DE1269148B - Vorrichtung zum Legieren und Vergiessen von Metallschmelzen, vorzugsweise Stahlschmelzen unter Hochdruck - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

C21c

Deutsche KL: 18 b-7/00

P 12 69 148.4-24
17. August 1964
30. Mai 1968

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Druckbehandlung schmelzflüssiger Metalle, insbesondere zum Legieren von Stahlschmelzen zwischen 10 und 100 bar und zum Vergießen derselben unter Druck. Interesse für eine solche Vorrichtung besteht z. B. bei einigen austenitischen Stählen, bei denen durch Behandlung unter Stickstoffüberdruck eine Zunahme der Stickstoffgehalte über das bei Erschmelzung unter Atmosphärendruck übliche Maß hinaus bewirkt wird. Derartige Stähle haben unter Umständen eine durch den Stickstoffgehalt wesentlich erhöhte Streckgrenze bei gleichzeitig guter Zähigkeit.

Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung solcher Stähle besteht in der Anwendung eines Druckinduktionsofens. So berichteten z. B. Frehser und Kubisch auf dem Eisenhüttentage 1963 in Leoben (Berg- und Hüttenmännische Monatshefte, 108 [1963], S. 369 ff.) über Versuche zur Aufstickung von Stählen in einem 25-kg-Induktionsofen mit einem Prüfdruck von etwa 20 bar. Schenck, Frohberg und Heinemann berichten in Archiv für das Eisenhüttenwesen (Heft 9, 1962, S. 593) über Untersuchungen zur Stickstoffaufnahme in flüssigen Eisenlegierungen, wozu ein 5-kg-Vakuum- und as Druckinduktionsofen für Betriebsdrücke bis etwa 5 bar zur Verfügung stand. Derartige Induktionsöfen haben den Nachteil, daß sie klein sind und somit keine Behandlung großer Schmelzgewichte zulassen. Ein größerer Ofen als mit 25 kg Inhalt ist bisher nicht bekanntgeworden. Und selbst die zur Zeit größten Induktionsöfen arbeiten noch viel zu unwirtschaftlich, um bei einer Erweiterung zu Druckinduktionsöfen eine wirtschaftliche Fertigung zu ermöglichen.

Nun sind aber die technologischen Eigenschaften der hochstickstofflegierten Stähle so interessant, daß ihrer Einführung im großen Maßstab bisher nur die hohen Kosten infolge der unwirtschaftlichen kleinen Erzeugungsaggregate entgegenstehen. Ferner führt die Kopplung von Erschmelzungsaggregat (Induktionsofen) und Druckbehandlungsaggregat in einer Einheit zu erhöhter Störanfälligkeit und schlechter Anlagenausnutzung, was ebenfalls kostensteigernd wirkt.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels derer unter Luftzutritt in offenen Schmelzaggregaten (Lichtbogenöfen,Siemens-Martin-Öfen, Sauerstoff-Aufblasgefäßen usw.) hergestellte Schmelzen im Anschluß an ihre Erschmelzung einer Druckbehandlung unterzogen und unter Druck vergossen werden können, wobei die Behandlung wirtschaftlich, in kurzer Zeit und für Vorrichtung zum Legieren und Vergießen von
Metallschmelzen, vorzugsweise Stahlschmelzen
unter Hochdruck

Anmelder:

Stahlwerke Südwestfalen Aktiengesellschaft,

5903 Geisweid

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Phys. Robert Hentrich,
Dipl.-Ing. Dr. mont. Alfred Randak,
5903 Geisweid

beliebig große Schmelzengewichte durchgeführt werden kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für die an sich hekannte Kombination einer der Druckbehandlung vorgeschalteten Vakuumbehandlung mit einer Druckbehandlung verwendbar zu machen. Hierdurch wird der für das Aufsticken besonders vorteilhafte vorherige Sauerstoff- und Wasserstoffabbau praktisch ohne erhebliche Mehrkosten in der gleichen Anlage bewirkt.

Eine erfindungsgemäße Anlage, die sowohl eine Druckbehandlung als auch eine kombinierte Vakuum- und Druckbehandlung durchzuführen erlaubt, ist in F i g. 1 skizziert. An Hand dieser F i g. 1 soll der Erfindungsgedanke näher erläutert werden.

Die in Fig. 1 dargestellte Anlage enthält ein mit einer feuerfesten Ausmauerung 11 versehenes Behandlungs- bzw. Legierungsgefäß 1, welches mit einem an seiner Unterseite 21 angebrachten Saugrohr bzw. Stutzen 2 in ein mit einer Ausmauerung 12 versehenes Vorratsgefäß 3 (z. B. eine mit flüssigem Stahl 13 gefüllte Pfanne) eintaucht. Der Vorratsbehälter steht in einer für den maximal zulässigen Betriebsdruck p_a (z. B. 100 bar) ausgelegten druckdichten Grube 6. Eine für den gleichen Betriebsdruck p_a ausgelegte Haube 27 kann mittels einer Dichtung 28 herkömmlicher Bauart druckdicht auf die Grube 6 aufgesetzt werden. Grube 6 und Haube 27 bilden zusammen ein geschlossenes Druckgefäß 26. Im Innern der Haube 27 ist das gesamte Behandlungsgefäß 1 befestigt. Dieses Behandlungsgefäß 1 ist nicht als Hochdruckgefäß ausgelegt, sondern nur für die beim Verfahrensablauf maximal auftretende Druckdifferenz (p_a~Pi)max ~ 3 bar zwischen dem im Innenraum 50 des Druckgefäßes 26 herrschenden

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»Außendruck« p_a und dem im Innern des Behänd- können 100 000 kg durch 30maliges Durchsetzen von lungsgefäßes herrschenden Behandlungsdruck oder 10 000 kg durch das Behandlungsgefäß 1 innerhalb »Innendruck« p_t. Die Vorteile dieser Ausbildung wer- von 10 Minuten erheblich über das bei Atmosphärenden weiter unten noch näher erläutert. druck mögliche Maß hinaus aufgestickt werden.

Innenraum 40 und Außenraum 50 des Behänd- 5 Damit ist die Überdrucklegierungsbehandlung belungsgefäßes 1 stehen über eine Leitung 29 mitein- endet. Damit der aufgenommene Stickstoff nicht ander in Verbindung, welche eine Hochdruckpumpe wieder auskocht, kann man die Schmelze anschließend 30 und ein Ventil 31 enthält, ferner über ein Druck- innerhalb des abgeschlossenen Drucksystems verausgleichventil 32, über das man jederzeit den Innen- gießen. Eine Möglichkeit hierzu ist in F i g. 1 skizziert: druck dem Außendruck anpassen kann, sowie über io Unterhalb des mittels pneumatischem Zylinder 61 zu ein Sicherheitsventil 33, welches dafür sorgt, daß die öffnenden, durch einen Stopfenstange 62 verschlossezulässige Druckdifferenz p_a—p_t (von z. B. 3 bar) nicht nen Ausgusses 63 befindet sich ein Durchbruch 64 in überschritten werden kann, und ein Sicherheits- eine zweite Druckkammer 60. In dieser Kammer ist ein ventil 34, welches immer dann öffnet, wenn der Satz Kokillen 71, 72... aufgebaut, welche über einen Druck im Innenraum 40 über den Druck im Außen- 15 Trichter 65 mit der Schmelze 13 gefüllt werden könraum 50 ansteigt. Druckmeßgeräte 35, 36 und 37 nen. Nach beendetem Abguß wird die Druckkammer dienen der Anzeige und Überwachung des Außen- 60 mittels eines Ventils 66 pneumatisch von der drucks p_a, Innendrucks p_t und der Druckdifferenz Kammer 50 getrennt. Die in den Kokillen 71, 72... P_a—Pi- befindliche Schmelze kann nun unter Aufrecht-

Mittels einer Hochdruckpumpe 8 oder eines Druck- 20 erhaltung eines Druckes von z.B. 50 bar erstarren, gasbehälters 38 kann man den Außendruck p_a im während man im übrigen Teil der Anlage Druck-Raum 50 auf jeden beliebigen Wert innerhalb des ausgleich mit der Atmosphäre herstellt und sie für zulässigen Nenndrucks erhöhen. Infolge der Wirkung die nächste Behandlung herrichten kann, des Sicherheitsventils 33 wird dabei auch der Druck p_t Die in Fi g. 1 skizzierte Anbringung des gesamten

im Innenraum 40 des Behandlungsgefäßes so weit an- 25 Behandlungsgefäßes im Innern des Hochdruckgehoben, daß die zulässige Druckdifferenz p_a — Pi gefäßes 26 ist an sich nicht verfahrensnotwendig. Man nicht überschritten wird. Über ein Druckausgleichs- könnte auch die Wand des Behandlungsgefäßes 1 für ventil9 kann der Druckp_a jederzeit wieder dem den maximalen BetriebsüberdruckVimax~~Vhun (z.B. Druck der Außenluft angeglichen werden. = 100 bar) auslegen, d. h. die Wandung der Haube 27

Eine Druckbehandlung unter beispielsweise 50 bar 30 mit der Wandung des Behandlungsgefäßes 1 zusam-Stickstoffdruck in einer Anlage gemäß F i g. 1 kann menfallen lassen. Würde nun aber das mit schnell folgendermaßen ablaufen: Der Vorratsbehälter 3, verschleißendem feuerfestem Mauerwerk 11 ausgeweicher z. B. mit flüssigem Stahl unter einer kleidete Behandlungsgefäß an einer Stelle seiner Schlackendecke gefüllt ist, wird in die Grube 6 ein- Seitenwand durchschmelzen, und diese Seitenwand gesetzt. Dann wird die Haube 27 samt Behandlungs- 35 wäre identisch mit der Außenwand 27, so würde die gefäß 1 und Zubehör auf die Dichtfläche 28 abgesetzt, Schmelze unter der Wirkung des hohen Innendrucks wobei das Steigrohr 2 in die Schmelze eintaucht. p^lbar mit großer Gewalt ins Freie geschleudert Mittels nicht abgebildeter dem Fachmann bekannter werden und kaum übersehbaren Schaden anrichten. Verriegelungseinrichtungen (z. B. hydraulisch betätig- Der Außendruck p_a^>Pt würde zudem dem Leck ter Klammern) wird die Haube 27 mit der Grube 6 40 ständig neue Schmelze aus dem Vorratsbehälter 3 hochdrucksicher verriegelt. Dann erhöht man mittels zuführen. Diese enorme Gefahr wird vermieden, wenn der Pumpe 8 oder des Druckgasbehälters 38 den wie in F i g. 1 skizziert, das Behandlungsgef äß 1 ganz Druck p_a im Raum 50 auf z. B. 53 bar, wobei das im Innern des Hochdruckkessels angebracht ist, so eingelassene Gas Stickstoff ist. Dabei läßt man das daß seine Wandung in bezug auf den Reaktionsdruck Druckausgleichsventil 32 offen, so daß auch der 45 praktisch druckentlastet ist. Zumindest sollte der Druck Pi im Innenraum des Behandlungsgefäßes auf zum Durchschmelzen neigende, die Teilmenge 14 53 bar ansteigt. Die gesamte Anlage steht also jetzt aufnehmende Teil 21 in diesem Sinne druckentlastet unter einem Reaktionsdruck von 53 bar. Um die sein. Diese »druckentlastete« Gefäßwandung muß nur Schmelze in Bewegung zu setzen, so daß sie mit dem von außen nach innen wirkenden Förderdruck möglichst geringer Badtiefe im Legierungsgefäß 1 mit 50 (p_a—p^)_max standhalten. Sollte es hierbei an irgendder Stickstoffatmosphäre in Teilmengen 14 reagieren einer Stelle des Behandlungsgefäßes einmal zu einem kann, schließt man das Ausgleichsventil 32 und öffnet Durchschmelzen des Gefäßes kommen, so dringt von das Ventil 31 in der Verbindungsleitung 29. Mittels außen durch das Leck Gas mit dem Druck p_a ins der kleinen, nunmehr ebenfalls mit 53 bar beauf- Gefäßinnere ein und führt zu einem Druckausgleich, schlagfen Pumpe 30 erniedrigt man nun den Innen- 55 woraufhin die Schmelze 14 durch das Steigrohr 2 in druck pt von 53 bar auf z. B. 50 bar. Dabei steigt eine den Vorratsbehälter 3 zurückläuft. Abgesehen davon, praktisch schlackenfreie Teilmenge 14 der Schmelze daß die Behandlung nicht zu Ende geführt werden ins Legierungsgefäß 1 empor und bietet eine große kann, passiert hierbei nichts. Reaktionsfläche zur Reaktion mit dem Stickstoff dar. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es

Durch Schließen des Ventils 31 und Öffnen des 60 in vorteilhafter Weise, in der gleichen Anordnung — Ventils 32 tritt wieder Druckausgleich ein, und die der Druckbehandlung vorausgehend—eine Vakuum-Teilmenge 14 läuft in den Vorratsbehälter 3 zurück. behandlung durchzuführen, die die bekannten Effekte Durch periodisches Wiederholen des Vorgangs wer- des Wasserstoff- und Sauerstoffabbaus bewirkt. Diese den so viele Teilmengen 14 durch das Behandlungs- Effekte sind bei aufzustickenden Stählen sehr ergefäß 1 durchgesetzt, bis die gesamte Schmelze 13 65 wünscht. Sie in einer zusätzlichen Vakuumbehandeinen genügend hohen Stickstoffgehalt hat. Wegen lungsanlage durchzuführen, verbietet sich aber wegen der großen Austauschfläche im Behandlungsgefäß 1 der damit verbundenen hohen zusätzlichen Tempeist dies verhältnismäßig rasch der Fall. Zum Beispiel raturverluste.

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Um die Anlage gemäß F i g. 1 auch für eine vor- 172 . .. angeordnet ist, die durch ein Steigrohr 106

geschaltete Vakuumbehandlung verwenden zu kön- gefüllt werden können. Der Vorratsbehälter 3 wird

nen, werden die Wand des Behandlungsgefäßes sowie mittels eines Hubwerkes wieder angehoben, bis das

die Ventile 31, 33, 34 vakuumdicht ausgebildet. Steigrohr 106 ganz in diesen eintaucht. Durch Er-

Der Innenraum 40 steht außerdem über eine 5 niedrigung des Druckes im Raum 240 über den Ko-Leitung 39 mit einer Vakuumpumpe 4 in Verbin- killen 171, 172 ... um wenige bar (ζ. B. von 53 auf dung. Die Vakuumleitung ist bis zu einem in sie ein- 50 bar) erreicht man ein Hochsteigen der Schmelze gebauten Ventil 45 für den maximal möglichen in die Kokillen und ein Füllen derselben. Sobald der Behandlungsdruck P₁ ausgelegt. Auch dieses Ventil 45 Vorratsbehälter geleert ist, wird das Steigrohr 106 hält diesem Druck stand. Der anschließende Teil der io durch einen Stopfen 107 verschlossen und der VorLeitung zwischen Ventil 45 und Pumpe 4 braucht nur ratsbehälter abgesenkt. Mittels des Wagens 101 fährt als einfache Vakuumleitung bemessen zu sein. Durch man den Vorratsbehälter 3 in die Kammer 150 zuein bei Überdruck über den äußeren Luftdruck rück und schließt das Tor 104. Nun kann man im öffnendes vakuumdichtes Sicherheitsventil 25 ist Raum 150 Druckausgleich herstellen und das Vordieser Teil der Leitung und das gesamte Pump- 15 ratsgefäß 3 wieder ins Freie fahren. Nach Erstarren system gegen Überdruck gesichert. der Schmelze in den Kokillen 171,172 ... kann man

Die der Druckbehandlung vorgeschaltete Vakuum- auch im Raum 250 Druckausgleich herstellen und

behandlung wird in der Anlage gemäß F i g. 1 wie die Gußblöcke der Anlage entnehmen. Dazu kann

folgt ausgeführt: Während die vakuumdichten Ven- man die Zwischendecke 105 samt Kokillen auf den

tile 5, 25, 31, 32, 33, 34 geschlossen bleiben, wird ²⁰ Transportwagen 102 absenken und mittels dieses

das Haupt-Vakuumventil 45 geöffnet und der Raum Wagens aus der Anlage herausfahren.

40 mittels der Pumpe 4 evakuiert. Dabei steigt die Dem Fachmann ist es klar, daß sich auch diese

Schmelze 13 um einen der Druckdifferenz PLuft~Pi Ausführungsform der Anlage auf mannigfache Art

entsprechenden Betrag im Steigrohr 2 empor. Mittels abändern läßt. Insbesondere könnte Behändem und

der Pumpe 8 oder des Druckgasbehälters 38 wird nun 25 Gießen in einer gemeinsamen Kammer erfolgen. Bei der Druck p_a im Außenraum 50 periodisch erhöht *** Verwendung von Druckgußkokillen aus Graphit

und über das Ausgleichsventil 9 periodisch wieder könnte man trotzdem unmittelbar nach beendetem

abgesenkt. Dabei steigt die Schmelze 13 in Teil- Gießen einen Druckausgleich mit der Atmosphäre

mengen 14 periodisch ins Behandlungsgefäß 1 empor, herstellen.

wird dort unter Einwirkung des Unterdrucks p_t ent- 30 Die in Fig. 1 und 2 beschriebenen Anlagen köngast und fließt in den Vakuumbehälter 3 zurück. Die- nen natürlich mit Zusatzeinrichtungen zur Beheizung ses periodische Entgasen wird so lange wiederholt, des Behandlungsgefäßes 1 und zur Zugabe von festen bis eine genügend starke Erniedrigung der im Va- oder flüssigen Legierungsbestandteilen ausgerüstet kuum flüchtigen Elemente (z. B. Sauerstoff, Kohlen- werden. Wie solche Anlagen anzubringen sind, ist stoff, Wasserstoff, Stickstoff) eingetreten ist. In der 35 dem Fachmann geläufig. Insbesondere kann man in Praxis ist das nach etwa dreimaligem Durchsatz des solchen Anlagen einen Teil des Stickstoffs in Form gesamten Schmelzgewichts durch das Behandlungs- stickstoffhaltiger Ferrolegierungen zugeben. Auch ein gefäß der Fall. Dann wird lediglich das Überdruck- Legieren unter Druck mit leichtflüchtigen Metallen sichere Haupt-Vakuumventil 45 geschlossen, und ist in solchen Anlagen möglich,
man kann — wie oben geschildert — sofort die 40 In F i g. 3 ist schließlich noch eine Anlage mit Druckbehandlung anschließen, indem man Innen- modifiziertem Behandlungsgefäß skizziert. Das Beraum 40 und Außenraum 50 unter den gewünschten handlungsgefäß 301 dieser Anlage hat mindestens Reaktionsdruck von z. B. 53 bar setzt und dann wie- zwei Saugrohre 302 und 303, mit denen es in die derum durch periodische Änderung des Differenz- Schmelze taucht. Bei dieser Ausführungsform wird drucks p_a—p₍· die Förderung der Teilmengen bewirkt. 45 im Innenraum 340 ständig ein Druck- aufrecht-

Die geschilderte spezielle Art der Anlage gemäß erhalten, der um so viel unter dem Druck p_a im

F i g. 1 und der darin durchgeführten neuartigen Ver- Außenraum 350 liegt, daß die Druckdifferenz p_a—Pt

fahren ist natürlich nur eine das Prinzip erläuternde eine Teilmenge 14 ins Behandlungsgefäß emporheben

Ausführungsform. Mannigfache Modifikationen, die kann. Durch Anbringen einer Pumpe 304 (Gaslift-

insbesondere die Art des Gießens und die Art der 50 pumpe, elektromagnetische Pumpe usw.) an oder in

Teilmengenförderung betreffen, sind denkbar. mindestens einem Steigrohr 302 wird in diesem eine

Eine sehr elegante Modifikation ist in F i g. 2 dar- nach oben gerichtete Strömung erzeugt. Dadurch

gestellt. Hier wird der Vorratsbehälter 3 auf einen steigt der Badspiegel im Raum 340 an, und es fließt

Transportwagen 101 gesetzt und auf einer Gleis- infolge des dadurch entstehenden barometrischen

anlage 102 durch ein druckdichtes Tor 103 ins Innere 55 Überdrucks durch mindestens ein zweites Rohr 303

einer ortsfesten Überdruckkammer 150 gefahren, in Schmelze in den Vorratsbehälter zurück. Auf diese

welcher auch das Behandlungsgefäß 1 angeordnet ist. Weise braucht man keine periodische Druckänderung

Im Innern dieser Kammer wird entweder das Be- des Innenraumdruckes P₁ vorzunehmen, um peri-

handlungsgefäß 1 abgesenkt oder besser noch, so wie odisch frisches Behandlungsgut 14 in den Behand-

in Fig. 2 angedeutet, der Vorratsbehälter 3 ange- 60 lungsraum zu bringen. Es fließt vielmehr ständig

hoben, so daß die Behandlung wie an Hand von Behandlungsgut 14 zu und ab. Im übrigen ist die

Fig. 1 erläutert stattfinden kann. Nach beendeter Arbeitsweise wie bei den Ausführungsformen nach

Behandlung wird der Behälter 3 wieder abgesenkt Fig. 1 und 2.

und mittels des Wagens 102 ein Stück weiter durch Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 endlich stellt

ein Tor 104 in eine Kammer 250 gefahren, in welcher 65 eine Modifikation der Erfindung dar, bei welcher

das Gießen nach dem Verfahren des Druckgusses die Druckbehandlung mit einem Abgießen unter

erfolgt. Dazu enthält die Kammer 250 eine Zwischen- Druck nach dem Prinzip des Stranggusses kombiniert

decke 105, auf welcher ein Satz von Kokillen 171, ist. In einem gemeinsamen Kessel 406, welcher unter

Umständen wieder in zwei pneumatisch voneinander trennbare Räume 450 und 550 unterteilt sein kann, von denen der (nicht abgebildete) Teilraum 550 der erfindungsgemäßen Druckbehandlung dient, während im (abgebildeten) Teilraum 450 das Vergießen erfolgt, befindet sich, mindestens eine Stranggußkokille 471, ein Zwischengefäß 481 sowie ein Gießmechanismus für den Vorratsbehälter 403. Im Falle der Fig. 4 ist der Vorratsbehälter 403 eine Schnabelpfanne und der Gießmechanismus ein (nicht abgebildeter) Kippmechanismus für diese Pfanne, Die Kokille 471 ist druckdicht mit dem Behälter 406 verbunden und so eingerichtet, daß der sich zwischen Block 482 und Kokille 471 bildende Spalt 483 als dynamische Dichtung dient (d. h., es strömt eine gewisse Menge Gas ständig durch diesen Spalt 483 aus).

Außerhalb des Druckkessels 406 können Kühlmechanismus 490, Strangabzugmechanismus u. ä. wie bei einer normalen Stranggußanlage vorgesehen wer- aa den. Die Kühlung des stranggegossenen Blocks 482 ist-dabei so einzurichten, daß die Wandstärke 488 zwischen nicht erstarrtem Sumpf 484 und Außenfläche. 485 an der Austrittsstelle des Blocks 482 aus dem Kessel 406 so groß ist, daß sie den Überdruck im Raum 450 aushält. Eine Alternativlösung besteht darin, daß man eine drucksichere Hülle 486 auch noch um den Kühlmechanismus 490 herum anbringt und so weit nach unten fortsetzt, daß der Block 482 an seiner Austrittsstelle 487 aus der Hülle 486 bereits über den ganzen Querschnitt erstarrt ist. Die Austrittsstelle 487 muß dabei wieder als dynamische Dichtung ausgebildet werden.

Alle gezeigten Ausführungsformen lassen sich besonders vorteilhaft einsetzen, wenn es sich bei dem flüssigen Behandlungsgut um rostfreie Stähle handelt und dabei das der Druckbehandlung dienende Gas Stickstoff ist. Speziell auf diesen technisch bedeutsamen Anwendungsfall hin wurden die Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bis 4 konstruiert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Druckbehandlung ermöglicht es erstmalig, in herkömmlichen offenen Schmelzaggregaten erzeugte Stähle außerhalb des Schmelzaggregates einer Aufstickungsbehandlung unter hohem Druck großtechnisch zu unterziehen. Erst durch, dieses Verfahren werden die Stähle mit Stickstoffgehalten über dem bei Atmosphärendruck erreichbaren Gleichgewichtswert aus dem Bereich wissenschaftlicher Skurrilität herausgehoben und der Allgemeinheit im großen Umfang zugänglich gemacht. Teure Legierungselemente können durch das leicht zu gewinnende Element Stickstoff ersetzt werden, da das erfindungsgemäße Verfahren die Kosten für das Einbringen des Stickstoffs in den Stahl so weit abzusenken erlaubt, daß die so hergestellten Stähle auf dem Markt in Wettbewerb mit herkömmlichen Werkstoffen treten können. Es ist aber auch die Erschließung ganz neuer Anwendungsgebiete zu erwarten, z. B. der Ersatz oberflächennitrierter Stähle durch stickstofflegierte Stähle usw.

Claims (16)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Legieren von Metallschmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, unter einem Druck von 10 bis 100 bar mit Stoffen auf höhere Gehalte, als sie sich bei Atmosphärendruck einstellen, gegebenenfalls in Verbindung mit einer Vakuumentgasung und zum Vergießen, gekennzeichnet durch

a) ein Druckgefäß (26, 126, 326), welches teilbar und/oder mit verschließbaren Öffnungen zum Einbringen eines Vorratsbehälters (3) für die Schmelze (13) versehen ist und einen oder mehrere Anschlüsse für die regelbare Zu- und Abfuhr (8, 9, 38) von unter hohem Druck stehendem Gas aufweist;

b) ein Legierungsgefäß (1, 301) für die Aufnahme von Teilmengen (14), welches im Innern des Druckgefäßes (26, 126, 326) ortsfest oder beweglich angeordnet ist und in seinem Bodenteil (21) einen oder mehrere Em- und Austrittsstutzen (2,302,303) besitzt sowie in seinem Oberteil (22) zusätzliche Anschlüsse für den Druckausgleich bzw. zur Erzeugung einer Druckdifferenz zwischen Innenraum (40) des Legierungsgefäßes (1, 301) und Innenraum (50) des Druckgefäßes sowie ferner einen Anschluß (39) für eine Evakuierungsvorrichtung (4) besitzen kann;

c) einen ortsfesten oder beweglichen, oben offenen, druckentlasteten Vorratsbehälter^) für die Schmelze (13), in welche die Stutzen (2, 302, 303) des Legierungsgefäßes (1, 301) eintauchen;

d) eine Gießeinrichtung, die unter Überdruck steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungsgefäß (1, 301) einen Anschluß für eine Evakuierungsleitung (39) besitzt, über welche der Behandlungsdruck mittels geeigneter Vakuumpumpen (4) auf Werte unterhalb von 1 bar abgesenkt werden kann, wobei der Anschluß für die Evakuierungsleitung dem maximalen Behandlungsdruck standhält und durch ein Hochdruckventil (45), das zum Schütze des Vakuum-Pumpsystems vor Drucküberlastung dient, verschließbar ist.

3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Fachmann geläufige Sieherheits-, Kontroll- und Regelvorrichtungen, wie Überdruckventile, Manometer, Ventile, Regler usw., angebracht sind.

4. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Vorratsbehälters (3) und/oder die Wand des Legierungsgefäßes (1, 301) einen Teil des Druckkessels (26, 126, 326) bildet und in diesem Teil dem maximalen Behandlungsdruck standhält.

5. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Gießformen innerhalb des Druckgefäßes (26, 126, 326) oder eines druckdicht mit diesem verbundenen zusätzlichen Druckgefäßes (60, 250, 450) befinden, dessen Wände mindestens für den maximalen Behandlungsdruck ausgelegt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die druckdichte Verbindung zwischen Druckgefäß (26) und Druckgefäß (60, 250, 450) durch an sich bekannte Schließvorrichtungen, wie Ventile (66, 104), druckdicht verschließbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Druckgefäß (60, 250, 450) Anschlüsse für geregelte Zu- und Abfuhr von Druckgas enthält.

8. Vorrichtung nach Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgefäß (26, 126, 326) bzw. das zusätzliche Druckgefäß (450) mindestens eine Stranggußkokille (471) enthält sowie einen Durchlaß, durch den der gegossene Strang (482) bzw. die gegossenen Stränge ins Freie ausgeschleust werden, wobei eine durch einen Spalt (483) gebildete dynamische Dichtung zwischen Strang und Wand der Durchlaßstelle vorhanden ist oder eine spaltlose Dichtung in Form einer Stopfbüchsendichtung.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgefäß (26, 126, 326) bzw. das weitere Druckgefäß (450) den erstarrenden Strang (482) so weit umschließt, daß er an seiner Austrittsstelle (487) bereits über den ganzen Querschnitt erstarrt ist.

10. Vorrichtung nach Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Druckgefäß (60) unter dem Vorratsbehälter (3) angeordnet ist, daß der Vorratsbehälter eine Ausleereinrichtung, z. B. Kippmechanismus und Gießschnauze oder Stopfenstange (62) besitzt, die über einem Durchlaß (64) angebracht ist, durch welchen hindurchgegossen werden kann, und daß sich unter diesem Durchlaß eine Kokille oder ein Trichter (65) eines für steigenden Guß eingerichteten Kokillensatzes (71, 72...) befindet.

11. Vorrichtung nach Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießformen (171, 172...) über dem Vorratsbehälter (3) angeordnet sind, für steigenden Guß eingerichtet sind und ein sich von den Gießformen aus nach unten erstreckendes Gießrohr (106) vorhanden ist, welches in die im Vorratsbehälter (3) befindliche Schmelze eintauchen kann, daß eine Vorrichtung zur Abstandänderung zwischen Gießrohr (106) und Vorratsbehälter (3) vorhanden ist, die ein Eintauchen des Gießrohrs (106) in die im Vorratsbehälter (3) befindliche Schmelze ermöglicht, sowie eine Regelvorrichtung, die den Druck p_a über der Schmelze im Vorratsbehälter so weit über den Druck p/ innerhalb der Gießformen (171, 172 ...) zu erhöhen erlaubt, daß der Differenzdruck P₀-^₁' eine Füllung der Kokillen bewirkt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungsgefäß und die Gießformen (171, 172 ...) so zueinander angeordnet sind, daß ohne Ortsveränderung des Vorratsbehälters (3) wahlweise ein Eintauchen der am Legierungsgefäß (1, 301) angebrachten Stutzen (2, 302, 303) bzw. des Gießrohrs (106) bewirkt werden kann.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Veränderung der relativen Lage des Vorratsbehälters (3) in bezug auf Legierungsgefäß (1, 301) und Gießformen (171, 172 ...) vorhanden ist, die es gestattet, den Vorratsbehälter (3) wahlweise unter das Legierungsgefäß (1, 301) zu bringen, so daß die Stutzen (2, 302, 303) eintauchen können, bzw. unter die Gießformen (171,172...), so daß das Gießrohr (106) eingetaucht werden kann.

14. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungsgefäß (1) nur ein Steigrohr (2) hat und daß Mittel, z. B. in der Förderrichtung umschaltbare Pumpen (30), vorhanden sind, die die Druckdifferenz p_a—Pi periodisch verändern.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungsgefäß (301) mindestens zwei Stutzen (302, 303) hat, mit denen es in die Schmelze taucht, wobei ein regelbarer Pumpenmechanismus, z. B. eine elektrodynamische oder gasdynamische Pumpe (304) vorhanden ist, der die Schmelze kontinuierlich durch mindestens ein Steigrohr (302) ins Legierungsgefäß (301) hochfördert und durch mindestens ein Fallrohr (303) in den Vorratsbehälter (3) zurückfließen läßt.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungsgefäß (1, 301) mit einer an sich bekannten Heizung versehen ist, z. B. einer Gas-, Öl- oder Kohlenstaubheizung oder einer Heizung mittels elektrischem Lichtbogen, Plasmastrahl, Widerstanderhitzung oder induktiver Erhitzung.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 1 062 396;
Berg- und Hüttenmännische Monatshefte, 1963,

S. 369 ff.; Archiv für das Eisenhüttenwesen, 1962, H. 9,

S. 593.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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