Verfahren zum Herstellen einer Gasatmosphäre für das Glühen metallischer Werkstücke

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Stickstoff und Wasserstoff enthaltenden Gasatmosphäre für das Glühen metallischer Werkstücke in einem Ofen.

[0002] Zum Glühen von Werkstücken, beispielsweise zum Blankglühen, Rekristalisationsglühen, Spannungsfreiglühen u.ä. wird neben E_XO-Gas als Schutzgas üblicherweise ein aus einem Inertgas wie Stickstoff und einem reduzierenden Gas wie Wasserstoff bestehendes Gasgemisch eingesetzt. Stickstoff-Wasserstoff-Gasmischungen werden herkömmlicherweise nach einem der beiden folgenden Verfahren hergestellt:

Die eine Möglichkeit ist die Herstellung eines Stickstoff-Wasserstoff-Gemisches durch Spalten von Ammoniak in einem Spaltgasgenerator. Das Ammoniak-Spaltgas wird erzeugt, indem Ammoniak in diesem Generator über einen auf ca. 900 °C erwärmten Nickelkatalysator geleitet wird. Dabei entsteht ein Gasgemisch, das aus 75 Vol.-% Wasserstoff und 25 Vol.-% Stickstoff besteht. In vielen Anwendungsfällen ist ein derartig hoher Anteil an Wasserstoff nicht notwendig. Aus diesem Grund wird das im Spaltgasgenerator erzeugte Gasgemisch häufig durch Zumischen von Stickstoff verdünnt. Die Anschaffung und Instandhaltung von Spaltgasgeneratoren ist aber sehr kostenaufwendig.

[0003] Der Einsatz eines Generators erübrigt sich bei dem zweiten Verfahren, das bisher zur Herstellung von Stickstoff-Wasserstoff-Gasgemischen verwendet wurde: Dabei werden Stickstoff und Wasserstoff in Vorratsbehältern gespeichert, in gasförmigem Zustand im erforderlichen Mengenverhältnis gemischt und das Gemisch in den Ofeninnenraum geleitet. Stickstoff kann in diesem Fall je nach Verbrauch in gasförmigem oder flüssigem Zustand gespeichert werden. Bei diesem Verfahren kann das Mengenverhältnis des Stickstoff-Wasserstoff-Gemisches zwar beliebig variiert werden (üblicherweise wird ein Wasserstoffanteil zwischen 2 Vol.-% und 30 Vol.-% gewählt), jedoch ist Wasserstoff als Liefergas relativ teuer.

[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein Stickstoff und Wasserstoff enthaltendes Gasgemisch für das Glühen von Werkstücken in einem Ofen auf einfache und wirtschaftliche Weise hergestellt werden kann.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Ofeninnenraum ein aus einem Inertgas und Ammoniak bestehendes Gasgemisch eingeleitet wird und der Ofeninnenraum vor dem Einleiten des Gasgemisches auf eine zur katalytischen Spaltung des Ammoniaks ausreichende Temperatur erhitzt wird.

[0006] Erfindungsgemäß ist weder ein Spaltgasgenerator noch die Lieferung bzw. Speicherung von Wasserstoff erforderlich. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Erkenntnis, daß Ammoniak im Innenraum eines Glühofens katalytisch in Stickstoff und Wasserstoff gespalten und auf diese Weise zusammen mit zusätzlich zugeführtem Stickstoff ein für die Glühbehandlung von Werkstücken geeignetes Gasgemisch innerhalb des Ofens gebildet werden kann. Die beim Glühen eingesetzten Öfen enthalten Bauteile, die bei einer geeigneten Temperatur eine katalytische Spaltung von Ammoniak bewirken. Derartige, üblicherweise aus Chrom-Nickel-Stählen gefertigte Bauteile sind beispielsweise die Ofenmuffeloder das Förderband. Somit ist im Ofeninnenraum eine für die Spaltung des Ammoniaks ausreichend große Katalysatorfläche vorhanden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren fungiert demnach der Ofen selbst als Gasgenerator.

[0007] Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann im Wärmebehandlungsofen ein Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch bereitgestellt werden, das kostengünstiger ist, als ein in einem Spaltgasgenerator oder durch Mischen der in Komponentenform gespeicherten Gase hergestelltes Gasgemisch.

[0008] Der Anteil des Ammoniaks im Ammoniak-Stickstoff-Gemisch kann anhand des bekannten Mengenverhältnisses im Spaltgas leicht eingestellt werden und richtet sich nach dem gewünschten Wasserstoffgehalt in der Glühofenatmosphäre.

[0009] Bestehen die die katalytische Spaltung bewirkenden Teile des Ofens aus Chrom-Nickelstählen, so wird der Ofeninnenraum für das erfindungsgemäße Verfahren auf eine oberhalb von 500 °C liegende Temperatur erhitzt.

[0010] Wegen seiner Verfügbarkeit sowie des relativ niedrigen Preises wird als Inertgas zweckmäßigerweise Stickstoff verwendet, der zudem einfach zu speichern ist.

[0011] In einer vorteilhaften Variante der Erfindung, die ein kohlungsneutrales Glühen von Werkstücken ermöglicht, wird zusätzlich zum Stickstoff-Ammoniak-Gemisch ein aus Kohlenwasserstoffen bestehendes Gas, beispielsweise Erdgas oder Propan, in den Ofen geleitet.

[0012] Besonders vorteilhaft läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auf das Glühen von Chrom-Nickelstählen anwenden, da das Glühgut in diesem Fall selbst als Katalysator für die Spaltung des Ammoniaks wirkt. Es läßt sich aber auch beim Glühen von anderen Stählen und bei NE-Metallen wie z.B. beim Glühen von Neusilberteilen einsetzen.

[0013] Eine weitere günstige Anwendung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Anspruch 6 angegeben.

[0014] Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber auch zum Glühen anderer Materialien verwendet werden, die bei einer Temperatur über 500 °C reduzierend geglüht werden müssen.

Ansprüche

Verfahren zum Herstellen einer Stickstoff und Wasserstoff enthaltenden Gasatmosphäre für das Glühen metallischer Werkstücke in einem Ofen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ofeninnenraum ein aus einem Inertgas und Ammoniak bestehendes Gasgemisch eingeleitet wird und der Ofeninnenraum vor dem Einleiten des Gasgemisches auf eine zur katalytischen Spaltung des Ammoniaks ausreichende Temperatur erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofeninnenraum auf eine oberhalb ca. 500 °C liegende Temperatur erhitzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte Gas Stickstoff ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ofeninnenraum zusätzlich ein aus Kohlenwasserstoffen bestehendes Gas zugeführt wird.

5. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis,4 auf das Glühen von Stahlteilen und NE-Metallteilen.

6. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auf das isotherm Glühen von Gesenkschmiedeteilen oder von Teilen aus Grauguß (GG), Sphäroguß (GGG) , Stahlguß (GGS) oder Temperquß (GGT) .