon i wodór, względnie ich mieszanin, można uzyskać stosunkowo dobrą i równomierną jakość produktów w postaci obrabianych cieplnie metalowych części. Jednakże przy wyżarzaniu powstają pozostałości środków do ciągnienia, środków walcowniczych lub innych pozostałości, pochodzących z procesów obróbki wstępnej. Większość tych pozostałości stanowią resztki węgla rozłożone w różnej postaci na powierzchni. Często po procesie obróbki cieplnej konieczne jest dodatkowe kosztowne oczyszczanie, takie jak na przykład wytrawianie lub szczotkowanie, gdyż istnieją wysokie wymagania co do jakości obrabianych powierzchni.
Dla stacjonarnych procesów prowadzonych partiami znane są sposoby umożliwiające wystarczające oczyszczanie powierzchni bezpośrednio w piecu. W niemieckich opisach DE 39 21 321 A1. i w DE 36 31 551 C1 opisany jest stopień pośredni w fazie nagrzewania lub zastosowanie bardzo wolnego nagrzewania, oraz przebieg płukania w fazie nagrzewania. Sposoby te prowadzą jednak do przedłużonego czasu wyżarzania i wymagają stosunkowo dużej ilości gazu płuczącego.
Z niemieckiego opisu DE 42 41 746 C1 znany jest sposób w którym, podczas wygrzewania, do oczyszczania stosuje się atmosferę wodorową. Pozostałości węgla reagują z wodorem tworząc metan, a po osiągnięciu określonej wartości granicznej usuwane są okresowo z pieca. Unika się przez to osadzania sadzy. Zastosowanie tego sposobu zapewnia optymalne zużycie gazu ochronnego i dużą czystość powierzchni. Sposób ogranicza się jednak tylko do stacjonarnych procesów prowadzonych partiami.
W niestacjonarnych procesach przepływowych, znanych z EP 0572 780 A2 przedstawione jest urządzenie i sposób, w którym metalowe części, korzystnie metalowe taśmy, czyści się w komorze oczyszczającej stanowiącej stopień wstępny, prowadzący do procesu wyżarzania. Powierzchnię metalowej taśmy poddaje się tu, w stanie zimnym, działaniu uderzeniowego strumienia bogatych w wodór mieszanin gazowych o zawartości wodoru wynoszącej od 30 do 70% obj. W czasie kilku sekund pozostałości oleju ulegają odparowaniu i usuwane są z komory oczyszczającej. Taśma przechodzi następnie do pieca przelotowego, gdzie obrabiana jest cieplnie. Taśma odwijana jest z kręgu i przechodzi następnie przez piec.
Zastosowane gazy techniczne mają dużą czystość, typowo wynosi ona 99,99% obj. tak, że zawartość w nich resztek wilgoci lub tlenu jest bardzo mała. Ta duża czystość gwarantuje stosunkowo stałą jakość uzyskanych wyrobów i niezawodność sposobu. Zanieczyszczenia w stosowanych gazach, na przykład tlen, dwutlenek węgla lub para wodna, mogą doprowadzić do niekontrolowanych reakcji utleniania, które wywierają negatywny wpływ na jakość obrabianych powierzchni.
Przedmiotem wynalazku jest sposób, który umożliwia oczyszczanie powierzchni obrabianych części za pomocą ubogiej w wodór atmosfery gazu ochronnego podczas procesu obróbki cieplnej, w fazie wygrzewania, zarówno w niestacjonarnych jak i w stacjonarnych instalacjach piecowych, i który zapewnia dużą czystość powierzchni obrabianych cieplnie części, również w stanie zwiniętym, w postaci wiązek, rolek i kręgów.
Sposób obróbki cieplnej metali w atmosferze gazu ochronnego w procesach stacjonarnych prowadzonych partiami w stacjonarnych instalacjach piecowych oraz w niestacjonarnych procesach przepływowych w niestacjonarnych instalacjach piecowych, obejmujący fazy nagrzewania, wygrzewania i chłodzenia, przy czym do utleniania pozostałości węgla podczas fazy wygrzewania do atmosfery gazu ochronnego doprowadza się wodę względnie parę wodną, według wynalazku charakteryzuje się tym, że stosuje się ubogą w wodór atmosferę gazu ochronnego o udziale wodoru mniejszym niż 30% obj., a wodę względnie parę wodną doprowadza się, ustalając w atmosferze gazu ochronnego stosuPL 193 048 B1 nek ciśnienia cząstkowego (PH2O/PH2) w zakresie pomiędzy 0,10 do 0,15, przy czym wodę względnie parę wodną doprowadza się w sposób przerywany, zapewniając beztlenową obróbkę powierzchni metali.
Korzystnie, w sposobie według wynalazku doprowadzanie wody względnie pary wodnej prowadzi się z przerwami wynoszącymi od 2 do 10 minut.
Mierzy się w sposób ciągły ciśnienie cząstkowe tlenu w atmosferze pieca i steruje się dopływem wody względnie pary wodnej w zależności od zmierzonej wartości.
Mierzy się stale ciśnienie cząstkowe tlenu w atmosferze pieca i steruje się dopływem gazu ochronnego do instalacji pieca w zależności od zmierzonej wartości.
Korzystnie, podczas fazy ochładzania, do instalacji pieca doprowadza się przynajmniej raz gaz ochronny ubogi w wodór.
W niestacjonarnych instalacjach piecowych wodę względnie parę wodną doprowadza się do najgorętszej części instalacji pieca.
W niestacjonarnych instalacjach piecowych gaz ochronny doprowadza się w sposób ciągły w obszarze strefy chłodzenia instalacji pieca, w przeciwprądzie do obrabianego metalowego materiału, i odprowadza się z instalacji pieca w strefie załadunku materiału metalowego.
Korzystnie, w stacjonarnych instalacjach piecowych podczas fazy wygrzewania, gaz ochronny ubogi w wodór przynajmniej raz, korzystnie przy końcu fazy wygrzewania, usuwa się z instalacji pieca i doprowadza się świeży gaz ochronny do instalacji pieca.
Stosuje się atmosferę gazu ochronnego ubogą w wodór o zawartości wodoru mniejszej od 5% obj. oraz o pozostałości składającej się zasadniczo z azotu i/lub gazu(ów) szlachetnego(-ych).
Określenie ubogi w wodór gaz ochronny oznacza tu gaz ochronny o stosunkowo małej zawartości wodoru, mniejszej niż 30% obj., korzystnie mniejszej niż 5% obj., przy czym resztę stanowi zwłaszcza azot i/lub gaz szlachetny (gazy szlachetne).
W sposobie według wynalazku, wprowadzenie nawilżania atmosfery ochronnej w piecu w fazie wygrzewania, umożliwia oczyszczanie obrabianych powierzchni wyżarzanego materiału bez powodowania wymiany masy z częściami metalowymi. W tym celu do ubogiego w wodór gazu ochronnego dodaje się określoną ilość wody. W zależności od temperatury wygrzewania pozostałości węgla zostają rozłożone za pomocą utleniania. Produkty reakcji utleniania węgla są lotne i przechodzą do fazy gazowej. Taki proces oczyszczania przeprowadza się korzystnie podczas obróbki cieplnej, w fazie wygrzewania, i korzystnie kontroluje się go i reguluje parametry procesu.
Pomiędzy nawilżonym gazem ochronnym i powierzchniowymi powłokami zachodzą poniżej opisane reakcje.
W fazie nagrzewania przylegające, długołańcuchowe i nienasycone węglowodory desorbują z powierzchni w krótkie, łatwolotne produkty rozpadu:
bez pozostałości: CxHy ® zC1Hm z pozostałością: CxHy ® yCkHn + Coke
Pod nazwą Coke rozumie się tu wtopioną, trwałą powłokę zawierającą zasadniczo węgiel i składniki tlenkowe.
Proces ten zależy zasadniczo od temperatury topnienia, temperatury rozpadu i temperatury wrzenia poślizgowych środków walcowniczych. W praktyce obserwuje się rozkład substancji w temperaturach około 400°C. To, czy łatwolotne produkty rozpadu desorbują z powierzchni bez pozostałości lub z pozostałościami, zależy zasadniczo od ilości środków do ciągnienia i środków walcowniczych, a także od wielkości powierzchni i prędkości nagrzewania. Przy dużych ilościach takich środków i znacznych prędkościach nagrzewania pozostająca powłoka Coke w dalszym przebiegu wyżarzania zostaje wtopiona w powierzchnię metalu i może być usunięta tylko za pomocą wytrawiania lub szczotkowania. Działa to szkodliwie na jakość powierzchni.
Gazowe produkty rozkładu, o ile wcześniej nie zostały odprowadzone z przestrzeni pieca, podczas dalszego nagrzewania rozkładają się na powierzchni metalu na sadze i wodór, i powodują dalsze zanieczyszczenie:
C1Hm ® C1(sadza) + m/2 H2
Przy zastosowaniu suchych gazów technicznych (na przykład wodoru) podczas wygrzewania, następuje oczyszczanie powierzchni przez tworzenie się metanu, jak to opisano w opisie DE 42 41 746 C1:
Ccoke + 2H2 ® CH4
PL 193 048 B1
Prędkość reakcji jest tu stosunkowo powolna a chłonność węgla przez gazową atmosferę jest stosunkowo duża.
W przeciwieństwie do tego, przy zastosowaniu mieszanin azot/wodór chłonność zmniejsza się wyraźnie wraz ze wzrastającą temperaturą i zmniejszającym się udziałem wodoru.
Jeżeli mieszaninę azot/wodór o udziale wodoru 5% obj. ogrzać na przykład do 700°C, to uzyskuje się maksymalnie zawartość metanu wynoszącą tylko 0,034% obj., co w porównaniu ze 100% atmosferą wodorową daje wartość około 320 razy mniejszą.
Chłonność węgla w ubogiej w wodór atmosferze gazu ochronnego zwiększa się, zgodnie ze sposobem według wynalazku, przez dodawanie pary wodnej do mieszaniny azot/wodór. Ta para wodna może skutecznie usunąć wtopione pozostałości węgla.
Gaz ochronny przed lub po osiągnięciu temperatury wygrzewania zostaje w określony sposób nawilżony. Dodawana woda wprowadzana jest (na przykład poprzez lancę) w takich ilościach, że nie występuje utlenianie żelaza w obrabianym materiale, i rozpoczyna się przemiana Coke w lotne tlenki węgla. Z tego powodu korzystne jest kontrolowanie procesu. Korzystne jest przy tym sterowanie zasilania wodą za pomocą sondy tlenowej, na przykład sondy lambda.
Oczyszczanie powierzchni zachodzi w wyniku następującej reakcji:
H2O+ Ccoke ® CO + H2
Powłoka węglowa ulega z pomocą pary wodnej przemianie w lotny tlenek węgla i wodór. Wysoka temperatura wygrzewania ułatwia przebieg tak prowadzonego oczyszczania.
Równolegle z rozkładaniem powłoki, para wodna reaguje z lotnymi węglowodorami:
C1Hm + xH2O ® 1CO + m/2 H2 + xH2
Utworzony tlenek węgla utlenia się dalej na dwutlenek węgla:
1CO+ yH2O ® 1CO2 + yH2
Tworzące się ilości tlenku węgla i dwutlenku węgla wynikają z temperaturowej zależności reakcji gazu wodnego.
Ten proces oczyszczania wspierany jest przez reakcję utworzonego dwutlenku węgla z Coke i utworzenie tlenku węgla:
Ccoke +CO2 ® 2CO
W zależności od przebiegu reakcji następuje zużycie pary wodnej podczas oczyszczania. Dlatego atmosferę zwilża się korzystnie za pomocą coraz to nowych iniekcji wody. Ilość wody zależy zasadniczo od stężenia wodoru w gazie ochronnym, od obrabianego materiału i od wolnej objętości pieca do wyżarzania. Ustalana jest ona przez ciśnienie cząstkowe tlenu, względnie przez stosunek odpowiednich ciśnień cząstkowych (PH2O/PH2), przy czym wielkości graniczne dobrane są tak, że nie zachodzi tworzenie się tlenków żelaza. Tego rodzaju utlenienie powierzchni metalu byłoby niepożądane. Korzystnie unika się go poprzez regulację składu gazu ochronnego tak, aby proces był kontrolowanyw każdym odcinku czasu przebiegu procesu.
Do pomiaru cząstkowego ciśnienia tlenu, względnie stosunku odpowiednich ciśnień cząstkowych (PH2O/PH2) korzystnie stosuje się sondę tlenową, na przykład ogniwo elektrolityczne z dwutlenkiem cyrkonu w postaci ciała stałego lub sondę typu lambda. Za pomocą odpowiedniego urządzenia regulacyjnego, zależnie od zmierzonej wartości, tak ustawia się skład atmosfery, w zależności od obrabianego materiału, że zapewniona jest beztlenowa obróbka tego materiału. Dokonuje się tego na przykład przez włączanie lub wyłączanie dopływu wody, i ewentualnie przez obojętną względem węgla obróbkę za pomocą odpowiedniego sterowania płukaniem przez gaz ochronny. Taki sposób postępowania jest zwłaszcza bardzo korzystny w stacjonarnych instalacjach piecowych.
Napięcie sondy tlenowej jest zależne od temperatury pieca i stosunku PH2O/PH2 gazu piecowego, jak przedstawia to wykres na fig. 1. Zależnie od temperatury wygrzewania steruje się atmosferą pieca tak, aby utrzymywało się stałe i określone napięcie sondy, i ażeby zachodziło optymalne oczyszczanie powierzchni. Napięcie sondy może przy tym zmieniać się w określonym zakresie pomiarowym, bez powodowania ujemnego wpływu na wynik oczyszczania. Optymalny zakres ograniczony jest przez linie b dla PH2O/PH2=0,100 i c dla PH2O/PH2=0,150, przy zastosowaniu umieszczonej wewnątrz pieca sondy tlenowej, oraz ograniczony jest przez linie d dla PH2O/PH2=0,100 i e dla PH2O/PH2=0,150, przy zastosowaniu zewnętrznej sondy typu lambda, to znaczy umieszczonej na zewnątrz pieca. Linia a ogranicza cały obszar regulacji od góry i wyznacza zakres suchej mieszaniny gazu dla
PL 193 048 B1
PH2O/PH2=0,015. Wewnątrz tych granic, zależnie od przypadku zastosowania, można regulować nastawialny skład gazu piecowego, a tym samym przeprowadzać oczyszczanie powierzchni. Aby nie występowało utlenianie żelaza i/lub skraplanie się wody na zimnych obszarach instalacji, stosunek PH2O/PH2 powinien być mniejszy od 0,15.
Stabilność tlenków żelaza zależy od temperatury i od stosunku ciśnień cząstkowych pary wodnej i wodoru. Poniżej temperatury 560°C następuje tworzenie się magnetytu (Fe3O4), a powyżej tej temperatury zachodzi utlenianie do FeO. Przy wyżarzaniach w mieszaninach gazowych azotu i wodoru, korzystnym okazał się stosunek PH2O/PH2 wynoszący 0,10. Jeżeli na przykład niskostopowa stal zostanie poddana obróbce w mieszaninie gazów składającej się z azotu i 5% obj. wodoru, to zawartość pary wodnej ustalona zostaje na 0,5% obj., co odpowiada „punktowi rosy” atmosfery gazu ochronnego wynoszącemu -2°C. Ten „punkt rosy” mierzy się korzystnie za pomocą wewnętrznej lub zewnętrznej komórki pomiarowej, zaś przez sterowanie odpowiednimi zaworami, na przykład zaworami elektromagnetycznymi, prowadzi się regulację tak, aby na zimnych miejscach nie skraplała się woda.
Sposób według wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig.1 przedstawia zależność napięcia sondy tlenowej od temperatury pieca, a fig. 2 - schemat urządzenia do realizacji sposobu z regulowaną iniekcją wody do pieca.
Urządzenie przedstawione na fig. 2 zawiera piec 1,w którym znajduje się wyparka iniektorowa do wody 2, rura do iniekcji gazu ochronnego 3 oraz tlenowa sonda pomiarowa 4. Sygnał mierzony w tlenowej sondzie pomiarowej 4 przesyłany jest do zespołu regulującego 5, w którym aktualnie zmierzona wartość (wartość rzeczywista) w piecu 1, w fazie wygrzewania, porównywana jest w sposób ciągły z wartością żądaną.
Podstawą wartości rzeczywistej może być ciśnienie cząstkowe tlenu, względnie stosunek (PH2O/PH2). Przy odchyleniach wartości rzeczywistej od wartości żądanej, zespół regulujący 5 steruje zaworami elektromagnetycznymi 6a i 6b umieszczonymi w wyparce iniektorowej do wody 2, do których, poprzez przewód 7, doprowadzana jest woda z zasobnika wody 8. Dozowanie wody prowadzi się korzystnie z przerwami, w odstępach korzystnie około 5 min. Para wodna tworząca się we wnętrzu pieca 1 rozprowadzana jest, za pomocą wentylatorów wymuszających w piecu jej ruch cyrkulacyjny, równomiernie w gazowej atmosferze pieca 1. Dalsze iniekcje następują tak długo, aż wartość rzeczywista i wartość żądana ulegną zrównaniu. Ilość wody, która wtryskiwana jest przy każdej iniekcji, mierzona jest przez urządzenie do pomiaru przepływu 9 i jest nastawiana za pomocą urządzenia regulacyjnego 17, korzystnie za pomocą zaworu. Czas odstępu pomiędzy kolejnymi iniekcjami nastawia się za pomocą członu czasowego w zespole regulującym 5. Po osiągnięciu wartości żądanej w piecu 1, iniekcja wody do atmosfery gazu ochronnego zostaje przerwana przez zamknięcie zaworów elektromagnetycznych 6a i 6b. Jednocześnie przerwany zostaje sygnał czasowy regulujący odstępy pomiędzy iniekcjami. Ze względów bezpieczeństwa technicznego wyparka iniektorowa do wody 2 jest tu wyposażona w dwa zawory elektromagnetyczne 6a i 6b, umieszczone jeden za drugim. Atmosferę gazu ochronnego ustawia się poprzez dopływ mieszaniny gazowej zawierającej azot i wodór. Azot pobiera się ze zbiornika zasobnikowego 10, doprowadza się do temperatury otoczenia, na przykład za pomocą przedstawionej tu wyparki powietrznej 11,i poprzez przewód 12 doprowadza siędo urządzenia mieszającego 13, do którego jednocześnie doprowadza się, poprzez przewód 14, wodór ze zbiornika zasobnikowego 15. Mieszaninę gazową z urządzenia mieszającego 13, doprowadza się, poprzez przewód 16, do rury wstrzykującej gaz ochronny 3, przy czym do sterowania doprowadzaniem gazu ochronnego wykorzystuje się urządzenia znane ze stanu techniki.
Mieszanina azotu z wodorem o udziale wodoru wynoszącym 5% obj., przy temperaturze 700°C została nawilżona do punktu rosy -2°C. Przy stałym stosunku PH2O/PH2 wynoszącym 0,10 ustalił się zrównoważony skład atmosfery gazu ochronnego zawierający około 12,24% obj. H2, 1,22% obj. H2O, 6,74% obj. CO, 0,50% obj. CO2, 0,20% obj. CH4, zaś resztę stanowił N2. Wartości mierzone przez zastosowane sondy wynosiły: około -1110 mV dla sondy lambda i -1071mV (H2O/H2) dla sondy tlenowej. Stosunek ciśnień cząstkowych PH2O/PH miał wartość 0,10.
Suma składników zawierających węgiel Cx= (%CO + %CO2 + %CH4) dla wilgotnej mieszaniny gazowej znajdującej się w równowadze chemicznej wynosiła 7,44%, i tym samym w porównaniu do suchej mieszaniny gazowej była około 220 razy większa. Współczynnik 220 wskazuje na silny wpływ nawilżenia na własności czyszczące ubogich w wodór atmosfer gazu ochronnego. Pobór węgla jest tu prawie porównywalny z poborem w atmosferze czystego wodoru. Odnosi się to szczególnie do mieszanin gazowych o małym udziale wodoru poniżej 30% obj., korzystnie poniżej 5% obj. Wraz ze wzra6
PL 193 048 B1 stającymi udziałami H2 współczynnik ten zmniejsza się, przy czym dla czystego wodoru o 1,5% wilgotności jest on porównywalny z oczyszczaniem poprzez tworzenie metanu.
Addycja heterogenicznej i homogenicznej reakcji gazu wodnego powoduje powstanie tak zwanej reakcji Boudonarda 2CO « CO2+Csadza
Wraz ze zmniejszającą się temperaturą w fazie ochładzania równowaga przesuwa się w kierunku tworzenia się sadzy. Zaznacza się to przez znaczny wzrost CO2 i przez bardzo duże osadzanie się sadzy we wnętrzu pieca. Tworzenie się CO2 prowadzi, przy temperaturze poniżej 500°C, do utleniania powierzchni, którego nie można już cofnąć. Osadzanie się sadzy również powoduje duże zanieczyszczenie powierzchni. Oba te zjawiska mogą jednakże zostać wyeliminowane, zgodnie z wynalazkiem, przez całkowitą wymianę atmosfery przy końcu fazy wygrzewania, na przykład przez płukanie suchą mieszaniną gazową N2/H2, co ma na celu utrzymanie czystej powierzchni podczas fazy ochładzania. W takim przypadku nawilżony gaz ochronny, zawierający przejęte produkty oczyszczania, zostaje usunięty z pieca i zastąpiony przez suchą mieszaninę gazową. Przebieg płukania korzystnie może być zaprogramowany w istniejącym układzie sterowania pieca z instalacją stacjonarną.
W piecach przelotowych do obróbki cieplnej wyżarzanego materiału wymiana atmosfery zachodzi w sposób ciągły. Dlatego celowe jest takie dobranie zasilania gazem, przy którym całkowita ilość gazu ochronnego przepływa stale w przeciwprądzie względem obrabianego przez wyżarzanie materiału, na przestrzeni całej instalacji pieca, to znaczy także przez strefę chłodzenia. Nawilżanie przeprowadza się tylko we właściwej przestrzeni pieca, to znaczy w jego najgorętszej strefie, i tam też kontroluje sięje za pomocą zespołu regulującego. Wystarczająca ilość gazu, który ze strefy chłodzenia napływa przeciwnie do wyżarzanego materiału zapewnia to, że strefa chłodzenia jest pozbawiona tlenków węgla pobranych w strefie gorącej. W ten sposób unika się tworzenia sadzy w tej chłodniejszej części instalacji pieca. Gaz ochronny opuszcza instalację piecową zasadniczo poprzez strefę załadunku.
Claims (9)
1. Sposób obróbki cieplnej metali w atmosferze gazu ochronnego w procesach stacjonarnych prowadzonych partiami w stacjonarnych instalacjach piecowych oraz w niestacjonarnych procesach przepływowych w niestacjonarnych instalacjach piecowych, obejmujący fazy nagrzewania, wygrzewania i chłodzenia, przy czym do utleniania pozostałości węgla podczas fazy wygrzewania do atmosfery gazu ochronnego doprowadza się wodę względnie parę wodną, znamienny tym, że stosuje się ubogą w wodór atmosferę gazu ochronnego o udziale wodoru mniejszym niż 30% obj., a wodę względnie parę wodną doprowadza się, ustalając w atmosferze gazu ochronnego stosunek ciśnienia cząstkowego (PH2O/PH2) w zakresie pomiędzy 0,10 do 0,15, przy czym wodę względnie parę wodną doprowadza się w sposób przerywany, zapewniając beztlenową obróbkę powierzchni metali.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że doprowadzanie wody względnie pary wodnej prowadzi się z przerwami wynoszącymi od 2 do 10 minut.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mierzy sięw sposób ciągły ciśnienie cząstkowe tlenu w atmosferze pieca (1) i steruje się dopływem wody względnie pary wodnej w zależności od zmierzonej wartości.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że mierzy się stale ciśnienie cząstkowe tlenu w atmosferze pieca (1) i steruje się dopływem gazu ochronnego do instalacji pieca (1)w zależności od zmierzonej wartości.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas fazy ochładzania, do instalacji pieca (1) doprowadza się przynajmniej raz gaz ochronny ubogi w wodór.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w niestacjonarnych instalacjach piecowych wodę względnie parę wodną doprowadza się do najgorętszej części instalacji pieca (1).
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w niestacjonarnych instalacjach piecowych gaz ochronny doprowadza się w sposób ciągły w obszarze strefy chłodzenia instalacji pieca (1), w przeciwprądzie do obrabianego metalowego materiału, i odprowadza się z instalacji pieca (1) w strefie załadunku materiału metalowego.
PL 193 048 B1
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w stacjonarnych instalacjach piecowych podczas fazy wygrzewania, gaz ochronny ubogi w wodór przynajmniej raz, korzystnie przy końcu fazy wygrzewania, usuwa się z instalacji pieca (1) i doprowadza się świeży gaz ochronny do instalacji pieca (1).
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się atmosferę gazu ochronnego ubogą w wodór o zawartości wodoru mniejszej od 5% obj. oraz o reszcie składającej się zasadniczo z azotu i/lub gazu(ów) szlachetnego(ych).
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19840778A DE19840778A1 (de) | 1998-09-07 | 1998-09-07 | Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Metalloberflächen |
| PCT/EP1999/005960 WO2000014289A1 (de) | 1998-09-07 | 1999-08-13 | Verfahren und vorrichtung zur reinigung von metalloberflächen |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL346466A1 PL346466A1 (en) | 2002-02-11 |
| PL193048B1 true PL193048B1 (pl) | 2007-01-31 |
Family
ID=7880080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL346466A PL193048B1 (pl) | 1998-09-07 | 1999-08-13 | Sposób obróbki cieplnej metali w atmosferze gazu ochronnego |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1114196B2 (pl) |
| AT (1) | ATE217029T1 (pl) |
| DE (2) | DE19840778A1 (pl) |
| PL (1) | PL193048B1 (pl) |
| WO (1) | WO2000014289A1 (pl) |
| YU (1) | YU49428B (pl) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10162702C1 (de) * | 2001-12-19 | 2003-04-17 | Messer Griesheim Gmbh | Verfahren zur Vermeidung von Klebern und Kratzern beim Rekristallisationsglühen von Kaltband |
| DE10215857A1 (de) * | 2002-04-10 | 2003-10-23 | Linde Ag | Vorrichtung und Verfahren zur Kontrolle der Zusammensetzung einer Gasatmosphäre |
| WO2009149903A1 (de) | 2008-06-13 | 2009-12-17 | Loi Thermoprocess Gmbh | Verfahren zum hochtemperatur-glühen von kornorientiertem elektroband in einer schutzgasatmospäre in einem wärmebehandlungsofen |
| DE102010032919B4 (de) * | 2010-07-30 | 2023-10-05 | Air Liquide Deutschland Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Befeuchten eines brennbaren Gases |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3233374A1 (de) * | 1982-09-08 | 1984-03-08 | Sumitomo Metal Industries, Ltd., Osaka | Verfahren zur herstellung eines gereinigten kaltgewalzten stahlbandes |
| EP0157708B1 (fr) * | 1984-04-05 | 1990-10-10 | Stein Heurtey | Procédé de dégraissage d'une bande métallique laminée à froid |
| DE3639657A1 (de) * | 1986-11-20 | 1988-06-01 | Philips Patentverwaltung | Verfahren zum reinigen von metallbauteilen fuer kathodenstrahlroehren |
| DE3725174A1 (de) * | 1987-07-29 | 1989-02-09 | Linde Ag | Verfahren zum blank- und rekristallisationsgluehen |
| BE1001323A3 (fr) * | 1988-01-15 | 1989-09-26 | Cockerill Sambre Sa | Procede de controle de l'atmosphere humide dans un four de traitement thermique et installation a cet effet. |
| DE4428614C2 (de) * | 1994-08-12 | 1999-07-01 | Loi Thermprocess Gmbh | Verfahren zum Glühen von Metallteilen |
| DE4207394C1 (pl) * | 1992-03-09 | 1993-02-11 | Messer Griesheim Gmbh, 6000 Frankfurt, De | |
| DE59300400D1 (de) * | 1992-04-06 | 1995-08-31 | Ebg Elektromagnet Werkstoffe | Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Metallbandoberflächen durch Gasspülung in wasserstoffreichen Atmosphären. |
| DE4241746C1 (de) * | 1992-12-11 | 1994-08-25 | Messer Griesheim Gmbh | Verfahren zum rußfreien Glühen von Stahlband in einem Glühofen |
| US5772428A (en) * | 1996-02-09 | 1998-06-30 | Praxair Technology, Inc. | Method and apparatus for heat treatment including H2 /H2 O furnace region control |
-
1998
- 1998-09-07 DE DE19840778A patent/DE19840778A1/de not_active Ceased
-
1999
- 1999-08-13 DE DE59901364T patent/DE59901364D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1999-08-13 AT AT99942869T patent/ATE217029T1/de not_active IP Right Cessation
- 1999-08-13 PL PL346466A patent/PL193048B1/pl not_active IP Right Cessation
- 1999-08-13 EP EP99942869A patent/EP1114196B2/de not_active Expired - Lifetime
- 1999-08-13 WO PCT/EP1999/005960 patent/WO2000014289A1/de not_active Ceased
- 1999-08-20 YU YU39999A patent/YU49428B/sh unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1114196B2 (de) | 2006-04-12 |
| WO2000014289A1 (de) | 2000-03-16 |
| YU39999A (sh) | 2001-12-26 |
| DE59901364D1 (de) | 2002-06-06 |
| ATE217029T1 (de) | 2002-05-15 |
| DE19840778A1 (de) | 2000-03-09 |
| EP1114196A1 (de) | 2001-07-11 |
| YU49428B (sh) | 2006-01-16 |
| PL346466A1 (en) | 2002-02-11 |
| EP1114196B1 (de) | 2002-05-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5992196A (en) | Process for pickling a piece of steel and in particular a sheet strip of stainless steel | |
| WO2008058986A1 (en) | Annealing and pickling process | |
| US4003764A (en) | Preparation of an ε-carbon nitride surface layer on ferrous metal parts | |
| EP0276457A2 (en) | A method for producing non-aging hot-dip galvanized steel strip | |
| PL193048B1 (pl) | Sposób obróbki cieplnej metali w atmosferze gazu ochronnego | |
| CA1255897A (en) | Continuously treating line for steel bands having a heating furnace by directly flaming | |
| EP0233944B1 (en) | Continuous strip steel processing line having direct firing furnace | |
| CA2090344C (en) | Process to prevent the formation of adhesives when annealing steel band | |
| RU2122035C1 (ru) | Способ прямого восстановления содержащего оксиды железа материала (варианты) и устройство для осуществления способа (варианты) | |
| JP2008261033A (ja) | 方向性珪素鋼板の製造方法およびその連続脱炭・窒化焼鈍設備 | |
| EP0804622B1 (en) | Method for heat treatment of stainless steel | |
| US5645655A (en) | Process to anneal steel strips in an annealing furnace without generating carbon black | |
| US5785773A (en) | Process for avoiding stickers in the annealing of cold strip | |
| JPS5811493B2 (ja) | 冷延鋼帯の連続焼鈍設備 | |
| AU6992300A (en) | Method and installation for hot dip galvanizing hot rolled steel strip | |
| JPS5844133B2 (ja) | 冷延鋼帯の連続焼鈍方法 | |
| JPH0461913A (ja) | 炭酸ガスの分解方法および分解装置 | |
| PL189905B1 (pl) | Sposób regulacji atmosfery w piecu do obróbki cieplnej | |
| POSLEDICE | Supersaturation of iron with nitrogen, hydrogen or carbon and the consequences | |
| CA1133809A (en) | Method of nitriding steel | |
| CA1103569A (en) | Preheat and cleaning system | |
| KR20250040185A (ko) | 연속 소둔로 청정화 설비 및 방법 | |
| KR20250083840A (ko) | 연속 소둔로의 분위기 가스 재사용 설비 및 방법 | |
| JPH06145937A (ja) | 酸化スケ−ル付着熱延鋼板の溶融亜鉛めっき方法 | |
| KR20240146254A (ko) | 연속 소둔로 및 소둔로 청정화 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Decisions on the lapse of the protection rights |
Effective date: 20100813 |