用于為工業(yè)用爐設備處理工藝氣體的工藝氣體處理裝置以及用于對金屬工件氣體滲碳和 ...的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種工藝氣體處理裝置(5)，用于為工業(yè)用爐設備處理工藝氣體，包括處理反應器(6)，所述處理反應器具有催化器(7)并且能通過輸送管路(8)將工業(yè)用爐(2)使用過的工藝氣體輸送給該處理反應器，并且從該處理反應器將在催化器(7)上處理的工藝氣體通過回流管路(11)排出到工業(yè)用爐(2)。在輸送管路中在所述處理反應器上游連接有壓縮器(9)，所述處理反應器(6)此外與供應管路連接，碳氫化合物和空氣通過所述供應管路輸送給處理反應器。此外設置控制裝置，通過該控制裝置能調節(jié)工藝氣體處理和工藝氣體回流。在輸送管路中此外設置截止閥(18)，通過該截止閥能中斷使用過的工藝氣體到處理反應器(6)的輸送。
【專利說明】
用于為工業(yè)用爐設備處理工藝氣體的工藝氣體處理裝置以及用于對金屬工件氣體滲碳和淬火的工業(yè)用爐設備
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于為工業(yè)用爐設備處理工藝氣體的工藝氣體處理裝置，所述工藝氣體處理裝置包括處理反應器，所述處理反應器具有能被加熱的、溫控的催化器并且一方面能通過輸送管路將使用過的工藝氣體從工業(yè)用爐輸送給該處理反應器，并且另一方面從該處理反應器能將在催化器上處理過的工藝氣體通過回流管路排出到工業(yè)用爐，其中，在輸送管路中在處理反應器上游連接有壓縮器，其中，所述處理反應器此外與供應管路連接，碳氫化合物和空氣能通過這些供應管路輸送給處理反應器，并且設置控制裝置，通過該控制裝置能調節(jié)工藝氣體處理和工藝氣體回流。此外，本發(fā)明涉及一種用于對金屬工件氣體滲碳和淬火的工業(yè)用爐設備，該工業(yè)用爐設備包括上述的工藝氣體處理裝置。
【背景技術】
[0002]在工業(yè)用爐設備中通常使用工藝氣體，這些工藝氣體用于保護在相應的工業(yè)用爐中待處理的工件的表面或者也用于改變該工件的化學成分。因此，在金屬工件的淬火中已知，相應的工件的滲碳借助于工藝氣體進行，其中，所述工藝氣體在該情況下于是經常由(具有成分:一氧化碳、氫氣、氮氣、二氧化氮、氧氣和/或水蒸氣的)保護氣體以及(具有用于滲碳過程的碳氫化合物的)富集氣體組成。在此，相應的工業(yè)用爐(金屬工件為了滲碳過程和淬火被裝入到該工業(yè)用爐中)的處理腔在過壓下被加載以工藝氣體，以便一方面避免周圍空氣的不期望的進入并且另一方面保證在處理腔中對于氣體滲碳足夠的碳水平。
[0003]在此，在傳統(tǒng)的情況下，工業(yè)用爐的處理腔被工藝氣體沖刷，即該工藝氣體被持續(xù)地引導通過該處理腔并且在流過該腔后被導向工業(yè)用爐的燃盡部位，排出的工藝氣體在那里被點燃裝置安全地點燃并且燃盡。但是，因為這導致工藝氣體的相應大的消耗以及此外在工業(yè)用爐的區(qū)域中出現相應的排放，所以也已知這樣的系統(tǒng)，其中，在封閉的回路中的工藝氣體在流過相應的工業(yè)用爐的處理腔后重新被處理并且接著被提供為重新輸送到工業(yè)用爐的處理腔。
[0004]由DE 10 2009 038 598 Al已知一種用于對金屬工件氣體滲碳和淬火的工業(yè)用爐設備，其中，在具有處理腔的工業(yè)用爐的區(qū)域中設置工藝氣體處理裝置。在此，該工藝氣體處理裝置包括具有催化器的處理反應器，其中，該處理反應器通過輸送管路與處理腔連接，使得使用過的工藝氣體能從處理腔被引導到該處理反應器中。此外，在該處理反應器與工業(yè)用爐的處理腔之間設置回流管路，該回流管路用于將在催化器上處理的工藝氣體回流到工業(yè)用爐的處理腔中，使得該處理腔與處理反應器通過輸送管路和回流管路在封閉的回路中連接。此外，碳氫化合物和空氣通過供應管路輸送給處理反應器，以便能在催化器的區(qū)域中處理使用過的工藝氣體并且產生期望的碳含量。為了使得使用過的工藝氣體輸送到處理反應器以及回流到工業(yè)用爐的處理腔中，在輸送管路中設置壓縮器，該壓縮器通過控制裝置控制，該控制裝置也調節(jié)工藝氣體處理和工藝氣體回流。

【發(fā)明內容】

[0005]從上述的現有技術出發(fā)，現在本發(fā)明的任務在于，提供一種用于工業(yè)用爐設備的工藝氣體處理裝置，在此，通過該工藝氣體處理裝置應當能盡可能最佳地實現使用過的工藝氣體的處理以及到工業(yè)用爐的輸送。
[0006]該任務從權利要求1的前序部分與其特征部分的特征相結合出發(fā)實現。從屬的各從屬權利要求分別描述本發(fā)明的有利的擴展方案。此外，用于對金屬工件氣體滲碳和淬火的工業(yè)用爐設備由權利要求6至10得出，該工業(yè)用爐設備包括按本發(fā)明的工藝氣體處理裝置。
[0007]按照本發(fā)明，工藝氣體處理裝置包括處理反應器，所述處理反應器具有能被加熱的、溫控的催化器并且一方面能通過輸送管路將使用過的工藝氣體從工業(yè)用爐輸送給該處理反應器，并且另一方面在催化器上處理的工藝氣體能從該處理反應器通過回流管路排出到工業(yè)用爐。此外在輸送管路中設置壓縮器，該壓縮器與此相應地連接在處理反應器上游，其中，該處理反應器此外與供應管路連接，碳氫化合物和空氣能通過這些供應管路輸送給處理反應器。最后還設置控制裝置，通過該控制裝置能調節(jié)工藝氣體處理和工藝氣體回流。
[0008]于是，上述的工藝氣體處理裝置尤其是用于對金屬工件滲碳和淬火的工業(yè)用爐設備的部分，該工業(yè)用爐設備除了該工藝氣體處理裝置之外還包括具有處理腔的工業(yè)用爐。在此，所述工藝氣體處理裝置的處理反應器與工業(yè)用爐的處理腔通過輸送管路和回流管路在封閉的回路中連接。
[0009]在本發(fā)明的意義上，為了氣體滲碳而輸送給處理腔的工藝氣體尤其是由載體氣體和富集氣體組成的氣體。在此，載體氣體基于一氧化碳和氫氣，而富集氣體是碳氫化合物。于是，金屬工件在工業(yè)用爐中的氣體滲碳和淬火用技術人員原則上已知的方式方法借助于工藝氣體進行，如在DE 10 2009 038 598 Al中也描述的一樣，其公開內容在此被明確地納入本發(fā)明中。使用過的工藝氣體在工藝氣體處理裝置的處理反應器中的處理也用技術人員原則上已知的方式方法(碳水平富集的形式)實現，其中，在DE 10 2009 038 598 Al中所述的反應例如這樣進行:
[0010]2CH4+02—2C0+4H2
[0011]CH4+C02—2C0+2H2
[00?2] CH4+H2O4CO+3H2，并且從而進彳丁碳的富集。
[0013]在此，在工業(yè)用爐的處理腔的區(qū)域中，碳水平的監(jiān)測優(yōu)選通過基于氧氣壓力測量的氧探頭和熱偶持續(xù)地進行。如果在此通過工藝氣體與一個或多個工件的表面的永久的相互作用以及與之伴隨的氣體的碳取出確定碳水平下降，那么通過輸送(優(yōu)選以天然氣的形式的)碳氫化合物在工藝氣體處理裝置上實現相應的富集。
[0014]在此，工藝氣體處理以及工藝氣體到工業(yè)用爐的處理腔中的回流通過工藝氣體處理裝置的控制裝置監(jiān)測和調節(jié)，其中，控制裝置優(yōu)選是電的、計算機輔助的和可程序化的控制裝置。出于該目的，該控制裝置被供以工業(yè)用爐的相應的參數，例如尤其是處理腔中的實時的碳水平、在那里存在的溫度等。此外，該控制裝置尤其與壓力計連接，通過該壓力計持續(xù)地測量和監(jiān)測在處理腔中存在的壓力。在此，如果檢測到相對于預先給定的理論壓力的偏差，那么可以通過將碳氫化合物氣體和空氣相應地輸送到處理反應器中實現壓力的提高，或通過暫時將工藝氣體從封閉的回路中排出實現壓力的減少。
[0015]現在本發(fā)明包括如下技術教導，即在工藝氣體處理裝置的輸送管路中此外設置截止閥，通過該截止閥能中斷使用過的工藝氣體到處理反應器的輸送。此外，控制裝置借由壓差測量監(jiān)測催化器的功能狀態(tài)并且能針對性地啟動在該催化器中的燃盡過程。換句話說，即通向處理反應器的輸送管路設有截止閥，通過該截止閥能封閉輸送管路并且與此相應地能中斷使用過的工藝氣體到處理反應器的流動。此外，控制裝置監(jiān)測處理反應器的催化器，方式為:在催化器上進行壓差測量。在此，如果識別出催化器已被填滿，那么通過控制裝置啟動在催化器中的燃盡過程。
[0016]在此，工藝氣體處理裝置的這種實施方案的優(yōu)點在于，一方面通過截止閥能針對性地中斷使用過的工藝氣體到處理反應器的輸送，從而實現工業(yè)用爐僅被在處理反應器中由空氣和碳氫化合物的輸送而新制成的工藝氣體供應。另一方面能通過催化器被控制裝置持續(xù)的監(jiān)測以及通過可能的情況下啟動的燃盡過程，保證催化器的永久的功能良好性。由此總體上最優(yōu)地形成工藝氣體處理的方法。
[0017]不同與此，在DE 10 2009 038 598 Al中沒有為處理反應器在輸送管路中設置截止閥并且與此相應地沒有設置該管路的閉鎖可能性。就這點而言，在此不可能針對性地中斷使用過的工藝氣體到處理反應器的流動。此外，也不進行對催化器的功能狀態(tài)的監(jiān)測并且也不啟動該催化器的針對性的燃盡循環(huán)。
[0018]根據本發(fā)明的一種實施形式，在輸送管路中在壓縮器上游連接有冷卻器。有利地，從工業(yè)用爐的處理腔排出的使用過的工藝氣體能由此在壓縮器上游被冷卻，使得一方面避免壓縮器被否則仍是熱的工藝氣體損壞并且另一方面防止工藝氣體由于慢的冷卻而發(fā)生不期望的分解。按照本發(fā)明，冷卻器可以是簡單的熱交換器，尤其是以管道的彎折的延伸的形式的熱交換器，在該熱交換器上與工業(yè)用爐的周圍空氣進行熱交換是可能的。但是，尤其優(yōu)選在這樣構成的熱交換器中還附加地設置風機，從而將周圍空氣強制引導通過熱交換器。
[0019]根據本發(fā)明的一種另外的實施可能性，在用于碳和空氣的各供應管路中設置質量流調節(jié)器，通過這些質量流調節(jié)器能分別控制碳氫化合物和空氣到處理反應器的輸送。在此，這樣的實施方案的優(yōu)點在于，空氣或碳氫化合物到處理反應器的輸送能借助于各自的質量流調節(jié)器而因此被精細地調節(jié)。
[0020]在本發(fā)明的擴展方案中，所述控制裝置與壓縮器、截止閥以及各質量流調節(jié)器連接并且相應地調節(jié)這些裝置。如果在壓縮器的區(qū)域中，此外設置具有可調節(jié)的部件(例如風機)的冷卻器，那么這些部件也與控制裝置連接，以便這些部件被該控制裝置相應地調節(jié)。
[0021]根據本發(fā)明的一種另外的實施形式，所述處理反應器、壓縮器、質量流調節(jié)器、截止閥和控制裝置被容納在一個共同的殼體中。如果此外在壓縮器的區(qū)域中又設置冷卻器，那么該冷卻器優(yōu)選也位于該殼體中。這尤其當在工業(yè)用爐設備的實施可能性范疇中工藝氣體處理裝置在外部設置在相應的工業(yè)用爐上時實現。但是，當工藝氣體處理裝置集成到工業(yè)用爐中時，原則上也能實現上述部件在一個共同的殼體中的組合。
[0022]在本發(fā)明的一種實施形式的范疇中，其中，工藝氣體處理裝置至少部分地集成到工業(yè)用爐中，但是處理反應器優(yōu)選處于處理腔下方，而用于處理反應器的質量流調節(jié)器位于工業(yè)用爐的氣體混合閥中并且控制裝置安裝在工業(yè)用爐的開關盒中。由此，工藝氣體處理裝置的尤其緊湊的集成是可能的。
[0023]通常，在氣體處理裝置處于相應的工業(yè)用爐的外部上的情況下，在已經存在的工業(yè)用爐中改裝是可能的，而尤其在新制造的工業(yè)用爐中能應用至少部分的集成。
[0024]根據工業(yè)用爐設備的一種另外的實施形式，處理腔此外通過廢氣排出管路與燃盡部位連接，其中，所述廢氣排出管路設有閥，通過該閥所述廢氣排出管路能在工藝氣體處理的過程中被閉鎖。由此，通過工藝氣體排出管路的閉鎖可以防止使用過的工藝氣體到達燃盡部位(替代地，可以如期望地被導向工藝氣體處理裝置)。但是，當在處理腔中的壓力超過預先給定的理論值時，工藝氣體到燃盡部位的輸送于是能被針對性地啟動。在此，尤其優(yōu)選工藝氣體處理裝置的控制裝置能夠對廢氣排出管路中的截止閥進行調控。在此，在廢氣導出部中的閥應當是氣密的。
[0025]在本發(fā)明的擴展方案中，輸送管路和回流管路在工藝氣體噴槍處被引導到處理腔中。由此能形成使用過的工藝氣體到工藝氣體處理裝置的合適的輸送以及到爐的處理腔中的回流。但是除此之外，在本發(fā)明的范疇中也可考慮的是，在分開的點處實現工藝氣體的輸送和排出，或者也為工藝氣體的輸送和排出設置相應多個點。
[0026]本發(fā)明不限于獨立權利要求或其從屬的權利要求的特征的給出的組合。此外也存在將各單個特征相互組合的可能性，只要這些特征從權利要求、下面對本發(fā)明的優(yōu)選的實施形式的描述或者直接從附圖中已知。各權利要求通過使用附圖標記對附圖的參考不應限制各權利要求的保護范圍。
【附圖說明】
[0027]下面闡述的本發(fā)明的有利的實施形式在各附圖中示出。附圖示出:
[0028]圖1示出根據本發(fā)明的第一實施形式的具有工藝氣體處理裝置的工業(yè)用爐設備的不意圖；以及
[0029]圖2示出根據本發(fā)明的第二實施可能性的具有按本發(fā)明的工藝氣體處理裝置的工業(yè)用爐設備的示意圖。
【具體實施方式】
[0030]由圖1得知根據本發(fā)明的第一實施形式的工業(yè)用爐設備I的示意圖，其中，該工業(yè)用爐設備I包括工業(yè)用爐2，其中，處理腔3設置為用于對金屬工件熱處理。該熱處理在此設計成，使得實現被裝入到處理腔3中的工件的滲碳和淬火，如技術人員原則上已知的一樣。為此，處理腔3在過壓下被持續(xù)地供以工藝氣體，其中，該工藝氣體由基于一氧化碳和氫氣的載體氣體以及由碳氫化合物的形式的富集氣體組成。
[0031]在此，處理腔3不被工藝氣體沖刷，也就是說，被輸送給處理腔3的工藝氣體接著不在燃盡部位4上被燃盡，而是對在氣體滲碳中使用過的工藝氣體進行處理。出于該目的，工業(yè)用爐設備I配設有工藝氣體處理裝置5，該工藝氣體處理裝置具有處理反應器6。
[0032]在該處理反應器6中設置催化器7，在該催化器上通過相應的碳富集進行工藝氣體的處理。在此，使用過的工藝氣體從處理腔3通過輸送管路8被引導到處理反應器6并且因此被引導到催化器7，其中，該輸送在此通過壓縮器9形成，在該壓縮器上游連接有冷卻器10。在此，冷卻器10構成為具有風機的熱交換器，其中，工業(yè)用爐2的相應的環(huán)境空氣通過該風機被引導通過熱交換器。
[0033]在催化器7中處理過的工藝氣體經由回流管路11又被引導到處理腔3，其中，輸送管路8和回流管路11在工藝氣體噴槍12處通入到處理腔3中。此外，供應管路13和14還被引導到處理反應器6，其中，碳氫化合物能經由供應管路13并且空氣能經由供應管路14被引導到處理反應器6。在此，經由供應管路13和14的輸送分別經由一個質量流調節(jié)器15或16進行，通過該質量流調節(jié)器能分別準確地調整流過相應的供應管路13或14的氣體質量。
[0034]在此，工藝氣體處理以及其到處理腔3中的回流通過工藝氣體處理裝置5的控制裝置17調節(jié)和控制，該控制裝置可以是電的、計算機輔助的和可程序化的控制裝置。在此，控制裝置17不僅與催化器7連接，而且也與壓縮器9和冷卻器10、以及質量流調節(jié)器15和16連接并且能相應地調節(jié)這些裝置。此外，控制裝置17能對兩個截止閥18和19進行控制，其中，截止閥18位于輸送管路8中，而截止閥19設置在燃盡部位4上游。最后，控制裝置17也還與壓力計20連接，處理腔3中的壓力通過該壓力計被持續(xù)地監(jiān)測。此外，控制裝置17(在此不另外示出)被傳送處理腔3的另外的參數，例如尤其是腔3中的實時溫度，以及那里存在的工藝氣體的碳含量。
[0035]根據在處理腔3中的壓力，工藝氣體經由回流管路11的回流通過控制裝置17調節(jié)。在此，如果檢測到存在的壓力過小，那么通過碳水化合物氣體和空氣經由工藝管路13和14的相應的添加來提高壓力。相反，如果識別到壓力過大，那么打開截止閥19并且通過在燃盡部位4上燃盡工藝氣體來減小壓力。
[0036]此外，控制裝置17能針對性地閉鎖截止閥18并且因此閉鎖輸送管路8，使得使用過的工藝氣體不能繼續(xù)流到處理反應器6中。在該情況下，處理腔3的氣體處理僅通過在處理反應器6中經由供應管路13和14相應的供應而新產生的工藝氣體實現。
[0037]此外，控制裝置17持續(xù)地監(jiān)測催化器7的功能狀態(tài)，方式為:在催化器7的區(qū)域中進行壓差測量。如果在此確定催化器7被過強地加載，那么控制器17針對性地觸發(fā)燃盡循環(huán)，使得催化器7被相應自由地燃燒。
[0038]在此，工藝氣體處理裝置5被完全地集成到工業(yè)用爐2中。這具體地如此實現，即處理反應器6在結構上設置在處理腔3下方，而質量流調節(jié)器13和14安裝在工業(yè)用爐2的氣體混合閥中，并且控制裝置17安裝在該工業(yè)用爐的開關盒中。
[0039]由圖2得出工業(yè)用爐設備21的第二實施可能性，在此，該工業(yè)用爐設備基本上與圖1的變型方案一致。在此唯一的區(qū)別在于，工藝氣體處理裝置22不被集成到工業(yè)用爐23中，而是作為單獨的單元安裝在該工業(yè)用爐上。出于該目的，工藝氣體處理裝置22的已經在圖1的變型方案中描述的各部件被安裝在一個殼體24中，該殼體相應地設置在工業(yè)用爐23上。除此之外，根據圖2的實施方案與根據圖1的變型方案一致，從而參考對于圖1的變型方案的描述。
[0040]借由按本發(fā)明的工藝氣體處理裝置的實施方案，以及具有該工藝氣體處理裝置的工業(yè)用爐設備，能最優(yōu)地形成工藝氣體處理。
[0041 ]附圖標記列表
[0042]I 工業(yè)用爐設備
[0043]2 工業(yè)用爐
[0044]3 處理腔
[0045]4燃盡部位
[0046]5工藝氣體處理裝置
[0047]6處理反應器
[0048]7催化器
[0049]8輸送管路
[0050]9壓縮器[0051 ]10冷卻器
[0052]11回流管路
[0053]12工藝氣體噴槍
[0054]13供應管路
[0055]14供應管路
[0056]15質量流調節(jié)器
[0057]16質量流調節(jié)器
[0058]17控制裝置
[0059]18截止閥
[0060]19截止閥[0061 ]20壓力計
[0062]21工業(yè)用爐設備
[0063]22工藝氣體處理裝置
[0064]23工業(yè)用爐
[0065]24殼體
【主權項】
1.一種工藝氣體處理裝置(5;22)，用于為工業(yè)用爐設備(I ;21)處理工藝氣體，所述工藝氣體處理裝置包括處理反應器(6)，所述處理反應器具有能被加熱的、溫控的催化器(7)并且一方面能通過輸送管路(8)將來自工業(yè)用爐(2;23)的使用過的工藝氣體輸送給該處理反應器，并且另一方面從該處理反應器能將在催化器(7)上處理過的工藝氣體經由回流管路(11)排出到工業(yè)用爐(2;23)，其中，在輸送管路(8)中在所述處理反應器(6)上游連接有壓縮器(9)，其中，所述處理反應器(6)此外與供應管路(13，14)連接，碳氫化合物和空氣能經由所述供應管路輸送給處理反應器(6)，并且設置控制裝置(17)，通過該控制裝置能調節(jié)工藝氣體處理和工藝氣體回流，其特征在于，在輸送管路(8)中此外設置截止閥(18)，通過該截止閥能中斷使用過的工藝氣體到處理反應器(6)的輸送，并且催化器(7)的功能狀態(tài)能通過控制裝置(17)借由壓差測量進行監(jiān)測并且能針對性地在該催化器中啟動燃盡過程。2.按權利要求1所述的工藝氣體處理裝置(5;22)，其特征在于，在所述輸送管路(8)中在壓縮器(9)上游連接有冷卻器(10)。3.按權利要求1所述的工藝氣體處理裝置(5;22)，其特征在于，在各供應管路(13，14)中設置質量流調節(jié)器(15，16)，通過這些質量流調節(jié)器能分別控制碳氫化合物和空氣向處理反應器(6)的輸送。4.按權利要求3所述的工藝氣體處理裝置(5;22)，其特征在于，所述控制裝置(17)與壓縮器(9)、截止閥(18)和質量流調節(jié)器(15，16)連接并且相應地調節(jié)壓縮器、截止閥和質量流調節(jié)器。5.按權利要求3所述的工藝氣體處理裝置(22)，其特征在于，所述處理反應器(6)、壓縮器(9)、質量流調節(jié)器(15，16)、截止閥(18)和控制裝置(17)被容納在一個共同的殼體(24)中。6.—種用于對金屬工件進行氣體滲碳和淬火的工業(yè)用爐設備(I ;21)，所述工業(yè)用爐設備包括工業(yè)用爐(2;23)，所述工業(yè)用爐具有處理腔(3)，并且所述工業(yè)用爐設備包括按權利要求I至5中任一項或多項所述的工藝氣體處理裝置(5;22)，其中，所述工藝氣體處理裝置(5;22)的處理反應器(6)與工業(yè)用爐(2;23)的處理腔(3)通過輸送管路(8)和回流管路(11)在封閉的回路中連接。7.按權利要求6所述的工業(yè)用爐設備(I;21)，其特征在于，所述處理腔(3)此外通過廢氣排出管路與燃盡部位(4)連接，其中，所述廢氣排出管路設有截止閥(19)，通過該截止閥所述廢氣排出管路能在工藝氣體處理過程中被閉鎖。8.按權利要求6所述的工業(yè)用爐設備(I;21)，其特征在于，所述輸送管路(8)與回流管路(11)在工藝氣體噴槍(12)處被引導到所述處理腔(3)中。9.按權利要求6所述的工業(yè)用爐設備(I)，其特征在于，所述工藝氣體處理裝置(5)至少部分地集成到工業(yè)用爐(2)中。10.按權利要求6所述的工業(yè)用爐設備(21)，其特征在于，所述工藝氣體處理裝置(22)在外部設置在工業(yè)用爐(23)上。
【文檔編號】C23C8/20GK105987613SQ201610146464
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月15日
【發(fā)明人】D·約里茲, N·伯恩哈根, A·海斯特坎普, M·賴因霍爾德, B·埃登霍費爾
【申請人】易普森國際有限公司