Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Einbringen von Magnesium, Impf- oder Desoxydationsstoffen in metallische Schmelzen Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Einbringen von Magnesium, Impf- oder Desoxydations- stoffen in metallische Schmelzen, insbesondere Guss- eisen.
Es ist bekannt, zur Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit Magnesium in Form von kleinen Körnern durch eine Lanze in eine Gusseisenschmelze einzubrin gen. Es ist jedoch sehr schwierig, die explosionsartige Reaktion des Magnesiums mit der flüssigen Schmelze unter Kontrolle zu halten. Der Versuch, diese Reaktion in einem Druckgefäss durchzuführen, ergab aus rein betrieblichen Gründen Schwierigkeiten, die zur Ab lehnung dieses Verfahrens durch die Praxis geführt ha ben.
Ein weiteres, bekanntes Verfahren zur Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit besteht in der Verwen dung einer Kipp-Pfanne, in deren Boden das Magnesium vor dem Eingiessen der flüssigen Schmelze in eine kleine Kammer eingebracht wird. Diesen Verfahren haftet der Nachteil an, dass sie die Behandlung der flüssigen Schmelze chargenweise durchführen. Das z.
B. mit Ma gnesium oder Impfstoffen behandelte Material muss auf diese Art in der Reaktionspfanne längere Zeit abstehen, wobei die zuerst vergossenen Stücke Material erhalten, welches sich im Zeitpunkt kurz nach der Behandlung be findet, während die zuletzt vergossenen Stücke aus ei nem Material vergossen werden, welches längere Zeit abgestanden ist. Die Eigenschaften der behandelten Schmelzen ändern sich rasch durch das Abstehen, was zu verschiedenartigen Qualitäten der gegossenen Stücke führen kann. Auch führt eine solche Art der Einbrin gung zu ungleichmässigen Konzentrationsverhältnissen während der Behandlungsreaktion.
Es sind auch Verfahren entwickelt worden, bei de nen die Zugabe von Reaktionsstoffen zu der Schmelze kontinuierlich erfolgen, wobei die Schmelze den Reak tionsraum strahlförmig durchfliesst. Solche Verfahren haben bei hochreaktiven Reaktionsstoffen, wie z. B. Magnesium, den Nachteil, dass der Magnesiumdampf mit grossen Oberflächen der Ausmauerung in Berüh rung kommt und dabei mit derselben reagiert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu grunde, die Behandlung von flüssigen Schmelzen mit Magnesium oder mit Impf- oder Desoxydationsstoffen kontinuierlich durchzuführen, wobei eine besonders in tensive und gleichmässige Durchmischung der zugege benen Stoffe mit der zu behandelnden Schmelze mög lich ist, wobei die Zugabe der Stoffe so durchgeführt wird, dass der Kontakt von diesen oder deren Dämp fen mit der Ausmauerung der Einrichtung auf ein Mi nimum beschränkt wird.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch ermöglicht, dass die Schmelze über ein Gefälle beschleunigt wird, anschliessend tangential in einen trichterförmigen Raum eingeleitet wird, welchen sie durch eine nach unten gehende, zentrale, im unteren Teil den Durchfluss drosselnde Ableitung rotierend ver- lässt, wobei der Schmelze in dem Hohlraum, welcher durch den trichterförmigen Strömungswirbel entsteht, Reaktionsstoffe zugeführt werden und der Hohlraum unter überdruck gehalten wird.
Die Erfindung umfasst auch eine Vorrichtung, bei welcher ein allseits abgeschlossener, trichterförmiger Raum mit einer Zuleitung versehen ist, welche tangen- tial in den trichterförmigen Raum einmündet und der Querschnitt des Abflusskanals an der Austrittsstelle ver mindert ist, ferner, dass Vorrichtungen vorhanden sind, die es gestatten, Reaktionsstoffe in den trichterförmi gen Raum einzuführen sowie ferner, dass eine regel bare Inertgaszuleitung vorgesehen ist.
Die Vorrichtung kann so gestaltet sein, dass die Zuführung von Inertgas über eine mit gleichmässig ver- teilten Öffnungen versehene, z. B. aus porösem Ma terial bestehende, den Innenteil des Deckels bildende Trennwand erfolgt.
Dadurch wird die Vorrichtung sowohl geeignet zu kontinuierlichem Betrieb als auch zur Erzeugung klei nerer Schmelzenmengen mit gleichbleibender Behand lung, wie dies beim Direktvergiessen von einzelnen Guss- stücken notwendig ist.
Die Vorrichtung gestattet somit jeweils die Schmel- zenmenge zu behandeln, die gerade benötigt wird, wobei die Schmelze kontinuierlich behandelt wird, d.
h., die Konzentration der Zugabestoffe ist für jeden Teil der behandelten Schmelze gleichmässig dosiert, so dass Des- oxydations- und Keimbildungsprozesse bei der ganzen behandelten Schmelze unter gleichen Bedingungen er folgen, was bei chargenmässigen Behandlungen nicht möglich ist.
Die Zugabe der Reaktionsstoffe erfolgt besonders gut und gleichmässig durchmischt, wobei eine Kontakt nahme derselben oder deren Dämpfe mit den Wandun gen der Vorrichtung auf ein Minimum beschränkt sind.
Die Zeichnungen zeigen ein Ausführungsbeispiel zur Erläuterung des Verfahrens. Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungs- form mit den zugehörigen Zugabe- und Regelvorrich tungen; Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Ausführungs form der Vorrichtung mit luftdicht abschliessbarem Dek- kel; Fig.3 einen Horizontalschnitt durch die Ausfüh rungsform von Fig. 2 gemäss Schnittlinie III-III.
In Fig. 1 bis 3 bedeuten 1 eine Giesspfanne mit Stopfen 2, in welcher sich die Schmelze 3 befindet. Die letztere fliesst als Strahl 4 in den Auffangtrichter 5. An den Auffangtrichter 5 schliesst sich ein Kanal 6 an, welcher tangential in den trichterförmigen Raum 7 ein mündet. Der trichterförmige Raum 7 ist durch einen Deckel 8 (Fig. 2) gegen die Aussenatmosphäre abge dichtet. Fig. 1 zeigt den trichterförmigen Raum mit abgehobenem Deckel B.
Der trichterförmige Raum mün det in einen Abflusskanal 9, welcher an seinem unteren Ende 10 eine Verengung aufweist. Mit 11 ist eine zweite Giesspfanne bezeichnet, welche die Schmelze nach der Behandlung aufnimmt. Eine Zuteilvorrichtung 12 ist schematisch im Querschnitt dargestellt. Mit Hilfe dieser Zuteilvorrichtung ist es möglich, Reaktionsstoffe, wie z. B.
Magnesium, Impf- und Desoxydationsstoffe in körniger oder pulverförmiger Form in den trichterför migen Raum 7 einzuleiten. 14 ist eine Zuleitung für Inertgas, die es gestattet, die Zuteilvorrichtung 12 unter Druck zu halten. 13 ist ein Reservegefäss für die Reak tionsstoffe. 15 ist ein Motor, welcher über ein nicht dargestelltes stufenloses Getriebe die Zuteilschnecke 16 antreibt. Die Reaktionsstoffe können auch strangförmig zugegeben werden, wie in Fig. 2 dargestellt.
Der Strang 17 wird hierbei durch eine regelbare Vorschubvorrich- tung 18 durch die Öffnung 19 in den trichterförmigen Raum 7 eingeführt. Bei der Variante von Fig. 2 wird der Innenraum 30 der Vorrichtung durch eine Zuleitung 20 mit Inertgas unter überdruck gehalten. Es ist auch mög lich, das Inertgas über eine Wand 29, welche z.
B. aus porösem Material bestehen kann, über die ganze In- nenfläche des Deckels verteilt zuzuführen. Im unteren Teil des Abflusskanals 9 befindet sich ein Fühler 21, welcher z. B. aus einer elektrolytischen Messkette be- steht. 22 und 23 sind Stromverbindungen der vorer wähnten Messkette mit der Messzelle 24. Durch diese Messzelle 24 kann mittels Regelvorrichtung 25 der Vor schub 16 oder 18 der Reaktionsstoffzugabe gesteuert werden. 21 ist ein Elektrolyt-bildendes Diaphragma, z.
B. aus Zirconoxyd, oder ein mit Elektrolyt getränk tes Trägerdiaphragma. Mittels einer Photozelle 26, wel che in der Nähe des aus der Giesspfanne 1 ausfliessen- den Strahls 4 angeordnet ist, kann ebenfalls eine Steue rung der Zuteilvorrichtung 12, 18, erfolgen.
Die in den Fig. 1-3 beschriebene Vorrichtung ar beitet wie folgt: Durch Anheben des Stopfens 2 wird der Schmelze 3 der Ausfluss aus der Giesspfanne 1 freige geben. Die Schmelze 3 ergiesst sich in einem Strahl 4 in den Auffangtrichter 5 und gelangt durch den Kanal 6 in den trichterförmigen Raum 7. Durch die tangentiale Einleitung der Schmelze in den trichterförmigen Raum 7 entsteht ein zyklonartiger Wirbel mit hoher Umlauf geschwindigkeit.
Die Schmelze erhält dadurch einen Drall, der sich auch durch den Abflusskanal 9 fortsetzt. Der Giessstrahl 4 bringt die Photozelle 26 zum An sprechen, so dass die Zuteilvorrichtung 12 oder 18 zu arbeiten beginnt. Durch die Stellung des Stopfens 2 kann das Niveau 27 der Schmelze 3 auf gleicher Höhe ge halten werden. Durch die Verengung 10 im Abflusska- nal 9 entsteht ein Rückstau, so dass ein gewisser über druck im trichterförmigen Raum 7 mit Hilfe des durch die Leitung 20 zugeführten Inertgases aufrechterhalten werden kann.
Dieser überdruck ist notwendig, damit die gesamte Vorrichtung während der Durchführung des Verfahrens nicht den Prozess störende Falschluft un kontrolliert einsaugen kann, bzw. damit die von den Reaktionsstoffen bei 28 entstehenden Dämpfe in den Abfluss 9 gedrückt werden. Die Zuführung von Inertgas kann vermindert werden, sobald durch die Zuführung von Reaktionsstoffen ein überdruck an Gasen und Dämpfen entsteht.
Die Zugabe von Inertgas kann durch Druckfühler automatisch gesteuert werden. Dabei ist es von Vorteil, die Zuführung von Inertgas über eine Deckelwandung 29 durchzuführen, welche über die gan ze Oberfläche verteilt Öffnungen besitzt, z. B. indem diese aus porösem, keramischem Material hergestellt wird. Es ist auch möglich, diese aus durchlässigem Gra phit oder graphithaltigem Mauerwerk zu fertigen, wenn dadurch keine Aufkohlungsgefahr der Schmelze ent steht.
Die Zuführung 6 der Schmelze kann vorteilhaft so erfolgen, dass der entstehende Wirbel dicht an den Deckel anschliesst, wie dies bei 31 schematisch darge stellt ist. Auf diese Art entsteht ein besonders klein ge haltener Raum 30, wobei der direkte Kontakt der im Raum 7 und 30 entstehenden Dämpfe mit Wandungen der Einrichtung auf ein Mindestmass herabgedrückt wird,
da ja die über den Deckel 29 praktisch laminar und über die ganze Fläche verteilt einströmende Inert- gasatmosphäre im Innenraum entstehende Dämpfe von der Wandung 29 wegdrückt und die anderen Wandun gen der Einrichtung durch flüssige Schmelze abgedeckt sind.
Die Zuführung von Reaktionsstoffen erfolgt erfin dungsgemäss am besten in einer Zone 28 des Strö mungswirbels, wo die Strömung der Schmelze besonders gross ist, damit zugeführte, verdampfende Reaktions stoffe gleichmässig und vollständig schon im Augen blick der Berührung mit der Schmelze aufgelöst werden, ohne dabei eine Explosion zu verursachen. Die Praxis hat gezeigt, dass ein auf diese Art in eine stark bewegte Schmelze eingeführter Strang aus stark verdampfenden Stoffen, z. B. Magnesium, ohne eine Explosion zu ver ursachen, kontinuierlich sich auflösend, zugeführt wer den kann.
Um die behandelte Schmelze möglichst wenig der Luft auszusetzen, kann das untere Ende des Ab- flussrohres auf die Höhe des Schmelzenspiegels, oder in diesen untertauchend, gehalten werden.
Die in den Fig. 1 und 2 beispielsweise dargestellten Mittel zur Steuerung der Zugabe von Reaktionsstoffen können auch in Kombination, d. h. miteinander ein gesetzt, zur Verwendung gelangen.
Die Messkette 21, 22, 23, 24 spricht auf den freien Sauerstoffgehalt der Schmelze an. Durch Zugabe von Desoxydationsstoffen wird der freie Sauerstoff mehr oder weniger abgebunden, wodurch sich das Potential der Messkette ebenfalls ändert. Die Zugabe von Des oxydationsmitteln, z. B. die Schnelligkeit, mit welcher der Strang 17 mit Hilfe der Rollen 18 vorwärtsbewegt wird, kann durch dieses Sauerstoffpotential gesteuert werden. Auf diese Art ist es möglich, die Zugabe von Reak tionsstoffen dauernd dem Schmelzendurchfluss anzupas sen. Bei abgestelltem Schmelzendurchfluss wird die Zu gabe von Reaktionsstoffen gestoppt, da das Signal der Photozelle 26 ausbleibt.
Gleichzeitig ändert die Poten tialspannung des Fühlers 21, was ebenfalls zu einem Stopp-Prozess ausgenützt werden kann. Auf diese Art ist es möglich, mit Hilfe einer solchen Giesseinrichtung di rekt Gussstücke ohne Zwischenschaltung einer Pfanne 11, wie in Fig. 1 dargestellt, zu vergiessen.
In einem solchen Falle ist es zweckmässig, den in der Form eingeführten Giesskanal über eine in bekann ter Weise entsprechend dimensionierte Vorkammer zu leiten, damit durch die Behandlung entstehende Schlak- ken und andere nichtmetallische Einschlüsse gut aus scheiden können.
Die vorliegende Erfindung bringt den Vorteil, dass die gleichmässige Durchmischung der kontinuierlich zu fliessenden Schmelze mit den eingebrachten Reaktions stoffen in dauernd gleichbleibendem Verhältnis erfolgt. Die Durchmischung der zugesetzten Reaktionsstoffe ge schieht gleichmässig und vollkommen, in der stark durchwirbelten Strömung der Schmelze in der Ableitung 9.
Dampfblasen, die im oberen Teil etwa bei 28 ent stehen, werden in den Abfluss der Schmelze hineinge- gedrückt und intensiv mit der Schmelze infolge des wir belnden Abflusses durchmischt, wobei eine genügend lange Reaktionszeit im Abfluss 9 gegeben ist, so dass eine besonders gute Ausnützung der zugegebenen Stoffe gewährleistet ist. Der Überdruck bei der Zuleitung 20 muss daher so gesteuert werden, dass die entstehenden Dämpfe durch das z. B. zugeführte Argon in den Ab fluss 9 hineingedrückt werden.