Horno.

Horno (10) para calentar piezas de chapa de acero a la temperatura de austenita comprendida entre 850ºC y 950ºC con una zona interior (5) y un techo de horno (2),

caracterizado porque un dispositivo (1) está incorporado verticalmente en el techo de horno (2) de tal forma que una parte del dispositivo (1) sobresale al interior del horno (10) en la dirección z opuesta, mientras que la otra parte sobresale al exterior del horno (10) y el dispositivo (1) presenta en la parte que sobresale al exterior del horno (10) una conexión (7) por la que se puede suministrar una mezcla de nitrógeno y oxígeno y una conexión (8) por la que se puede suministrar un granulado de carbón (4), y en el lado inferior, situada en la dirección z opuesta, de la parte del dispositivo (1) que sobresale al interior del horno (10) se encuentra un fondo (3) permeable al gas.

Horno La invención se refiere a un horno con un dispositivo y un procedimiento para producir una atmósfera de reducción para hornos de recocido.

En la técnica, en muchos casos de aplicación en muchos sectores existe el deseo de piezas metálicas de alta resistencia con un bajo peso de pieza. Por ejemplo, en la industria automovilística se aspira a desarrollar vehículos con el menor consumo de carburante posible, lo que entre otras cosas se puede conseguir reduciendo el peso del automóvil. Por otra parte, las piezas de automóviles han de satisfacer crecientes requisitos de seguridad. Por lo tanto, los aceros de construcción de carrocería empleados deben presentar una alta resistencia con un menor peso. Esto se consigue habitualmente mediante el proceso del llamado temple. Durante este, las chapas de acero en primer lugar se calientan a la temperatura de austenita comprendida entre 850º C y 950º C, a continuación, se insertan en una herramienta de prensa, se moldean rápidamente y mediante la herramienta enfriada por agua se enfrían bruscamente de forma rápida a la temperatura de martensita de aprox. 250º C. De esta manera, resulta una estructura de martensita dura, resistente con una resistencia de aprox. 1.500MPa.

Cuando el acero se calienta a las temperaturas que son necesarias para la formación de austenita, en presencia de oxígeno en forma libre o ligada químicamente se forma óxido metálico, ya que la capacidad de reacción aumenta por el oxígeno.

Además, en este tipo de estructuras frecuentemente surgen problemas con la llamada fragilidad por hidrógeno en la que entra hidrógeno en la estructura de martensita pudiendo conducir a la formación retardada de grietas. Muchos mecanismos relacionados con ello aún están sin investigar. Sin embargo, parece estar claro que tienen una importancia significativa la temperatura, el tiempo y el punto de rocío en el horno.

Se conoce el modo de dotar hornos para este tipo de aplicaciones con una atmósfera de gas protector. Para ello, los hornos se hacen funcionar o bien con nitrógeno puro con un punto de rocío de aprox. -60º C o con una mezcla de nitrógeno y gas natural o con un exogas o endogas elaborado en la instalación. El nitrógeno puro presenta un punto de rocío de aprox. -60º C. Sin embargo, un proceso que se hace funcionar con nitrógeno puro no presenta ninguna reserva contra el oxígeno o la humedad arrastrados al horno con el material.

El exogas se elabora a partir de un hidrocarburo, por ejemplo gas natural, y aire, tal como se dio a conocer por ejemplo por el documento DE10347312B3. La elaboración de dicho gas protector se realiza en generadores de exogas. Para ello, la corriente de gas natural/aire premezclada se suministra a una cámara de combustión donde se hace reaccionar. Se trata de una reacción exotérmica que genera energía térmica en exceso. El exogas muy húmedo producido de esta manera se enfría a temperatura ambiente y se suministra a un secador. Entonces, el punto de rocío del gas secado es de aprox. -30º C.

En los documentos EP-A-2088213 o EP-A2087955 se describe la elaboración de una atmósfera exenta de hidrógeno mediante la reacción de N2 y O2 con grafito.

En el documento DE10347312B3 se describe también la elaboración de endogas. Se realiza en generadores de endogas. Para ello, la mezcla de gas natural/aire premezclada se suministra a una retorta calentada con carga de catalizador y allí se hace reaccionar. La retorta de catalizador ha de calentarse y la mezcla de gas que corre por la retorta ha de ponerse a la temperatura de reacción para reaccionar en la superficie del catalizador. Se trata de una reacción endotérmica, es decir, una parte de la entalpía de calentamiento y la totalidad de la entalpía de reacción ha de suministrarse al sistema. El endogas producido se enfría a temperatura ambiente, después de lo que está listo para el uso. El punto de rocío del endogas empleado como gas protector para el tratamiento térmico de materiales de hierro se sitúa en el intervalo de -10º C a +5º C. Este endogas "puro" se diluye (se mezcla) con nitrógeno y, a continuación, se suministra al horno. En estas mezclas de gas protector con 1 a 5% de CO, a causa de la fuerte dilución con nitrógeno, el punto de rocío baja a valores de -20 a -30º C, de modo que no es necesario el uso de un secador adicional como en la producción de exogas.

Además, todos los gases protectores usuales de efecto reductor contienen más o menos hidrógeno, lo que igualmente repercute negativamente en la tendencia a la fragilidad por hidrógeno.

Sobre todo desde el sector automovilístico se manifiesta crecientemente el deseo de una atmósfera de recocido reductora exenta de hidrógeno.

Por lo tanto, la invención tiene el objetivo de proporcionar un horno en el que se pueda proporcionar de la manera

más sencilla y económica posible una atmósfera de reducción exenta de hidrógeno.

Según la invención, este objetivo se consigue mediante un horno con las características de la reivindicación independiente 1. Algunas variantes ventajosas del dispositivo resultan de las reivindicaciones subordinadas 2 a 11.

Otro objetivo de la invención es proporcionar un procedimiento para el calentamiento de piezas de chapa de acero a la temperatura de austenita comprendida entre 850º C y 950º C en una atmósfera reductora exenta de hidrógeno.

Este objetivo se consigue mediante un procedimiento según la reivindicación 12. Algunas formas de realización ventajosas del procedimiento resultan de las reivindicaciones subordinadas 13 a 15.

El horno según la invención para el calentamiento de piezas de chapa de acero a la temperatura de austenita comprendida entre 850º C y 950º C presenta una zona interior y un techo de horno así como un dispositivo incorporado verticalmente en el techo del horno de tal forma que una parte del dispositivo sobresale al interior del horno en la dirección z opuesta, mientras que la otra parte sobresale al exterior del horno, presentando el dispositivo en la parte que sobresale al exterior del horno una conexión por la que se puede suministrar una mezcla de nitrógeno y oxígeno y una conexión por la que se puede suministrar un granulado de carbón, encontrándose un fondo permeable al gas en el lado inferior, situado en la dirección z opuesta, de la parte del dispositivo que sobresale al interior del horno. El fondo permeable al gas del dispositivo puede recoger el granulado de carbón suministrado permaneciendo permeable al gas. El dispositivo sobresale a la zona interior del horno tanto que en el interior del dispositivo se ajusta a la altura del fondo permeable al gas una temperatura de al menos 750º C, cuando la temperatura en el interior del horno es de al menos 850º C. Por lo tanto, durante el funcionamiento del horno, la temperatura en el interior del dispositivo a la altura del fondo permeable al gas es igual o superior a la temperatura de ignición espontánea del granulado de carbón.

En una forma de realización preferible, el dispositivo se compone al menos en parte de carburo de silicio, y de manera ventajosa, la zona del dispositivo compuesta de carburo de silicio es la parte del dispositivo situada en el interior del horno. De esta manera, queda protegida contra el peligro de carburación.

Preferentemente, la conexión por la que la mezcla de nitrógeno y oxígeno se conduce al horno, y/o la conexión por la que el granulado de carbón se conduce al horno, está situada arriba en el dispositivo en la dirección z, es decir, en la zona fría por encima del techo del horno.

En una forma de realización especialmente ventajosa, se transporta continuamente granulado de carbón al dispositivo, ascendiendo la corriente de granulado de carbón a aprox. 1, 5 kg por hora. Un horno de recocido continuo típico con una hornada de acero de aprox. 5 t/h consume aproximadamente 20 a 100 m3/h de gas protector, lo que con una corriente correspondiente de mezcla de nitrógeno y oxígeno se puede obtener a partir de los 1, 5 kg/h de granulado de carbón. El gas protector puede componerse de 2 a 5% en volumen de monóxido de carbono para obtener piezas de chapa de acero recocidas sin cascarillas En otra forma de realización ventajosa, el dispositivo presenta hacia la zona interior del horno una terminación que presenta un agujero de salida de gas. Preferentemente, dicho agujero de salida de gas está dimensionado de tal forma que la velocidad de salida de gas se sitúa entre 20 m/s y 50 m/s. De esta manera, se consigue una buena recirculación de la atmósfera del horno por el impulso originado.

Ha resultado ser especialmente ventajoso si la terminación está realizada en forma de embudo.

En una forma de realización... [Seguir leyendo]

1. Horno (10) para calentar piezas de chapa de acero a la temperatura de austenita comprendida entre 850º C y 950º C con una zona interior (5) y un techo de horno (2) , caracterizado porque un dispositivo (1) está incorporado 5 verticalmente en el techo de horno (2) de tal forma que una parte del dispositivo (1) sobresale al interior del horno (10) en la dirección z opuesta, mientras que la otra parte sobresale al exterior del horno (10) y el dispositivo (1) presenta en la parte que sobresale al exterior del horno (10) una conexión (7) por la que se puede suministrar una mezcla de nitrógeno y oxígeno y una conexión (8) por la que se puede suministrar un granulado de carbón (4) , y en el lado inferior, situada en la dirección z opuesta, de la parte del dispositivo (1) que sobresale al interior del horno (10) se encuentra un fondo (3) permeable al gas.

2. Horno (10) según la reivindicación 1, caracterizado porque el fondo (3) permeable al gas del dispositivo (1) puede recoger el granulado de carbón (4) suministrado permaneciendo permeable al gas.

3. Horno (10) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo (1) está hecho al menos en parte de carburo de silicio.

4. Horno (10) según la reivindicación 3, caracterizado porque la parte (1) que está hecha de carburo de silicio se encuentra en el interior del horno.

2.

5. Horno (10) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la conexión (7) por la que la mezcla de nitrógeno y oxígeno se conduce al dispositivo (1) se encuentra arriba sobre el dispositivo (1) en la dirección z.

6. Horno (10) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo (1) está delimitada hacia la zona interior (5) del horno (10) por una terminación (9) que presenta un agujero de salida de gas (6) .

7. Horno (10) según la reivindicación 6, caracterizado porque la terminación (9) está realizada en forma de 30 embudo.

8. Horno (10) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el horno (10) presenta un medio transportador (30) sobre el que la pieza de chapa de acero que ha de calentarse se puede transportar pasando por el horno (10) .

3.

9. Procedimiento para calentar piezas de chapa de acero a la temperatura de austenita entre 850º C y 950º C, caracterizado porque en un horno (10) en el que se calientan las piezas de chapa de acero se produce una atmósfera reductora exenta de hidrógeno de tal forma un granulado de carbón (4) se transporta de forma continua a un dispositivo (1) que en parte sobresale al interior del horno (10) y que presenta al menos en parte un fondo de tamiz (3) , y una mezcla de nitrógeno y oxígeno se conduce desde arriba sobre el granulado de carbón (4) situado dentro del dispositivo (1) , de modo que el granulado de carbón (4) se quema bajo el influjo del calor en el interior (9) del horno bajo la formación de monóxido de carbono que a través del fondo (3) permeable al gas circula a la zona interior (5) del horno (10) .

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque el granulado de carbón (4) se transporta al dispositivo (1) con una corriente de aprox. 1, 5 kg por hora y la velocidad de salida del monóxido de carbono del dispositivo a la zona interior (5) del horno (10) es de 20 m/s a 50 m/s.

11. Procedimiento según la reivindicación 9 o 10, caracterizado porque la adición dosificada de los componentes 50 nitrógeno, oxígeno y granulado de carbón (4) se realiza por medio de dispositivos de medición de peso.

12. Procedimiento según la reivindicación 9 o 10, caracterizado porque la adición dosificada de los componentes nitrógeno, oxígeno y granulado de carbón (4) se realiza por medio de dispositivos de medición de caudal volumétrico.