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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen von Zusätzen in eine Metallschmelze mittels einer feuerfesten, bis auf Kontaktöffnungen und eine obere Einfüllöffnung allseits geschlossenen Tauchbirne, die an einem von der Einfüllöffnung ausgehenden Einfüllrohr gehalten ist.
Es ist durch die deutsche Patentschrift Nr. 111771 bekannt, zur Legierung von Metallschmelzen die notwendigen Zusätze mittels einer Tauchbirne in die Metallschmelze einzubringen. Die hiezu verwendete
Tauchbirne hat eine feuerfest ummantelte Reaktionskammer, die an einem dünnwandigen metallischen
Einfüllrohr befestigt ist. Die durch das Einfüllrohr gebildete Einfüllöffnung der Reaktionskammer ist durch ein besonderes Rückschlagventil verschliessbar. Im Boden der Reaktionskammer sind mehrere Kontaktbohrungen zum
Einströmen der Schmelze in die Reaktionskammer und umgekehrt vorgesehen. Am oberen Ende des
Einfüllrohres ist ein Vorratsbehälter zur Aufnahme der Zusätze angeordnet, der über eine besondere
Einfüllvorrichtung mit dem Einfüllrohr verbunden ist.
Die Einfüllvorrichtung besteht aus einem Schaufelrad, das über eine Handkurbel von aussen gedreht werden kann. Das Einbringen der Zusätze in die Metallschmelze erfolgt in der Weise, dass zuerst die feuerfest ummantelte Reaktionskammer in die Metallschmelze eingetaucht wird.
Anschliessend werden die Zusätze aus dem Vorratsbehälter über das Schaufelrad dosiert durch das Einfüllrohr in die Reaktionskammer eingefüllt. Die mit der heissen Metallschmelze in Verbindung kommenden Zusätze vergasen.
Es entstehen hiebei Gasdrücke, die das Rückschlagventil zwischen Reaktionskammer und Einfüllrohr schliessen.
Ausserdem bewirkt der Druck, dass die vergasten Zusätze durch die Kontaktbohrungen in die heisse
Metallschmelze hingetrieben werden.
Das bekannte Verfahren wie auch die zur Durchführung des Verfahrens bekannte Vorrichtung haben den
Nachteil, dass sie nur zur Legierung solcher Metallschmelzen verwendet werden können, deren Legierungszusätze bei Berührung mit der Metallschmelze erst nach einer gewissen Zeit und besonders langsam reagieren. Dieser
Nachteil ist damit verbunden, dass im Gegensatz zu den langsam reagierenden Zusätzen die besonders schnell reagierenden Zusätze, wie z. B. Reinmagnesium, bei Berührung mit der Metallschmelze schlagartig und mit solcher
Heftigkeit reagieren, dass momentan sehr hohe Gasdrücke in der Reaktionskammer entstehen, durch die das
Rückschlagventil zwischen Reaktionskammer und Einfüllrohr so auf den Ventilsitz gepresst wird, dass er sich nicht mehr öffnen lässt oder aber das Ventil nicht mehr dicht schliesst.
Ausserdem ist zu beachten, dass sehr stark reagierende Zusätze bei der Reaktion Teile der Metallschmelze aus dem Metallbad mit hochreissen, die sich zwischen Ventil und Ventilsitz festsetzen und dadurch ein dichtes Abschliessen des Rückschlagventils unmöglich machen. Dies führt dazu, dass die durch das Einfüllrohr nachgeführten Zusätze bereits innerhalb des Einfüllrohres mit den Teilen der hochgerissenen Metallschmelze reagieren, wobei die plötzlich frei werdenden Gasdrücke die Tauchbirne vollständig zerstören.
Es ist bekannt, Reinmagnesium zur Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit zu verwenden. Zu diesem Zweck wird das Reinmagnesium in eine normale Gusseisenschmelze eingegeben. Der in normalem Gusseisen lamellar vorliegende Kohlenstoff wird dabei in Form von Kugeln, dem sogenannten Kugelgraphit, ausgeschieden.
Da die Reaktion des Reinmagnesiums mit der Gusseisenschmelze sehr heftig und explosionsartig erfolgt, kann daher die bekannte Tauchbirne als auch das bekannte Verfahren zur Legierung von Gusseisenschmelzen aus den genannten Gründen nicht angewendet werden.
Nach der deutschen Offenlegungsschrift 1815214 ist es bekannt, zur Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit die Gusseisenschmelze in ein um eine horizontale Achse schwenkbares Behandlungsgefäss einzubringen, in dem eine von aussen beschickbare Aufnahmekammer für die Zusätze, z. B. Magnesium, vorgesehen ist. Das in Füllstellung waagrecht liegende Behandlungsgefäss kann so weit mit Schmelze gefüllt werden, dass die von aussen beschickbare Aufnahmekammer freibleibt, also zunächst nicht in Verbindung mit der Eisenschmelze gelangt. Nach dem Füllen der Aufnahmekammer mit dem Reaktionsmaterial wird das Behandlungsgefäss in eine senkrechte Stellung gekippt. Durch öffnungen in den Wandungen der Aufnahmekammer gelangt nun die Eisenschmelze in Berührung mit dem Reaktionsmaterial, das zum grossen Teil verdampft.
Der gebildete Dampf entweicht durch die öffnungen der Aufnahmekammer in die im Behandlungsgefäss befindliche Schmelze, wobei sich die gewünschte metallurgische Reaktion vollzieht.
Dieses Herstellungsverfahren von Gusseisen mit Kugelgraphit hat den Nachteil, dass die Aufnahmekammer beim Füllen des Behandlungsgefässes mit Schmelze die Temperatur der Schmelze annimmt und der grösste Teil des in der Aufnahmekammer befindlichen Reaktionsmaterials, z. B. Reinmagnesium, dessen Siedetemperatur wesentlich unter der Temperatur der Schmelze liegt, bereits verdampft, ehe die gewünschte Reaktion mit der Schmelze einsetzt. Ausserdem hat die beschriebene Anordnung den Nachteil, dass die Aufnahmekammer fest im Behandlungsgefäss eingebaut ist und daher die Reaktion räumlich beengt ist und sich dadurch unter ungünstigen Voraussetzungen vollzieht.
Es ist schliesslich noch bekannt (deutsche Auslegeschrift 1021395), zur Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit unter Benutzung von Vorlegierungen aus Magnesium-Silizium-Eisen die Vorlegierung in einen mit öffnungen versehenen Behälter zu füllen und in die Gusseisenschmelze zu tauchen. Zu diesem Zweck ist der Behälter an einem Stiel befestigt. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, dass durch die Vorlegierung die Gusseisenschmelze durch unerwünschte Elemente verunreinigt wird und daher für die Herstellung der Schmelze bereits eine besondere Vorbehandlung, z. B. Entschwefelung oder Einsatz besonders reiner Rohstoffe, notwendig ist.
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Zweck der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das einmal den Nachteil der bekannten Verfahren zum Einbringen von Zusätzen in eine Metallschmelze vermeidet und das es zum andern ermöglicht, selbst technisch reines Magnesium oder im Bedarfsfall Magnesium-Legierungen gesteuert und gesichert unter die
Badoberfläche der Metallschmelze, insbesondere der Gusseisenschmelze, einzubringen.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die schnell reagierenden Zusätze, z. B.
Reinmagnesium, vor dem Eintauchen der Tauchbirne in die Schmelze von aussen durch das Einfüllrohr und die
Einfüllöffnung in diese gefüllt werden, anschliessend die Tauchbirne bis auf die Kontaktöffnungen druckfest verschlossen wird und in diesem Zustand in die Gusseisenschmelze eingetaucht wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren bietet die vorteilhafte Möglichkeit, technisch reines Magnesium mittels einer Tauchbirne in eine Gusseisenschmelze einzubringen, ohne dass bereits eine Reaktion des Magnesiums mit der Schmelze am Anfang des Eintauchvorganges stattfindet. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen
Verfahrens ist darin zu sehen, dass für die Behandlung verschiedener Gusseisenschmelzen die gleiche Tauchbirne jedesmal neu verwendet werden kann.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass durch die Anordnung des Verschlussstopfens zwischen Einfüllrohr und Behälter, der bei der Reaktion des Magnesiums entstehende Gasdruck sich nicht bis in das Einfüllrohr fortpflanzen kann. Schliesslich ist es noch vorteilhaft, dass nach erfolgter Behandlung einer Gusseisenschmelze mit Reinmagnesium in jedem Falle die Einfüllöffnung zwischen der Reaktionskammer und dem Einfüllrohr von aussen geöffnet werden kann.
Der Ablauf der Reaktion in der Gusseisenschmelze ist dann besonders wirkungsvoll, wenn die Tauchbirne bis in den Bereich des Einfüllrohres vollständig in die Gusseisenschmelze eingetaucht wird.
Um die Einfüllöffnung nach erfolgter Behandlung einer Gusseisenschmelze von aussen öffnen zu können, ist es zweckmässig, zum Verschluss der Einfüllöffnung einen von aussen durch das Einfüllrohr einschiebbaren
Verschlussstopfen vorzusehen.
Der Verschlussstopfen ist dabei am unteren Ende einer Stange angeordnet, die mittels eines
Knebelverschlusses am oberen Ende des Einfüllrohres befestigt ist.
Der Verschlussstopfen zwischen Reaktionskammer und Einfüllrohr steht in unmittelbarer Verbindung mit der heissen Gusseisenschmelze. Bei einer Reaktion der Gusseisenschmelze mit dem Reinmagnesium darf auf gar keinen Fall der Verschluss zum Einfüllrohr hin undicht werden. Es ist daher zweckmässig, wenn der
Verschlussstopfen zumindest teilweise aus feuerfestem Material besteht.
Da die Reaktion des Magnesiums mit der Gusseisenschmelze besonders heftig abläuft, wobei Teile der
Gusseisenschmelze aus dem Bad herausgeschleudert werden, ist es vorteilhaft, wenn das Schmelzgefäss durch einen Schutzdeckel abgedeckt ist. Zur Vereinfachung der Vorrichtung ist es dabei zweckmässig, wenn das Einfüllrohr mit dem Schutzdeckel verbunden ist, nach aussen über den Schutzdeckel hinausragt und in einen trichterförmigen Einfüllstutzen mündet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind im trichterförmigen Einfüllstutzen Dichtelemente zur Abdichtung der Stange angeordnet.
An Stelle des Knebelverschlusses ist es im Rahmen der Erfindung möglich, die Stange am oberen Ende mittels eines besonderen Keilverschlusses am Einfüllrohr zu befestigen.
Um zu erreichen, dass das Einfüllrohr den hohen Temperaturen der Schmelze und den Kräften aus den Bewegungen der Schmelze während der Behandlung standhält, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, das Einfüllrohr als feuerfest ummanteltes Metallrohr auszubilden.
Während der Verdampfung des Reinmagnesiums in der Schmelze entstehen in der Reaktionskammer des Behälters sehr hohe Dampfdrücke. Da die Tauchbirne für die Behandlung weiterer Schmelzen wiederverwendet werden soll, muss sie in der Lage sein, diese Dampfdrücke ohne Beschädigung aufzunehmen. Gemäss der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, dass der Behälter zur Verstärkung eine Metallarmierung aufweist. Die Metallarmierung des Behälters besteht beispielsweise aus einem korbartigen oder wabenförmigen Geflecht mehr oder weniger dicker Eisenstäbe, die in die Ausmauerung des Behälters eingelassen sind.
Für die Verbindung des Behälters mit dem Einfüllrohr ist es zweckmässig, wenn das Einfüllrohr zum Behälter konisch aufgeweitet und das Metallrohr mit der Armierung des Behälters verbunden ist.
Eine gute Zugänglichkeit des zwischen Behälter und Einfüllrohr angeordneten Verschlussstopfens von aussen ist dadurch erreicht, dass der Verschlussstopfen am Ende einer in das Einfüllrohr einschiebbaren Stange angeordnet ist, die am oberen Ende des Einfüllrohres gehalten ist. Dabei ist es weiterhin zweckmässig, wenn das obere Ende des Einfüllrohres, das auch trichterförmig ausgebildet sein kann, druckfest verschliessbar ist. Bei der Behandlung der Gusseisenschmelze soll verhindert werden, dass Teile der Schmelze aus dem Behandlungsgefäss herausgelangen. Aus diesem Grunde ist der Abstand zwischen Tauchbirne und Schutzdeckel so gewählt, dass bei vollständig eingetauchter Tauchbirne der Schutzdeckel die Öffnung des Behandlungsgefässes verschliesst.
Zum Anheben und Absenken des Schutzdeckels ist es zweckmässig, hydraulische oder pneumatische Hubzylinder zu verwenden. Weiterhin ist zum Kippen der Tauchbirne bzw. des Schutzdeckels ausserhalb des Behandlungsgefässes ein besonderer Kippmechanismus vorgesehen.
Um den Ablauf der Reaktion beeinflussen zu können, wird im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen, dass
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die Anzahl und Grösse der Kontaktöffnungen in der Reaktionskammer so gewählt ist, dass die Reaktion der Schmelze mit dem Reinmagnesium erst bei vollständig untergetauchter Tauchbirne verzögert beginnt.
Um zu verhindern, dass bereits beim Eintauchen Schmelze in den Reaktionsraum gelangt, sind die Kontaktöffnungen vorzugsweise in den Seitenwänden des Behälters oberhalb des Bodens vorgesehen.
Eine besonders intensive und wirkungsvolle Reaktion ist dann möglich, wenn die Reaktionskammer der Tauchbirne eine Mindestgrösse von 15 bis 20 l Rauminhalt aufweist.
Bei der heftigen Reaktion des flüssigen Gusseisens mit dem Reinmagnesium wird ein Teil der Schmelze auf die Wandungen der Reaktionskammer aufgetragen und erstarrt dort. Dieser Teil der Schmelze bildet auf den Wandungen eine Gusshaut, die nach der Behandlung des Gusseisens entfernt werden muss. Besonders betroffen von dieser Schmelzablagerung sind die im Bereich der Einfüllöffnung liegenden oberen Wandteile der Reaktionskammer. Um zu erreichen, dass sich die Einfüllöffnung in der Reaktionskammer nach erfolgter Behandlung des Gusseisens wieder leicht öffnen lässt, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass die Reaktionskammer der Tauchbirne zum Einfüllrohr hin seitlich versetzt angeordnet ist.
Dies hat den Vorteil, dass die Einfüllöffnung nicht mehr im Bereich der gefährdeten Wandteile der Reaktionskammer liegt, die durch abspritzende Schmelzteile dauernd von einer Gusshaut überzogen sind. Die Einfüllöffnung liegt somit abseits der Reaktionskammer und ist entweder frei oder nur noch von einer sehr dünnen Gusshaut überzogen, die leicht zerstört werden kann bzw. den Ablauf des Arbeitsprozesses nicht stört.
Die zum Einfüllrohr versetzt angeordnete Reaktionskammer hat eine Vorkammer, in der die Einfüllöffnung vorgesehen ist. Die Reaktionskammer hat dabei eine wesentlich grössere Höhe als die Vorkammer. Besonders vorteilhaft ist es, dass die Vorkammer in sich stetig erweiternde übergänge in die zum Einfüllrohr versetzt angeordnete Reaktionskammer übergeht.
Die Reaktionskammer hat durch die Vorkammer eine fuss-oder schuhartige Gestalt, wobei es für den gesteuerten Ablauf der Reaktion zweckmässig ist, wenn eine oder mehrere Kontaktöffnungen in der Reaktionskammer mit Abstand vom Boden in der Nähe der oberen Begrenzung vorgesehen sind.
In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen : Fig. l im Querschnitt eine Tauchbirne mit zur Längsachse symmetrischem Querschnitt, Fig. 2 im Querschnitt eine Tauchbirne mit unsymmetrischem Behälter.
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--2-, gefüllt.--5-- besteht. Der behälter --4-- hat eine Reaktionskammer--6--zur Aufnahme von reinem Magnesium oder andern stark reagierenden Zusätzen. Die Wandungen --7,8-- des Behälters --4-- bestehen aus feuerfestem Material, in die zur Verstärkung eine Metallarmierung--9--eingebettet ist. Die Metallarmierung --9-- hat beispielsweise die Form eines korb- oder wabenähnlichen Stahlgeflechtes.
In der Wandung--7--sowie im Boden--8--sind mehrere düsenartige Kontaktöffnungen --10-- zum Einströmen und Ausströmen der Schmelze in den bzw. aus dem Reaktionsraum sowie zum Austritt von
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einem Schutzdeckel -14-- zum Abdecken des Behandlungsgefässes--l--gehalten ist. Zum Behälter --4-- hin ist das Metallrohr --13-- konisch aufgeweitet und mit der Metallarminerung --9-- verbunden.
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--4-- übergeht.
Metallrohr -13-- und- 9-- bilden somit zusammen das tragende Stützskelett der Tauchbirne --3--. Zum Schutz gegen allzu grosse Erwärmung des Metallrohres bei der Reaktion des Magnesiums ist das Metallrohr --13-- im Bereich seiner konischen Erweiterung innen zusätzlich mit feuerfestem Material ausgekleidet. Die Öffnung--11-- zwischen Einfüllrohr--5--und Behälter--4--weitet sich trichterförmig zum Einfüllrohr --5-- hin auf und mündet oberhalb der konischen Erweiterung des Metallrohres in dessen zylindrischen Teil.
Das über den Schutzdeckel--14--hinausragende Ende des Metallrohres--13--bildet einen trichterförmigen Einfüllstutzen--15--, in dem geeignete Dichtelemente angeordnet sind und der mittels eines einfachen Knebelverschlusses--16--druckdicht verschlossen werden kann. Der Verschlussstopfen --12- ist mit einer in die Bohrung des Metallrohres--13-einschiebbaren Stange--17--verbunden, die mit dem Knebelverschluss--16--so gekoppelt ist, dass gleichzeitig beim Verschliessen des Einfüllstutzens --15-- die Öffnung-11--zwischen Einfüllrohr-5-und Behälter--4-durch die Verschlussstopfen-12dicht abgeschlossen wird.
Die Länge des Einfüllrohres -5-- ist so gewählt, dass bei vollständig unter die Badoberfläche getauchter Tauchbirne --3-- der Schutzdeckel --14-- die Öffnung des Behandlungsgefässes --l-- abdeckt.
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über zwei am Verschlussdeckel --14-- angreifende Hubzylinder --18-- kann die Tauchbirne zusammen mit dem Verschlussdeckel --14-- in die Schmelze abgesenkt oder aus der Schmelze herausgezogen werden. Ein nicht dargestellter besonderer Kippmechanismus ermöglicht es, nach erfolgter Behandlung die
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--1--,Metallschmelze --2-- eingetaucht werden.
Die in Fig. 2 dargestellte Tauchbire --19-- zur Behandlung einer Gusseisenschmelze mit Reinmagnesium hat einen Behälter--20--, der abweichend vom Behälter --4-- der Tauchbirne --3-- zum Einfüllrohr --21-- hin versetzt angeordnet ist. Der Behälter --20-- hat eine Reaktionskammer--22--, die seitlich neben dem Einfüllrohr--21--liegt. An die Reaktionskammer --22-- schliesst sich zum Einfüllrohr --21-- hin eine Vorkammer--23--an. Das Einfüllrohr --21-- mündet in der Vorkammer --23-- und bildet dort eine Einfüllöffnung--24--. Die Einfüllöffnung --24-- ist mittels eines Stopfens-25- verschlossen.
Der Stopfen --25-- ist an einer Stange--26--befestigt, die von aussen durch das Einfüllrohr - 21 -- einegführt wird. Die Reaktionskammer--22--hat gegenüber der Vorkammer --23-- eine wesentlich grössere Höhe, so dass die Einfüllöffnung --24-- vom Dach --26-- der Reaktionskammer einen Abstand hat.
Es ist zu erkennen, dass die Vorkammer --23-- durch stetige sich erweiternde Übergänge in die zum Einfüllrohr --21-- versetzt angeordnete Reaktionskammer --22-- übergeht. Im Querschnitt gesehen nehmen dabei die Reaktionskammer --22-- und die Vorkammer --23-- eine etwa schuhartige Gestalt bzw.
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der Schmelze mit dem Reinmagnesium stattfinden kann, wenn der Behälter-20-vollständig unter die Oberfläche der Schmelze getaucht ist.
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--21-- ist- wird mittels eines Keilverschlusses --29-- am Deckel --14-- befestigt.
Der Keilverschluss --29-- ist dabei so ausgeführt, dass gleichzeitig beim Befestigen der Stange --26-- der Verschlussstopfen --25-- die Einfüllöffnung --24-- dicht abschliesst.
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aus Fig. 1.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Einbringen von Zusätzen in eine Metallschmelze mittels einer feuerfesten, bis auf Kontaktöffnungen und eine obere Einfüllöffnung allseits geschlossenen Tauchbirne, die an einem von der
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(3,19) vor dem Eintauchen von aussen durch das Einfüllrohr (5,21) und die Einfüllöffnung (11,24) mit Reinmagnesium gefüllt wird, anschliessend die Tauchbirne (3,19) bis auf die Kontaktöffnungen (10,28) druckfest verschlossen und in diesem Zustand in die Gusseisenschmelze (2) eingetaucht wird.
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