DE912098C - Method and device for carburizing iron and iron alloys - Google Patents
Method and device for carburizing iron and iron alloysInfo
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Description
Verfahren und Vorrichtung zum Aufkohlen von Eisen und Eisenlegierungen Das Verfahren der Erfindung betrifft die Einbringung von Kohlenstoff in Eisen und Eisenlegierungen, insbesondere in kohlenstoffarme Stähle, über die Gasphase. Es ist zwar bekannt, kohlenstoffarme Stähle dadurch aufzukohlen, daß man sie mit aufkohlenden Gasen bei Temperaturen oberhalb 8oo° C behandelt, wobei die Gase außerhalb des Kohlungsraumes erzeugt werden. Zu diesem Zwecke verwendet man Generatoren, in denen feste kohlenstoffhaltige Substanzen unter beschränktem Sauerstoffzutritt vergast werden. Es ist auch üblich, Gase, wie Stadtgas oder Naturgas, unter Luftmangel in besonderen Generatoren zu verbrennen und das Verbrennungsprodukt nach Abtrennung von Wasser und Kohlendioxyd in den Aufkohlungsofen einzuleiten. Dabei können diese Gase gegebenenfalls auch durch ZusatzvonKohlen-Nvasserstoffen, wie Butan oder Propan in genau dosierten Mengen karburiert werden.Method and device for carburizing iron and iron alloys The method of the invention relates to the incorporation of carbon into iron and Iron alloys, especially in low-carbon steels, via the gas phase. It It is known to carburize low-carbon steels by carburizing them with Treated gases at temperatures above 8oo ° C, with the gases outside the carbonization space be generated. For this purpose one uses generators in which solid carbonaceous Substances are gasified with limited access to oxygen. It is also common Gases, such as town gas or natural gas, are allowed in special generators if there is a lack of air burn and the product of combustion after separation of water and carbon dioxide to be introduced into the carburizing furnace. These gases can also be used if necessary by adding hydrocarbons such as butane or propane in precisely dosed quantities be carburized.
Man kann auch derartig verfahren, daß das aufzukohlende Gut in kohlenstoffhaltige Pulver eingepackt oder mit einer Paste aus derartigen Stoffen bestrichen und unter Luftabschluß auf die Aufkohlungstemperatur, die im allgemeinen zwischen 8oo und 95o` C liegt, erwärmt wird; bis die Aufkohlung die gewünschte Tiefe erreicht hat.You can also proceed in such a way that the carburized material in carbonaceous Powder packed or coated with a paste of such substances and under Air exclusion to the carburizing temperature, which is generally between 800 and 95o` C is heated; until the carburization has reached the desired depth.
Diese Verfahren erfordern entweder erhebliche Aufwendungen für Einrichtungen zur Herstellung, Kontrolle und Dosierung der Aufkohlungsgase oder sind nicht genügend regelbar, um einegleichmäßige Aufkohlung von beliebig großen Einsätzen zu ermöglichen. Das Einpackverfahren schließt die Gefahr der Überhitzung und damit Überkohlung oder gar der lokalen Aufschmelzung des nufzukohlenden Gutes nicht mit Sicherheit aus und arbeitet zudem wegen der schlechten Wärmeleitfähigkeit der Aufkohlungsmittel mit schlechtem Wärmewirkungsgrad.These procedures either require significant facilities for the production, control and dosage of the carburizing gases or are not sufficient adjustable to enable uniform carburization of inserts of any size. The packing process eliminates the risk of overheating and thus overcarburization or even the local melting of what is to be carbonized Good not with Safety and also works because of the poor thermal conductivity of the carburizing agents with poor thermal efficiency.
Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden diese Nachteile wirksam vermieden, indem das Aufkohlungsgas im Kohlungsraum, also im Ofen selbst, jedoch, im Gegensatz zum Einpackverfahren, von dem aufzukohlenden Gut räumlich getrennt erzeugt wird. Zu diesem Zweck werden in den Aufkohlungsräum in geeigneten Behältern kohlenstoffhaltige Mittel eingebracht, die mit den im Ofenraum befindlichen sauerstoffhaltigen Gasen oder Gasgemischen, insbesondere mit Luft, aufkoh-Lende Gase in geeigneter Zusammensetzung zu liefern vermögen. Die zur Lieferung des Aufkohlungsgases befähigten kohlenstoffhaltigen Mittel sollen dabei erfindungsgemäß weniger als 1/a, vorzugsweise etwa lho vom Volumen des Aufkohlungsraumes einnehmen.According to the method of the present invention, these disadvantages become apparent effectively avoided by removing the carburizing gas in the carburizing room, i.e. in the furnace itself, However, in contrast to the packing process, it is spatially separated from the material to be carburized is produced. For this purpose, in the carburizing rooms in suitable containers carbon-containing agents introduced, with the oxygen-containing in the furnace chamber Gases or gas mixtures, especially with air, carburized loin gases in suitable Ability to deliver composition. Those capable of delivering the carburizing gas According to the invention, carbon-containing agents should be less than 1 / a, preferably take about lho of the volume of the carburizing space.
Gegenüber den bisher für die Aufkohlung benutzten Verfahren wird gemäß der Erfindung jeglicher Aufwand für die Erstellung und Beheizung besonderer Generatoren vermieden, ohne daß wie beim Einpacken in köhlenstoffhaltige Mittel die Gefahr der teilweisen Überkohlung und Zerstörung der Oberfläche der Werkstücke durch die unmittelbare Berühung mit den kohlenstoffhaltigen Stoffen besteht.Compared to the methods previously used for carburizing, according to the invention of any expense for the creation and heating of special generators avoided without the risk of, as when packing in carbonaceous agents partial overcarburization and destruction of the surface of the workpieces by the immediate There is contact with the carbonaceous substances.
Das Arbeiten nach dem Verfahren der Erfindung gestaltet sich außerordentlich einfach, da es lediglich erforderlich ist, das benutzte kohlenstoffhaltige Mittel in die im Ofen befindlichen Behälter einzubringen, den Ofen auf die Aufkohlungstemperatur zu erwärmen und auf aufzukohlendes Gut in den Aufk ohlungsraum einzufahren. Bei der für den Aufkohlungsvorgang erforderlichen Temperatur bildet sich automatisch mit den im Aufkohlungsraum befindlichen oder zusätzlich eingeleiteten sauerstoffhaltigen Gasen das Aufkohlungsgas, dessen Zusammensetzung in einfacher Weise durch die Menge der sauerstoffhaltigen Gase, die Temperatur und die Art und Verteilung des kohlenstoffhaltigen Mittels gesteuert werden kann. Sobald die erforderliche Aufkohlungstiefe unter den durch einfache Versuche festzulegenden Bedingungen erreicht ist, kann das aufgekohlte Gut ausgefahren und durch frisches ersetzt werden, solange noch ausreichende Mengen der das Aufkohlungsgas erzeugenden Bestandteile im Aufkohlungsraum vorhanden sind.Working according to the method of the invention is extraordinary simple, as all that is required is the carbonaceous agent used To bring into the containers in the furnace, bring the furnace to the carburizing temperature to be heated and to be driven into the cooling room on the material to be carburized. at the temperature required for the carburizing process is established automatically with the oxygen-containing ones located in the carburizing chamber or additionally introduced Gases the carburizing gas, its composition in a simple manner by the amount the oxygen-containing gases, the temperature and the nature and distribution of the carbon-containing Can be controlled by means. As soon as the required depth of carburization is below the The carburized Well removed and replaced with fresh, as long as there are still sufficient quantities of the components generating the carburizing gas are present in the carburizing space.
Als Mittel zur Erzeugung des Aufkohlungsgases nach dem erfindungsgemäßen Verfahren haben sich Formkörper aus Kohle, insbesondere aus Holzkohle, bewährt. Solche Formkörper werden vorzugsweise aus Holzkohlenstaub mit oder ohne Bindemittel, gegebenenfalls unter Zusatz von Aktivatoren, wie Carbonaten von Alkalien oder Erdalkalien, 'hergestellt. Die erhaltenen Preßlinge «:erden dabei vor der Verwendung zweckmäßig getrocknet oder auch geglüht und vorteilhaft als Granulat in Körnungen zwischen 3 und 6 mm für die Aufkohlung benutzt. t Als besonders wirksam haben sich für die Durchführung des Verfahrens der Erfindung Holzköhlenformkörper erwiesen, denen feinverteilte :Metalle entweder in Form von Metallpulver oder geeigneten organischen oder anorganischen Verbindungen zugesetzt sind.As a means for generating the carburizing gas according to the invention Processes have proven useful in molded bodies made of charcoal, in particular charcoal. Such shaped bodies are preferably made of charcoal dust with or without a binder, optionally with the addition of activators, such as carbonates of alkalis or alkaline earths, 'manufactured. It is advisable to ground the compacts obtained before use dried or annealed and advantageously as granules in grain sizes between 3 and 6 mm used for the carburization. t have been found to be particularly effective for the Carrying out the process of the invention turned out to be wood charcoal moldings, which are finely divided : Metals either in the form of metal powder or suitable organic or inorganic Compounds are added.
Die Metallverbindungen gehen beim Glühen des Aufkohlungsmittels in feinverteiltes Metall über. Gut geeignet sind die Metalle der Eisengruppe, insbesondere Eisen oder Nickel. Durch Anwendung der Metallaktivatoren kann der Zusatz an Carbonaten der Alkalien oder Erdalkalien in vorteilhafter Weise !herabgesetzt werden, so daß die nach dem Verbrauch der das Aufkohlungsgas liefernden kohlenstoffhaltigen Substanz gebildete Asche arm an Alkali- oder Erdalkaliverbindungen ist und dadurch weniger schädigend auf das Ofenbaumaterial wirken kann.The metal compounds go in when the carburizing agent is annealed finely divided metal over. The metals of the iron group are particularly suitable Iron or nickel. By using the metal activators, the addition of carbonates of alkalis or alkaline earths are advantageously reduced so that after the consumption of the carbonaceous substance supplying the carburizing gas ash formed is poor in alkali or alkaline earth compounds and therefore less can have a damaging effect on the furnace construction material.
Als Behälter für die das Aufkohlungsgas erzeugenden kohlenstoffhaltigen Mittel kommen gasdurchlässige Vorrichtungen, z. B. an den Wandungen des Aufkohlungsraumes befestigte Taschen oder andersartige Behälter aus gelochten Blechen, Drahtgewebe oder Streckmetall in Betracht. Mit gleichem Erfolg können die Behälter auch in Form von gelochten Siebböden unter, zwischen oder über dem Aufkohlungsgut vorgesehen werden. Die Behälter werden vorzugsweise derart eingerichtet, daß sie aus dem Aufkohlungsraum zwecks Auffrischung der Füllung leicht entfernt werden können. Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden diese Behälter an den Wänden oder den Deckeln des Aufkohlungsraumes derart angebracht, daß sie ohne Störung des Ofenbetriebes von außen durch Füllklappen Stutzen oder ähnliche an sich bekannte Vorrichtungen neu beschickt werden können.As a container for the carbonaceous Means come gas-permeable devices such. B. on the walls of the carburizing chamber Attached bags or other types of containers made of perforated sheet metal, wire mesh or expanded metal into consideration. The containers can also be shaped with equal success provided by perforated sieve trays below, between or above the material to be carburized will. The containers are preferably set up in such a way that they can be removed from the carburizing chamber can be easily removed to freshen up the filling. According to another Embodiments of the invention are these containers on the walls or the lids of the carburization chamber attached in such a way that it can be used without disrupting the operation of the furnace from the outside through filling flaps nozzles or similar devices known per se can be reloaded.
Die Verteilung der Behälter für die das Aufkohlungsgas im Aufkohlungsraum erzeugenden kohlenstoffhaltigen Mittel richtet sich weitgehend nach der Konstruktion des Aufkohlungsraumes, nach der Art der Beheizung sowie nach der Menge und der Beschaffenheit des einzusetzenden Aufkohlungsgutes.The distribution of the containers for the carburizing gas in the carburizing room generating carbonaceous agent depends largely on the design the carburization space, the type of heating as well as the amount and nature of the material to be carburized.
Als Aufkohlungsraum können Öfen beliebiger Art verwendet werden, und zwar sowohl diskontinuierlich wie kontinuierlich arbeitende. Das Verfahren kann demgemäß beispielsweise in normalen Kammeröfen, die seitlich oder auch von oben geschlossen werden können, durchgeführt werden. Man kann jedoch auch kontinuierliche Öfen verwenden, die laufend beschickt und entleert werden. Die Förderung des Aüfkdhlungsgutes kann dabei in Kästen oder Siebböden auf beliebig gestalteten Unterlagen erfolgen, die mittels Einstoßvorrichtungen oder durch Hubbalken oder auf ähnliche Weise durch den Ofen bewegt werden.Furnaces of any type can be used as the carburizing chamber, and both discontinuously and continuously. The procedure can accordingly, for example, in normal chamber furnaces, the side or from above can be closed. However, one can also use continuous Use ovens that are constantly being loaded and emptied. The promotion of the Aüfkdhlungsguts can be done in boxes or sieve bottoms on any designed base, by means of pusher devices or walking beams or in a similar manner move the oven.
Für einen raschen und gleichmäßigen Verlauf der Aufko'hlung ist es wesentlich, daß die im Ofen befindlichen oder in ihn eingeleiteten sauerstoffhaltigen Gase leicht Zutritt zu dem das Aufkohlungsgas bildenden festen 'kdhlenstoff'haltigen Mittel 'haben. Es kann daher zweckmäßig sein, die Zuleitungen für die sauerstoffhaltigen Gase in den Aufkohlungsraum so vorzusehen, daß die Gase die kohlenstoffhaltigen Substanzen bei ihrem Eintritt auf einer möglichst großen Fläche durchstreichen. Dabei ist es für eine schnelle Bildung des Aufkohlungsgases weiterhin günstig, die sauerstoffhaltigen Gase oder Gasgemische, insbesondere Luft, vor dem Durchtreten durch die kohlenstoffhaltigen Stoffe vorzuwärmen, was etwa durch die Abgase des Aufkohlungsofens oder durch geeignete Führung der Zuleitungen in der Wandung des geheizten Aufkohlungsraumes erfolgen kann.It is for a quick and even course of the cooling essential that the oxygen-containing ones located in the furnace or introduced into it Gases easy access to the solid carbonaceous substance that forms the carburizing gas Means' have. It can therefore be useful that the Supply lines for to provide the oxygen-containing gases in the carburizing chamber so that the gases carbonaceous substances upon their entry over as large an area as possible cross out. It is still necessary for the rapid formation of the carburizing gas favorable, the oxygen-containing gases or gas mixtures, especially air, before Pass through the carbonaceous substances to preheat what about the Exhaust gases from the carburizing furnace or by suitable routing of the supply lines in the Wall of the heated carburizing space can be done.
Um eine ständige Berührung zwischen den das Aufkdhlungsgas bildenden Bestandteilen zu gewährleisten, werden mit Vorteil im Aufkohlungsraum Vorrichtungen angebracht, die die Ofenatmosphäre in Bewegung halten und umwälzen. Hierdurch wird erreicht, daß nicht nur die zur Bildung des Aufkohlungsgases führende Reaktion beschleunigt, sondern auch dessen Auffrischung gefördert und überdies eine schnelle undgleichmäßige Erwärmung des Aufkohlungsgutes erfolgen kann.A constant contact between the cooling gas forming To ensure constituents, devices are advantageously used in the carburizing chamber attached, which keep the furnace atmosphere in motion and circulate it. This will achieves that not only accelerates the reaction leading to the formation of the carburizing gas, but also its refreshment promoted and, moreover, a quick and even The material to be carburized can be heated.
Wie schon erwähnt, sind für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verschiedenartige Vorrichtungen brauchbar, von denen einige Ausführungsformen an Hand der Abbildungen i bis 3 beispielsweise erläutert sind.As already mentioned, are for the implementation of the invention Method various devices useful, some of which are embodiments are explained on the basis of Figures i to 3, for example.
Abb. i zeigt einen Kammerofen im Längsschnitt, bei dem der besseren Übersicht halber die außerhalb des Ofenraums liegende Heizung fortgelassen ist, in Abb. 2 ist eine Ofenform dargestellt, bei der die Beschickung durch Abheben des Deckels von oben erfolgt, während Abb. 3 einen kontinuierlich arbeitenden Ofen mit Hubbalkenförderung wiedergibt.Fig. I shows a chamber furnace in longitudinal section, in which the better For the sake of clarity, the heating outside the furnace chamber has been omitted, in Fig. 2 a furnace shape is shown in which the loading by lifting the Lid is done from above, while Fig. 3 shows a continuously operating furnace Reproduces walking beam conveyance.
Auch in diesen Abbildungen sind die zweckmäßig außerhalb des Aufkohlungsraumes liegenden Elemente nicht gezeichnet.In these figures, too, they are expediently outside the carburizing space lying elements not drawn.
In Abb. i bedeutet i den eigentlichen Aufkohlungsraum, der durch die mit dem Deckel 2 verschlossene seitliche Öffnung beschickt wird. Das Härtegut 4 befindet sich auf einer auf dem Boden der Kammer stehenden Unterlage 3. An den Seitenwänden der Kammer sind bei 5 und 6 Kästen aus Siebblech für die Aufnahme des das Aufkohlungsgas erzeugenden kohlenstoffhaltigen Mittels vorgesehen, während sich an der Decke des Aufkohlungsraumes der Ventilator? befindet. In die Decke der Kammer ist die Luftzuleitung 8 in Form einer Rohrschlange eingelassen und mündet bei 9 in den Aufkohlungsraum. Die Abzweigleitung io ermöglicht es weiterhin, das Gas ganz oder zum Teil durch die Beschickung der Behälter 5 und 6 in den Ofenraum einzuführen. Bei der Ausführungsform der Abb.2 liegt die Öffnung des Aufkohlungsraumes auf der Oberseite, so daß das Aufkohlungsgut auf Gestellen oder in Kästen i i von oben in den Ofen eingebracht werden kann. Der Deckel 12 ist in an sich bekannter Weise mit Hilfe einer Sandtasse oder durch einen Flüssigkeitsverschluß 13 abgedichtet. Das Aufkohlungsgut ist auf einer gasdurchlässigen Unterlage etwa aus Lochblechen oberhalb des Behälters r4 für das das Aufkohlungsgas liefernde kohlenstoffhaltige Mittel angeordnet. Zweckmäßig besteht dabei auch der Behälter 14 zumindest an der dem Aufkohlungsgut zugekehrten Seite aus gasdurchlässigem Material, wie z. B. Lochblechen. Die Vorrichtung enthält außerdem noch an den Schmalseiten des Aufkohlungsraumes Ventilatoren 15 und 16 für die Gasumwälzung sowie eine Zuführung 17 für die sauerstoffhaltigen Gase, z. B. Luft. Gegebenenfalls können durch diese Zuführung auch karburierende Stoffe zusätzlich eingeführt werden.In Fig. I i means the actual carburizing space that is created by the with the lid 2 closed side opening is charged. The hardened material 4 is located on a pad 3 on the floor of the chamber. On the side walls 5 and 6 of the chamber are made of perforated sheet metal boxes for receiving the carburizing gas generating carbonaceous agent provided while on the ceiling of the The fan? is located. The air supply line is in the ceiling of the chamber 8 let in in the form of a pipe coil and opens at 9 into the carburizing chamber. The branch line io still allows all or part of the gas through introduce the loading of containers 5 and 6 into the furnace space. In the embodiment 2 the opening of the carburizing space is on the top, so that the Carburized material on racks or in boxes i i introduced into the furnace from above can be. The lid 12 is in a manner known per se with the aid of a sand cup or sealed by a liquid seal 13. The material to be carburized is on a gas-permeable base made of perforated metal above the container r4 arranged for the carbonaceous agent supplying the carburizing gas. Appropriate there is also the container 14 at least on the one facing the material to be carburized Side made of gas-permeable material, such as. B. perforated sheets. The device contains also on the narrow sides of the carburizing space fans 15 and 16 for the gas circulation and a feed 17 for the oxygen-containing gases, e.g. B. Air. If necessary, carburizing substances can also be added through this supply to be introduced.
Bei der Vorrichtung gemäß Abb.3 wird das Einsatzgut 18 in flachen Kästen i9 durch den Ofenraum mit Hilfe eines Hubbalkens 2o gefördert. An den Längswänden des Ofens sind die Behälter 21 für das kohlenstoffhaltige Mittel zur Erzeugung des Aufkohlungsgases angebracht. Der Ofenraum ist mit Hilfe der Federtüren 22 beidseitig verschlossen. An sich ist es möglich, auch bei derartigen Öfen etwa an der Decke des Aufkohlungsraumes einen oder mehrere Ventilatoren für die Gasumwälzung anzubringen, jedoch ist durch das häufige Öffnen und Schließen des Ofens bei der kontinuierlichen Art der Beschickung und Austragung eine gewisse Bewegung der Ofenatmosphäre unter weiterem Zutritt von Luft zwangsläufig gegeben. Aus diesem Grunde ist es auch nicht unbedingt erforderlich, zusätzliche Luftmengen einzuleiten, was jedoch im Bedarfsfalle beispielsweise durch die Zuleitungen 23 an verschiedenen Stellen des Aufkohlungsraumes erfolgen kann. Bei der kontinuierlichen Durchführung der Aufkohlung, wie sie etwa in einer Vorrichtung gemäß Abbildung 3 vorgenommen werden kann, ist die Möglichkeit einer Neubeschickung der das kohlenstoffhaltige Mittel aufnehmenden Behälter 21 von außen von besonderer Wichtigkeit. Man 'kann im übrigen auch dasko'hlenstoffhaltige Mittel getrennt vom Aufkohlungsgut durch den Ofen befördern, indem Behälter mit diesem Mittel abwechselnd mit den Behältern für das aufzukohlende Gut in den Ofen eingefahren werden. Im Hinblick auf eine weitgehende Ausnutzung der kohlenstoffhaltigen Mittel für die Erzeugung des Aufkohlungsgases und die Gleichmäßigkeit des Aufkohlungsvorganges ist es jedoch vorteilhafter, wie ausführlich beschrieben, feste Behälter für dieses Mittel vorzusehen, in denen es bei weitgehend konstanter Temperatur gleichmäßig mit der sauerstoffhaltigen Ofenatmosphäre reagiert.In the device according to Figure 3, the charge 18 is in flat Boxes i9 conveyed through the furnace chamber with the help of a lifting beam 2o. On the long walls of the furnace are the containers 21 for the carbonaceous agent for producing the Carburizing gas attached. The furnace chamber is on both sides with the aid of the spring doors 22 locked. In itself it is possible, even with such ovens, for example on the ceiling to install one or more fans for gas circulation in the carburization chamber, however, the frequent opening and closing of the furnace makes it continuous Kind of loading and unloading a certain movement of the furnace atmosphere under further admission of air is inevitably given. For this reason it is not absolutely necessary to introduce additional amounts of air, which, however, if necessary for example, through the supply lines 23 at various points in the carburizing space can be done. When performing the carburizing continuously, such as those around can be made in a device according to Figure 3 is the possibility a refilling of the containers 21 containing the carbonaceous agent of particular importance from the outside. Incidentally, one can also use the carbon-containing Transport agent separately from the material to be carburized through the furnace by placing containers with This means alternating with the containers for the material to be carburized in the oven be retracted. With a view to making extensive use of the carbonaceous Means for the generation of the carburizing gas and the uniformity of the carburizing process however, it is more advantageous, as described in detail, to use solid containers for this Provide means in which there is a largely constant temperature evenly reacts with the oxygen-containing furnace atmosphere.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Family Applications (1)
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