Verfahren und Ofen zur Entgasung von Metallen. Alle Metalle sind in flüssigem Zustande in. der Lage, Gase in Lösung zu nehmen. Die Höhe der Löslichkeit hängt von der Tempera tur der Metallschmelze, dem Druck der Gase über der Schmelze und der Art. des betreffen den Grases ab. Wasserstoff ist in Metall schmelzen besonders leicht löslich. Derartige Lösungen von Gasen in Metallschmelzen kön nen gesättigt, übersättigt und untersättigt sein. Um eine übersättigte Lösung in eine gesättigte Lösung zu verwandeln, sind erheb liche Ruhezeiten, nötig.
Bei der Erstarrung von Metallschmelzen wird je nach der Schnelligkeit der Erstar rung ein Teil des im flüssigen Zustande ge lüsten: Gases abgegeben. Die erstarrte Schmelze enthält: jedoch immer noch erhebliche Gas mengen, meistens sogar mehr als dem Gleich gewichtszustand entspricht. Diese Gasmengen sind für die Qualität eines aus solchen, Schmel zen hergestellten Metallteils äusserst nach teilig.
In jedem Metall sind im erstarrten Zu stande grössere oder kleinere freie innere Oberflächen, in der Form von Lunkern, Mikrolunkern, eingesehlossernen Oxydhäuten usw. enthalten,. Wenn der Metallgegenstand im ]laufe seines Herstellungsganges einer erhöhten Temperatur ausgesetzt wird, zum Beispiel einer ('Tlühimg zu Entsparnnungs- zweeken., so scheiden sich infolge der durch die.
Temperatur erhöhten Molekularbewegtxng < lie vorher gelösten Gasatome in molekularer Form an den. freien innern Oberflächen ab. Wenn nun diese freien innern Oberflächen dicht. unter .der Oberfläche des metallenen Gegenstandes liegen, führt. der erhöhte Gas druck innerhalb der freien Oberflächen zu einem Auftreiben der dünnen Deckhaut und damit zu einer Erscheinung, die man als Blasen bezeichnet und die das betreffende Metallteil unbrauchbar machen.
Die Versuche, diese Erscheinung zu be seitigen, sind schon alt. Am besten bewährt hat sich ein Verfahren, bei dem das Metall einer Zwischenerstarrung unterworfen wird, bevor man es in .die endgültige Form giesst.. Man lässt das Metall langsam im Ofen. erstar ren und schmilzt es dann wieder auf. Erst nach dieser neuerlichen Schmelzung wird das Metall in seine Form vergossen. Bei der Zwi schenerstarrung scheidet sich ein Teil des ge löstem Gases ab. Wenn man nach der Zwi schenerstarrung das Metall rasch wieder schmilzt. und hierauf das Metall rasch ver giesst, verbleibt keine Zeit. zur neuerlichen Aufnahme der gesamten Gasmenge.
Das so er haltene Metallteil ist. unters'ättigt. Dieses Ver fahren hat jedoch den Nachteil, dass es sehr teuer ist, wegen des für das zweimalige Auf schmelzen, notwendigen erhöhten: Energieauf wandes und des erhöhten Zeitbedarfes. Bei einem andern Verfahren lässt man das Metall im Ofen bis auf wenige Grad über der Er- st.arrungstemperatur abkühlen, hält es längere Zeit auf dieser Temperatur und erhitzt es dann wieder auf CTiesst.emperatur. Dieses V er fahren ist billiger als das oben geschilderte, hat jedoch den.
Nachteil, dass man höchstens diejenige Gasmenge ausscheiden kann, welche die dem Gleichgewichtszustand der Schmelz temperatur entsprechende Menge übersteigt. Weiterhin sind Verfahren bekanntgeworden, bei -denen, der Druck des Gases über der Schmelze herabgesetzt wird. Zu diesem Zweck wird das Metall in Tiegel umgegos sen. Diese Tiegel werden dann in einen grossen, Vakuumkessel eingesetzt, den man als dann evakuiert-.
Das Verfahren hat den grossen Nachteil, dass es nicht möglich ist, den andern, die Gaslöslichkeit, beeinflussenden Faktor, die Temperatur zweckmässig zu beein flussen. Der Tiegel muss noch so warm aus dem Kessel herausgenommen werden, dass ein Aus giessen des Metalles ohne Einfrieren möglich ist. Mit diesem Verfahren kann man also den optimalen niedrigen Gasdruck, aber nicht die optimale Ent.gasungstemperatur erreichen.
Ausserdem ist das zweimalige Umfüllen äusserst nachteilig, da beim Umfüllen des Me tallgis infolge der Strahlhildung beim Aus giessen selbstverständlich wieder erhebliche Gasmengen von dem Metall aufgenommen werden. Die Erfindung bezweckt; die oben geschil derten Nachteile zu beseitigen. Das Verfah ren nach der Erfindung besteht darin, dass der Gasdruck über dem geschmolzenen Metall in einem v akuumdiehten Ofen mit.
Innenhei zung auf weniger als 100 mm Ilg gesenkt wird, dass. gleichzeitig die Temperatur der Schmelze auf höchstens 50 C oberhalb ihres Schmelzpunktes erniedrigt wird:, dass nach der Entgasung eine Aufheizung der Schmelze auf Giesstemperatur unter Vakuumdruck in dem selben Ofen vorgenommen wird, worauf im Ofen Atmosphärendreck hergestellt. wird. Das Verfahren eignet. sich besonders zur Entga sung von Aluminium und dessen Legierungen.
Der erfindungsgemässe, mit. einer Ausguss- schnauze versehene Ofen zur Ausübung des Verfahrens ist. dadurch gekennzeichnet., dass er einen vaktiiundichten Mantel, durch va kuumdichte Klappen verschliessbare Füll- und Entleeruiigsöffntuigen und in seinem Innern eine Heizeinrichtung aufweist, und dass er um seine Ausgusssehnauze kippbar ist..
Als Behei- ziing für das Ofeninnere kommt für niedrig schmelzende Metalle eine elektrische Wider- standsheizung oder auch eine Gasheizung in Frage, wobei die Heizgase durch vakuum dicht eingeschweisste Rohre geführt. werden.
Für hochschmelzende Metalle ist. eine Licht- bogenheizung geeignet. Um die Entgasung schnell durchführen zu können, ist. es zweck mässig, das Metallbad mit. einer grossen Ober fläche zu versehen und die Metallbadtiefe ge ring zu halten.
Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbei spiele des Ofens nach der Erfindung. An Hand derselben wird im folgenden auch das Verfahren selbst beispielsweise erläutert.
Fig. 1 zeigt. im senkrechten. Querschnitt das erste Ausführungsbeispiel.
Fig. 2 zeigt. in derselben Darstellung das zweite Ausführungsbeispiel.
Beim Ausfühi-Lingsbeispiel nach Fiä-. 1 ist ein mit. im Querschnitt kreisiandem, vakintm- dichtem Mantel 1 versehener Ofen vorgesehen.
Der Mantel 1 ist mit. einer Ausglisssehnauze 17 versehen und durch ein Lager 18, welches auf einem Lagerbock 8 aufliegt-, um eine durch die Ausgussschnauze 17 gehende Drehachse kippbar gelagert. An der Auscq isssehnauze 17 ist ferner eine Giessrinne 10 drehbar an,-.e- lenkt, welche in einen Verteiler 11 einer Stranggiesseinrichtung mündet.
Der Verteiler 11 ist: mit Ausläufen versehen, die je in eine wassergekühlte Kokille 12 münden, welche zum Giessen von Metallsträngen 13 dienen, die auf einem gemeinsamen Support. 19 mittels einer Kolbenstange 14 der Giess geschwindigkeit entsprechend in üblicher Weise mechanisch oder ht-drauliscli abgesenkt werden.
Der Mantel 1 ist in seinem obern Teil mit einer durchgehenden Durehbreehung verse hen, in welche mindestens ein Heizrohr ? v a kuumdieht schliessend eingesetzt ist. In das eine Ende des Rohres ? ist ein Brenner 4 einge setzt, dem durch eine Gaszuleitung 3 und eine Luftzuleitung 3' über nicht dargestellte Ab- sperrventile ein brennbares Heizgasluft.gemisch zugeführt. wird.. Die bei der Verbrennung er zeugten heissen Verbrennungsgase durchströ men das Rohr 2 und werden durch ein an das andere Ende dieses Rohres angeschlossenes Abgasrohr 5 abgeleitet.
Der mittlere, frei im Ofenraum befindliche Teil des Rohres 2 strahlt die Wärme auf die Innenwandung des Mantels 1 und auf den am Boden befind lichen Metalleinsatz 6. Auf der dem Lagerbock 8 gegenüberliegenden Seite ist eine hydrau lische Hebevorrichtung 7 angeordnet, die einerseits um eine waagrechte Achse 20 dreh bar am Boden eines senkrechten Schachtes gelagert. ist. und anderseits mittels eines Ge lenkes 21 mit zur Achse 20 paralleler Achse am Mantel 1 angreift.
Der Mantel 1 ist- ferner mit einer nicht dargestellten Füllöffnung zum Einbringen des zu schmelzenden Metalles versehen. Diese ist ebenso wie die Ausgussschnauze 9 durch nicht dargestellte, vakuumdichte Klappen. ver schliessbar.
Beim Betrieb des Ofens wird bei vakuum dicht, verschlossenen Öffnungen durch eine nicht dargestellte Vakuumeinrichtung der Gasdruck im Ofeninnern unter 100 mm Hg gesenkt und gleichzeitig die Temperatur der Schmelze auf eine je nach der Höhe des Schmelzpunktes höchstens 50 C oberhalb dieses Schmelzpunktes liegende Temperatur erniedrigt. Bei niedrig schmelzenden Metallen kommt. man mit einer 5 bis 8 C oberhalb des Schmelzpunktes liegenden Temperatur aus.
Bei einen höheren Schmelzpunkt aufweisen- den Metallen muss die Temperatur wenig stens 10 bis 20 oder sogar 30 C über dem Schmelzpunkt liegen. Sie kann bei ganz hochschmelzenden Metallen, wie erwähnt, bis zu 50 C oberhalb des Schmelzpunktes liegen. Die Metallschmelze wird einige Zeit. auf dem genannten Vakuumdruck und der genannten Temperatur gehalten. Hierbei findet, eine Ent- masung der Metallschmelze statt, und: es ist zu beachten., dass mit sinkender Temperatur der Gasgehalt .der Schmelze sinkt..
Aus diesem Grinde soll die Absteh_ und Gleichgewichts- temperatur möglichst nahe bei der Erstar rungstemperatur der Schmelze liegen.
Die Erreichung des Gleichgewichtszustan- des zwischen Metall und Gas ist ein asympto- tischer Vorgang, so d'ass theoretisch das wirk liche Gleichgewicht erst nach unendlich lan ger Abstehzeit eintreten würde. In der Praxis wird man sich mit Annäherungswerten be gnügen., welche die Abstehzeit auf ein trag bares Mass herabsenken.
Nach der Entgasung wird die Schmelze auf Giesstemperatur aufgeheizt, worauf im Ofen durch Einführen eines inerten Gases Atmosphärendruck hergestellt wird. Dann wird die hy drairlische Hebevorrichtung 7 in Betrieb gesetzt., wobei sich die Ausguss- schnauze 9 selbsttätig öffnet. Der Ofen kippt dann im Uhrzeigersinn um das Lager 18.
Da sich die Kippachse in der Schnauze 9 befin det, fliesst die Metallschmelze ohne Sturz gefälle unmittelbar durch die Rinne 10 in den Verteiler 11 und von diesem ebenrfalls ohne wesentliches 'Sturzgefälle in die Kokille 12, so dass eine Sturz- und! wirbelfreie Überfüh rung des Metalles in die Giessform gewähr leistet. ist. Dadurch wird einer neuen. Gas aufnahme durch die Schmelze vorgebeugt.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 un terscheidet sich von demjenigen nach Fig.1 lediglich dadurch, dass an Stelle eines kreis runden Mantels ein im Querschnitt ovalarti- ger Ofenmantel 15 vorgesehen und ferner die Heizeinrichtung als elektrischer Widerstand ausgebildet ist. Aisgssschnauze, Rinne und Giesseinrichtung können gleich sein wie im ersten Ausführungsbeispiel, sind jedoch in Fig. 2 nicht dargestellt, da der Querschnitt in einer zwischen der Schnauze und einem Lagerbock 8 befindlichen Stelle erfolgt ist.
Auf dem Lagerbock 8 sitzt wieder das Lager 18, dessen Drehachse 18' in Fig. 2. sichtbar ist.
Die Widerstandsheizung befindet sich un mittelbar unter der Decke des Schmelzraumes. Die Stromzuleitungen 16 sind vakuumdicht in den Mantel 15 hineingeführt und an der Aussenseite des Mantels die Stromzufuhr an geschlossen.