Verfahren zur Herstellung von Metallgegenständen. Vorliegende Erfindung betrifft ein- Ver fahren zur Herstellung von Metallgegenstän den, wie Stäben, Profilkörpern, Blechen, Rohren, Stangen, Drähten und dergleichen.
Im herkömmlichen Verfahren zur Her stellung von Metallgegeniständen wird Erz zu Metall reduziert, gewöhnlich bis zu einem gewissen Grad raffiniert und dann zu den gewünschten Gegenständen vergossen und eventuell weiterverformt, häufig unter Ein schaltung von Zwischenphasen. Bei der Her stellung von Stahlprodukten wird das Eisen erz zuerst im Hochofen zu Roheisen redu ziert und im flüssigen Zustand weiterbeför dert oder zu Blöcken vergossen und mit oder ohne Zusatz von Schrott wieder geschmolzen.
Das geschmolzene Eisen wird dann in einer Bessemerbirne geblasen und zu Blöcken ver gossen. Das Eisen kann auch im Siemens- Martin-Ofen unter Zusatz von Schrott weiter raffiniert werden. In den meisten Fällen wird der Siemens-Martin-Ofen zur Konver tierung von Roheisen in Stahl verwendet. Auf jeden Fall wird das Metall mehrmals ge gossen und dann mit oder ohne Zwischen erhitzung zu Vorblöcken und Knüppeln ge formt, bevor es gewalzt oder sonstwie in fertige Form gebracht wird.
Schweissstahl wird im Puddelofen erzeugt oder durch Mi schung von geblasenem Eisen mit Schlacke, indem man das Material in eine Kugel formt, ohne es in geschmolzenen Zustand zu brin gen, Hierauf wird die Kugel gepresst, um überschüssige Schlacke zu entfernen. Dann wird sie mit Zwischenerhitzung zu Walzvor- blöcken verformt, Diese notwendigen Phasen sind. mühsam, teuer und zeitraubend und erhöhen die Gestehungskosten der Fertigpro dukte.
Wenn es gelänge, eine oder mehrere von ihnen auszuschalten, ohne die Qualität des Fertigproduktes zu beeinträchtigen, so könnten die Kosten des letzteren reduziert, werden.
Dies ist mit dem Verfahren gemäss vor liegender Erfindung möglich. Dieses ist da durch gekennzeichnet, dass man mindestens eine Metallverbindung in einer Reduktions zone ohne Schmelzen reduziert, das reduzierte Material, das noch mindestens einen Teil der von der Reduktionsstufe herrührenden Wärme -aufweist, zu einem Formkörper kom primiert, und dass man das reduzierte' Mate rial während und zwischen den genannten Stufen unter nichtoxydierenden Bedingun gen hält, wobei man das Verfahren in konti nuierlicher Weise durchführt.
In einer besonderen Ausführungsart der Erfindung wird gemäss einem bekannten Ver fahren Eisenschwamm erzeugt und vorzugs weise in feinverteilter Form vom Reduk tionsofen aus in Gegenwart von reduzieren den Gasen oder einer andern nichtoxydieren den Atmosphäre, eventuell nach Beimischung von modifizierenden Elementen oder Verbin dungen, der Kompressionsstelle zugeführt.
Während das Material mindestens einen Teil seiner Wärme aus dem Reduktionsprozess bei behält, wird es mit oder ohne Zwischenerhit zung zu einer Presse gefördert, wo die heissen Partikeln unter einem Druck in kohäsiven Kontakt gebracht werden, der genügt, um einen dichten, ein Ganzes bildenden Knüppel solcher Testigkeit zu bilden,
dass bei der darauffolgenden Verformung ein Auseinan- derfallen verhindert wird, und dessen Di mensionen den Anforderungen der folgenden Verarbeitungsstufen entsprechen.
Dieser kom- primierte Knüppel kann direkt einer Heizzone zugeführt werden, wo er auf Schweisstempera tur erwärmt wird, um, wenn möglich immer noch -unter nichtoxydierenden Bedingungen, eine perfekte Verschweissung der sich be rührenden Partikel herbeizuführen. Der so erwärmte Knüppel kann alsdann einem Walz werk, einer .Presse, einem Hammer, einer Ziehform,
einer Strangpresse oder einer andern Metall verformenden Vorrichtung zur Verformung in ein Fertigprodukt oder Halb fabrikat genügend homogener innerer Struk tur zugeführt werden.
Zur Herstellung von Röhren wird das fein verteilte Metall nach der Reduktionsbehand lung und während es noch angenähert die Temperatur der Reduktionsphase hat, in eine Presse mit einem Kolben, mit konischer Ver längerung gebracht, um das Material zu einem hohlen Körper zu pressen, welcher dann auf den Schweisspunkt des Metallei erhitzt wird, um die Partikeln zusammenzuschweissen. Der so erwärmte Hohlkörper wird weiter in ge nauere Dimensionen gepresst,
um nachher zwecks. Erzeugung nahtloser Rohre durch eine Ringmatrize gestossen zu werden,. Das ge- presste Metall kann auch gelocht werden, um in einem Röhrenwalzwerk über einen-Dorn gewalzt zu werden, oder es wird auf eine der üblichen Arten gezogen oder strang- gepresst.
Erze und Oxyde von Nichteisenmetallen in fein verteilter Form. können zur Herstel lung von Fertigprodukten auf dieselbe Weise behandelt werden, wobei natürlich die ver wendeten- Temperaturen und Drücke den physikalischen Eigenschaften der gewählten Metalle zu entsprechen haben.
Mit -dem Verfahren. gemäss der Erfindung können Metallgegenstände hoher Reinheit und hoher Zugfestigkeit auf wirtschaftlichere Weise hergestellt -,verden als mit den bisher gebräuchlichen zeitraubenden -Verfahren, kann man doch im Falle von Eisen und Stahl Kokereien, Hochöfen, Siemens-Martin-Öfen. Puddelöfen, Bessemerbirnen und viele Hilfs- ausrüstungen vermeiden,
wobei erst noch die erzeugten 1VIetallgegenstände (inbegriffen solche aus Legierungen) ausserordentliche physikalische und chemische Eigenschaften aufweisen.
Beiliegende Zeichnung zeigt eine bei spielsweis-e Ausführungsform einer Anlage zur Ausübung des Verfahrens,.
Fig.l ist eine schematische Darstellung derselben, teilweise im Schnitt, und Fig. 2 zeigt eine Detailvariante der An lage im Schnitt.
Die zu verarbeitende Metallverbindung ist vorzugsweise ein Erz, aus welchem Eisen schwamm Zn pulveriger oder granulierter Form erzeugt wird, obgleich je nach den Anforderungen das- Produkt der Reduktions phase ein fein verteiltes Nichteisenmetall oder eine Mischung sein kann. Das haupt sächliche Rohmaterial für Eisenschwamm ist reiches Eisenerz, besonders Magnetit, wel- eher gebrochen,.
pulverieaert und magnetisch konzentriert wird. Das Erz kann auch kon zentrierter Eisensand sein. Das aus der ma gnetischen Konzentration sich ergebende Pul ver wird dann mit beigemisohter Holzkohle oder anderem fein verteiltem Kohlenstoff reduziert, oder es kann durch reduzierende Gase oder durch Kohlenstoff, der bei der Krackung von Naturgas oder 01 erhalten wird,
oder durch eine Kombination von redu zierenden Gasen und festem Kohlenstoff auf bekanntem Wege reduziert werden.
Bei der in Fig. 1 dargestellten' Anlage wird der Eisenschwamm aus einem Reduk tionsofen 1 in feinverteilter Form erhalten, nachdem in einem Zyklon 2 die metallische Komponente von der Asche und anderem nichtmetallischem Material getrennt wurde. Hierbei behält das Material viel von seiner Wärme zurück. Zur Vermeidung der Oxy dation wird das reduzierte Erz in Gegenwart der reduzierenden oder verbrauchten oder teilweise verbrauchten eine nichtoxydierende Atmosphäre bildenden Gase durch eine Lei tung 3 vom Ofen zum Zyklon 2 geführt.
Vom Trichter 4 des Zyklons 2 fallen die reduzierten Erzpartikeln infolge ihres Eigen gewichtes durch die Leitung 5 und den offe nen Schieber 6 in die Messkammer 7, welche durch den zwischen dem Schieber 6 und dem normalerweise geschlossenen Schieber 8 liegenden Leitungsteil gebildet ist. Wenn die Messkammer 7 gefüllt ist, wird zuerst der Schieber 6 geschlossen und dann der Schie ber 8 zwecks Ablassens, der gemessenen Menge geöffnet. Das Volumen dieser gemessenen Menge hängt vom Grad der Kompression im darauffolgenden Kompressionsvorgang ab.
Dem gemessenen, reduzierten Erz können, wenn gewünscht, gewisse modifizierende Mittel, wie z. B. Soda, Flussspat oder andere Flussmittel beigegeben werden.
Es könnten auch Elemente, wie Kohlenstoff, Silizium, Schwefel, Mangan, Nickel oder Chrom in Form von reduziertem Erz, oder Legierungs metalle oder metallische Stoffe, wie Ferro- mangan, Siliziumeisen, Ferrotitan oder an dere Legierungen von verschiedenen chemi schen Zusammensetzungen, oder Mischungen aus einzelnen oder mehreren der obgenannten Materialien beigegeben werden, um die phy sikalischen oder chemischen oder beide Eigenschaften des. fertigen Produktes zu modifizieren.
Zur Beigabe dieser modifizierenden Mit tel wird das reduzierte Erz aus der Messkam- mer 7 in den mechanischen Mischer 9 ent leert, dessen Rührwerk von einem elektri schen Motor l0@angetrieben wird. Die modi fizierenden Mittel @ werden dem Mischer 9 aus einem Trichter 11 durch einen Schieber 12 zugeführt, welcher den Zutritt von Luft verhindert.
Die Mischung ist eine innige, so dass die Mittel im ganzen reduzierten Erz verteilt werden. Die Menge der modifizieren den Mittel ist gewöhnlich verhältnismässig gering, kann aber, wenn nötig, auch gross sein. Im letzteren Falle wird die Messkam- mer 7 entsprechend angepasst, um das, rich tige Verhältnis zwischen Chargenvolumen und demjenigen des komprimierten Knüppels zu erhalten. Die Messkammer 7 kann auch nach dem Mischer 9 vorgesehen werden.
Sind keine modifizierenden Mittel beizu fügen, so wird der Mischer 9 nicht gebraucht.
Vom Mischer 9 gelangt das Material in einen Ofen 13, worin es auf eine Temperatur gebracht wird, welche die Kohäsion der Par tikeln begünstigt, welche aber unter dem Schmelzpunkt des Materials oder der Mi schung liegt, um ein Festhaften des Mate rials an den Wandungen auszuschliessen. Für Eisenschwamm z. B. kann die Temperatur, auf welche das Material im Ofen 13 erwärmt wird, ungefähr 816 C betragen, obschon die Temperatur im Ofen höher sein kann, um den Wärmeverlust zwischen ihm und der Verdichtungsstelle zu kompensieren.
Das erhitzte Material wird nun durch den Schieber 14 in den Zylinder 15 einer Uydrau- lischen Presse entleert, deren Kolben 16 durch einen hydraulischen Antrieb 17 be tätigt wird. Dasi Ende des Zylinders 15 ist, normalerweise, durch einen schweren Schie ber 18 geschlossen, zwischen welchem und dem Kolben 16 das feinverteilte, in den Zylinder 15 eingeführte Material zu einem dichten Knüppel B komprimiert wird,
in welchem die fein verteilten Partikeln in ko- häsivem Kontakt miteinander sind und zwi schen denen keine Hohlräume sichtbar sind.
Der so hergestellte Knüppel ist vorzugs weise verhältnismässig gross im Vergleich zum Knüppel, der in gebräuchlichen Walz werken und Hammer- oder Schmiedepressen gewonnen wird. Der zur Kompression des fein verteilten Materials angewandte Druck wird zweckmässigerweise so gross sein, dass der Kniippel widerstandsfähig genug ist, d. h.
.eine so kompakte Struktur hat, dass er einer Bearbeitung durch Walzen, Schmieden, Ziehen usw.standhalten kann, ohne ?mein- anderzufallen. Für einen Knüppel aus Eisen schwamm von ungefähr 15,24 auf 15,24 cm im -Querschnitt und 121,92 bis 182,88 cm Länge, der aus Partikeln besteht, die durch ein Sieb mit 100 Maschen auf 2,54 cm Länge hindurchgehen, beträgt z.
B. der Kompres- sions,druck zur Erreichung- der gewünschten Kompaktheit und Dichte 315 bis 630 kg/cm@. Der Druck variiert jedoch mit der Grösse der Partikeln, der Temperatur derselben, der Grösse des fertigen Knüppels usw. Die an :gegebenen Zahlenwerte für Temperatur und Druck sind daher nur Beispielswerte.
Nach der Kompression des Materials wird der Kolben 16 etwas zurückgezogen, um den Schieber 18 vom Druck zu entlasten, so dass letzterer zwecks Öffnung des Zylinders 15 durch einen nicht dargestellten Mechanismus nach unten bewegt werden kann. Der Kolben 16 wird dann erneut nach vorn, bewegt, und der Knüppel B wird dabei vom Zylinder 15 direkt in den Ofen 19 auf einen eich langsam bewegenden -Stahlbandförderer 20 gebracht.
Während der Knüppel B sich nun langsam durch den Ofen 19 bewegt, wird er auf Schweisstemperatur erhitzt, d. h. auf die jenige Temperatur, die zur Konsolidierung der Konstruktur- innerhalb - des ganzen Knüppels notwendig .ist und welche für reines Schwammeisen im betrachteten Bei spiel ungefähr 816 C beträgt.
Bei dieser Temperatur erweichen sich die sich berüh renden Partikeln und schweissen zusammen, aber der Knüppel schmilzt nicht. Es ist klar, dass die Ofentemperatur immer etwas höher sein muss als diejenige des zu erhitzenden Knüppels. Nach der gewünschten Erhitzung im Ofen 19 wird der Knüppel B durch den Bandförderer 20 direkt dem Walzwerk 21- zugeführt, wo er bearbeitet wird, um die Partikeln in eine zusammengeschweisste,
Masse homogener Struktur zu bringen. Die physi kalischen und chemischen Eigenschaften kön nen durch die bei 11 zugegebenen Mittel noch modifiziert werden. Das Walzwerk 21 ist von üblicher Bauart, und die Fertigwalzen des- selben.- geben. dem Knüppel die gewünschte Form, wie z. B. Stabform, Profilform, Blech form usw.
Sollen aus diesem Knüppel Stan gen öder Drähte hergestellt werden, so wird er vom Rohwalzwerk 21 zu den üblichen, nicht dargestellten Ziehbänken oder Strang pressen gebracht. Anstatt den Knüppel im Walzwerk 21 zu behandeln, könnte er mit einem Hammer, einer Presse oder dergleichen je nach Bedürfnis geschmiedet oder gestaucht werden.
Der ganze Prozess ist kontinuierlich, ohne- Zeitverlust, indem jede Verfahrensstufe un mittelbar auf die vorangehende folgt so dass grosse Arbeitsgeschwindigkeiten erreicht wer den und die im Material von der vorangehen den Stufe zurückbleibende Wärme in der folgenden ausgenützt werden kann,- wodurch Wiedererwärmung und eine andere als die im Verfahren erwünschte Kornstrukturände- rung auf ein Minimum beschränkt werden können.
Das Verfahren wird vorzugsweise nicht nur bis und mit Zylinder 15 in nicht oxydierender Atmosphäre durchgeführt, son dern auch während der Erwärmungsstufe im Ofen 19,. Durch dichtes, Abschliessen von Ofen 19 und Walzwerk 21 und Zufuhr einer nichtoxydierenden Atmosphäre zu diesen Teilen der Anlage kann die Oxydation des Metalles während des ganzen Verfahrens ver hindert werden, wodurch die ursprüngliche Reinheit desselben erhalten bleibt.
Anstatt das fein verteilte Material im Ofen 13 zu erwärmen, könnte man den Zylinder 15 heizen, oder es könnten beide Wärmequellen in Anwendung kommen. Auch andere Erhitzungsarten zur Erleichterung des Pressens des Materials könnten angewen det werden, wie z. B. elektrische Hochfre- quenzströme in einer die Leitung 7 oder den Zylinder 15 oder beide umgebenden Spule.
Für -grosse Knüppel kann eine zusätzliche Kompression des Materials erwünscht sein. Dazu kann beispielsweise als zweite Kom pressionsstufe eine weitere Presse entspre chend derjenigen mit Zylinder 15 und Kol ben 16, oder eine zusätzliche Presse, welche das Material vQn@vei oder mehr Seiten her komprimiert (in beiden Fällen unter Bei behaltung des kontinuierlichen Vorschubs) vorgesehen sein.
Fig. 2 zeigt einen Teil einer Anlage zur Herstellung hohler Körper wie Röhren. Der Kolben 16' hat einen zylindrischen Teil 22 und eine konische Verlängerung 23. Das fein verteilte Material wird unter Druck von einem Kopfstück 25 aus durch mehrere Öff nungen 24 in den Zylinder 15' eingeblasen, wobei der Druck von einem nichtoxydieren den Gas geliefert wird. Das Material stösst auf die Verlängerung 23 auf und wird dank der konischen Form derselben gleichmässig im Zylinder 15' verteilt, bis der Raum zwi schen dem Kolben 16' und dem Schieber 18' dicht angefüllt ist.
Dann wird der Kolben 16' durch die hydraulische Antriebsvorrich tung 17 vorwärtsbewegt und presst das Mate rial zu einem Hohlkörper C, der wegen des sowohl seitlich als auch axial von der ko nischen Verlängerung 23 ausgeübten Druckes gleichmässig dicht ist. Der zylindrische Kol benteil 22 schliesst die Öffnungen 24 während der Kompression ab.
Nach der Druckperiode wird der Kolben 16' ein wenig zurückgezogen, wodurch die Verbindung zwischen der konischen Verlän gerung 23 und dem Hohlkörper C unter brochen wird, indem letzterer wegen der zwi schen ihm und dem Zylinder 15' auftreten den Reibung sich nicht bewegt. Da gleich zeitig der Schieber 18' vom Druck entlastet wird, kann er geöffnet werden, so dass der Kolben 16' den Hohlkörper C vom Zylinder 15' auf den Bandförderer 20' stossen kann. Wenn dann der Kolben 16' zurückgezogen wird, dann lässt er den Hohlkörper C auf dem Bandförderer 20' liegen, da zwischen den beiden Körpern praktisch keine Haftung mehr besteht.
Der Schieber 18' wird wieder geschlossen, und der ganze Prozess wird wie derholt, während der Hohlkörper C, wie weiter oben beschrieben, im Ofen 19 auf Schweiss temperatur erwärmt wird. Der so erwärmte Körper wird auf einer üblichen Stossbank geformt oder gelocht und über einem Dorn gewalzt, oder auf andere Weise in ein naht- loses Rohr oder dergleichen verarbeitet, und zwar mit oder ohne wiederholte Druckanwen dung und Wiedererwärmung.
Anstatt das reduzierte Material der Re duktionszone in feinverteilter Form zu ent nehmen, kann dies auch in Klumpenform geschehen. Dieses klumpenförmige Material kann man dann vor der Kompression und vor der Trennung der metallischen Komponente vom nichtmetallischen Teil mahlen.