AT208604B

AT208604B - Verfahren zur Entfernung eines gelösten Gases aus einem geschmolzenen Metall

Info

Publication number: AT208604B
Application number: AT580158A
Authority: AT
Original assignee: Foundry Services Int Ltd
Priority date: 1958-08-19
Filing date: 1958-08-19
Publication date: 1960-04-25

Description

Verfahren zur Entfernung eines gelösten Gases aus einem geschmolzenen Metall
Die Erfindung betrifft die Entfernung von Gasen aus Metallen bzw. Legierungen, z. B. Stahl, sowie Kupfer, Nickel und Nickel- und Kupferlegierungen.

Bekanntlichtrittbei der Herstellung dieser Metalle bzw. Legierungen häufig die Schwierigkeiten ver- ursachende Erscheinung auf, dass das geschmolzene Metall eingeschlossene Gase enthält, die in dem ver- festigen Metall kleinere Blasen oder poröse Stellen verursachen können. Es ist bekannt, geschmolzene Metalle zu entgasen, indem ein geeignetes Gas durch das geschmolzene Metall durchgeleitet wird : im Falle von Stahl wird Stickstoff oder Argon durch das geschmolzene Metall durchperlen gelassen : im Falle von Kupferlegierungen wird Stickstoff durch das Metall durchgeleitet. Jedoch sind diese Verfahren praktisch schwer durchführbar und es besteht kein einfaches Verfahren zur Entgasung geschmolzener Metalle.

Es wurde nunmehr gefunden, dass geschmolzener Stahl, sowie Kupfer, Nickel und deren Legierungen und andere geschmolzene Metalle wirksam und leicht entgast werden können, indem innerhalb des ge- schmolzenen Metalles bestimmte Gase entwickelt werden, die das Metall durchspülen und eingeschlossene Gase mitreissen.

Gemäss vorliegender Erfindung wird ein Verfahren zur Entfernung eines gelösten Gases aus geschmol- zenen Metallen angegeben, das darin besteht, dass in das geschmolzene Metall, vorzugsweise in den unteren Abschnitt desselben, ein festes Material eingeführt wird, durch dessen Zusatz bei der Temperatur des geschmolzenen Metalles Kohlenmonoxyd und/oder Kohlendioxyd entwickelt wird, wobei das sich bildende Gas entweder frei ist von dem zu entfernenden Gas oder einen Partialdruck dieses Gases aufweist, der geringer ist als der äquivalente Innendruck des in dem geschmolzenen Metall gelösten Gases.

Der Ausdruck "äquivalenter Innendruck" wird verwendet, um den Wasserstoffdruck in dem Metall anzugeben, der dem Partialdruck des Wasserstoffs oberhalb des Metalls gleich ist, der mit dem gelösten Wasserstoff im Gleichgewicht wäre und die gleiche Bedeutung in bezug auf jedes andere Gas hat, das in dem Metall enthalten ist und entfernt werden soll.

Die Bildung von Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd kann erzielt werden, indem in das geschmolzene Metall Substanzen, wie z. B. Dolomit (Magnesiumkarbonat-Kalziumkarbonat), Kalk, Marmor u. a.

Erdalkalikarbonate, z. B. Bariumkarbonat eingeführt werden. Die genannten Substanzen können vorteilhafterweise zusammen mit etwas Kohlenstoff verwendet werden, um soweit als möglich sicherzustellen, dass sich bildendes Kohlendioxyd zu Kohlenmonoxyd umgesetzt wird, wodurch das gesamte Gasvolumen vergrössert wird. Ferner ist es gewöhnlich von Vorteil, die genannten karbonathaltigen Substanzen zusammen mit einem feuerfesten Material, wie z. B. Magnesiumoxyd, zu verwenden, indem die Substanzen zu Pulver oder einer granulierten Mischung verarbeitet werden und dann unter Bildung einer leicht zuhandhabendenForm abgebunden werden. Ein sich besonders gut eignendes Präparat besteht aus Marmorsplittern und Marmorpulver, die bzw. das mit einem Silikat abgebunden ist, z.

B. einer Mischung, bei welcher 100 Teile 75-50 Teile Splitter und 25-50 Teile Pulver enthalten und die mit Natriumsilikat so behandelt wird, dass auf 100 Teile des fertigen Präparates 90 - 80 Teile obiger Mischung und 10 - 20 Teile Natriumsilikat entfallen. Eine bevorzugte Zusammensetzung besteht aus 83 - 85 Teilen des Gemisches mit 15 - 17 Teilen Natriumsilikat, wobei die Mischung 70 % Splitter und 30 % Pulver enthält.

Ein solches Präparat soll vorzugsweise eine grosse Oberfläche aufweisen : es kann z. B. ein mit Rillen versehener zylindrischer Block sein.

Wichtig ist es, zu vermeiden, mit dem Zusatz in das geschmolzene Metall eine grössere Menge
Feuchtigkeit einzuführen : demgemäss soll das zuzusetzende Material im allgemeinen einen unterhalb von
1, SGew.-h, vorzugsweise einen unterhalb von 0,15 Gew. -0/0 liegenden Feuchtigkeitsgehalt aufweisen.
Ein solcher niedriger Feuchtigkeitsgehalt kann erhalten werden, indem das zuzusetzende Material auf eine möglichst hohe Temperatur erhitzt wird, ohne dabei die Temperatur zu erreichen, bei welcher es
Kohlendioxyd oder Kohlenmonoxyd abzugeben beginnt. Im Falle von Marmor kann die Hitzebehandlung bei 4000 C oder einer noch höheren Temperatur vorgenommen werden, wobei jedoch 6000 C nicht über- schritten werden sollen, da sich bei dieser Temperatur der Marmor zu zersetzen beginnt.

Ein Gas, das gewöhnlich in Stahl vorhanden ist, ist Wasserstoff die Gegenwart von Feuchtigkeit in dem zuzusetzenden Material bewirkt einen Wasserstoffgehalt in den sich bildenden Gasblasen. Daher ist es, wie zuvor ausgeführt, notwendig, dass, damit die Gasblasen Wasserstoff mitreissen können, der Partial- druck des Wasserstoffs in den entwickelten Blasen geringer ist, als der äquivalente Innendruck des Wasser- stoffs in dem Metall.

Die Menge des festen, dem geschmolzenen Metall zugesetzten Materials und die Verweilzeit des- selben in dem geschmolzenen Metall wird von dem Gasgehalt des zu behandelnden Metalls, der Zu- sammensetzung des zugesetzten Materials und dessen Vermögen, Kohlendioxyd und/oder Kohlenmonoxyd freizusetzen, und schliesslich dem Ausmass, bis zu welchem das Entgasen vor sich gehen soll, abhängig sein. Für jeden speziellen Fall werden die optimalen Anteile der Zusätze leicht durch einen einfachen
Versuch ermittelt werden können.

Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung.

Beispiel1 :AlsZusatzwurdeindiesemBeispielmitSilikatabgebundenerMarmorverwendet,der erhalten wurde, indem 70 Gew.-Teile Marmorsplitter und 30 Teile Marmorpulver miteinander vermischt,
85 Teile dieser Mischung mit 15-Teilen Natriumsilikat abgebunden und das Produkt in einem Ofen bei
4000 C gehalten wurde, wobei der Feuchtigkeitsgehalt dieses Produktes auf 0, 12 Gel.-% sank.

Verschiedene Anteile dieses Produktes wurden in verschiedene Stahlschmelzen eingeworfen, wobei folgende Ergebnisse erhalten wurden :
EMI2.1

<tb>
<tb> Beispiel <SEP> Gewicht <SEP> Gewicht <SEP> des <SEP> Dauer <SEP> der <SEP> Wasserstoffgehalt <SEP> des <SEP> Stahls
<tb> Nr. <SEP> des <SEP> Stahles <SEP> Zusatzes <SEP> Immersion <SEP> in <SEP> cmS/100 <SEP> g <SEP> : <SEP>
<tb> (Tonnen) <SEP> (kg) <SEP> (Minuten)
<tb> anfänglich <SEP> nach <SEP> der
<tb> Behandlung
<tb> 1 <SEP> 0, <SEP> 18 <SEP> 0, <SEP> 453 <SEP> 2 <SEP> 5,8 <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 5 <SEP> 4, <SEP> 53 <SEP> 4 <SEP> 7,2 <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 5 <SEP> 4, <SEP> 53 <SEP> 5 <SEP> 3, <SEP> 9 <SEP> 3, <SEP> 5
<tb> 4 <SEP> 5 <SEP> 4, <SEP> 53 <SEP> 4 <SEP> 3, <SEP> 95 <SEP> 3, <SEP> 16 <SEP>
<tb>

Beispiel 2 :

Die folgende Mischung wurde unter Verwend'mg von Natriumsilikat als Bindemittel tablettiert : Dolomit............. 88 Gew.-Teile Kohlenstoff.......... 12. Gew.-Teile Pro Tonne geschmolzenem Kupfer oder einer Legierung auf Basis von Kupfer wurden 226, 7-453, 4g wiegende Tabletten verwendet, die in das Metall eingeworfen wurden, sobald die Temperatur des Metalls 1000 - 12000 betrug.

Auf diese Weise wurde eine ausgezeichnete Entgasung erzielt, die der im Beispiel 1 angegebenen entspricht, d. h. dass der Wasserstoffgehalt von ungefähr 7 cm/lOOg auf 5 cm3/100g herabgesetzt wurde. Der Entgasungsvorgang wird vorzugsweise bei den ersten Verfahrensstufen der Metallherstellung vorgenommen.

Es ist jedoch häufig schwierig, die Behandlung auszuführen, wenn sich das Metall in dem Ofen befindet auch ist die Behandlung umständlich, wenn das Metall in dem Ingot ist. Am bequemsten ist es, die Behandlung vorzunehmen, wenn das geschmolzene, aus dem Ofen kommende Metall, bevor es in die Form gegossen wird, in die Giesspfanne gebracht wird. Jedoch kühlt das in der Giesspfanne verbleibende Metall

aus, so dass es wesentlich ist, dass die Verweilzeit des Metalls in der Giesspfanne kurz ist. Wenn eine über- mässige Kühlung eintritt, kann ein nochmaliges Erhitzen erforderlich werden, was mit erheblichen Kosten verbunden ist.

Es ist daher vorteilhaft, dafür Sorge zu tragen, dass die Entgasungsbehandlung möglichst schnell durchgeführt wird. Ein weiteres Merkmal vorliegender Erfindung besteht darin, Mittel vorzusehen, die die Entgasung beschleunigen.

Demgemäss enthält erfindungsgemäss das in das geschmolzene Metall eingeführte Material einen Accelerator ; wenn das geschmolzene Metall Stahl ist, besteht dieser aus a) an sich zur Verwendung in basischen Schlacken bekannten Flussmitteln und/oder b) einem guten Wärmeleiter und/oder c) einem
Material, welches unter den gegebenen Bedingungen exotherm reagiert ; wenn das verwendete Metall Kupfer oder Nickel oder eine Kupfer- oder Nickellegierung ist, besteht der Accelerator aus den unter b) und c) angegebenen Substanzen.

Sich zur Mitverwendung mit dem festen, Kohlenmonoxyd und/oder Kohlendioxyd bildenden Material eignende Stoffe sind im Falle von Stahl (geordnet wie oben) folgende : a) Siliziumdioxydoder Kalziumfluorid oder Mischungen dieser Verbindungen, b) Eisen oder Kupfer in zerkleinerter Form, z. B. als Schrot, oder Siliziumcarbid oder Mischungen dieser Stoffe, c) Aluminium in feinverteilter Form als solches oder zusammen mit einem Fluorid, z. B. Natriumoder Kaliumfluorid oder Kryolith, oder Mischungen einer der unter a), b) und c) angegebenen Substanzen. Im Falle von Kupfer und Nickel und deren Legierungen eignen sich die unter b) und c) angegebenen Substanzen, wobei in diesem Fall auch z.

B. folgende Substanzen der Gruppe c) verwendet werden können : Magnesium als solches oder Mischungen von Aluminium, Magnesium oder Kohlenstoff mit einem Oxydationsmittel, z. B. einem Alkalimetallnitrat, z. B. Natrium-oder Kaliumnitrat.

Die optimale Menge des zu verwendenden Accelerators wird in jedem Fall verschieden sein. Im allgemeinen wird dieser zumindest lodes Zusatzes ausmachen : jedoch kann sich dieser Anteil, insbesondere für die weniger wirksamen Acceleratoren auf bis zu 80 % des Gesamtzusatzes erhöhen. In den meisten Fällen wird aber ein Anteil von 1 bis 15 % bzw. 7 bis 10 % als geeignet befunden.

Selbstverständlich wird in jedem einzelnen Fall darauf Bedacht genommen werden müssen, dass der Zusatz nicht ein Material einschliesst, das seinerseits eine schlechte Wirkung auf die Qualität oder die physikalischen Eigenschaften des zu behandelnden Metalles hat.

Mittels der genannten Acceleratoren wird eine Verringerung der Behandlungszeit ermöglicht. So wird imFallevonStahlundbei Verwendung eines basischen Präparates, das 83 Gew.-Teile einer Mischung von Marmorsplittern und Pulver im Verhältnis von 70 : 30 und 15 - 17 Teile Natriumsilikat enthält, die Behandlungszeit durch Zusatz von 10 % Siliziumdioxydpulver um ungefähr ein Drittel verkürzt.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Entfernung eines gelösten Gases aus einem geschmolzenen Metall, dadurch gekennzeichnet, dass in das geschmolzene Metall ein festes Material eingeführt wird, durch dessen Zusatz bei der Temperatur des geschmolzenen Metalls Kohlenmonoxyd und/oder Kohlendioxyd entwickelt wird, wobei das sich bildende Gas entweder frei ist von dem zu entfernenden Gas oder einen Partialdruck dieses Gases aufweist, der geringer ist als der äquivalente Innendruck des indem geschmolzenen Metall gelösten Gases.
EMI3.1

Claims

Wasserstoff enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Kupfer oder Nickel oder eine von deren Legierungen ist, das bzw. die gelösten Wasserstoff enthält.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zugesetzte Material Marmor ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Marmor in Form von mit Silikat abgebundenen Splittern und/oder mit Silikat abgebundenem Pulver zugesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das feste Material Kohlenstoff enthält.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das feste Material ein Flussmittel, z. B. Siliziumdioxyd oder Kalziumfluorid, enthält. <Desc/Clms Page number 4>

8. Verfahren nach einem der Ansprüche l bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das feste Material einen Stoff mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, z. B. Eisen oder Kupfer in zerkleinerter Form oder Siliziumcarbid, enthält.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das feste Material einen exotherm reagierenden Stoff enthält, z. B. Aluminium oder Magnesium oder eine Mischung von Aluminium mit einem Fluorid, beispielsweise Kryolith, oder eine Mischung von Aluminium, Magnesium oder Kohlenstoff mit einem Oxydationsmittel, beispielsweise Natriumnitrat.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtigkeitsgehalt des zugesetzten festen Materials unter 1, 5 % liegt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtigkeitfgehalt unter 0, 15 % liegt.