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Vorrichtung zum Entgasen von Metallschmelzen
Die Erfindung bezieht sich auf die Behandlung von Metallen und insbesondere auf das Entgasen derselben, z. B. von Stahl.
Das Vakuumschmelzen nach dem Lichtbogen- oder Induktionsverfahren ist zur üblichen Technik für die Herstellung von hochspezialisierten, von gasförmigen Verunreinigungen freien Legierungen geworden.
Unvermeidlich sind diese Verfahren kostspielig und ihre Verwendung bezüglich Grösse der Ingots, die gegossen werden können, eingeengt. Sie können daher nicht als wirtschaftliche Verfahren zur Herstellung von Metallen in Massen, insbesondere von niedrig-oder mittellegierten Stählen angesehen werden.
In vergangenen Jahren wurde es immer klarer, dass erhebliche Einsparungen an Herstellungszeit und Verbesserungen in der Metallqualität erreichbar sind, wenn Gase aus einer Masse geschmolzenen Metalles entfernt werden, wofür Vakuumschmelzverfahren aber unausführbar sind. Unter den Gasen, die zu entfernen erwünscht sind, sind Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff zu nennen, von welchen dem Wasserstoff die grösste Bedeutung zuzusprechen ist. Seine abträglichen Einwirkungen auf die Eigenschaften von legierten Stählen, insbesondere von solchen, die nach dem basischem Lichtbogenverfahren hergestellt werden, bei welchem die Bedingungen für Wasserstoffaufnahme besonders günstig sind, sind durchaus bekannt und eine langandauernde, kostspielige Wärmebehandlung ist notwendig, um Stahl gegen solche Einflüsse im-nun zu machen.
Für das Entgasen von Stahl in Massen sind eine Anzahl von Verfahren vorgeschlagen worden, die in fünf Gruppen eingeteilt werden können. a) Gasaustreibung, sei es durch Einführung von Gas aus einer äusseren Quelle oder durch Entwicklung von Gas in der Schmelze durch Einführung eines Feststoffes, der bei seiner Erhitzung durch Untertauchen im geschmolzenen Stahl Gas abgibt. b) Verfahren, welches man als statische Vakuumentgasung bezeichnen kann, bei welchem eine Giesspfanne oder eine Giessform für einen Ingot einer Vakuumbehandlung unterworfen wird, nachdem in diese das geschmolzene Metall eingebracht wurde.
c) Verfahren, welches als turbulente Vakuumentgasung bezeichnet werden kann, das im allgemeinen dem Verfahren b) gleicht, bei welchem aber die Wirkung des Vakuums durch mechanisches Rühren
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Teil des in einer Pfanne enthaltenen geschmolzenen Metalles einer Wärmebehandlung unterworfen und dann zur Giesspfanne zurückgeführt wird, wobei das Verfahren so lange wiederholt oder fortgesetzt wird, bis das gewünschte Ausmass der Entgasung erreicht wurde, und e)'Tropfstrom-Vakuumentgasung, bei welcher das geschmolzene Metall aus einem Behälter (in der Luft) in einen zweiten, in einer Vakuumkammer enthaltenen Behälter gegossen wird.
Alle diese Verfahren sind Chargenverfahren, während nach vorliegender Erfindung eine Vorrichtung geschaffen wird, die die kontinuierliche Entgasung von geschmolzenem Metall gestattet.
Diese Vorrichtung besteht aus einer an ein Vakuumsystem angeschlossenen feuerfest ausgekleideten Kammer, in welche eine feuerfest ausgekleidete, von einem Vorratsbehälter für geschmolzenes Metall ausgehende Einlassleitung mündet. durch welche ein Strahl von geschmolzenem Metall in die Kammer
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eingeführt werden kann, sowie aus einer feuerfest ausgekleideten, vom Boden der Kammer zu einem zweiten Behälter für geschmolzenes Metall führenden Auslassleitung, deren Länge bei Füllung mit ge- schmolzenem Metall zur Bildung eines barometrischen Abschlusses ausreicht, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Behälter 15 lotrecht verstellbar angeordnet und der Boden der Auslassleitung 14 mit einer- feuerfesten Düse 25 ausgestattet ist, die mit einem feuerfesten,
am Boden des zweiten Behälters 15 angeordneten Stopfen 26 zusammenarbeitet, so dass beim Anheben des Trichters am Ende der Auslassleitung ein vakuumdichter Abschluss entsteht.
In dieser Vorrichtung kann der zweite Behälter 15 eine Giesspfanne, ein Trichter, eine Ingotform oder ein Teil einer kontinuierlichen Giessmaschine sein.
Vorteilhafterweise ist der zweite Behälter als lotrecht verstellbarer Trichter ausgebildet, der mit einem Stopfen zur Regelung des Ausflusses des geschmolzenen Metalles versehen ist.
Die Einlassleitung kann gewünschtenfalls mit einer Einrichtung zum Einführen von inertem Gas unter Druck in das beim Betrieb hindurchfliessende geschmolzene Metall versehen sein.
Eine beispielsweise Ausführungsform des Verfahrens und der Vorrichtung zum Entgasen von Stahl wird nun an Hand der Zeichnung näher erläutert, welche einen lotrechten, schematischen Schnitt durch die bevorzugte Ausführung der Vorrichtung zeigt.
Die Vorrichtung besteht aus einer feuerfest ausgekleideten Stahlkammer 10 mit einem Stutzen 11, der zu einer Entlüftungspumpe (nicht dargestellt) führt, aus einer feuerfest ausgekleideten Zuführungslei-
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ter darstellt, sowie aus einer feuerfest ausgekleideten Auslassleitung 14 für Stahl, die vom Boden der
Kammer 10 zu einem zweiten Trichter 15 führt. Die Stahlgehäuse der Leitungen 12 und 14 sind vakuum- dicht gebaut. Die Decke der Kammer 10 besitzt neben drei Gas-Luftbrennern 16 (in der Zeichnung ist nur einer dargestellt), die mit Sperrorganen für Unterdruck ausgestattet sind, zwei Schaulöcher 17 (bloss eines ist veranschaulicht).
Der Mittelteil der Decke der Kammer 10 ist mit einem Mannloch und Mannloch- deckel 18 ausgestattet, welch letzterer selbst mit einer zentralen Abzugsöffnung ausgestattet ist, die mit einem Abzugsdeckel19 verschlossen ist. Während des Vorwärmens der Vorrichtung ist der Abzugsdeckel 19 abgehoben und an die Öffnung ein Abzugsrohr angeschlossen. Sowohl der Abzugs- als auch der Mannloch- deckel bestehen aus gegossenen oder gestampften monolithischen feuerfesten Blöcken, welche die feuer- feste Auskleidung der Kammer 10 vervollständigen, wenn sie in Stellung gebracht sind.
Der Herd oder der Boden der Kammer 10 ist im wesentlichen kegelig und so gestaltet, dass durch die Einlassleitung 12 eingeführtes geschmolzene Metall in Strahlform am Scheitel 20 des Kegels bei seinem Durchgang durch die Kammer in Tropfen aufgebrochen wird, die sich in dem Umfangskanal 21, der den Scheitel umgibt, sammeln und vereinen. Dieser Kanal hat solches Gefälle, dass er das Metall aus der Kammer zum Auslass 22 führt, an den sich die Auslassleitung 14 anschliess.
Der Trichter 13 ist mit einem Stopfen 23 ausgestattet und unterhalb des Trichters ist eine Abschlussscheibe 24 vorgesehen, so dass in der Vorrichtung vor Betriebsbeginn Unterdruck aufrecht erhalten werden kann.
Die Auslassleitung 14 hat eine solche Höhe, dass bei ihrer Füllung mit geschmolzenem Stahl der ferrostatische Druck am Boden gleich oder grösser als der atmosphärische Druck ist (ungefähr 1500 mm).
Das Ende der Auslassleitung ist mit einer Graphitdüse 25 ausgestattet, in die ein Graphitstopfen 26 einpasst und eine vakuumdichte Verbindung herstellt. Der Stopfen 26 sitzt am Boden des Trichters 15 und letzterer ist mittels eines (nicht dargestellten) Getriebes in lotrechter Richtung beweglich. Durch Anheben oder Senken des Trichters 15 kann das Fliessen des geschmolzenen Metalles geregelt werden. Der Trichter 15 ist ebenfalls mit einem Stopfen 27 ausgestattet.
Im Betriebe wird anfänglich der Abzugsdeckel 19 abgezogen und ein Abzugsrohr aufgesetzt. Die Brenner 16 werden in Betrieb genommen, um die Kammer auf die höchst erreichbare Temperatur (ungefähr 1350 C) vorzuheizen. Gleichzeitig wird der Vorratstrichter 13 mittels eines normalen Giesspfannenbrenners vorgewärmt und der Trichter 15 durch Druckgas erhitzt, um die Verbrennungs- oder Abgase nach aufwärts durch die Auslassleitung 14 auszutreiben ; auf diese Weise wird eine gute Vorwärmung der feuerfesten Auskleidung der Auslassleitung erreicht.
Nach der Vorerhitzung werden die Brenner durch die Sperrorgane von der Luft abgeschaltet, das Abzugsrohr abgehoben und der Deckel 19 eingesetzt, der Trichter 15 gehoben, um am Boden der Auslassleitung 14 eine Abdichtung herzustellen. Die Kammer 10 wird alsdann so rasch als möglich, vorzugsweise auf einen Druck von ungefähr 0,5 Torr entlüftet. Dann wird geschmolzener Stahl von einer Giesspfanne in den Trichter 13 eingegossen. Wenn dieser voll ist, wird der Stopfen 23 gelüftet, damit der geschmolzene Stahl die Scheibe 24 durchbrechen und in die Kammer 10 hineingesaugt werden kann. Als-
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