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Brikett zur Entschwefelung, Desoxydation, Raffination, Feinung und
Entgasung einer Metallschmelze Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, eine Schmelze
durch Magnesiumdampf zu entschwefeln, desoxydieren, raffinieren, feinen und entgasen.
Der .#lagnesiumdampf wird dabei unterhalb des Schmelzspiegels aus solchen Eintauchbriketts
gewonnen, die vornehmlich Magnesiumoxyd und Silizium enthalten, wobei Magnesium
aus Magnesiumoxyd durch Reduktion mit Silizium entsteht.
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Es ist vorgeschlagen worden, Briketts mit Magnesiumoxvd und Silizium
als Bestandteilen unterhalb des Schmelzspiegels zur Reaktion zu bringen, um dadurch
eine Gußeisenschmelze mit Magnesium zu behandeln. Ferner gehört es zum bekannten
Stand der Technik, brikettierte Eintauchkörper vorteilhaft in eine Schmelze einzubringen.
Die Verbindung dieser beiden bekannten Methoden zu dem Zweck, die Durchströmung
einer -Schmelze mit Magnesiumdampf zu erreichen, der aus dem Verbrauch von Eintauchbriketts
unterhalb des Schmelzspiegels entwickelt wird, stößt aber auf Schwierigkeiten. Der
Erfolg einer Durchströmung der Schmelze mit Magnesiumdampf ist nämlich davon abhängig,
daß sich der Dampf möglichst tief in der Schmelze bildet, um eine lebhafte Spülwirkung
zu erzeugen und somit eine innige Berührung der Schmelze mit dem Magnesiumdampf
herbeizuführen. Außerdem ist die dabei hervorgerufene Badbewegung noch von Wichtigkeit
für den Behandlungsprozeß. Diese Voraussetzungen läßt aber der dabei auftretende
ferrostatische Druck nicht ohne weiteres zu. Denn je mehr der ferrostatische Druck
unterhalb des Schmelzspiegels zunimmt, um so. träger geht die für die Bildung des
Magnesiumdampfes gewünschte Reaktion vonstatten. Auch die Badbewegung läßt zum Schaden
der gewünschten Behandlung der Schmelze mit größer werdender Eintauchtiefe ständig
nach. Selbst in solchen Fällen, in denen die Reaktion dicht unterhalb des Schmelzspiegels
noch als besonders lebhaft und erfolgreich zu beobachten ist, wird diese Wirkung
bis zur Bedeutungslosigkeit herabsinken, wenn der Dampfdruck des Magnesiums in größer
werdender Tiefe des Schmelzbades außer dem atmosphärischen noch den zunehmenden
ferrostatischen Druck der Schmelze zu überwinden hat. Solche Verhältnisse sind aber
bei großen Gießpfannen und auch bei tiefen Tiegeln stets anzutreffen.
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Der Zweck der Erfindung ist, das bekannte Verfahren, eine Schmelze
mit Magnesiumdampf zu durchströmen, auch für die in der Praxis besonders häufig
vorkommende Gegebenheit tiefer Schmelzbadbehälter nutzbar machen zu können.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Durchdampfung einer
Schmelze in größeren Eintauchtiefen dann besonders wirkungsvoll wird, wenn man den
Briketts, die Magnesiumoxyd und Silizium enthalten, Alkalisalze zugibt. Die Erfindung
kennzeichnet sich dadurch, daß die Entwicklung des Magnesiumdampfes unter der gleichzeitigen
Verdampfung eines Alkalimetalls aus der Zugabe eines Alkalisalzes zu den Bestandteilen
der Eintauchbriketts erfolgt.
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Bekanntlich werden die Alkalimetalle viel leichter aus ihren Verbindungen
aasreduziert als Magnesium. Solche Reaktionen, z. B. wie Si +4NaF+3Mg0 = 4 Na (Dampf)
+ Mg Si 03 -E 2 Mg F2 und Si +2Na2Si03+3Mg0 = 4 Na (Dampf) -I- 3 Mg Si 03 verlaufen
viel leichter nach rechts als die Reduktion von Mg O durch Si.
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An Hand des an einer Stahlschmelze dargestellten Ausführungsbeispiels
wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
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Eintauchbriketts, die z. B. Magnesiumoxyd und Silizium sowie gebrannten
Kalk enthalten, geben erfahrungsgemäß selbst in einer Stahlschmelze nur sehr langsam
und unvollständig Magnesium bei großer Eintauchtiefe ab. Das liegt hauptsächlich
daran, daß die Wärmezufuhr von der Schmelze zu langsam ist. Die Verschlackung der
Briketts nimmt unverhältnismäßig viel Zeit in Anspruch. Solche Briketts sind folglich
für die Behandlung einer Stahlschmelze in der Gießpfanne ungeeignet. Wenn aber die
Briketts nur geringe Mengen von Alkalisalzen, wie z. B. Natriumfluoride oder ihre
Bindungen, enthalten, so ergibt sich eine energische Entwicklung von Alkalimetalldampf
unter gleichzeitiger Bildung von solchen
Flußmitteln wie MgF2, die
sofort die Briketts an ihrer Oberfläche zähflüssig machen. Indem die Briketts an
ihrer Oberfläche zähflüssig werden, geben sie gleichzeitig Alkalimetalldampf ab.
Die Auswirkung dieses Vorganges ist die, daß die äußere Schicht der Briketts unter
starkem Kochen aufschwillt, sich dann ablöst und so in der Schmelze eine Beschaffenheit
annimmt, die man mit einer Art grober Dispersion oder Emulsion bezeichnen kann.
Dieser Vorgang vollzieht sich so schnell, daß er mit einer Zersprengung verglichen
-,werden kann. Die Zersprengung erfaßt jedoch nicht mit explosiver Kraft das ganze
Brikett, sondern wirkt nur schichtweise, indem sie von der äußeren Berührungsfläche
des Briketts mit der Schmelze zum Innern des Briketts in schneller Folge vordringt,
bis das Brikett vollständig verbraucht ist. Es kommt der Wirkung der Durchdampfung
sehr zustatten, daß die mit der Zersprengung gebildete grobe Dispersion so: fort
die Temperatur der Schmelze annimmt. Es wird schnell eine Art dünnflüssige grobe
Emulsion gebildet. Diese Emulsion wiederum ist sehr reaktionsfreudig und bildet
nach der Gleichung Si +3Mg0=2Mg+MgSi03 den gewünschten Magnesiumdampf. Indem die
Emulsion an die Oberfläche steigt, verläuft die Reaktion immer mehr nach rechts,
und zwar in einem sich steigernden Ausmaß, je kleiner der ferrostatische Druck wird.
Dieser Prozeß vollzieht sich unter starkem Kochen und verursacht eine lebhafte Badbewegung,
bis sich schließlich eine fast vollständig verbrauchte Schlacke an der Oberfläche
abscheidet. Die Wirkung der Durchdampfung ist dabei sehr groß. Die auffallend starke
und energische Durchdampfung wird also dadurch gefördert, daß der Magnesiumdampf
sich gleich an der Oberfläche der Briketts mit einem geringeren Partialdruck in
dem entweichenden Alkalimetalldampf verteilen kann, wobei die Wirkung des ferrostatischen
Druckes entsprechend nachläßt.
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Die Entwicklung von Magnesiumdampf läßt sich noch verbessern, wenn
den Bestandteilen der Eintauchbriketts neben Silizium solche Elemente wie Ca, Al
und Ti für die Reduktion von Mg O beigemischt werden. Diese drei Elemente können
vereinzelt oder gemeinsam mit Silizium zusammen in den Briketts verwendet werden.
Es entstehen dabei neben solchen Silikaten wie Ca Si 03 und Mg Si 03 entsprechende
Aluminate und Titanate, die den Schmelzpunkt der sich bildenden Schlacke stark erniedrigen.
Auf diese Weise erhöht sich die stöchiometrische Ausbeute der Reaktion, da die sich
bildende Schlacke mit fortschreitender Reaktion dünnflüssiger wird.
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Es liegt ferner im Rahmen der Erfindung, statt des Magnesiumoxydes
gebrannten Dolomit zu benutzen. Den Eintauchbriketts kann auch gebrannter Kalk zugesetzt
werden.
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Die Erfindung läßt sich besonders vorteilhaft auf alle Metallschmelzen
anwenden, die im Temperaturbereich der Eisenschmelzen liegen.
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Die für die Reaktion nach der Erfindung benötigten Eintauchkörper
werden in bekannter Weise durch ein besonderes Eintauchverfahren in die Schmelze
gebracht. Dazu werden die der Dampfentwicklung dienenden Stoffe zu Briketts einer
solchen Form gepreßt, daß sie sich mittels eines durchgehenden Loches auf eine Stange
reihen und festspannen lassen. Die Stange mit den in beliebiger Zahl aufgereihten
Briketts wird dann mit Hilfe einer bekannten Eintauchvorrichtung in die Schmelze
hineingedrückt und unterhalb des Schmelzspiegels so. lange im eingetauchten Zustand
festgehalten, bis die Briketts verbraucht sind.
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Um eine erfolgreiche Durchströmung der Schmelze mit den entwickelten
Dämpfen zu gewährleisten, muß dafür Vorsorge getroffen werden, daß die Dämpfe nicht
nutzlos entweichen. Wenn nämlich die Briketts tief eingetaucht werden und wenn somit
der ferrostatische Druck so erheblich ansteigt, daß die entwickelten Dämpfe einen
gewissen Überdruck annehmen, werden sie das Bestreben zeigen, sich innerhalb des
Spielraumes zwischen Stange und den aufgereihten Briketts einen Weg nach oben zu
bahnen. Auf diese Weise würden die entweichenden Dämpfe für die gewünschte Behandlung
der Schmelze verlorengehen. Um dies zu verhindern, wird eine Sperr-oder Deckplatte
oberhalb der Brikettreihe angebracht. Diese Sperr- oder Deckplatte besteht zweckmäßigerweise
aus Stahl. Sie ist mit versenkter Schweißnaht so an der Stange befestigt, daß nach
oben und unten eine glatte Oberfläche entsteht. Die Platte wird zweckmäßig durch
eine keramische Scheibe gegen Hitze geschützt und kann in dieser festen Anordnung
auch den erheblichen Kräften besser widerstehen, die durch den Auftrieb und durch
die Bewegung der Schmelze hervorgerufen werden.