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-'Verfahren zur Reinigung und Veredlung geschmolzener Metalle und Legierungen.
Die Erfindung bezieht sieh auf ein Verfahren zur Behandlung von Metallen und Legierungen im geschmolzenen Zustand zwecks Reinigung von schädlichen Stoffen, z. B. zur Entgasung, Desoxydierung und zur Veredlung durch Verbesserung, vorzugsweise der physikalischen Eigenschaften, wie Härte, Elastizität, elektrischer Leitfähigkeit u. dgl.
Das Verfahren gemäss der Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass den zu reinigenden Metallschmelzen bzw. den zu veredelnden Metallen oder Legierungen im Schmelzfluss Hydride vom
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Lithiumhydrid, einzeln oder im Gemisch untereinander und gegebenenfalls mit gewissen weiteren Zusätzen, einverleibt werden.
Es ist in diesem Zusammenhang zu erwähnen, dass unter dem Begriff"salzartige Hydride"aus- drücklich auch die Hydride der seltenen Erden miterfasst werden sollen.
Diese Zusätze gemäss Erfindung, d. h. einzelne oder mehrere Hydride von Alkalien, Erdalkalien oder seltenen Erden, gegebenenfalls in beliebigem Gemisch, werden dem schmelzflüssigen Gut in an sich bekannter Weise einverleibt, zweckmässig derart, dass sie zur Erreichung einer möglichst grossen oberflächlichen Wirkung tief in das Innere des Bades mit jeinem gelochten Giessloffel eingeführt werden und im Bad, z. B. auch unter Mitwirkung von'Induktionsstrom, gut umgerührt werden.
Ein besonderer Vorteil dieser salzartigen Hydride ist, dass sie in der Handhabung sehr einfach sind, weil sie in hinreichend trockener Luft praktisch beständig sind und auch einen verhältnismässig hohen Schmelzpunkt besitzen.
Ausser den Hydriden selbst kommen Anwendungsformen in Betracht, wie etwa Vorlegierungen mit Teilen der zu. behandelnden Schmelze oder-mit-nur einzelnen, Komponenten der zu behandelnden Schmelzen, sofern es sich um eine Legierung handelt ; die veredelt oder gereinigt werden soll. Des weiteren können die Hydride auch noch einen Gehalt an freiem Metall aufweisen, sie können auch neben oder an Stelle dessen noch Silizide,-sei es des Behandlungsgutes oder des überschÜssigen freien Metalls, enthalten.
Die anwendungsform der'Hydride'ist beliebig, d. h. sie können sowohl in Pulver-,'wie gekörnter, wie Troekenform angewendet werden. Zweckmässig werden sie jedoch, besonders als Vorlegierungen,
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form, angewendet.
Es hat sieh gezeigt, dass salzartige Hydride oder die solche enthaltenden Zusätze ebengenannter Art zu gänzlich neuen Ergebnissen bei der Verbesserung der Eigenschaften der behandelten Metalle und Legierungen führen, die sieh auch in den Fertigprodukten durch eine weitgehende l'berlegenheit in verschiedener Hinsicht geltend machen.
Die Reinigungswirkung ist ebenfalls eine wesentlich bessere, d. h. in weit besserem Mass wird eine Desoxydation und Entgasung schlechthin erreicht, als es durch bisher bekannte Zusätze zu
Schmelzen der in Rede stehenden Art bisnun erreicht werden konnte.
Die Wirkungen, die durch den Zusatz von salzartigen Hydriden oder solche enthaltenden Gemischen mehrere Hydride mit siliziertem Behandlungsgut oder mit freien Metallen erreicht werden, dürften im wesentlichen auf den Einfluss des aus den Hydriden freigesetzten Wasserstoffes zuzuschreiben sein, der die Gase sowie Sauerstoff und die Verunreinigungen, wie Schwefel, Phosphor u. a., beseitigt, während die vorzüglichen Einwirkungen auf die physikalischen und chemischen Eigenschaften auf das Strukturbild der erhaltenen Legierungen und Metalle im wesentlichen wohl auf die Begleiter des Wasserstoffes, z. B. Kalzium, Cer u. dgl., zurückzuführen sind.
Die Begleiter des Wasserstoffes haben offensichtlich auch noch die Wirkung, praktisch letzte Reste an etwa zurückbleibendem Sauerstoff und Verunreinigungen mit zu beseitigen, so dass also Wasserstoff sowie seine Begleiter sich gegenseitig in ihrer Wirkung bis zu einem gewissen Grad unterstützen.
Die Menge der Zusätze an Hydriden oder Hydride enthaltender Gemische genannter Art hängt im einzelnen von dem Grad der Verunreinigung der zu behandelnden Metallschmelzen ab. Im allgemeinen bewegen sieh die Zusätze in Mengen bis zu 2%, bezogen auf das geschmolzene Metallgut, z. B. in Grenzen von 0-005% bis zu 0'4%, doch können besondere Verhältnisse, wie sehr hoher Verunreinigungsgrad, auch eine Überschreitung oder Unterschreitung dieser Grenzen bedingen.
Von Einfluss auf die Bestimmung der Zusatzmenge kann u. a. aber auch die Absicht sein, die aus dem Schmelzgut gewonnenen Metalle und Legierungen oder die daraus hergestellten Fertigprodukte mit einem Restgehalt an Veredlungszusatz, selbst wenn er z. B. nur spektographiseh nachweisbar ist, zu erhalten.
Diese Restgehalte verleihen, wie sich gezeigt hat, selbst in Mengen von weniger als 0-03% dem
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gesprochen Wirkungen desselben feststellbar sind, z. B. durch die Ausbildung der Struktur, durch gewisse Festigkeitseigenschaften usw.
Zu beachten ist noch für die Ausübung des Verfahrens in Anwendung auf die verschiedenen Metalle und Legierungen, welches Verhalten das Behandlungsgut gegenüber Wasserstoff aufweist, d. h. ob es entweder eine ausgesprochen Affinität zu Wasserstoff besitzt oder eine geringe oder keinerlei Affinität. Zur erstgenannten Gruppe gehören z. B. Kupfer, Eisen, Nickel sowie Platin und die Legierungen dieser Metalle. Zur zweiten Gruppe gehören vor allem Kadmium, Blei, Wismut, Antimum, Gold, Silber, Zink, Thallium, Rhodium und ebenfalls Legierungen dieser Metalle.
Bei Behandlung der letztgenannten Gruppe ; d. h. der Metalle oder Legierungen mit geringer Affinität oder ohne Affinität zu Wasserstoff,'sind Beschränkungen hinsichtlich der Menge an Hydridzusätzen nicht gegeben. Diese Metalle oder Legierungen verbinden sich auch bei erhöhter Temperatur
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er vor der Erstarrung wieder abgegeben.
Die Metalle der erstgenannten Gruppe dagegen nehmen begierig jeden Überschuss an Wasserstoff auf und setzen ihn beim Erstarren derartig in Freiheit, das Gaslöcher, Fehlstellen usw. im Guss- stuck entstehen. Man muss deshalb bei derartigen Metallen oder Legierungen jeden Überschuss an Hydrid vermeiden. Dies erreicht man zweckmässig, indem man geringere Mengen an salzartigen Hydriden oder solche Salze enthaltenden Zusätze verwendet, als theoretisch zur Bindung der Verunreinigungen erforderlich sind.
Die theoretisch erforderlichen Mengen lassen sich jederzeit leicht errechnen. Ein Kupfer bei-
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retischen Menge, wenn man sicher sein will, dass im Kupfer Wasserstoff nicht gelöst bleibt. Vorteilhaft rührt man nach dem Hydridzusatz sorgfältig, um auch lokal einen Überschuss zu vermeiden und feint anschliessend mit wasserstofffreien Legierungen, z. B. einer Lithium-Kalzium-Legierung, na < h. Bei dieser Nachfeinung kann man mit einem gewissen Überschuss arbeiten, wenn man, wie bei chemischen Reaktionen üblich, den Verlauf in'eine bestimmte Richtung lenken will.
Behandelt man dagegen eine Legierung oder ein Metall, die keine Affinität zu Wasserstoff, besitzen, z. B. Silber oder Silberlegierungen, so geht man wie folgt vor :
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der geschmolzenen Masse zugegeben und sehr gut in ihr verteilt. Sobald eine gleichmässige Einwirkung dieses Zusatzes angenommen werden kann, wird vergossen. Wasserstoff wird durch diese Behandlung in Freiheit gesetzt, verbindet sich mit Sauerstoff, mit andern Gasen und etwaigen Verunreinigungen.
Der Begleiter des Wasserstoffes aus dem angewendeten Hydrid beeinflusst vor allem die physikalischen und chemischen Eigenschaften des verfestigten Produktes. Es zeigt sich vor allem eine Verfeinerung der Kristallstruktur, auch grössere Härte, höhere Elastizität, praktische Freiheit von Blasen u. dgl. sind zu beobachten. Vor allem ist auch die Vergiessbarkeit wesentlich besser, u. zw. zeigt sich eine aus, gesprochen Dünnflüssigkeit.
Die Zusätze an Veredlungsmitteln bei Kupfer oder Kupferlegierungen, bei denen vor allem die erhebliche Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit auffällt, bewegen sich zweckmässig zwischen
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Bei Behandlung eines Kupfers mit einem Gehalt an Arsen, Selen od. dgl. Verunreinigungen hat es sieh gezeigt, dass praktisch das gesamte Arsen, Selen u. dgl. entweder in die Schlacke geht oder sich aus der Schmelze verflüchtigt, so dass man bei einer Behandlung gemäss Erfindung ein Kupfer bzw. eine Kupferlegierung, die praktisch frei von derartigen Verunreinigungen sind, erzeugen kann.
Die erforderlichen Mengen an Zusätzen, z. B. salzartige Hydride enthaltenden Gemischen, sind naturgemäss abhängig von dem Gehalt an Verunreinigungen, wie Selen, Antimon u. dgl. ; im allgemeinen bewegen sich die Zusätze in den oben angegebenen Grenzen.
Bei Verwendung eines derartigen Hydridgemisches, wie z. B. Natrium-Kalzium-Hydrid, kann man unter einer Decke von Holzkohle arbeiten, da Natrium und Kalzium in die Schlacke gehen, nichtsdestoweniger Spuren von Kalzium als Reste im-behandelten Metallgut sich nicht nachteilig auswirken.
Ebenso kann auch ein Überschuss an Natrium und Kalzium Anwendung finden, wobei der nicht hydrierte Überschuss teilweise siliziert ist oder etwa z. B. Kalziumsilizid ausserdem noch daneben vorhanden ist.
Die Anwendung von Reinigung-und Veredlungszusätzen gemäss Erfindung eignet sich auch in vorzüglicher Weise für die Raffination von Zink, besonders Elektrolytzink, wobei vor allem die Zink- verluste, die nach bisherigen Methoden zwischen 2 und 5% betragen, auf ein Minimum beschränkt werden können.
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Weiterhin erden, bei der Behandlung von Gusseisen vorzügliche Ergebnisse erzielt, bei. Ein- bringen von'ungefähr 0'005 M ? etwa 6'a Ge\v.-% Bariumhydrid. Auch bei Nickel und Nickellegierungen, wie z. B. Monelmetall, lassen sich vorzügliche Ergebnisse erzielen. Beispielsweise kann hier Strontiumhydrid in einer Menge von ungefähr 0'005-0'1 Gew. -% für Monelmetall angewendet werden.
Das so erhaltene Produkt und daraus hergestellte Produkte sind nach üblichen Verfahren hergestellten weit überlegen, insbesondere ist eine wesentliche Verbesserung der Struktur, hohe Reinheit und Freiheit von Ausscheidungen u. dgl. zu beobachten.
Vorzügliche Ergebnisse haben sich auch bei Behandlung eines Kohlenstoffstahls mit ungefähr 0'05-0'2 Gew.-% an Ceriumhydrid in verschiedenster Hinsicht feststellen lassen.
Eine weitere Bestätigung der vorzüglichen Ergebnisse gemäss Erfindung bildet auch die Anwendung bei Legierungsstählen, wie z. B. Nickel-Chromstahl, die beispielsweise mit Lanthanhydrid, u. zw. etwa 0'05-0'2 Gew.-%, behandelt wurden.
Im allgemeinen bringt die Behandlung gemäss Erfindung eine Erhöhung der Temperatur des Sehmelzgutes mit sich, verbessert den Flüssigkeitsgrad des Schmelzbades, erleichtert und verbessert die Vergiessung, wirkt verbessernd auf die Kristallstruktur ein und erzeugt ein reineres und besonders hinsichtlich physikalischer und mechanischer Eigenschaften wie auch hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit nach bisherigen Verfahren hergestellten Produkten erheblich überlegenes Material.
Allgemein ist noch zu bemerken, dass ausser den obengenannten Vorteilen des Verfahrens gemäss Erfindung die Anwendung der salzartigen Hydride auch noch eine Beschränkung der anzuwendenden Menge gestattet. So ist beispielsweise der Bedarf an Kalzium bei Anwendung von Kaliumhydrid um etwa 50% geringer gegenüber einer Anwendung des Kalziums als solches.
Die erhaltenen Produkte, Gussstüeke, daraus hergestellte Fertigprodukte u. dgl. sind nichtsdestoweniger hinsichtlich Reinheit und ihrer physikalischen und mechanischen Eigenschaften u. dgl. den nach bisher bekannten Verfahren behandelten weit überlegen. Das Verfahren ist für Anwendung in grossem Massstab geeignet und ist dabei durch besondere Wirtschaftlichkeit und grosse Einfachheit ausgezeichnet.
Zu der'Ausführung des Verfahrens selbst ist noch zu bemerken, dass es sich -als besonders vorteilhaft erwiesen hat, bei Zugabe von Hydriden der in Rede stehenden Art zu metallischem Schmelzgut
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die Schmelze kurze Zeit sieh selbst zu überlassen, gegebenenfalls aber auch z. B. mit Hilfe von Induktionsstrom gut umzurühren und hierauf eine zweite Behandlung mit den jeweils erforderlichen Restmengen des Zusatzes vorzunehmen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Reinigung und Veredlung geschmolzener Metalle und Legierungen, dadurch gekennzeichnet, dass dem geschmolzenen Metallgut Hydride vom Typus der salzartigen Hydride, d. h. mit Ionenbindungen, mit Ausnahme von Lithiumhydrid, in bis zu 2% betragenden Mengen, allenfalls im Gemisch mit ein oder mehreren Vertretern der Alkalien, der Erdalkalien und seltenen Erden, die gegebenenfalls einzeln oder sämtlich hydriert sein können, zugesetzt werden.