DE1815214C3 - 03.12.68 Schweiz 17961-68 Kippbares BehandlungsgefäB zum Behandeln von Metall-Schmelzen durch Einbringen verdampfbarer Zusätze, insbesondere zum Herstellen von Eisen-Kohlenstoff-GuBwerkstoffen mit Kugelgraphit durch Einbringen von Reinmagnesium in die im Gefäß enthaltene Schmelze Georg Fischer AG, Schaffhausen (Schweiz) - Google Patents

Description

treten und in die Schmelze eindringen können, ohne ^aß dabei der weitere Zufluß an Schmelze durch die imteren Kammeröffnungen geheiront wird. Für den Eintritt der Schmelze in die Kammer sind also — im Gegensatz zu der vorbekannten Anordnung — andere Kammeröfinungen vorgesehen als für das Entweichen der verdampften Zusätze aus der Kammer. Dadurch wird ein gleichmäßiger und praktisch gleichbleibender stoßfreier Betrieb erzielt, so daß sich ein geregelter, wesentlich ruhigerer, weitgehend störungsfreier und treffsichere·,· Behandlungsablauf einstellt und der heftige Reaktionsablauf sicher beherrscht wird. Neben der stetigen, stoßfreien Arbeitsweise besitzt ein solches Behandlungsgefäß auch noch den Vorteil, daß man die Zusatzstoffe wie Reinmagnesium in der preisgünstigen, bequemen stückigen Torrn eingeben lann.

Es ist zwar bereits ein kippbares Gießgefäß für Eisen- oder Metallguß bekannt (DT-PS '32"76I). das tür Aufnahme von Zusätzen zum flüssigen Eisen ©der Metall und zum Einbringen dieser Zusätze unter dessen Oberfläche in der senkrechten Behandlungsitellung seitlich offene, also wandungsfreie Nischen aufweist, die an ihrer Oberseite durch öffnungen mit dem Hauptraum des Gefäßes in Verbindung stehen. Im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen Behandlungsgefäß müssen dort einerseits die Zusätze jedenfalls vor dem Einfüllen des flüssigen Metalls in die Nischen eingebracht werden, deren seitliche öffnung also größer als die einzubringenden Zusätze sein muß, und gelangen dort andererseits bereits ohne Kippen des Gefäßes mit der dann einzugießenden Schmelze in Berührung, um sich in ihr aufzulösen, nicht aber — wie dies vorliegend für die einzubringenden Zusätze wie metallisches Magnesium zutrifft — zu verdampfen, was dort gerade vermieden werden soll. Diese Nischen dienen dort also lediglich dazu, die Zusätze während ihrer Auflösung in der Schmelze zu halten, nämlich zu verhindern, daß sie unter der Einwirkung des Auftriebes an die Oberfläche des flüssigen Metalls gelangen können. Keineswegs wären aber solche seitlich offen αϊ Nischen als eine Zusatzaufnahmekammer für das erfindungsgemäße Behandlungsgefäß verwendbar, da bei Benutzung solcher Nischen für vorliegenden Zweck die verdampfbaren Zusätze, z. B. das in Brockenform beigegebene Magnesium, in der senkrechten Behandlungsstcllung des Gefäßes auf Grund ihrer mit der Verdampfung verbundenen Volumenvergrößerung durch die seitlich offene N ischenwand herausgetrieben und nicht — wie notwendig — in der Nische verbleiben würden. Somit ließe sich mit solchen seitlich offenen Nischen bei dem erfindungsgemäßen Behandlungsgcfäß der in ihm infolge der Verdampfung einsetzende ungestüme Rcaktionsablauf nicht beherrschen.

Gegenüber bekannten konverterähnlichen Einrichtungen (vgl. DT-AS 1 096 939), bei denen eingebrachte flüssige Metallschmelze durch Kippen mit Magnesium in Verbindung gebracht wird, welches sich in einer seitlichen Tasche des Behandlungsgefäßes befindet, werden bei dem Behandlungsgefäß gemäß der Erfindung durch die Benutzung einer Kammer mit Magnesium im Innern des Behandlungsgefäßes und durch Anordnung von Ein- und Austrittsöffnungen zwei wesentliche technische Vorteile erreicht. Einerseits kann durch Querschnittsbemessung der Ein- und Austrittsöffnungen der Reaktionsverlauf zwischen Magnesium und dem flüssigen Eisen genau gesteuert werden. Andererseits kann durch seitliches Anordnen der Austrittsöffnungeia eine kräftige Spülwirkung erzielt werden.
Da das Volumen an aus der Kammer austretendem Dampf des betreffenden Zusatzes wesentlich größer ist als das Volumen nachfließender Schmelze, ist nach einem weiteren bevorzugten Merkmal der Gesamtquerschnitt der in Behandlungsstellung in dem unteren Bereich befindlichen Kammeröffnungen kleiner gehalten als der Gesamtquerschnitt der in dem oberen Bereich befindlichen Kammeröffnungen.

Da sich als vorteilhaft herausgestellt hat, die austretenden Dampfblasen des betreffenden Zusatzes möglichst klein zu halten, um diese Dampfblasen mit der zu behandelnden Schmelze in möglichst innige Berührung zu bringen, werden vorzugsweise die unteren Kammeröffnungen mit einem Durchmesser von 20 bis 40 mm und die oberen Kammeröffnungen mit

ίο einem Durchmesser von IO bis 30 mm ausgebildet, also die Querschnitte der in Behandlungsstellung oberen Kammeröffnungen kleiner gehalten als die unteren Kamnieröffnungen. Um diese Bemessung in Einklang zu bringen mit der zuvor bevorzugt angegebenen Wahl des Gesamtquerschnittes, müssen selbstverständlich wesentlich mehr obere Kammer-Öffnungen vorgesehen sein als untere Kammeröffnungen.

Im Sinne dieser Zielsetzung einer möglichst innigen Berührung zwischen aufsteigenden Zusatzdampfblasen und zu behandelnder Schmelze sind jedenfalls zweckmäßig die in Behandlungsstellung oberen KammerolTnungen über mindestens ein Drittel der Grundfläche des Gefäßes verteilt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Behandlungsgefäßes ist dieses als Konverter ausgebildet und die Zusatzaufnahmekammer auf dem Konverterboden seitlich angeordnet, wobei d<e in ihrem oberen Bereich befindlichen öffnungen in der vertikalen Behandlungsstellung nach oben gerichtet sind, so daß die Dampfblasen der durch Schmelze verdampften Zusätze besonders leicht nach oben abziehen können, so das Schmelzbad wirksam durchdringen und es in eine Umwälzbewegung innerhalb des Konverters versetzen.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird bei einer vorzüglichen Ausbeute von z. B. Magnesium gleichzeitig eine starke Spülwirkung erzielt, so daß in der Schmelze suspendierte Stoffe, die zu uner-

wünschten Einschlüssen im Werkstoff führen würden, aus der Schmelze entfernt werden. Bei Eisen-Kohlenstoff-Schmelzen, die mit Magnesium behandelt werden, erfolgt auf diese Weise eine weitgehende Beseitigung der zwischen Dampf und Schmelze gebildeten

Reaktionsprodukte, wodurch die Möglichkeit gegeben ist, auch Schmelzen mit höheren Schwefelgehalten, beispielsweise Gußeisen- oder Tempergußschmeliien aus dem sauren Kupolofen ohne vorhergehende Entschwefelung und ohne Verbleiben von schädlichen

So Reaktionsprodukten in der Schmelze zu behandeln. Mit dieser Technik lassen sich also Probleme lösen, wie sie seit jeher in der Metallurgie, so z. B. auch der Erschmclzung von NE-Metallen, bestehen. Mit dem erfindungsgemäßen Gefäß behandelte schwefelreiche

Ausgangsschmelzen zeichnen sich meist durch einen geringeren Gehalt an in der Schmelze verbleibenden Schwefelverbindungen aus.

Das Behandlungsgefäß gemäß der Erfindung eignet

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sich auch zur Aufkohlung von Eisen-Kohlenstoff- langt durch die öffnungen 7 und 8 in das Innere der Schmelzen. Hierbei läßt sich eine Eisen-Kohlenstoff- Aufnahmekamnier 3 und so in Berührung mit dem Schmelze auf einfache Weise und treffsicher auf- Zusatz 5, worauf dessen Verdampfung einsetzt. Der kohlen, gleichzeitig entschwefeln und wenn er- hierbei gebildete Dampf entweicht vor allem durch wünscht der für Kugelgraphitbildung notwendige 5 die oben in der Aufnahmekammer 3 angeordneten Restmagnesiumgehalt einstellen, wenn man in dem öffnungen 8, während nun durch die im unteren Beerfindungsgemäßen Behandlungsgefäß vor und/oder reich der Aufnahmekammer 3 angeordneten öffnunwährend des Einführens von Magnesium in die gen 7 Schmelze nachfließen kann und die damit ver-Eisen-Kohlenstoff-Schmelze Kohlenstoff auf die Bad- bundene Wärmezufuhr die Verdampfung unterhalt, oberfläche gibt. Der Kohlenstoff wird in Form üb- io die mit einer erheblichen Wärmeaufnahme verbunlicher Aufkohlungsmittel, vorzugsweise in Form von den ist. Durch entsprechende Bemessung der Quer-Koksgrieß oder Elektrodenkohle, zugegeben. Der schnitte der Öffnungen 7 und 8 ist es möglich, die Kohlenstoff zur Aufkohlung der Schmelze wird nach Reaktionsgeschwindigkeit des sich in der Aufnahmedem Einfüllen der Ausgangsschmelze auf das blanke kammer 3 befindenden Reinmagnesiums 5 im voraus Bad im in horizontaler Lage sich befindenden Be- 15 festzulegen, ohne daß unerwünschte Zusatzstoffe behandlungsgefäß aufgegeben. Nach der nachfolgenden nötigt werden. Im Verschlußdeckel 6 ist eine Druck-Schwenkung des Behandlungsgefäßes in die vertikale entlastungsöffnung 9 vorgesehen, durch welche der Lage verursacht das verdampfende Magnesium eine aus der Schmelze austretende Magnesiumdampf ins starke Badbewegung, die die Aufkohlung fördert. Freie gelangen kann. Auf Grund der Anordnung der Weiterhin wirken sich für die Aufkohlung die stark ao öffnungen 7 und 8 der Aufnahmekammer 3 steht in reduzierenden Bedingungen, die basische Schlacke vertikaler Stellung des Behandlungsgefäßes 1 (vgl. und die Verringerung des Schwefelgehaltes günstig F i g. 2) die Eintrittsöffnung 7 unter einem höheren aus. Durch das Zusammenwirken dieser Bedingungen ferrostatischen Druck (H _{tL 2}) als die Austrittsöffnurikann in einem einzigen Arbeitsgang eine Schmelze gen 8 (H _FL j), und diese Druckdifferenz führt zu dem innerhalb von ungefähr 70 Sekunden auf etwa 25 gewünschten geregelten Prozeßablauf.
0,003 °/o Endschwefelgehalt entschwefelt, der Kohlen- Die aus den öffnungen der Aufnahmekammer 3 stoffgehalt um etwa 0,6 °/o erhöht und auf den für austretenden Dampfblasen bewegen sich durch die Gußeisen mit Kugelgraphit notwendige Restmagne- Schmelze 2 nach oben und werden dabei in beabsiumgehalt eingestellt werden. sichtigter Weise zum Teil von der Schmelze aufge-

Schlackenansätze in der Aufnahmekammer und in 30 nommen. Die auf diese Weise behandelte Schmelze den öffnungen zwischen dieser Kammer und dem wird durch Kippen des Behandlungsgefäßes 1 durch Behandlungsgefäß können durch Zusatz von geringen die Einfüllöffnung wieder entleert. Zur Dämpfung Mengen Flußmittel wie NaCl vermieden werden. Das der Reaktion des sich in der Aufnahmekammer 3 beFlußmittel wird dabei mit den Reinmagnesium-Barren findenden Reinmagnesiums kann in sie zusätzlich z.B. im Verhältnis 0,2 kgNaCl/lOOOkg Fe vor der 35 auch Kühlschrott oder ein anderes Kühlmittel einBehandlung in die Aufnahmekammer gegeben. gebracht werden. Durch die Anordnung eines oder

Mit dem Behandlungsgefäß ist es beispielsweise mehrerer gitterartiger Zwischenboden aus feuer-

selbst bei Behandlungstemperaturen von 1480° C festem Material im Gefäß 1 kann die Ausbeute der

und einem Kohlenstoffäquivalent von 4,2 % möglich, Zusätze noch weiter verbessert werden. Zur Erzie-

eine Behandlungsmenge von 900 kg innerhalb von 40 lung eines Überdruckes im Behandlungsgefäß 1 kann

70 Sekunden mit einem Aufkohlungsgrad von 8O°/o der Deckel 6 entsprechend ausgebildet werden,

um 0,7°/o aufzukohlen. Nachstehend wird an Hand zweier Versuchsergeb-

In der Zeichnung ist ein kippbares Behandlungs- nisse der mit dem Behandlungsgefäß gemäß der Er-

gefäß gemäß der Erfindung in einer beispielsweisen findung erzielte fortschrittliche Behandlungserfolg

Ausführungsform schematisch veranschaulicht. Es 45 (Magnesiumausbeute, Entschwefelung, Kugelgraphit-

wird gezeigt in Ausscheidung) wiedergegeben:

F i g. 1 in waagerechter Stellung (Beschickungsposition) und in B e i s ρ i e 1 1

F i g. 2 in senkrechter Stellung (Behandlungsposi- Einer Gußeisenschmelze mit folgender chemische!

tion). So Zusammensetzung

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird das mit feuer- 3 80°/ Γ

festem Material ausgekleidete Behandlungsgefäß 1 180°/° S''

in seiner horizontalen Stellung so weit mit Eisen- o'57°/° m'

schmelze 2 gefüllt, daß die von außen beschickbare q'q~ _o ? „ '

Aufnahmekammer 3 frei bleibt, d. h. nicht in Verbin- 55 0179"/ S

dung mit der Eisenschmelze 2 gelangt. Nach öffnen ' °

des Stopfens 4 wird die Aufnahmekammer 3 mit dem wurden bei 1500° C in dem erfindungsgemäßen Be

verdampfbaren Zusatz 5, z. B. Reinmagnesium, ge- handlungsgefäß 0,3 % Reinmagnesium in Form voi

gebenenfalls unter Beifügung weiterer Zugaben, be- Barren zugegeben. Die zu behandelnde Eisenmengi

schickt. Mit dem Stopfen 4 wird die Beschickungs- 60 betrug 1700 kg. Die Magnesiumverdampfung dauert

öffnung der Aufnahmekammer 3 und mit einem Dek- 80 Sekunden. Nach dem Entleeren des Behandlungs

kel 6 die Beschickungsöffnung des Behandlungs- gefäßes in eine Gießpfanne wurde folgende chemi

gefäßes 1 verschlossen. Darauf kann z. B. mit einem sehe Zusammensetzung bestimmt:

ferngesteuerten Antrieb das Behandlungsgefäß 1 in _{n nn}~ _0/ „ , , .

die in Fig. 2 dargestellte vertikale Stellung gekippt 65 on«·/ SS*

werden. In vertikaler Stellung des Behandlungs- ⁰'⁰⁶⁵°^/e Magnesium,

gefäßes 1 befindet sich die Aufnahmekammer3 unter- Die Magnesiumausbeute betrug 66°/o. Das Gefüg

halb der Schmelzoberfläche, und die Schmelze 2 ge- von nach Impfen mit 0,5 °/₀ Ferrosilizium gegossenei

Proben bestand aus Kugelgraphit, d. h. 96°/o Typ VI nach VDG Merkblatt P 441 und 4 Vo Typ V.

Beispiel 2

Einer Tempergußschmelze mit folgender chemischer Zusammensetzung

t,88Vo C, 1,65 Vo Si, 0,27 Ve Mn, 0,08 Vo P₁ 0,163Vo S wurden bei 151O⁰C in dem erfindungsgemäßen Behandlungsgefäß 0,28Vo Reinmagnesium in der Form von Barren zugegeben. Die zu behandelnde Eisenmenge betrug 860 kg. Die Magnesiumverdampfung dauerte 120 Sekunden. Nach dem Entleeren des Behandlungsgefäßes in eine Gießpfanne wurde folgende chemische Zusammensetzung bestimmt:

0,002Vo S,
0,056Vo Mg.

Die Magnesiumausbeute betrug 63,5 Vo.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (5)

schmelze dienender horizontaler Stellung die mit den Patentansprüche: verdampfbaren Zusätzen zu beschickende, allseits von Wandungen umgebene Kammer frei von Eisen-

1. Kippbares Behandlungsgefäß zum Behandeln schmelze, und erst nach Kippen des Behandlungsvon Metall-Schmelzen durch Einbringen ver- 5 gefäßes in seine vertikale Behandlungsstellung gedampfbarer Zusätze, insbesondere zum Herstellen langt die Eisenschmelze in die Zusatzaufnahmekamvon Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoffen mit Kugel- mer durch die in ihrer Wandung vorgesehenen, graphit durch Einbringen von Reinmagnesium, gegenüber deren Abmessungen kleinen öffnungen mit einer von außen mit den Zusätzen beschick- hindurch an die in der Kammer enthaltenen Zusätze, baren Kammer, welche Zusätze über in letzterer n> so daß letztere zu verdampfen beginnen und die dann vorgesehene öffnungen nach Kippen des Gefäßes aufsteigenden Dampfblasen teilweise von der Eisenrait der in ihm enthaltenen Schmelze in Beruh- schmelze in der beabsichtigten Weise aufgenommen rung gelangen, dadurch gekennzeichnet, werden.

daß die öffnungen (7, 8) der Zusatzaufnahme- Mit diesem bereits bekannten Behandlungsgefäß,

kammer (3) — in der gekippten BehandlungssteJ- 15 von dem die Erfindung ausgeht, läßt sich zwar in

lung des Gefäßes (1) betrachtet — im unteren gegenüber dem sonst üblichen Einsatz von Magnesium-

und im oberen Bereich der Zusatzauf η ahmekam- Vorlegierungen äußerst kostensparender Weise zur Be-

mer angeordnet sind. handlung der Eiscnschmelze metallisches Magnesium

2. Behandlungsgefäß nach Anspruch 1, dadurch wie Reinmagnesium verwenden, jedoch wegen dessen gekennzeichnet, daß die in Behandlungsstellung ao hohen Dampfdruckes nicht der Reaktionsablauf in unteren Kammeröffnungen (7) einen Durchmesser ausreichendem Maße beherrschen. Vielmehr stellt von 20 bis 40 mm und die in Behandlungsstellung sich ein stoßweiser Ablauf der Reaktion zwischen der oberen Kammeröffnungen (8) einen Durchmesser Eisenschmelze und den eingegebenen Zusätzen ein. von 10 bis 30 mm aufweisen. Dieser ungleichmäßige, mit heftigen Eruptionen ver-

3. Behandlungsgefäß nach Anspruch 1, dadurch as bundene Reaktionsablauf ist darauf zurückzuführen, gekennzeichnet, daß der Gesamtquerschnitt der in daß bei diesem bekannten Behandlungsgefäß die der Behandlungsstellung in dem unteren Bereich öffnungen in denjenigen Wänden der Zusatzaufbefindlichen Kammeröffnungen (7) kleiner als der nahmekammer vorgesehen sind, die nach Kippen des Gesamtquerschnitt der in dem oberen Bereich be- Gefäßes senkrecht stehen, sich also links und rechts findlichen Kammeröffnungen (8) ist. 30 der Gefäßachse befinden, wie sich aus den aufstei-

4. Behandlungsgcf äß nach Anspruch 1, dadurch genden Dampfblasen der eingebrachten Zusätze ergekennzeichnet, daß das Behandlungsgefäß ein gibt. Auf Grund dieser Anordnung der Kammeröff-Konverter ist und daß die Zusatzaufnahmekam- nungen muß das Eindringen der Eisenschmelze und mer (3) auf dem Konverterboden seitlich angeord- das Austreten der durch die Schmelze verdampften net ist und die in ihrem oberen Bereich befind- 35 Zusätze durch ein und dieselben, auf gleichem Niveau liehen öffnungen (8) in der vertikalen Behänd- liegenden Kammeröffnungen erfolgen. Dabei behinlungsstellung nach oben gerichtet sind. dert die erhebliche Dampfmenge den stetigen Zufluß

5. Behandlungsgefäß nach einem der An- wärmezuführender Schmelze in der Weise, daß Sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze erneut immer erst dann in die Kammer einin Behandlungsstellung oberen Kammeröffnungen 40 treten kann, wenn der vom vorherigen Schmelzfluß (8) über mindestens ein Drittel der Grundfläche durch Verdampfen der Zusätze entstandene Dampfdes Gefäßes (1) verteilt sind. druck wieder genügend abgesunken ist. Das Eindringen von Schmelze in die Zusatzaufnahmekammer ge-

schieht also in zeitlich aufeinanderfolgenden Reak-

45 tionsintervallen, nämlich immer dann, wenn der Dampfdruck, der sich in einem gewissen Zeitabschnitt

Die Erfindung betrifft ein kippbares Behandlungs- durch infolge der Wärmeenergie der eingetretenen

gefäß zum Behandeln von Metall-Schmelzen durch Schmelze beginnendes Verdampfen der Zusätze auf-

Einbringen verdampfbarer Zusätze, insbesondere baut, in einem nachfolgenden Zeitabschnitt sich aus-

fcum Herstellen von Eisen-KohlenstofF-Gußwerkstof- 50 reichend gesenkt hat.

fen mit Kugelgraphit durch Einbringen von Rein- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses magnesium, mit einer von außen mit den Zusätzen bekannte kippbare Behandlungsgefäß derart zu gebeschickbaren Kammer, welche Zusätze über in letz- stalten, daß eine solche pulsierende Arbeitsweise austerer vorgesehenen öffnungen nach Kippen des Ge- geschlossen und ein stoßfreier Betrieb erzielt wird, fäßes mit der in ihm enthaltenen Schmelze in Be- 55 Dies gelingt nach der Erfindung dadurch, daß die rühnmg gelangen. Bei der Herstellung solcher Guß- öffnungen der Zusatzaufnahmekammer — in der geeisenwerkstoffe in einem derartigen Behandlungs- kippten Behandhingsstelliirig des (dann senkrecht gefäß bewirkt Reinmagnesium bekanntlich eine Aus- stehenden) Gefäßes betrachtet — im unteren und im scheidung des Graphits während des Erstarrens und/ oberen Bereich der Zusatzaufnahmekammer angeord- oder der anschließenden Wärmebehandlung in kuge- 60 net sind. Auf Grund dieser Anordnung der öffnungen liger Form und führt so zu verbesserten mechanischen der Zusaiitaufnahme camrner in unterschiedlichen Eigenschaften des erhaltenen Gußwerkstoffes. Höhen derselben kann die Schmelze in die in Be-

Bei dem zuvor genannten, durch K. J. Was- handlungsstellung unteren Kammeröffnungen ein-

tschenko und L. Sofroni durch deren Aufsatz treten und so zur Zuführung der erforderlichen Ver-

»Magnesiumbehandeltes Gußeisen« (VEB Deutscher 65 dampfungswärme an die Zusätze heranfließen und

Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, 1960, S. 141 mit ihnen in Reaktion treten und diese Zusätze in

bis 143) bekanntgewordenen kippbaren Behandlungs- Dampfform überführen, worauf die Dampfblasen der

gefäß bleibt in dessen dem Einfüllen mit Eisen- Zusätze durch die oberen Kammeröffnungen aus-