VERFAHREN ZUR WÄRMEBEHANDLUNGEN VON EISENWERKSTOFFEN

Beschreibung

[0001] 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.

[0002] 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 + H2 + H2O + N2

wobei Wert x von >2,41 und <9,64 (λ = >0,25 bis 1,00) liegt.

[0003] Die Herstellung dieses Schutzgases erfolgt in Exogasgeneratoren.

[0004] 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.

[0005] 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).

[0006] Ein typisches Exogas hat eine Zusammensetzung von 7% H2, 7% CO, 7% CO2, 0,10% H2O, Rest N2.

[0007] 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)

[0008] 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.

[0009] 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).

[0010] 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.

[0011] Die Herstellung von Endogas erfolgt in Endogasgeneratoren. Dazu wird das vorgemischte Erdgas/Luftgemisch einer beheizten Retorte mit Katalysatorfüllung zugeführt und dort zur Reaktion gebracht.

[0012] 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.

[0013] Es handelt sich hierbei um eine endotherme Reaktion, d.h., ein Teil der Aufheiz- und die gesamte Reaktionsenthalpie muss dem System zugeführt werden.

[0014] Das Endogas wird aus einem Kohlenwasserstoff und Luft, z.B. nach folgender Reaktionsgleichung hergestellt:

        CH4 + 2,41 (0,79 N2 + 0,21 O2) → CO + 2 H2 + 0,79 N2 + Spuren H2O und CO2

[0015] Das erzeugte Endogas wird auf Raumtemperatur abgekühlt und ist dann einsatzbereit.

[0016] 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.

[0017] 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.

[0018] Dieses "reine" Endogas wird mit Stickstoff verdünnt (versetzt) und anschließend der Wärmebehandlungsanlage, z.B. einem Rollenherddurchlauf-Ofen, zugeführt.

[0019] 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.

[0020] Dokument EP 0261461 A offenbart ein Verfahren zur Wärmebehandlung von metallischen Werkstoffen in einem Rollenherddurchlaufofen unter Schutzgasatmosphäre, wobei Endogas durch einen innenliegenden Gasgenerator erzeugt wird, und zusätzlich Stickstoff beidseitig der Zuführungsstelle für das Behandlungsgas zugeführt wird.

[0021] 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.

[0022] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Eisenwerkstoffen mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

[0023] Die die Erfindung ausgestaltenden Merkmale sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

[0024] Erfindungsgemäß wird als Schutzgas reines Endogas oder teilweise mit Stickstoff verdünntes Endogas und zusätzlich reiner Stickstoff separat voneinander in unterschiedlichen Bereichen der Wärmebehandlungsanlage eingespeist.

[0025] 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.

[0026] 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.

[0027] 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.

[0028] 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.

[0029] 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.

[0030] 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.

[0031] 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.

[0032] Zur möglichst schnellen homogenen Gasgemischbildung wird das Endogas mit einem Überdruck von 40 bis 60 mbar durch ein, in die Stickstoff-Rohrleitung angeordnetes, vorteilhaft L-förmig ausgebildetes Rohr, in den mittels eines Feindruckreglers auf einen Überdruck von 20 bis 30 mbar geregelten Stickstoff eingetragen.

[0033] 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.

[0034] 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.

[0035] Der Eintrag des zusätzlichen Stickstoffs in den Kühltunnel der Wärmebehandlungsanlage erfolgt mittels üblicher Düsen, vorteilhaft aber mittels eines herkömmlichen Düsenstocks.

[0036] 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.

[0037] 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.

[0038] 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.

[0039] 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.

[0040] 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.

[0041] Durch die Erfindung wird der zeitliche, personelle und finanzielle Aufwand bei der Wärmebehandlung von Eisenwerkstoffen wesentlich verringert und eine sichere Prozessführung möglich.

[0042] Durch den Eintrag von tiefkaltem flüssigem Stickstoff in den Kühltunnel der Wärmebehandlungsanlage kann die Kühlleistung des Kühltunnels weiter erhöht werden.

[0043] 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.

[0044] 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.

[0045] 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.

[0046] Die Gasentnahmeeinrichtung kann zudem mit einem Gasanalysengerät, einer Lambda-Sonde oder anderen Meßsystemen ausgerüstet sein, wodurch keine zusätzliche Gasentnahmestellen an der Wärmebehandlungsanlage erforderlich sind.

[0047] Durch ein mit der Gasentnahmeeinrichtung gekoppeltes Meßsystem werden (taktweise) alle Messstellen angesteuert und die aktuelle Gaszusammensetzung gemessen.

[0048] Die elektronisch ermittelten Messwerte finden zur automatischen Schutzgasregelung bei einer von einem vorgegebenen Sollwert abweichenden Gaszusammensetzung Verwendung.

[0049] 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.

[0050] 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.

[0051] 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.

[0052] 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.

[0053] 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.

[0054] 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.

[0055] 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.

[0056] 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).

[0057] 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.

[0058] Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

[0059] Es zeigen:

Fig.

1 Grafische Darstellung der Regelbarkeit der Kohlenstoffaktivität von Exogas und Endolin-Gas bei der Wärmebehandlung von Eisen-Kohlenstoff-Legierungen;

Fig. 2

Grafische Darstellung der Stickstoffkonzentration in Abhängigkeit von dem Endogas- Endolin-Schutzgaseinsatz in einer Wärmebehandlungsanlage mit Kühltunnel.

[0060] In Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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. Fig. 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 (10m3/h) möglich ist, um die Sicherheitsbedingung von kleiner 5Vol.-%H2,CO zu realisieren.
Nach Variante 2 sind somit die Aspekte der Sicherheit und eine möglichst hohe H2,CO-Konzentration im Heizraum realisiert.

Ansprüche

1. Verfahren zum Glühen von Rohren, Profilen, Drähten, Stäben und Blechen aus Eisenwerkstoffen in einem einen Kühltunnel und einen Heizraum aufweisenden Rollenherddurchlaufofen unter einer Schutzgasatmosphäre von Endogas-Gemischen, dadurch gekennzeichnet, daß mit Stickstoff verdünntes Endogas und zusätzlich reiner Stickstoff separat voneinander und in unterschiedlichen Anlagenbereichen eingespeist werden, wobei das außerhalb des Rollenherddurchlaufofens mit Stickstoff in einem Mischungsverhältnis im Bereich zwischen 1:19 bis 1:3 verdünnte Endogas direkt in den Heizraum eingetragen wird, und der zusätzlich zur Verdünnung des Endogases eingesetzte Stickstoff in unterschiedliche Bereiche des Kühltunnels eingedüst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H2) und Stickstoff (N2) bestehende Endogas in das Heizraumende und quer zur Transportrichtung des Wärmebehandlungsguts eingedüst wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Endogas vor der Verdünnung mit Stickstoff einen Taupunkt im Bereich von +5 bis +15°C aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Endogas durch mindestens ein automatisches Dosierventil in den Heizraum des Rollenherddurchlaufofens eingespeist wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Rollenherddurchlaufofen eingespeisten Dosiermengen an Endogas und Stickstoff erfasst und zur Ermittlung der aktuellen Sauerstoff- und Kohlenstoffaktivitäten während der Wärmebehandlung Verwendung finden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur besseren Konvektion des Endogases im Heizraum dem Endogas Stickstoff außerhalb des Rollenherddurchlaufofens zudosiert wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die geforderte Kohlenstoffaktivität der Gasphase im Heizraum des Rollenherddurchlaufofens über den Taupunkt des in einem Endogasgenerator erzeugten reinen Endogases eingestellt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei zu hoher Kohlenstoffaktivität Luft in das dem Heizraum des Rollenherddurchlaufofens zugeführte Endogasgemisch dosiert wird, und sich außerhalb der Gaseinspeisestelle eine homogene Gasphase ausbildet.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Endogas mit einem Überdruck von 40 bis 60 mbar in den einen Überdruck von 20 bis 30 mbar aufweisenden Stickstoff eingetragen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Endogas durch ein in der Stickstoff-Rohrleitung angeordnetes gekrümmtes Mischrohr eingetragen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Endogas mit einem Überdruck von 60 mbar durch einen Injektor, der mit Hilfe des Stickstoffstromes das Endogas ansaugt und mischt und dadurch ein homogenes verdünntes Endogas erzeugt, eingetragen wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiermengen an Erdgas und Luft und somit die Dosiermenge an Endogas in Abhängigkeit von dem in der an den Rollenherddurchlaufofen angeordneten Endogas-Stickstoff-Leitung herrschenden Staudruck geregelt werden.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stickstoff in den Kühltunnel mit einem ersten Teilstrom in Richtung des Heizraumeinlaufs und mit einem zweiten Teilstrom in Richtung des Kühltunnelauslaufs des Rollenherddurchlaufofens eingedüst wird.

14. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiermenge an Stickstoff mittels einer im Auslaufbereich des Rollenherddurchlaufofens angeordneten Lambda-Sonde geregelt wird.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Heizraum des Rollenherddurchlaufofens abdampfenden flüchtigen Bestandteile des Wärmebehandlungsguts zum Einlauf des Rollenherddurchlaufofens transportiert und dort abgefackelt und abgeführt werden.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß flüssiger Stickstoff in das erste Drittel des dem Kühltunnelauslauf nächstliegenden Kühltunnelbereichs oder in das letzte Drittel des dem Heizraumauslauf nächstliegenden Kühltunnelbereichs Rollenherddurchlaufofens eingespeist wird.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas zum Bestimmen seines Konzentrationsprofils während des Wärmebehandlungsprozesses über die gesamte Länge Rollenherddurchlaufofens mittels mindestens einer an den Rollenherddurchlaufofen angeordneten Gasentnahmeeinrichtung aus dem Rollenherddurchlaufofen entnommen und nach anschließender elektronischer Verarbeitung zur automatischen Regelung der Endogas- und Stickstoffzuführung in den Rollenherddurchlaufofen Verwendung findet.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Konzentrationen an Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H₂) am Ende des Kühltunnels des Rollenherddurchlaufofens kleiner 5 Vol.-% ist.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Taupunkt des mit Stickstoff verdünnten Schutzgases im Kühltunnel niedriger als im Heizraum des Rollenherddurchlaufofens ist.

Claims

1. Method for annealing tubes, profiled sections, wires, rods and sheets of metal made from ferrous materials in a continuous roller hearth furnace having a cooling tunnel and a heating space under a protective gas atmosphere of endogas mixtures, characterized in that endogas which has been partially diluted with nitrogen and additionally pure nitrogen are fed in separately from one another and into different regions of the installation, wherein the endogas, which is diluted with nitrogen in a mixing ratio in the range of between 1:19 to 1:3 outside the continuous roller hearth furnace, is introduced directly into the heating space and the nitrogen which is used in addition for the dilution of the endogas is injected into different regions of the cooling tunnel.

2. Method according to Claim 1, characterized in that the endogas, which consists of carbon monoxide (CO), hydrogen (H₂) and nitrogen (N₂), is injected into the end of the heating space and transversely with respect to the conveying direction of the heat-treatment material.

3. Method according to one of Claims 1 to 2, characterized in that the endogas has a dew point in the range from +5 to +15°C before the dilution with nitrogen.

4. Method according to Claim 3, characterized in that the endogas is fed into the heating space of the continuous roller hearth furnace through at least one automatic metering valve.

5. Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the metered quantities of endogas and nitrogen fed into the continuous roller hearth furnace are recorded and are used to determine the current oxygen and carbon activities during the heat treatment.

6. Method according to one of the preceding claims, characterized in that to improve the convention of the endogas in the heating space, nitrogen is metered to the endogas outside the continuous roller hearth furnace.

7. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the required carbon activity of the gas phase in the continuous roller hearth furnace heating space of the endogas is set by means of the dew point of the pure endogas generated in the generator.

8. Method according to one of the preceding claims, characterized in that if the carbon activity is too high, air is metered into the endogas mixture fed to the heating space in the continuous roller hearth furnace and a homogenous gas phase is formed outside the location at which the gas is fed in.

9. Method according to Claim 6, characterized in that the endogas is introduced into the nitrogen, which has a superatmospheric pressure of from 20 to 30 mbar, at a superatmospheric pressure of from 40 to 60 mbar.

10. Method according to Claim 9, characterized in that the endogas is introduced through a curved mixing tube arranged in the nitrogen pipeline.

11. Method according to Claim 9, characterized in that the endogas is introduced at a superatmospheric pressure of 60 mbar by an injector, which sucks in the endogas with the aid of the stream of nitrogen and thereby generates a homogenous dilute endogas.

12. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the metered quantities of natural gas and air and therefore the metered quantity of endogas are controlled as a function of the dynamic pressure prevailing in the endogas/nitrogen line arranged at the continuous roller hearth furnace.

13. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the nitrogen is injected into the cooling tunnel with a first part-stream in the direction of the heating space inlet and with a second part-stream in the direction of the cooling tunnel outlet of the continuous roller hearth furnace.

14. Method according to Claim 8, characterized in that the metered quantity of nitrogen is controlled by means of a lambda sensor arranged in the outlet region of the continuous roller hearth furnace.

15. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the volatile constituents of the heat-treatment material which evaporate out of the heating space of the continuous roller hearth furnace are transported to the inlet of the continuous roller hearth furnace, where they are burnt off and discharged.

16. Method according to one of the preceding claims, characterized in that liquid nitrogen is fed into the first third of the cooling tunnel region closest to the cooling tunnel outlet or into the last third of the cooling tunnel region closest to the heating space outlet, in the continuous roller hearth furnace.

17. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the protective gas, in order for its concentration profile to be determined during the heat treatment process over the entire length of the continuous roller hearth furnace, is removed from the continuous roller hearth furnace by means of at least one gas removal device arranged at the continuous roller hearth furnace, and after subsequent electronic processing is used for automatic control of the endogas and nitrogen feed into the continuous roller hearth furnace.

18. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sum of the concentrations of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H₂) at the end of the cooling tunnel of the continuous roller hearth furnace is less than 5% by volume.

19. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the dew point of the protective gas that has been diluted with nitrogen in the cooling tunnel is lower than in the heating space of the continuous roller hearth furnace.

Revendications

1. Procédé de recuit de tubes, de profilés, de fils, de barres ou de tôles en matériaux ferreux dans un four à rouleaux d'avancement qui présente un tunnel de refroidissement et un espace de chauffage, sous une atmosphère de gaz de protection constitué de mélanges d'endogaz,
caractérisé en ce que

de l'endogaz dilué à l'azote et de plus de l'azote pur sont injectés séparément l'un de l'autre et dans différentes parties de l'installation,

en ce que l'endogaz dilué à l'azote à l'extérieur du four à rouleaux d'avancement dans un rapport de mélange compris dans la plage de 1:19 à 1:3 est introduit directement dans l'espace de chauffage et

en ce que de l'azote supplémentaire utilisé pour diluer l'endogaz est injecté dans différentes parties du tunnel de refroidissement.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'endogaz constitué de monoxyde de carbone (CO), d'hydrogène (H₂) et d'azote (N₂) est injecté à l'extrémité de l'espace de chauffage et transversalement par rapport à la direction du transport du produit à traiter thermiquement.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'avant la dilution à l'azote, le point de rosée de l'endogaz est compris dans la plage de +5 à +15°C.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'endogaz est injecté dans l'espace de chauffage du four à rouleaux d'avancement au moyen d'au moins une soupape de dosage automatique.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les quantités d'endogaz et d'azote injectées dans le four à rouleaux d'avancement sont détectées et sont utilisées pour déterminer les activités effectives de l'oxygène et du carbone pendant le traitement thermique.

6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour améliorer la convection de l'endogaz dans l'espace de chauffage, de l'azote est ajouté dans l'endogaz à l'extérieur du four à rouleaux d'avancement.

7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'activité imposée du carbone dans la phase gazeuse présente dans l'espace de chauffage du four à rouleaux d'avancement est établie par l'intermédiaire du point de rosée de l'endogaz pur formé dans un générateur d'endogaz.

8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsque l'activité carbone est trop élevée, de l'air est injecté dans le mélange d'endogaz apporté dans l'espace de chauffage du four à rouleaux d'avancement et en ce qu'une phase gazeuse homogène se forme à l'extérieur de l'emplacement d'injection de gaz.

9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'endogaz est introduit à une surpression de 40 à 60 mbars dans l'azote qui présente une surpression de 20 à 30 mbars.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'endogaz est introduit par un tube de mélange cintré disposé dans le conduit tubulaire d'azote.

11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'endogaz est introduit à une surpression de 60 mbars par un injecteur qui aspire et mélange l'endogaz à l'aide de l'écoulement d'azote pour ainsi former un endogaz dilué homogène.

12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les quantités dosées de gaz naturel et d'air ainsi que les quantités dosées d'endogaz sont régulées en fonction de la pression d'accumulation qui règne dans le conduit d'azote et d'endogaz disposé dans le four à rouleaux d'avancement.

13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'azote est injecté dans le tunnel de refroidissement par un premier écoulement partiel orienté en direction de l'entrée de l'espace de chauffage et par un deuxième écoulement partiel orienté en direction de la sortie du tunnel de refroidissement du four à rouleaux d'avancement.

14. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la quantité dosée d'azote est régulée au moyen d'une sonde lambda disposée dans la zone de sortie du four à rouleaux d'avancement.

15. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les composants volatils du produit à traiter thermiquement, qui se vaporisent hors de l'espace de chauffage du four à rouleaux d'avancement, sont transportés vers l'entrée du four à rouleaux d'avancement pour y être brûlés en torchère et évacués.

16. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que de l'azote liquide est injecté dans le premier tiers de la partie du tunnel de refroidissement adjacente à la sortie du tunnel de refroidissement ou dans le dernier tiers de la partie du tunnel de refroidissement du four à rouleaux d'avancement adjacente à la sortie de l'espace de refroidissement.

17. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour déterminer le profil de concentration du gaz de protection, ce dernier est prélevé dans le four à rouleaux d'avancement pendant l'opération de traitement thermique sur toute la longueur du four à rouleaux d'avancement et au moyen d'au moins un dispositif de prélèvement de gaz disposé sur le four à rouleaux d'avancement, et est utilisé après traitement électronique pour réguler automatiquement l'apport d'endogaz et d'azote dans le four à rouleaux d'avancement.

18. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la somme des concentrations en monoxyde de carbone (CO) et en hydrogène (H₂) à la fin du tunnel de refroidissement du four à rouleaux d'avancement est inférieure à 5 % en volume.

19. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le point de rosée du gaz de protection dilué à l'azote est plus bas dans le tunnel de refroidissement que dans la chambre de chauffage du four à rouleaux d'avancement.

Zeichnung