AT407846B - Metallurgisches gefäss - Google Patents

Description

AT 407 846 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein metallurgisches Gefäß mit einer wärmeisolierenden Feuerfestauskleidung und mindestens einem die Gefäßauskleidung durchdringenden, innenseitig abdeckbaren Düsenkörper sowie einer Einrichtung zur Bewegung von geschmolzenem Metall, insbesondere zur Herstellung von Metallpulver aus flüssigen Schmelzen.

Weiters umfaßt die Erfindung ein Verfahren zur Bereitstellung eines Gießstrahles in einer Ver-düsungsanlage zur Metallpulvererzeugung, wobei flüssiges Metall in ein vorgewärmtes metallurgisches Gefäß eingebracht, gegebenenfalls beheizt und aus diesem durch mindestens eine Düse eines Düsenkörpers ausströmen gelassen wird.

Metallurgische Gefäße sind im wesentlichen zumeist feuerfest zugestellte Behältnisse zur Aufnahme und zur Behandlung von flüssigen Metallen und Legierungen. Eine Behandlung der Schmelze im metallurgischen Gefäß wird vorwiegend auf ein nachfolgend verwendetes Verarbeitungsverfahren derselben und/oder auf ein gewünschtes Erzeugnis abgestimmt. Eine Einstellung einer bestimmten gewünschten Temperatur und deren möglichst homogene Verteilung sowie eine Abscheidung von mitgeführten, aufgenommenen und beim Eingießen gebildeten nichtmetallischen Partikeln in bzw. aus der Schmelze stellen allenfalls die Hauptforderungen an eine derartige Behandlung dar, wofür auch ein entsprechenden Zeitaulwand erforderlich ist.

Ist nun ein Bodenabstich vom metallurgischen Gefäß vorgesehen, wobei die Schmelze mittels einer Düse im Düsenkörper der Ausmauerung für ein nachfolgendes Verfahren bereitgestellt wird, so muß für die Zeitspanne der Schmelzenbehandlung deren Ausströmen unterbunden sein. Ein Verschlossenhalten des Abstichloches zumindest bis zu einer ausreichenden Füllung des metallurgischen Gefäßes stellt allgemein eine wichtige Forderung an die Gießtechnik dar, so daß eine Vielzahl von diesbezüglichen Vorschlägen bekanntgeworden ist.

Die Verwendung eines Stopfens, welcher von oben in das metallurgische Gefäß ragt und beim Eingießen von Schmelze die Düsenöffnung im Düsenkörper abdichtet, ist beispielsweise beim Stranggießen von Metallen bekannt. Während des Füllens des Verteilers bzw. Gefäßes kann auch durch Einblasen von Gas, zum Beispiel Argon, durch einen porösen Stein, die Schmelze zusätzlich bewegt und ein Temperaturausgleich in dieser sowie ein Abscheiden grober nichtmetallischer Partikel zumindest teilweise erreicht und sodann der Stopfen zur Gießstrahlbildung entfernt werden.

Weiters ist bekannt, mittels eines Schieberverschlusses den Düsenkanal geschlossen zu halten und erst nach erfolgter Schmelzenbehandlung im Gefäß eine Öffnung desselben vorzunehmen. Während der Behandlung kann jedoch in diesem Fall im Schmelzeneinlauf und im Einström-bereich des Düsenkörpers das Metall erstarren und somit ein Ausgießen verhindern. Um nun eine Schmelzenerstarrung im Düsenkörper mit Sicherheit zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, den Schmelzeneinlauf durch einen feuerfesten Teil abzudecken und erst nach Abschluß der Behandlung des Flüssigmetalies diesen mittels einer Stange von unten durch den Düsenkanal ab- bzw. aufzustoßen. Für ein Geschlossenhalten und Offenstellen eines Düsenkanals in einem metallurgischen Gefäß sind auch metallische Verschlußkörper (EP 587933 A1, EP 616866 A1) bekannt, wobei eine Gießkanaleinbringung in den Körper durch Strahlung, insbesondere Laser- Elektronen- oder Laserstrahlen erfolgt. Weiters sind Schieberverschlüsse (DE 36 29 997 A1, DE 37 20 608) bekannt, welche zur Vermeidung des Einlaufens von Metall bei der Füllung des Gefäßes mit einer rieselfähigen feuerfesten Masse bzw. körnigen Schieberschutzmasse gefüllt sind, welche Massen beim öffnen des Schiebers aus den Düsenkanal ausströmen gelassen werden. Auch wurde gemäß EP 560 494 A1 eine Steuerung der Durchflußmenge in einer Düse durch Induktionsenergie vorgeschlagen.

Allen Vorrichtungen und Verfahren nach dem Stand der Technik sind jedoch die Nachteile gemeinsam, daß die Behandlung der Schmelze im metallurgischen Gefäß sowie eine anschließende Bereitstellung eines Gießstrahles, insbesondere zur Herstellung von Metallpulver, nicht gleichzeitig im gewünschten Maße hohe Betriebssicherheit aufweisen, einfach aufeinander abstimmbar sind, große Wirtschaftlichkeit besitzen und hohe Erzeugnisgüte sicherstellen.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen und stellt sich die Aufgabe, diese Nachteile zu vermeiden. Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß innenseitig im metallurgischen Gefäß der Bereich der Einmündung der Düse zur Vermeidung von Verschmutzung sowie thermischer Belastung des Düsenkörpers durch ein lösbares, an der Feuerfestauskleidung und/oder an der Stirnseite des Düsenkörpers anliegendes Abdeckmittel abdeckbar ist, daß die Düse eine Gesamtlänge von 2

AT 407 846 B größer als 300 mm besitzt und einen den Gießstrahl bildenden Kanalbereich mit einem Innendurchmesser von 4,0 -10,0 mm und einer Länge von 30 - 70 mm sowie einen Einströmbereich mit einem Durchmesser von 20 - 40 mm aufweist, welcher Einströmbereich von einem Stopfen aus einem Werkstoff, der bei einer Erwärmung auf eine Temperatur von größer als 300 °C bis höch-5 stens 800 °C vom festen in den gasförmigen Aggregatszustand übergeht, verschließbar ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere im System und sind im wesentlichen darin zu sehen, daß eine Vorwärmung des metallurgischen Gefäßes erfolgen kann, ohne daß der durch die Abdeckung geschützte Düsenkörper eine Verschmutzung des Kanales oder eine erhöhte thermischen Belastung erfährt. Dies ist wichtig, weil die Düsengeometrie strömungsopti-io mierend erstellt ist, an der Kanalwand anhaftende Partikel das Fließverhalten der Schmelze und die Form des austretenden Strahles nachteilig eine Verdüsung des Metalles beeinflussen können. Beim Eingießen des flüssigen Metalles bzw. nach einem teilweisen Füllen des Gefäßes löst sich in vorteilhafter Weise das Abdeckmittel selbsttätig und gibt den Schmelzeneinlauf in den Düsenkörper, in dessen Einströmbereich ein Stopfen eingebracht ist, frei. Der Stopfen besteht aus einem 15 Werkstoff, der bei einer Erwärmung vom festen in den gasförmigen Aggregatszustand übergeht, sodaß bei einer Annäherung oder Berührung von flüssigem Metall eine Gasentwicklung erfolgt. Diese Gasentwicklung bewirkt einerseits eine Metallströmung im Bereich des Schmelzeneinlaufes und im Einströmbereich der Düse, verhindert somit eine Erstarrung an der Wand des Düsenkörpers, andererseits ist damit auch ein stetiger stirnseitiger Verbrauch des Stopfens verbunden, so-20 daß durch die Stopfenlänge die erforderliche Behandlungszeit des Flüssigmetalles im metallurgischen Gefäß vor dem Abstich festlegbar ist.

Sowohl für einen Ersatz als auch für eine gute Strömungsausbildung im Gießstrahl hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Düsenkörper als einstückiger Teil ausgebildet ist.

Wenn, wie weiters in günstiger Weise vorgesehen, der Düsenkörper stirnseitig einen trompe-25 tenförmigen Schmelzeinlauf besitzt, werden besonders günstige Voraussetzungen für ein gewünschtes Strömungsbild der Schmelze im Gießkanal und bei ihrem Austritt aus diesem erreicht.

Als verfahrenstechnisch besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn das Abdeckmittel aus einem Feuerfestmaterial mit einem spezifischen Gewicht von geringer als 3,5 g/cm2 besteht und durch die in das metallurgische Gefäß eingebrachte Metallschmelze vom Stirnflächen bereich 30 des Düsenkörpers entfernbar ist.

Um bei einer Schmelzenbehandlung hohe Dichtheit der Düse zu erreichen und gleichzeitig auch eine hohe Sicherheit gegen ein Sprengen des Düsenkörpers zu erwirken, kann es von Vorteil sein, wenn der im Einströmbereich des Düsenkörpers positionierte Stopfen Hohlräume wie Fugen, Schlitze und dergleichen aufweist, durch welche bei einer Erwärmung desselben mit geringem 35 Druck dessen Durchmesservergrößerung verhindert wird.

Bevorzugt weist das metallurgische Gefäß eine Einrichtung zur Ausbildung magnetischer Felder, vorzugsweise magnetischer Wanderfelder, zur Schmelzenbewegung auf, weil damit, wie sich herausgestellt hat, ein besonders rascher und wirksamer Temperaturausgleich und eine intensive Abscheidung von nichtmetallischen Partikeln und eine verbesserte Reinheit des Flüssigmetalles 40 erreichbar sind.

Die weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem die Nachteile derjenigen die zum Stand der Technik zu zählen sind, vermieden werden, wird dadurch erreicht, daß in den Einströmbereich des Düsenkörpers zumindest ein Stopfen aus einem Werkstoff, der bei einer Erwärmung auf eine Temperatur von größer als 300 °C vom festen 45 in den gasförmigen Aggregatszustand übergeht, eingeführt, der Einströmbereich durch ein Abdeckmittel abgedeckt und die Auskleidung des metallurgischen Gefäßes, vorzugsweise mittels Verbrennungsenergie, auf eine Temperatur von mindestens 400 °C vorgewärmt werden, worauf flüssiges Metall in das Gefäß eingebracht wird und dabei das Abdeckmittel vom Einströmbereich der Düse entfernt und der Stopfen mit flüssiger Schmelze in Kontakt gebracht werden und daß das flüssige 50 Metall elektromagnetisch bewegt, gegebenenfalls geheizt und bei einem Abdampfen des Stopfens ein Austreten des Metalles aus dem Düsenkanal unter Bildung eines Gießstrahles solange gehindert wird, bis die Temperaturverteilung in der Schmelze im metallurgischen Gefäß homogenisiert und eine Überhitzung derselben von 2 bis 50 °C über die Liquidustemperatur eingestellt sind, wonach diese Temperatur im wesentlichen während der weiteren Gießzeit aufrecht erhalten wird. 55 Die mit der Erfindung erhaltenen Vorteile ergeben sich im wesentlichen daraus, daß mit dem 3

Claims (9)

1. AT 407 846 B Verfahren eine hohe anlagentechnische Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit erreichbar sind, wobei der in der Verdüsungsanlage bereitgestellte Gießstrahl höchste Güte und beste Voraussetzungen hinsichtlich stabiler geometrischer Fließbedingungen und thermischer Erfordernisse aufweist. Somit können aus den zur Verdüsung bereitgestellten Schmelzen besonders hochwertige Metallpulver hergestellt werden. Bevorzugt ist, wenn die Gesamtlänge des Stopfens, der gegebenenfalls aus Teilstücken gebildet ist, in Abhängigkeit von der Zeit für die Homogenisierung und Einstellung der Temperatur bzw. der Überhitzung der Schmelze im metallurgischen Gefäß festgelegt wird. Erfordert beispielsweise die Temperatureinstellung sowie deren Homogenisierung und die metallurgische Arbeit, insbesondere eine Abscheidung von nichtmetallischen Partikeln, eine Verweilzeit der Schmelze im metallurgischen Gefäß von 30 Minuten und wird der Stopfen aus Teflon, welches bei einer Temperatur von ca. 350 °C vom festen in den gasförmigen Aggregatszustand übergeht, gefertigt, so ist bei einem Stopfenverbrauch von ca. 1 cm/min dessen Ausgangslage mit 30 cm vorzusehen. Eine vorteilhaft besonders genaue und wirksame Temperatureinsstellung ist erreichbar, wenn die Beheizung der Schmelze im metallurgischen Gefäß durch Induktionserwärmung oder durch Elektro-Schlacke-Heizung durchgeführt wird. Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch Fig. 1 einen Schnitt durch ein metallurgisches Gefäß Fig. 2 einen Schnitt im Bereich eines Düsenkörpers In Fig.1 ist schematisch ein metallurgisches Gefäß 1 mit einer Feuerfestauskleidung 2 im Schnitt dargestellt. Durch die Feuerfestauskleidung 2, mit dieser schmelzendichtverbunden, ragt ein Düsenkörper 3, welcher zum Innenraum des metallurgischen Gefäßes in durch ein Abdeckmittel 3 verschlossen bzw. abgedeckt ist. Bodenseitig ist am Gefäß 1 eine magnetische Rühreinrichtung 5 für eine metallische Schmelze vorgesehen. Fig. 2 zeigt den Bereich eines Düsenkörpers 3 in vergrößerter Darstellung. In einer Feuerfestauskleidung 2 ist ein Düsenkörper 3 eingesetzt und mit einem lösbaren Abdeckmittel 4 gegenüber dem Innenraum eines metallurgischen Gefäßes abgedeckt. Der Düsenkörper 3 weist einen den Gießstrahl bildenden Kanalbereich 31 mit geringeren Düsenquerschnitt Einströmbereich 32 mit einem vergrößerten Durchmesser auf und besitzt weiters in Richtung des Gefäßinnenraumes 11 einen trompetenförmigen Schmelzeneinlauf 33. Im Einströmbereich 32 und teilweise im Bereich des Schmelzeneiniaufes 33 vom Düsenkörper 3 verschließt ein Stopfen 34 den Düsenkanal. PATENTANSPRÜCHE: 1. Metallurgisches Gefäß (1) mit einer wärmeisolierenden Feuerfestauskleidung (2) und mindestens einem die Gefäßauskleidung durchdringenden, innenseitig abdeckbaren Düsenkörper (3) sowie einer Einrichtung zur Bewegung von geschmolzenen Metall, insbesondere zur Herstellung von Metallpulver aus flüssigen Schmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß innenseitig (11) im metallurgischen Gefäß (1) der Bereich der Einmündung der Düse (3), zur Vermeidung von Verschmutzung sowie thermischer Belastung des Düsenkörpers, durch ein lösbares, an der Feuerfestauskleidung (2) und/oder an der Stirnfläche des Düsenkörpers (3) anliegendes Abdeckmittel (4) abdeckbar ist, daß die Düse (3) eine Gesamtlänge von größer als 300 mm besitzt und einen den Gießstrahl bildenden Kanalbereich (31) mit einem Innendurchmesser von 4,0 - 10,0 mm und einer Länge von 30 - 70 mm sowie einen Einströmbereich (32) mit einem Durchmesser von 20 - 40 mm aufweist, welcher Einströmbereich (32) von einem Stopfen (34) aus einem Werkstoff, der bei einer Erwärmung auf eine Temperatur von größer als 300 °C bis höchstens 800 °C vom festen in den gasförmigen Aggregatszustand übergeht, verschließbar ist.
2. 2. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (3) als einstückiger Teil ausgebildet ist.
3. 3. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (3) stirnseitig einen trompetenförmigen Schmelzeneinlauf (33) besitzt.
4. 4. Metallurgisches Gefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß 4 AT 407 846 B das Abdeckmittel (4) aus einem Feuerfestmaterial mit einem spezifischen Gewicht von geringer als 3,5 g/cm2 besteht und durch die in das metallurgische Gefäß (1) eingebrachte Metallschmelze vom Stirnflächenbereich des Düsenkörpers (3) entfernbar ist.
5. 5. Metallurgisches Gefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der im Einströmbereich (32) des Düsenkörpers (3) positionierte Stopfen (34) Hohiräume wie Fugen, Schlitze und dergleichen aufweist, durch welche bei einer Erwärmung desselben dessen Durchmesservergrößerung verhinderbar ist.
6. 6. Metallurgisches Gefäß nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dieses eine Einrichtung (5) zur Ausbildung magnetischer Felder, vorzugsweise magnetischer Wanderfelder, zur Schmelzenbewegung aufweist.
7. 7. Verfahren zur Bereitstellung eines Gießstrahles in einer Verdüsungsanlage zur Metallpulvererzeugung, wobei flüssiges Metall in ein vorgewärmtes metallurgisches Gefäß eingebracht, gegebenenfalls beheizt und aus diesem dürch mindestens eine Düse eines Düsenkörpers ausströmen gelassen wird, dadurch gekennzeichnet, daß in den Einströmbereich des Düsenkörpers zumindest ein Stopfen aus einem Werkstoff, der bei einer Erwärmung auf eine Temperatur von größer als 300 °C vom festen in den gasförmigen Aggregatszustand übergeht, eingeführt, der Einströmbereich durch ein Abdeckmittel abgedeckt und die Auskleidung des metallurgischen Gefäßes, vorzugsweise mittels Verbrennungsenergie, auf eine Temperatur von mindestens 400 °C vorgewärmt werden, worauf flüssiges Metall in das Gefäß eingebracht wird und dabei das Abdeckmittel vom Einströmbereich der Düse entfernt und der Stopfen mit flüssiger Schmelze in Kontakt gebracht werden und daß das flüssige Metall elektromagnetisch bewegt, gegebenenfalls geheizt und bei einem Abdampfen des Stopfens ein Austreten des Metalies aus dem Düsenkanal unter Bildung eines Gießstrahles solange gehindert wird, bis die Temperaturverteilung in der Schmelze im metallurgischen Gefäß homogenisiert und eine Überhitzung derselben von 2 bis 50 °C über die Liquidustemperatur eingestellt sind, wonach diese Temperatur im wesentlichen während der weiteren Gießzeit aufrecht erhalten wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtlänge des Stopfens, der gegebenenfalls aus Teilstücken gebildet ist, in Abhängigkeit von der Zeit für die Homogenisierung und Einstellung der Temperatur bzw. der Überhitzung der Schmelze im metallurgischen Gefäß festgelegt wird.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beheizung der Schmelze im metallurgischen Gefäß durch Induktionswärmung oder durch Elektro-Schlacke-Hei-zung durchgeführt wird. HIEZU 1 BLATT ZEICHNUNGEN 5