[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schutzgases für die Wärmebehandlung
von Eisen und Nichteisenmetallen, bei dem ein kohlenwasserstoffhaltiges Brenngas
in einem Mantelstrahlrohr mit Luft verbrannt und mit verdampften Methanol ohne Katalysator
zur Reaktion gebracht wird, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
[0002] Die Herstellung von Schutzgas für die Wärmebehandlung von Metallen erfolgt herkömmlich
in Generatoren durch Verbrennung kohlenwasserstoffhaltiger Brenngase. Diese Herstellungsart
ist sehr aufwendig. Eine kostengünstigere Alternative bietet die Reaktion in Mantelstrahlrohren,
die mit Hilfe von Katalysatoren durchgeführt wird.
[0003] Diese Alternative erfordert bei unterstöchiometrischer Verbrennung zur Herstellung
von Endogas die Verbrennung unter äußerer Wärmezufuhr.
[0004] Mantelstrahlrohre dienen im Industrieofenbau zur Beheizung von Warmbehandlungsanlagen
mit künstlichen Atmosphären. Sie können mit Gas oder elektrisch beheizt werden. Ein
Mantelstrahlrohr besteht im wesentlichen aus drei Rohren, nämlich dem äußeren Mantelrohr
zur Beheizung des Ofenraumes, dem Innen- oder Brennrohr, in dem die Verbrennung stattfindet
und dem Gaszuleitungsrohr zum Verbrennungsraum im Brennrohr. Eine unterstöchiometrische
Verbrennung im Mantelstrahlrohr ergäbe zwar reduzierende Bestandteile im Abgas (Schutzgas),
würde aber zu Verrußungen und zum Durchbrennen der Rohre führen. Eine weitere Möglichkeit
zur Schutzgaserzeugung ist das Einsprühen von Stickstoff-Methanolgemischen in den
Glühofen. Bei Temperaturen oberhalb 750°C zersetzt sich das Methanol hierbei nach
der Gleichung
CH₃ OH → 2H₂ + CO.
[0005] Insbesondere zum Aufkohlen kann diesem Spaltgas noch ein Aufkohlungsmittel wie Propan
oder Erdgas zugemischt werden. Diese Art der Schutzgaserzeugung ist zwar sehr preiswert,
setzt aber einen fremdbeheizten Glühofen mit Betriebstemperaturen oberhalb 750°C
voraus. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches
die Schutzgasherstellung durch Verbrennung eines kohlenwasserstoffhaltigen Brenngases
in einem Mantelstrahlrohr auch in solchen Fällen ermöglicht, in denen an sich eine
unterstöchiometrische Verbrennung bei Ofentemperaturen unterhalb 750°C erforderlich
ist und keine äußere Wärmezufuhr erfolgt.
[0006] Insbesondere gilt dies für Buntmetallöfen, bei denen der Einsatz von reduzierenden
Wasserstoff-Stickstoff-Gemischen zu teuer ist.
[0007] Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 berücksichtigten Stand der Technik
ist diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches
1 angegebenen Merkmalen.
[0008] Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
[0009] Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es möglich ist, in den Verbrennungsraum
eines mit einem stöchiometrischen Verhältnis von χ gleich oder nahe 1 betriebenen
Mantelstrahlrohres ein Stickstoff-Methanolgemisch in genügend großer Menge einzuspeisen,
um einerseits eine gewünschte Schutzgasatmosphäre zu erhalten, ohne daß andererseits
eine Ofentemperatur von 750°C erforderlich wird. Im Mantelstrahlrohr herrschen bei
stöchiometrischer Verbrennung dagegen immer Temperaturen über 750°C.
[0010] Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen vor allem beim Glühen von Buntmetall,
weil es eine kostengünstige Alternative zu generatorerzeugtem Schutzgas und zu Wasserstoff-Stickstoff-Gemischen
bietet. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch zum Blankglühen von Stahl,
allerdings muß hierbei eine Trocknung nachgeschaltet werden.
[0011] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll anhand der beigefügten Zeichnung erläutert
werden.
[0012] In der Zeichnung ist in sehr vereinfachter Form ein Mantelstrahlrohr dargestellt,
in welchem Erdgas mit Luft zur Schutzgaserzeugung verbrannt wird.
[0013] Das Erdgas wird durch ein Gaszuleitungsrohr 1 zugeführt, welches konzentrisch vom
Brennrohr 2 umgeben ist. Durch das Brennrohr 2 strömt die Verbrennungsluft, welche
mit dem Erdgas im Vebrennungsraum 3 die Flamme 4 bildet. Hierbei ist ein stöchiometrisches
Brennstoff-Luft-Verhältnis von χ = 1 eingestellt. Das Brennrohr 2 wird konzentrisch
vom Mantelrohr 5 allseitig umgeben, läßt aber den Austritt aus dem Brennrohr 2 frei.
Die Rauchgase strömen daher außerhalb des Brennrohres 2 zurück und verlassen das
Mantelstrahlrohr durch den Stutzen 6 als Schutzgas, welches direkt mit hoher Temperatur
in den Ofen gelangt.
[0014] Erfindungsgemäß wird ein Stickstoff-Methanolgemisch in den Verbrennungsraum 3 eingesprüht.
Hierzu dient das Sprührohr 7, welches innerhalb des Brennrohres 2 parallel zum Gaszuleitungsrohr
1 angeordnet ist und kurz vor dem Verbrennungsraum 3 mündet. Die Stickstoff-Methanolmenge
wird dabei so bemessen, daß die Verbrennungstemperatur im Verbrennungsraum 3 nicht
unter 750°C sinkt. Das Methanol könnte auch in reiner Form mittels einer Pumpe in
das Mantelstrahlrohr gefördert und in den Verbrennungsraum 3 gesprüht werden. Eine
ausreichend feine Verteilung des Methanols läßt sich hierbei jedoch nur schwer erreichen,
weshalb die Zufuhr eines Stickstoff-Methanol-Gemisches bei weitem vorzuziehen ist.
[0015] Nachfolgend ein Zahlenbeispiel:
4m³/h Erdgas der Zusammensetzung 81,3% CH₄, 14,4% N₂, 3,5% Cn/Hm und 0,8% CO₂ werden
mit 33,52 m³/h Luft in dem in der Zeichnung dargestellten Mantelstrahlrohr verbrannt.
Hierbei entstehen 37,452 m³/h Abgas, bestehend aus 3,628 m³/h CO₂, 6,848 m³/h H₂O
und 26,976 m³N₂.
[0016] Die Verbrennungstemperatur im Verbrennungsraum 3 beträgt hierbei ca. 850°C.
[0017] Erfindungsgemäß werden durch das Sprührohr 7 4 l/h Methanol mit 4m³/h N₂ in den Verbrennungsraum
3 eingesprüht. Hierbei zersetzt sich das Methanol zu H₂ und CO. Der Wasserstoff reagiert
gleichzeitig gemäß der Wassergasreaktion H₂ + CO₂ ⇄ H₂O + CO mit dem Verbrennungsprodukt
CO₂, so daß schließlich 37m³/h Abgas mit folgender Zusammensetzung in Vol.% erhalten
wird:
7,2% |
CO₂ |
9,1% |
H₂ |
5,0% |
CO |
14,5% |
H₂O |
64,2% |
N₂ |
[0018] Dieses Gas wird mit 100m³/h Stickstoff vermischt. Dieser Stickstoff wird flüssig
in die Kühlstrecke eingesprüht, um die Temperatur zu senken. Es ergibt sich zum Glühen
eine Schutzgasatmosphäre mit folgender Zusammensetzung:
1,9% |
CO₂ |
2,5% |
H₂ |
1,4% |
CO |
3,9% |
H₂O |
90,3% |
N₂ |
[0019] Mit diesem Schutzgas kann beispielsweise Kupfer blankgeglüht werden.
1. Verfahren zur Herstellung eines Schutzgases für die Wärmebehandlung von Eisen und
Nichteisenmetallen, bei dem ein kohlenwasserstoffhaltiges Brenngas in einem Mantelstrahlrohr
mit Luft verbrannt, mit verdampftem Methanol ohne Katalysator zur Reaktion gebracht
und das auf diese Weise gebildete Abgas für die Erzeugung des Schutzgases verwendet
wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Gemisch aus Stickstoff und Methanol in den Verbrennungsraum (3) des Mantelstrahlrohres
eingesprüht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Verbrennungstemperatur von 750°C im Mantelstrahlrohr nicht unterschritten
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbrennung des kohlenwasserstoffhaltigen Brenngases bei einem stöchiometrischen
Verhältnis von χ = 1 erfolgt.