DE1275556B

DE1275556B - Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen eines Zusatzelementes mit niedrigerem Siedepunkt als Eisen in eine Eisen- oder Stahlschmelze

Info

Publication number: DE1275556B
Application number: DEM26312A
Authority: DE
Inventors: Maurice Charles Ma Grandpierre
Original assignee: Inco Ltd
Current assignee: Inco Ltd
Priority date: 1954-03-06
Filing date: 1955-03-03
Publication date: 1968-08-22
Also published as: GB765423A; US2781260A; ES220494A1; DK105480C; ES220493A1

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen eines Zusatzelementes mit niedrigerem Siedepunkt als Eisen in eine Eisen- oder Stahlschmelze Bei der Erschmelzung von Gußeisen oder Stahl ist es oft erwünscht, ein Legierungselement mit niedrigerem Siedepunkt als Eisen in die Schmelze einzuführen. Beispielsweise wird Eisenschmelzen Magnesium beigegeben, um Gußeisen mit sphäroidischem Graphit zu erzeugen. Andere Elemente, die dem gleichen Zweck oder der Entschwefelung oder auch der bloßen Legierung dienen, sind Cer und Kalzium.
Wegen der hohen Flüchtigkeit und leichten Oxydation dieser Elemente ist ihr Einführen in eine Eisen- oder Stahlschmelze mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, was in der Regel größere Verluste des zugesetzten Legierungselementes zur Folge hat, so daß sich von vornherein schwer bestimmen läßt, wie viele Anteile des Legierungselementes in dem Gußstück verbleiben.
Um den im Gußeisen verbleibenden Anteil von Legierungselementen mit hohem Dampfdruck, wie beispielsweise Zink, Natrium, Kalium oder Lithium zu erhöhen, wird nach einem altbekannten Verfahren der Legierungsvorgang unter überdruck vorgenommen. Eine befriedigende Lösung ergab sich hierdurch jedoch nicht. Auch ist es dabei erforderlich, daß das legierte Gußeisen in seinem Schmelzzustand gleichfalls unter überdruck abkühlt und vergossen wird, da andernfalls die einlegierten Zusatzelemente infolge ihrer raschen Verflüchtigung teilweise wieder verlorengehen.
Auch ist es nicht mehr neu, Zusatzelemente mit niedrigerem Siedepunkt als Eisen und hochschmelzbare Eisen- oder Stahlschmelzen in einem druckdicht verschließbaren Gefäß unterzubringen, in welchem ein starker, mit Hilfe hochkomprimierter Gase erzeugter Druck herrscht. Durch diesen über dem Schmelzgut lastenden Druck soll der Siedepunkt des niedrigsiedenden Metalls so heraufgesetzt werden, daß der Schmelzpunkt des schwer schmelzbaren Metalls erreicht wird, so daß sich beide Metalle dann bei derselben Temperatur in flüssigem Zustand befinden. Abgesehen von dem noch nicht befriedigenden Ergebnis muß hier ebenfalls das Gießen und Abkühlen bis zum Siedepunkt des niedrigsiedenden Metalls unter Druck erfolgen, um ein nachträgliches Entweichen des flüchtigen Bestandteiles der Legierung in Dampfform zu verhindern.
Hier knüpft nun die vorliegende Erfindung an. Es hat sich gezeigt, daß die vorerwähnten Nachteile der bisher bekannten Verfahren zum Einbringen eines Zusatzelementes mit niedrigerem Siedepunkt als Eisen in eine Eisen- oder Stahlschmelze auf einfache Weise dann vermieden herden können, wenn erfindungsgemäß das Zusatzelement und ein die Schmelze enthaltender Behälter getrennt in das Druckgefäß eingebracht werden, nach Verschließen des Gefäßes in letzteres ein Gas von so hohem Druck eingeleitet wird, daß es den Siedepunkt des Zusatzelementes wesentlich über die Temperatur der Schmelze heraufsetzt, und bei Aufrechterhalten dieses Druckes das Zusatzelement durch kräftiges Rühren mit der Schmelze innig vermischt wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erstmals auf wirtschaftlich vertretbare Weise ein gangbarer technischer Weg gezeigt, um ein niedrigsiedendes Zusatzelement, wie beispielsweise Magnesium, ohne größere Verluste in eine Gußeisenschmelze einzuführen. Bei diesem Verfahren ergibt sich nicht nur eine vergleichsweise hohe Ausbeute des einlegierten Zusatzelementes, sondern zugleich auch der bedeutende Vorteil, daß die legierte Gußeisenschmelze nach dem Einlegieren des Zusatzelementes nicht unter Druck abkühlen und vergossen zu werden braucht. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist weiter wesentlich, daß der die zu behandelnde Gußeisenschmelze aufnehmende Behälter aus einer üblichen Schmelz- bzw. Gießpfanne bestehen kann, mit deren Hilfe die Schmelze getrennt von dem Zusatzelement in das Druckgefäß eingebracht und dort unter Einhaltung der erfindungsgemäßen Verfahrensbedingungen behandelt wird, um dann anschließend in fertiglegierter Form in der Gießpfanne verbleibend aus dem Druckgefäß entfernt zu werden. Beim Betrieb von unter Vakuum arbeitenden Schmelz- und Gießöfen ist es zwar bereits bekanntgeworden, die Behandlungsschmelze in einem besonderen Behälter innerhalb der Unterdruckkammer anzuordnen. Dies ist aber offensichtlich nur auf die hier speziell vorhandenen, durch das Vakuum bedingten Arbeitsverhältnisse zurückzuführen, die es nicht gestatten, das Schmelzgut unmittelbar in dem zu evakuierenden Gefäß unterzubringen. Auch wird hier das Einsatzgut anders als beim erfindungsgemäßen Verfahren erst zum Schmelzen gebracht, nachdem es mit seinem Behälter in das Vakuumgefäß eingebracht worden ist. Ebenso fehlt eine entsprechende Rührvorrichtung, um das einzulegierende Zusatzelement in der Schmelze kräftig verrühren zu können.
Sofern bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mehrere Zusatzelemente in die Eisen- oder Stahlschmelze eingebracht werden sollen, wird im Druckgefäß ein Druck aufrechterhalten, der den Siedepunkt des Zusatzelementes mit dem höchsten Dampfdruck über die Temperatur der Schmelze wesentlich heraufsetzt.
Die besten Ergebnisse bezüglich der Ausbeute des zuzulegierenden Elementes erhält man bei einem sehr hohen Innendruck des Gefäßes. Bei der Zusetzung von Magnesium in eine Eisenschmelze ergeben sich Verhältnisse, bei der die zu vergießende Eisenschmelze zumeist eine Temperatur von etwa 1500° C besitzt. Bei dieser Temperatur beträgt der Dampfdruck von Magnesium etwa 14 kg/cm2. In diesem Fall muß der Innendruck im Gefäß mehr als 14 kg/cm2, vorzugsweise mehr als 16 kg/cm2 betragen, um die gewünschte hohe Ausbeute des Magnesiums zu erreichen.
Zur Bestimmung des zu verwendenden Druckes für ein bestimmtes Legierungselement bei der Arbeitstemperatur kann die Clapeyron-Gleichung etwa nach »Basic Open Hearth Steelmaking«,1951, S. 537, verwendet werden. Für Magnesium ergibt sich daraus wobei T die absolute Temperatur in ° C bedeutet. Drücke dieser Größenordnung lassen sich leicht durch Einführung eines komprimierten Gases in das Druckgefäß erzeugen. Das zu verwendende Gas hängt von der Art des Legierungselementes ab. Um den Abbrand des Legierungselementes zu verringern bzw. zu verhindern, wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung zur Unterdrucksetzung des Gefäßes ein inertes, also -reaktionsträges Gas verwendet, wie beispielsweise Argon oder Stickstoff.
Aus Wirtschaftlichkeitsgründen wird das Druckgas nach erfolgter vollständiger Vermischung der Schmelze mit dem Zusatzelement wiedergewonnen.
Bei der Beigabe von Magnesium zu einer Eisenschmelze gemäß der Erfindung hat sich überraschenderweise gezeigt, daß der Magnesiumabbrand dann verhältnismäßig gering bleibt, wenn - wie das die Erfindung weiter vorsieht - zur Unterdrucksetzung des Gefäßes Druckluft verwendet wird. Infolge der verhältnismäßig einfachen Erzeugung bzw. Bereitstellung von Druckluft ergibt sich zugleich außerdem verfahrensmäßigen Vorteil auch ein überaus einfacher Aufbau der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienenden Vorrichtung. Bei einer Vorrichtung mit einem mit einem hochkomprimierten Gas zu füllenden, druckdicht verschließbaren Druckgefäß besteht letzteres erfindungsgemäß zur Aufnahme einer eine Eisen- oder Stahlschmelze enthaltenden Gießpfanne aus einem aufeinander beweglichen Ober- und Unterteil, die mit Zu- und Ableitungen für das einzuleitende Druckgas sowie mit Mitteln zum Einführen des Zusatzelementes in die in der Gießpfanne befindliche Eisenschmelze und zum kräftigen Verrühren des Zusatzelementes in der Eisenschmelze versehen sind.
In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung erläutert. Dabei zeigt F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der neuen, in einer Gießgrube angeordneten Vorrichtung in teilweise geschnittener Seitenansicht, F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 11-I1 der F i g. 1 bei geöffnetem Druckgefäß der Vorrichtung, F i g. 3 einen Aufnahmebehälter für das in die Schmelze einzulegierende Zusatzelement der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung in vergrößertem Maßstab, F i g. 1 ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, F i g. 5 einen Teil einer weiteren abgewandelten Vorrichtung, F i g. 6 einen Aufnahmebehälter für das Zusatzelement für die in F i g. 5 gezeigte Vorrichtung, F i g. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der neuen Vorrichtung, F i g. 8 und 9 Schnitte nach den Linien VIII-VIII und IX-IX der F i g. 7, F i g.10 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer weiter abgewandelten Vorrichtung, F i g. 11 einen Schnitt nach der Linie XI-XI der F i g. 10, F i g. 12 einen Schnitt nach der Linie XII-XII der F i g. 11 und F i g. 13 eine Seitenansicht der in F i g. 11 dargestellten, auf einem Fahrgestell angeordneten Vorrichtung.
Die Vorrichtung nach den F i g. 1 bis 3 umfaßt ein Druckgefäß 3, das aus einem Unterteil 6 und einem Oberteil oder Deckel 11 besteht. Der Unterteil 6 ruht auf einem Träger 5 in einer Grube 2, in der auch ein Stahlträgergerüst 1 untergebracht ist. Der Unterteil 6 kann mittels einer hydraulischen Ramme 4 auf und ab bewegt werden. Der Deckel 11 wird von einem waagerechten Rahmen 12 getragen, der waagerecht um einen Zapfen 13 oben im Gerüst 1 schwingen kann. Der Rahmen 12 weist einen Schlitz 14 auf, in den ein T-förmiger Vorsprung 15 des Gerüstes eingreift. In der Lage nach F i g. 1 liegt der Vorsprung 15--im-Schlitz 14, so daß der Rahmen 12 den Deckel -11 starr hallt.- Die==Rämmne=4- drückt den Unterteil 6 hart und druckdicht gegen den Deckel 11. In der Lage nach F i g. 2 ist die Ramme 4 gesenkt und der Rahmen 12 um den Zapfen 13 horizontal geschwenkt, um den freien Zugang zum Inneren des Unterteiles zu ermöglichen.
Durch eine Röhre 7 mit einem Dreiwegehahn 8 wird die Ramme 4 mit Arbeitsflüssigkeit versorgt. Bei geöffnetem Gefäß 3 kann eine Gießpfanne 48 mit geschmolzenem Metall 49 in den Unterteil 6 eingesetzt oder aus ihm herausgehoben werden. Der Boden des Teiles 6 weist eine Stufe 50 auf, um die Pfanne 48 zu stützen. Der Deckel 11 trägt einen durchbrochenen Behälter 20 für das Legierungselement. Der Behälter 20 dient zugleich als Rührvorrichtung, um das Legierungselement in der Schmelze zu verrühren. Der Behälter 20 besteht aus Graphit oder aus Eisen mit feuerfestem Überzug und ist mit Durchbrechungen 21 versehen. Vor dem Einsatz der Gießpfanne 48 in das Gefäß 3 wird das Legierungselement 53, z. B. kleinstückiges Magnesium, auf eine Asbestplatte 52 gelegt, die durch die offene Unterseite des Behälters eingesetzt und durch ein Gitter 22 mit Haltestangen 9 gestützt wird (F i g. 3). Nach dem Einsatz der Gießpfanne 48 wird der Behälter 20 in die Schmelze gesenkt, die durch die Durchbrechungen 21 eindringt und das Legierungselement zum Schmelzen und zum Ausfluß durch die Öffnungen bringt.
Zum Absenken des Behälters 20 ist dieser an einer Stange 19 befestigt, die über eine Gleitführung im Deckel 11 verschieblich gelagert und außen mit einem Kolben 10 verbunden ist.
Durch eine Buchse 42 ist die Stange 19 mit einer Stange 18 verbunden, die sich durch den Deckel 11 erstreckt und den Kolben 10 in einem Zylinder 17 trägt. Der Zylinder sitzt in einem Joch 16 am Rahmen 12. Durch biegsame Röhren 23 ist der Zylinder 17 mit einem Ventil 24 verbunden, das über ein Rohr 25 die Zufuhr von Druckluft abwechselnd zu jedem Ende des Zylinders 17 regelt und durch ein Rohr 26 mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Das Ventil 24 wird durch einen Elektromagneten 27 mittels eines Schalters 28 betätigt. Durch das Öffnen und Schließen des Schalters wird das Ventil, der Kolben 1.0 und dadurch der Behälter 20 vertikal bewegt.
Die Vorrichtung nach F i g. 1 arbeitet mit einem nicht oxydierenden Gas, z. B. Argon. Dieses gelangt von einem Hochdruckbehälter 32 durch ein Rohr 30 über ein Ventil 31 zu einer Öffnung 29 im Gefäßteil 6. Um das Gefäß 3 mit Argon unter hohem Druck füllen zu können, muß zunächst die im Gefäßinneren befindliche Luft entfernt werden, was durch eine Öffnung 39 im Deckel 11 geschieht, die mit einem biegsamen Rohr 40 an einen Dreiwegehahn 41 angeschlossen ist, der das Rohr während der Luftverdrängung mit der Atmosphäre verbindet und darauf geschlossen wird. Der Arbeitsvorgang besteht demnach im Chargieren des Behälters 20; Einsetzen der Pfanne 48 mit der Schmelze 49 in das Gefäß 3: Schließen des Gefäßes durch Schwenken des Rahmens 12 und darauffolgendes Betätigen der Ramme 4; Verdrängen der Luft durch Öffnen des Ventils 31 und Drehen des Hahnes 41, um die verdrängte Luft in die Atmosphäre zu blasen; Schließen des Hahnes 41, um den Druck im Gefäß zu dem erforderlichen Wert aufzubauen; Schließen des Schalters 28, um den Behälter 20 in die Schmelze zu senken; wiederholtes Öffnen und Schließen des Schalters 28, um den Behälter 20 zu heben und senken und dadurch die Schmelze mit dem Legierungselement zu verrühren.
Darauf wird das Ventil 31 geschlossen. Vor dem Öffnen des Gefäßes 3 zum Herausnehmen der Pfanne 48 und Vergießen des Metalls muß der überdruck beseitigt und das Argon möglichst wiedergewonnen werden. Zu diesem Zweck dreht man den Hahn 41, um das Gefäß 3 mit einem Niederdruck-Gasbehälter-44 durch ein Rohr 43 zu verbinden, und stellt dann den Hahn 41 wieder auf die Verschlußstellung. Darauf wird das Gefäß 3 geöffnet, die Pfanne herausgehoben und die Schmelze vergossen.
Zur Wiederverwendung des Argons wird ein Ventil 46 eines von dem Behälter 44 zu einem Kompressor 38 führenden Rohres 47 geöffnet und der Kompressor in Gang gesetzt. Er zwingt das Argon durch ein Rohr 37 über einen Dreiwegehahn 33 in den Zylinder 32. Zusatzargon zum Ausgleich des Verlustes wird durch ein Rohr 35 und den Hahn 33 zugesetzt.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach F i g. 1 ist in den Versuchen I bis III und den Beispielen IV und V wiedergegeben. Die Versuche I bis III erläutern die Wirkung eines wenn auch hohen, so doch nicht erfindungsgemäß hohen Druckes, während die Beispiele IV und V das Verfahren gemäß der Erfindung verwirklichen. In allen Fällen wurde Magnesium geschmolzenem Eisen zugesetzt, worauf die Endgehalte an im Gußstück verbliebenen Magnesium und Schwefel bestimmt wurden. Nimmt man an, daß aller aus dem Eisen entfernter Schwefel mit dem Magnesium reagierte, so läßt sich die Magnesiumausbeute, d. h. der nachprüfbare Prozentsatz des zugesetzten Mg, wie folgt ausdrücken: Bei jedem Versuch wurden 200 kg Eisen mit reinem Mg im Verhältnis von 0,10%, d. h. 200 g, behandelt.

Versuch I

Die Eisenschmelze enthielt

C ..................... 3,750/0

Si ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,701/0

Mn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.08 "o/0

P ..................... 0,040/0

S ..................... 0,032%.

Die Temperatur des Eisens beim Einguß in die Pfanne 48 war 1440° C nach einem optischen Pyrorneter ohne Ausgleich für Strahlungswärme (d. h. eine wahre Temperatur von etwa 1500° C). Der Mischvorgang dauerte 2 Minuten, wobei der Argondruck zwischen 3 und 5 kg/cm2 gehalten wurde. In dieser Zeit tauchte der Behälter 20 fünfzehnmal auf und ab. Die wie vor abgelesene Eisentemperatur am Ende des Arbeitsganges war 1315° C. Eine Analyse des Eisens ergab, daß der Gehalt an verbliebenem Mg 0,01 Q/o und der Schwefelgehalt 0,017 % war. Die mikroskopische Prüfung enthüllte ein Gefüge mit Flockengraphit und mechanische Eigenschaften gleich denen von gewöhnlichem Grauguß. Die Mg-Ausbeute betrug 21%.

Versuch II

Die Eisenschmelze enthielt

C ..................... 3,80%

Si . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,75'%

Mn ................... 0,07%

P . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,040/0

S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,026 %.

Die wie oben abgelesene Eisentemperatur am Beginn des Vorgangs war 1420° C. Das Mischen dauerte 11/2 Minuten, wobei der Argondruck zwischen 9 und 10 kg/cm2, d. h. noch spürbar dem Dampfdruck von Mg bei der Eisentemperatur, gehalten wurde. Der Gehalt an verbliebenem Mg war 0,01%, der End-Schwefelgehalt 0,008 "/o. Die Mg-Ausbeute war demnach 23 0/a, der Graphit war flockenförmig ausgeschieden.

Versuch 111

Die Eisenschmelze enthielt

C ... .................. 3,73"/o

Si . . . . . ... ... .......... 1,720/0

Mn ................... 0,07°/o

P ..................... 0,04%

S ..................... 0,03"/o.

Die wie oben abgelesene Eisentemperatur am Beginn des Arbeitsvorganges war 1450° C. Der Vorgang dauerte 11/2 Minuten, wobei der Argondruck zwischen 11,5 und 12,6 kg/cm2 gehalten wurde, d. h. etwas unter dem Dampfdruck von Mg. Die wie oben abgelesene Endtemperatur war 1280° C. Der verbliebene Mg-Gehalt war 0,03 "/o, der Schwefelgehalt 0,010 "/o. Die Mg-Ausbeute betrug 45 "/o. Die mikroskopische Untersuchung zeigte noch Flockengraphit, obwohl sich einige Sphäroide gebildet hatten.

Beispiel IV

Die Eisenschmelze enthielt

C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3,741/o

Si . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,70"/o

Mn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,081/0

P ..................... 0,04"/o

S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,036%.

Die wie oben abgelesene Eisentemperatur am Beginn des Arbeitsvorganges war 1465° C. Der Vorgang dauerte 2 Minuten mit einem Argondruck zwischen 16 und 19 kg/cm2, d. h. über dem Mg-Dampfdruck. Die wie oben abgelesene Endtemperatur war 1300° C. Der verbliebene Mg-Gehalt war 0,04"/o, der End-Schwefelgehalt 0,007 %. Die Mg-Ausbeute war demnach 62 "/o, der Graphit war sphäroidisch.

Dieses Eisen wurde mit 1% Ferrosilizium (75 0/a Si) geimpft, was einen Si-Endgehalt von 2,43 "/o ergab. Ein Versuchsstück von 25 mm Stärke, das mit dem geimpften Eisen in trockenen Sand gegossen wurde, hatte im Gußzustand eine Zugfestigkeit von 76 kg/mm2, eine Verlängerung bis zum Bruch von 4 "/o und eine Brinellhärte von 229.

Beispiel V

Die Eisenschmelze enthielt

C ..................... 3,75"/o

Si . . ... ... . .. . ... . . .... 1.800/0

Mn . . . . . . . . . . : . . . . . . . . 0,070/a

P ..................... 0,04%

S ..................... 0,031"/o.

Die wie oben abgelesene Eisentemperatur am Beginn des Arbeitsvorganges war 1470° C. Der Vorgang dauerte 2 Minuten in einer Stickstoff-Atmosphäre, wobei der N-Druck zwischen 16 und 18 kg/em2 lag. Der verbliebene Mg-Gehalt war 0,05%, der Schwefelgehalt 0,007 0/0. Die Ausbeute betrug demnach 68 "/o. Die mikroskopische Prüfung zeigte sphäroidischen Graphit. Die mechanischen Eigenschaften des Eisens im Gußzustand waren etwa gleich denen des Eisens nach Beispiel IV.

Das Rühren der Schmelze läßt sich auf die verschiedenste Weise bewerkstelligen. Beispielsweise kann in einer Vorrichtung nach Fig. 1 der Behälter 20 in die Schmelze eingetaucht, aber während des Mischvorganges nicht bewegt werden. Statt dessen kann, wie F i g. 4 zeigt, das Gefäß 3 mit einer Schlange 54 um die Pfanne 48 versehen sein, die mit einer Hochfrequenz-Stromquelle 55 verbunden ist, so daß die Schmelze durch Induktion bewegt wird.
Wie die F i g. 5 und 6 zeigen, kann der Behälter 20 auch von einer Welle 34 mit einer Gleitführung durch den Oberteil des Gefäßes und einer Außenverbindung mit dem Motor 56 getragen werden, so daß der Behälter in der Schmelze in Umlauf gesetzt werden kann. Zur besseren Verrührung ist der Behälter 20 dabei mit Schaufeln 57 versehen. Der Motor 56 und die Welle 34 können von dem Kolben 10 über die Welle 18 und den Rahmen 36, in dem der Motor montiert ist, auf und ab bewegt werden.
Das Rühren kann auch durch einen Gießvorgang bewirkt werden. Wie die F i g. 7 bis 9 zeigen, kann dabei die Schmelze aus einer Oberpfanne 62 auf Magnesiumstücke 53 in einer Unterpfanne 58 rinnen. Diese Stücke werden durch eine Lochplatte 60 mit Umfangskerben 61 niedergehalten. Die Kerben 61 bewegen sich axial über Vorsprünge 59, so daß die Platte nach einer Teildrehung gegen Axialverschiebung gesichert ist.
Die Schmelze in der Oberpfanne 62 kann durch eine Bohrung im Pfannenboden fließen, wenn ein Stöpsel 63 entfernt ist. Dieser Stöpsel befindet sich in der Bohrung, wenn die Pfanne in das Gefäß 3 eingesetzt wird. Er ist mit einem Hebel 64 verbunden. Der Hebel sitzt gelenkig an der Pfanne 62; sein freies Ende liegt nach dem Einsatz der Pfanne an einer Scheibe 65 auf einer Stange 19 - ähnlich der Stange 19 nach F i g. 1 - an. Die Abwärtsbewegung der Scheibe 65 schwingt den Hebel und hebt den Stöpsel 63. Das Metall fließt in die Pfanne 58, und das von der Platte 60 niedergehaltene Mg schmilzt progressiv, wobei es durch das Metall fließt, das von weiterem Metall aus der Pfanne 62 bewegt wird.
Wenn Druckluft verwendet werden kann, um den Überdruck im Gefäß aufzubauen, kann man die weit einfachere Vorrichtung nach F i g. 10 verwenden, die eine weiter abgewandelte Rührvorrichtung umfaßt.
In dieser Vorrichtung besteht das Druckgefäß 100 aus einem relativ flachen Unterteil 101 und einem relativ großen Oberteil 109. Der Unterteil 101 hat eine feuerfeste Auskleidung 102 und Vorsprünge 103, die die Gießpfanne 48 mit der darin einzufüllenden Schmelze 49 festlegen und halten. Die Oberkante 107 des Teiles 101 ist kegelstumpfförmig und paßt auf eine entsprechende Fläche am Oberteil 109, die eine feuerfeste Packung 113 trägt, um einen dichten Sitz zu bewirken. Der Teil 109 hat einen Flansch 110, der Unterteil 101 hat Vorsprünge 108. Ein im Querschnitt U-förmiger Ring 114 umgibt den Flansch 110. Der untere Arm des Ringes 114 ist ausgenommen, um die Längsverschiebung der Vorsprünge 108 zuzulassen. Beim Drehen des Ringes 114 greift dessen unterer Arm unter die Vorsprünge 108, um die Teile 101,109 zusammenzuhalten. Die Paßflächen des Ringes 114 und der Vorsprünge 108 sind leicht geneigt, um beim Drehen des Ringes 114 eine Keilwirkung hervorzurufen.
Der Ring 114 wird mechanisch durch eine pneumatische Ramme 115 bewegt, deren Gehäuse durch einen Hebel 116 mit dem Teil 109 und dessen Plunger 117 mit dem Ring bei 118 verbunden ist. Der Hub des Plungers ist so bemessen, daß er den Ring entweder in die Lage, in der die Vorsprünge durch die Ausnehmungen im Ring hindurchgehen können, oder in die Lage bringt, in der die Teile 101,109 des Gefäßes stark aneinandergepreßt werden.
Der Oberteil 109 des Gefäßes besitzt bei der in den F i g. 10 bis 12 gezeigten Vorrichtung eine Drossel 120 zu einem Abteil 119, das mit der Deckplatte 121 abgedeckt ist und eine Stange 122 mit einer Rührvorrichtung 126 aufnimmt. Letztere ist von einer Scheibe gebildet und unterscheidet sich dadurch wesentlich von der Vorrichtung 20 nach F ig. 1, daß sie kein Legierungselement enthält. Das Legierungselement wird hier in Form von Stäben 150 durch eine oberhalb der Scheibe 126 befindliche Öffnung 141 in den Teil 109 eingeführt, und zwar dann, wenn die Scheibe sich in der gestrichelt gezeigten obersten Stellung befindet. Die Scheibe hält das Legierungselement 150 und bringt es erst nach ihrer Abwärtsbewegung mit der Schmelze 49 in Berührung. Die Öffnung 141 ist durch eine Deckplatte 142 abgedeckt.
Die Rührvorrichtung 126, deren Stange 122 einen feuerfesten überzug 127 aufweist und einen Zentrierflansch 125 trägt, ist gelenkig mit einem doppelarmigen Hebel 123 verbunden, dessen Drehzapfen 124 den Oberteil 109 des Gefäßes flüssigkeitsdicht durchsetzt. Der Hebel 123 trägt ein Gegengewicht 129 und wird durch eine hydraulische Ramme 131 geschwenkt, die gelenkig auf der Außenseite des Teiles 109 sitzt und deren Plunger gelenkig mit dem Hebel 123 verbunden ist. Beim Hin- und Hergang der Ramme wird die Rührvorrichtung 126 zuerst abwärts bewegt, damit das Legierungselement 150 in die Pfanne 48 fallen kann, und dann zum Rühren der Schmelze in ihr auf und ab mit einer leichten Schwingbewegung bewegt. Zur leichten Lösung des Mg im Eisen beträgt die Geschwindigkeit der Scheibe 126 zweckmäßigerweise etwa 15 cm/sec.
Ein Druckluftbehälter 134 ist auf einem Arm 133 des Teiles 109 gelagert und wird durch ein Rohr 135 über ein Ventil 136 gespeist. Der Behälter steht durch einen Kanal 137 mit großem Querschnitt über ein Ventil 138 mit der Innenseite des Gefäßes 100 in Verbindung. Die Größe des Kanalquerschnittes ermöglicht die schnelle Druckfüllung des Gefäßes. Am Ende des Mischvorganges kann der Druck durch öffnen eines Ventils 140 in einem Auslaß 139 mit ebenfalls großem Querschnitt abgelassen werden.
Der Oberteil 109 des Gefäßes kann durch einen Haken 145 am Ende eines Kabels 143 angehoben werden, das ein Gegengewicht 144 trägt und über eine Riemenscheibe 146 und eine Trommel 147 auf einer Drehtraverse 148 läuft. Die Trommel 147 kann durch einen Elektromotor 128 gedreht werden. Die Traverse 148 kann sich auf dem Pfeiler 149 drehen. Der Oberteil 109 kann daher nacheinander auf verschiedene Unterteile 101 um den Pfeiler 149 gesenkt werden, von denen jeder eine Gießpfanne mit zu behandelnder Schmelze enthält. F i g. 13 zeigt zwei untere Gefäßteile 101A, 101B auf einem Fahrgestell 151, das sich zwischen den Bremsklötzen 152, 153 hin- und herbewegen kann, um jeden Unterteil unter den Oberteil 109 mit feststehendem Hebe- und Senkmechanismus zu bringen.
Die Vorrichtung nach den F i g. 10 bis 13 hat den Vorteil, daß die Zeit der Arbeitsgänge vor der eigentlichen Behandlung der Schmelze mit Legierungselementen erheblich verringert wird und das Metall sich daher nach vollendeter Mischung auf höherer Gußtemperatur befindet. Außerdem wird durch energisches Rühren die Mischzeit ebenfalls auf z. B. 11/s Minute verringert, so daß der Legierungselement-Abbrand und -Verlust durch Kondensation auf der Druckgefäßwand entsprechend kleiner wird.

Nachstehend werden die Ergebnisse von zwei Versuchen gemäß der Erfindung mit der Vorrichtung nach F i g. 10 wiedergegeben. Wie bei den früheren Beispielen wurden 200 g Mg zu 200 kg Eisenschmelze zugesetzt.

Beispiel VI

Die Eisenschmelze enthielt

C ..................... 3,850/0

Si . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,72n/o

Mn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,05010

P ..................... 0,05'%

S ..................... 0,016%.

Die wie oben abgelesene Temperatur der Schmelze war 1420° C beim Verschließen des Gefäßes 100. Die Gesamtdauer des Arbeitsvorganges betrug 3 Minuten, die des Mischvorganges 75 Sekunden, wobei der Luftdruck zwischen 16 und 18 kg/cm2 lag. Am Ende des Arbeitsganges war die wie oben abgelesene Temperatur l.350° C, also nur um 70° C gefallen.

Das Eisen enthielt im Gußzustand 0,044 % verbliebenes Mg und 0,008 % Schwefel, so daß die Mg-Ausbeute 50 0/a betrug. Der ganze Graphit war sphäroidisch.

Beispiel VII

Die Eisenschmelze enthielt

C ..................... 3,6"/o

Si . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,7'0/0

Mn ................... 0,070/0

P ..................... 0,040/0

S ..................... 0,0190/0.

Die wie oben abgelesene Temperatur bei geschlossenem Gefäß war 1430° C. Die Gesamtdauer des Arbeitsvorganges war 21/s Minuten, die des Mischvorganges 1 Minute. Der Luftdruck lag zwischen 17 und 19 kg/em2. Die wie oben abgelesene Endtemperatur war 1370° C, also nur um 60° C gefallen. Der verbliebene Mg-Gehalt war 0,049 0/0, der Schwefel-Endgehalt 0,008%, die Mg-Ausbeute also 57%. Der ganze Graphit war sphäroidisch.

Die Vorrichtung läßt sich noch weiter dahin abwandeln, daß der Unterteil nur eine plattenähnliche Unterlage für die Pfanne und der Oberteil eine die Pfanne ganz umgebende Glocke ist.
Wenn für die Vorrichtung nach den F i g. 10 bis 13 ein. nicht oxydierendes Gas verwendet werden soll, kan eine Gas-Rückgewinnung wie die nach F i g. 1 vorgesehen werden.

Claims

Patentänsprüche: 1. Verfahren zum Einbringen eines Zusatzelementes mit niedrigerem Siedepunkt als Eisen in eine Eisen- oder Stahlschmelze, bei dem sich die Schmelze und das Zusatzelement in einem druckdicht verschließbaren Gefäß befinden, in welchem ein starker, mit Hilfe hochkomprimierter Gase erzeugter Druck herrscht, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzelement und ein die Schmelze enthaltender Behälter getrennt in das Druckgefäß eingebracht werden, nach Verschließen des Gefäßes in letzteres ein Gas von so hohem Druck eingeleitet wird, daß es den Siedepunkt des Zusatzelementes wesentlich über die Temperatur der Schmelze heraufsetzt, und bei Aufrechterhalten dieses Druckes das Zusatzelement durch kräftiges Rühren mit der Schmelze innig vermischt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einbringen von mehreren Zusatzelementen im Druckgefäß ein Druck aufrechterhalten wird, der den Siedepunkt des Zusatzelementes mit dem höchsten Dampfdruck über die Temperatur der Schmelze wesentlich heraufsetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrucksetzung des Gefäßes ein inertes Gas verwendet wird, das nach erfolgter vollständiger Vermischung der Schmelze mit dem Zusatzelement wiedergewonnen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrucksetzung des Gefäßes Druckluft verwendet wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 zur Beigabe von Magnesium zu zu vergießendem Eisen, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisen unter einem Druck von mehr als 16 kg/cm2 gehalten wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, bestehend aus einem mit einem hochkomprimierten Gas zu füllenden, druckdicht verschließbaren Druckgefäß, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgefäß (3,100) zur Aufnahme einer eine Eisen- oder Stahlschmelze (49) enthaltenden Gießpfanne (48) aus einem aufeinander beweglichen Oberteil (11, 109) und Unterteil (6,101) besteht, die mit Zu- und Ableitungen (30, 43 bzw. 137, 139) für das einzuleitende Druckgas sowie mit Mitteln zum Einführen des Zusatzelementes (53, 150) in die in der Gießpfanne (48) befindliche Eisenschmelze (49) und zum kräftigen Verrühren des Zusatzelementes (53, 150) in der Eisenschmelze (49) versehen sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgefäß (3,100) eine Anschlußöffnung (29) für die mit einer Druckgasquelle (32, 134) in Verbindung stehende Druckgaszuleitung (30, 137) sowie eine Austrittsöffnung (39) zum Entweichen von vor der Druckgaseinleitung im Gefäß befindlicher Luft aufweist. B.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftauslaß-Öffnung (39) über ein in einer Verbindungsleitung (40, 43) eingebautes Mehrwegeventil (41) mit der Atmosphäre und mit einem Druckausgleichsbehälter (44) zu verbinden ist, der seinerseits über eine Rückströmleitung (47, 37) und einen darin eingebauten Kompressor (38) mit der Druckgasquelle (32) in Verbindung steht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Druckgasquelle bildender Behälter (134) auf dem Oberteil (109) des Druckgefäßes (100) angeordnet und mit dem Gefäßinneren über eine ventilgesteuerte, im Querschnitt vergleichsweise groß bemessene Druckgaszuleitung (137) verbunden ist.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß am Oberteil (11, 109) des Druckgefäßes (3,100) zum kräftigen Verrühren des Zusatzelementes (53, 150) in der Eisenschmelze (49) eine in letzterer auf und ab zu bewegende Rührvorrichtung (20, 126) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührvorrichtung aus einem das Zusatzelement (53) aufnehmenden und mit mehreren Durchtrittsöffnungen (21) versehenen Behälter (20) besteht.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmebehälter (20) an einer im Oberteil (11) des Gefäßes (3) gleitend gelagerten, außen mit einem Antriebsmotor (56) verbundenen Welle (34) befestigt und mit Rührarmen (57) zum Bewegen der Schmelze (49) bei umlaufender Welle (34) versehen ist.
13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührvorrichtung mit einer an der Außenseite des Druckgefäßes (3) angeordneten, kolbengesteuerten Hubeinrichtung (10) verbunden ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührvorrichtung aus einer im Druckgefäß (100) hin und her beweglichen Scheibe (126) besteht, die in ihrer oberhalb der Schmelze (49) befindlichen Hochstellung das durch eine Öffnung (141) im Druckgefäß (100) eingeführte Legierungselement (150) abstützt und letzteres bei ihrer Abwärtsbewegung an die Schmelze abgibt und darin verrührt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührscheibe (126) mit einem doppelarmigen Schwenkhebel (123) gelenkig verbunden ist, der einen den Oberteil (109) des Gefäßes (100) durchsetzenden Gelenkzapfen (124) aufweist und durch eine auf der Außenseite des Gefäßoberteils (109) angeordnete Hubeinrichtung (131) zu verschwenken ist.
16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Druckgefäß (3) eine die Eisenschmelze (49) enthaltende Gießpfanne (48) umgebende Induktionsschlange (54) vorgesehen ist, die mit einer Hochfrequenz-Stromquelle (55) in Verbindung steht und die Schmelze (49) durch elektrische Induktion umrührt.
17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberteil (109) des Gefäßes (100) über ein mit einem Traghaken (145) versehenes und auf einem Drehsupport (148) angeordnetes Hebeseil (143) nacheinander auf verschiedene Unterteile aufzusetzen ist.
18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Unterteile (101 A,101 B) auf einem Fahrgestell (151) angeordnet und durch dessen entsprechendes Verfahren nacheinander unter einen einzigen Gefäßoberteil (109) zu bringen sind.
19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und Unterteile des Gefäßes konische Paßflächen (107) aufweisen, von denen eine zur Aufnahme einer Packung (113) ausgenommen ist.
20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gefäßteile (101, 109) nach einer relativen Axialbewegung durch einen drehbeweglichen Sperring (114) untereinander zu verbinden sind, wobei zum Drehen des Ringes (114) eine an dessen Trägerteil (109) angeordnete Hubeinrichtung (115) vorgesehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 309114, 658197, 843166, 87 367; deutsche Patentanmeldungen K 11046 VI a/18 b (bekanntgemacht am 29.10.1953), G 7771 VI/18b (bekanntgemacht am 17.7.1952); USA.-Patentschrift Nr.13 849/1914; belgische Patentschrift Nr. 493 057; schweizerische Patentschrift Nr. 279 686.