<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zum Konditionieren von flüssigem Material, insbesondere von geschmolzenem Metall, und
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein Verfahren zum Konditionieren von flüssigem Ma- terial, insbesondere von geschmolzenem Metall, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Ver- fahrens.
Es ist allgemein bekannt, dass bei der Erstarrung geschmolzener Metalle und Legierungen häufig Gase darin eingeschlossen werden, die Hohlräume, Porosität und andere Mängel verursachen. Anderseits wird die geregelte Einführung von Gasen in geschmolzene Metalle und Legierungen zum Schutze gegen Oxy- dation und zur Reduzierung von Oxyden sowie zum geregelten Einschluss von Gasen in den erstarrten Me- tallen benutzt, um Lunkerbildung in den Gussblöcken auszuschalten oder wenigstens zu vermindern. Un- beruhigt vergossener Stahl ist ein Beispiel dafür.
Es ist weiterhin bekannt, dass nicht-eutektische Legierungen das Bestreben haben, während der Er- starrung aúszuseigern, und dass es ausserordentlich schwierig ist, Abgüsse von homogener Zusammenset- zung herzustellen, wenn geschmolzene Metalle miteinander verbunden werden, die nicht oder nur in sehr begrenztem Umfang mischbar sind.
Verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Entgasung geschmolzener Metalle, zur Einführung von Gasen in geschmolzene Metalle und zur Bildung homogener fester Legierungen aus schwer mischbaren Metallen sind bereits vorgeschlagen worden. Trotz dieser Bemühungen ist weder das Entgasen von Metallen, noch die geregelte Einführung von Gasen in geschmolzene Metalle, noch schliesslich die homogene Erstarrung von schwer miteinander zu vereinbarenden Metallen mit den vorgeschlagenen Vorrichtungen und Verfahren ganz erfolgreich gewesen.
Die Erfindung wurde daher in Erkenntnis des Bedürfnisses gemacht, geschmolzene Metalle und Mischungen aus geschmolzenen Metallen so zu behandeln, dass sie nach ihrer Erstarrung homogenen Charakter haben, wenn es sich um Metalle handelt, die in ihrer Mischung schwer miteinander zu vereinbaren sind, oder Gase in geschmolzene Metalle unter genau regelbaren Bedingungen einzuführen oder schliesslich Gase aus geschmolzenen Metallen vollkommen zu entfernen.
Zweck der Erfindung ist demnach unter anderem die Einführung von Gasen in geschmolzene Metalle, insbesondere die geregelte Einführung von Wasserstoff in geschmolzenenStahl zur Herstellung unberuhigt vergossener Stahlblöcke sowie auch die Entfernung von Wasserstoff und andern Gasen aus geschmolzenen Metallen.
Ein weiterer Zweck der Erfindung ist schliesslich die gründliche Vereinigung schwer oder nicht mischbarer Bestandteile von Legierungen mit dem Ziel, eine verbesserte Gleichförmigkeit in Abgüssen zu erhalten, die aus solchen Metalllegierungen hergestellt sind.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Konditionieren von flüssigem Material, insbesondere von ge-
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
<Desc/Clms Page number 3>
auf verschiedene Weise geheizt werden, um sie unter genügend hoher Temperatur zu halten und die Er- starrung des geschmolzenen Metalls zu verhindern. Die Kammer wird entweder vor Einführung des ge- schmolzenen Metalls luftleer gemacht-in diesem Fall müssen die Ein- und Auslassöffnungen für das
Metall abgedichtet werden-oder nach Einführung des geschmolzenen Metalls, wenn die Einlassöffnung durch das einströmende geschmolzene Metall und die Auslassöffnung durch das ausströmende geschmol- zene Metall blockiert sind.
Ähnliche Massnahmen sind zu treffen, wenn das ausgewählte Gas unter entsprechend gewähltem
Druck in die Kammer eingeführt wird.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird ersichtlich, dass die Erfindung das Prinzip reduzierten hydrostatischen Druckes zum Zweck des Gasentzuges aus geschmolzenen Metallen und ebenso zur Ein- führung von Gasen in geschmolzene Metalle benutzt. Gleichzeitig wird die Homogenisierung von un- mischbaren oder schwer mischbaren Metallen durch Verringerung der Partikelgrösse der zu mischenden
Komponenten bewirkt. Bekanntlich ist in allen Fällen von einfachen Lösungen die Absorption von Gasen in Metallen proportional der Quadratwurzel des Gasdruckes. Die Reduktion des hydrostatischen Druckes der Metallflüssigkeitssäule bei hohem Vakuum fördert deshalb ausserordentlich den Gasentzug aus ge- schmolzenem Metall. Diese günstigen Verhältnisse werden in dem Teil des Metalls, der durch wieder- holtes Hin- und Herprallen zerstäubt wird, noch verbessert.
Unter diesen Bedingungen wird ein optimales
Gleichgewicht in sehr kurzer Zeit erreicht, während das flüssige Metall durch die Vorrichtung hindurch- geht. Wenn anderseits Schutzgase wie Helium eingeführt werden, während das flüssige Metall durch die
Vorrichtung hindurchgeht, wird der Teildruck von Gasen, die aus dem flüssigen Metall entweichen (z. B.
Wasserstoff, Kohlenoxyd) wesentlich reduziert.
Wenn es sich um die Einführung von Reduziergasen, wie Wasserstoff, handelt (beispielsweise bei der
Herstellung von unberuhigt vergossenen Stahlblöcken in guter gleichförmiger Qualität), gestattet die Vor- richtung, je Gewichts- oder Volumeneinheit des flüssigen Stahls genau die Wasserstoffmenge einzufüh- ren, die für die Ausschaltung oder Verminderung der Lunkerbildung im Block notwendig ist, aber die
Wasserstoffmenge kann dabei in so engen Grenzen reguliert werden, dass sich Porosität und ähnliche Män- gel, die später im Walzprodukt auftreten können, vermeiden lassen.
Was schliesslich die Homogenisierung von schwer mischbaren Komponenten betrifft, so wird man leicht begreifen, dass ausserordentlich kleine Partikeln aus geschmolzenen Metallen, die aus wiederhol- tem An- und Zerprallen herrühren, mehr Zeit für ihren Zusammenschluss erfordern als grössere Partikeln, so dass ein rasches Passieren durch den Schacht in gekühlte Formen homogene und (strukturell) gleichförmige Abgüsse liefert.
Die Vorrichtung 11 besteht aus geeignetem, hitzebeständigem Material oder ist mit einem solchen Material ausgekleidet, das gegen schädliche Beeinflussung durch Hitze und Erosion in Berührung mit geschmolzenem Metall widerstandsfest ist. Eine Kammer 12 ist in der Vorrichtung 11 vorgesehen. Die Gasleitung 13 geht durch die Wand der Vorrichtung in die Kammer 12. Das Ventil 14 regelt den Gasstrom in die Kammer 12 mit Hilfe des Druckanzeigers 15. Die Oberseite der Vorrichtung weist ein Reservoir 16 zur Aufnahme des geschmolzenen Metalls auf, bevor es in die Kammer 12 eintritt ; dieses Reservoir 16 hat einen Einlass 17, durch den das geschmolzene Metall in die Kammer 12 gelangt. Eine weitere Leitung 18 geht durch die Wände der Vorrichtung 11 in die Kammer 12 ; durch diese Leitung können die Gase aus der Kammer 12 abgesaugt werden. Das Ventil 19 kontrolliert diese Leitung 18.
Die Leitung 18 ist an eine Vakuumpumpe angeschlossen.
Die Wände der Kammer sind vorzugsweise mit Heizröhren 20 ausgestattet ; dadurch kann die Kammer 12 unter hoher Temperatur gehalten werden, so dass das geschmolzene Metall, das mit den Wänden in Berührung kommt, nicht so weit in seiner Temperatur reduziert wird, dass es entweder bei Berührung mit den Wänden oder später in dem Schacht 30 erstarrt, bevor es abgelassen werden kann. Unter der Vorrichtung 11 oder in einem innerhalb der Vorrichtung vorgesehenen Raum befindet sich der Elektromotor 21, der über ein Wechselgetriebe 22 mit dem Kegelrad 23 verbunden ist, welches auf das Gegenkegelrad 24 auf der vertikalen Welle 25 arbeitet. Diese Welle ruht mit ihrem unteren Ende in dem Lager 26 und geht durch eine im wesentlichen luftdichte Buchse 27 in die Kammer 12.
Auf dem oberen Ende der Welle 25 ist eine Tragfläche 28 angebracht, die den Behälter 29 trägt ; der Behälter 29 ist aus geeignetem hitzebeständigem Material, um dem zerstörenden Einfluss von geschmolzenem Metall Widerstand zu leisten.
Um die Grundfläche des Behälters 29 ist der ringförmige Schacht 30 vorgesehen, der das ganze geschmolzene Metall aufnimmt, das unter dem Einfluss der Schwerkraft auf den Boden der Kammer 12 fällt.
Der Auslass 31 bringt das gesammelte, geschmolzene Metall aus dem Schacht 30. Die Aussenwand 32 des Behälters 29 divergiert nach aussen und abwärts von der Oberseite des Behälters in Richtung auf seine
<Desc/Clms Page number 4>
Grundfläche. Vorzugsweise soll der Grundwinkel, den die Seitenwand des Behälters mit seiner Grundflä- che bildet, annähernd 15 - 300 gegen die Horizontale betragen. Das bedingt eine lange allmähliche Nei- gungsfläche von der Oberseite zum Grund des Behälters, von der das geschmolzene Metall wiederholt un- ter Einfluss der Zentrifugalkraft in mehr oder weniger heftige Berührung mit der Innenwand der Kammer 12 gebracht werden kann.
Ebenso wird das Metall, das dünn an der Innenwand 34 des Behälters 29 hinauf- fliesst, eine lange und verhältnismässig grosse Fläche an der Aussenwand 32 des Gefässes haben, wenn es über sie hinwegfliesst oder von ihr abprallt. Dadurch wird die Empfindlichkeit des Metalls für seine Be- handlung gesteigert. Die Empfindlichkeit für die Behandlung vergrössert sich in bestimmtem Grade, ent- weder wenn das Metall nur dünn über die Seitenwand fliesst oder wenn es heftig gegen die Innenwand der
Kammer geschleudert und bei Berührung mit der Wand zerstäubt wird, aber die intensivste Behandlung resultiert aus der Zerstäubung durch heftige Prallwirkung. Eine Mulde 33 auf der Oberseite des Behäl- ters 29 nimmt das geschmolzene Metall auf, welches durch den Einlass 17 in die Kammer eintritt.
Die
Wand 34 dieser Mulde 33 divergiert aufwärts und nach aussen vom Boden der Mulde 33 in Richtung auf die Oberseite des Behälters. Diese Mulde 33 kann nach Bedarf sehr flach oder auch ziemlich tief sein.
Die Seitenwand 35 der Kammer verläuft vorzugsweise und im wesentlichen unter gleichem Winkel wie die Seitenwand 32 des Behälters 29, obwohl gewisse Unregelmässigkeiten in den Oberflächen der
Seitenwand 32 des Behälters 29 und der Seitenwand 35 der Kammer 12 durchaus möglich sind und tat- sächlich die Zerstäubung des geschmolzenen Metalls vergrössern können. Die (mit geringer Abweichung) wesentliche Übereinstimmung in der Winkellage der Wände 32 und 35 ist indessen darauf abgestellt, das
Hin- und Herprallen und Wieder-Zurückprallen der geschmolzenen Metallpartikeln zu veranlassen, bis ein hoher Grad von Zerstäubung erreicht und schliesslich ein Nebel aus geschmolzenem Metall gebildet wird.
Die Betätigung der Vorrichtung und die dadurch verwirklichte Lehre des erfindungsgemässen Verfah- rens zur Behandlung von Metall beginnt mit einer Vorheizung der Vorrichtung 11. Soll Gas in das ge- schmolzene Metall eingeführt werden, um z. B. unberuhigt vergossenen Stahl herzustellen, so wird ge- schmolzener Kohlenstoffstahl mit den benötigten Anteilen von Mangan und Silizium in das Reservoir 16 gegossen. Das geschmolzene Metall in dem Reservoir 16 fliesst nach Entfernung eines Pfropfens durch den Einlass 17 und fällt dann in die Mulde 33 im Behälter 29. Der Behälter 29 rotiert mit hoher Geschwindigkeit und das Metall wird aus der Mulde 33 herausgeschleudert werden. Es wird dünn die Innenwand 34 des
Behälters 29 hinauf und über den Rand des Behälters 29 fliessen.
Das geschmolzene Metall wird so wegge- schleudert werden, dass es in heftige Berührung mit der Innenwand 35 der Kammer 12 gerät und zwischen dieser Wand und der Seite 32 des Behälters 29 immer wieder hin-und herprallt. Besonders wird auf die Umkehr oder den Wechsel in der Bewegungsrichtung des Metalls oder geschmolzenen Metalls nach seiner Berührung mit der Innenseite der Kammer und der Aussenwand des Behälters hingewiesen. Diese Bewegungsänderung kann entweder durch einfaches Zurück- oder Abprallen erfolgen, oder unter dem Einfluss solcher Kräfte, die sich nach Gravitation und Zentrifugalkraft unterscheiden. Das Metall wird sich schliesslich in dem Schacht 30 unter dem Einfluss der Schwerkraft sammeln und aus dem Auslass 31 ausfliessen.
Ein geeignetes Gas, z. B. Wasserstoff, wird durch die Leitung 13 zugeführt und der Druck auf der gewünschten Höhe gehalten. Die richtige Menge von einzuführendem Wasserstoff, um das bestmögliche Resultat in dem Gussblock zu erzielen, wird durch Analyse von Löffelproben und Proben, die aus dem fertigen Gussblock entnommen werden, bestimmt. Ebensogut gibt es aber auch noch andere Bestimmungsmöglichkeiten, um die besten Bedingungen festzustellen. Sind einmal diese Ziffern für einen Stahl mit bestimmter Analyse bekannt, dann ist das gleiche Resultat beständig wiederholbare die Wasserstoffmenge (oder die eines andern gewählten Gases), die z.
B. in das Metall eingeführt wird, kann quantitativ mit grosser Genauigkeit geregelt werden, indem man das Verhältnis der in die Kammer eingeführten Gasmenge zu der Metallmenge festsetzt, die pro Zeiteinheit in der Kammer behandelt wird. Das aus der Kammer 12 durch den Auslass 31 ausfliessende Metall wird zu Blöcken erstarren, die genau die Wasserstoffmenge enthalten, die zur Verhütung von Hohlräumen notwendig ist, wobei sich aber Porosität oder andere Mängel vermeiden lassen, die später beim Walzen auftreten könnten.
Anstatt Gase in die Kammer 12 durch die Leitung 13 einzuführen, kann man anderseits die Gase in der Kammer 12 durch die Leitung 18 absaugen ; das Metall wird dann seinen Gasgehalt abgeben und nach dem Ausfluss aus dem Auslass 31 Abgüsse aus entgastem Metall bilden.
Das Metall kann auch in geringerem Grade behandelt werden, ohne dass man es zerstäubt, indem man die Geschwindigkeit des Behälters 29 so reguliert, dass das Metall durch die Zentrifugalkraft gerade über die Wand 34 geschleudert wird und dann an der Wand 32 entlang hinabfliesst.
Die Aussenwand des rotierenden Behälters kann Stufenform haben. Wenn man eine derartige Ausfüh-
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1