DE1911559U

DE1911559U - Vorrichtung zum einmischen von zusatzmaterialien in einen schmelzfluss von metallen.

Info

Publication number: DE1911559U
Application number: DEN16834U
Authority: DE
Original assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Current assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Priority date: 1963-10-15
Filing date: 1964-10-12
Publication date: 1965-03-11
Also published as: BE654357A; AT259605B; LU47081A1; CH439359A; US3514285A; DE1433594A1; NO115080B; GB1013077A; NL299266A; ES305141A1; US3357692A; ES309214A1; DK116453B

Description

RA. Off 7 393*28.1.65 ,

Nederlandse Organisatie voor 28,1.1965

Toegepast-lTatuurwetenschappelijk
Onderzoek ten behoeve Tan
ETijverheid, Handel en Yerkeer

Ή 16 854/18b Gbm

Vorrichtung zum Einmischen von Zusatzmaterialien in einen Schmelzfluß von Metallen

Die Neuerung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einmischen von Zusatzmaterialien in einen Schmelzfluß von Metall, wobei die Zusatzmaterialien einen niedrigeren Siedepunkt und/oder ein niedrigeres spezifisches Gewicht haben als die geschmolzenen Metalle, Insbesondere betrifft die Neuerung das Einmischen von Magnesium und dessen Vorlegierungen in geschmolzenes Gußeisen zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit,

Magnesium und verwandte Metalle ergeben beim Legieren viele Probleme, besonders weil z. B. Magnesium schon bei 650° schmilzt und bei 1120 siedet.

Nicht nur daß sie beim Einführen in einen Schmelzfluß mit einer höheren Temperatur vorzeitig verdampfen und oxydieren, bevor sie noch im Schmelzbad aufgenommen werden können, aber

ein« rSbtlichen Tntarüses gebührenfrei eingesehen wden.
f?Hmftegative zu den. üblichen Preisen gelrafert,

terlagen ab. Die rechtltf«.Bee» 9 ^ _H^._v

r^nefieh eingereichten Unterlagen befinden sich ,n d^A ^^^,.J,, _{auch Fcick},:_:; „ od

d üblih Preisen geirafert ^ -

weil sie wegen ihres eigenen niedrigen spezifischen Gewichts und wegen der Oberflächenspannung des flüssigen Metalls nur sehr schwer in das Bad hineindringen können und zum Teil zum Badspiegel zurückgeführt werden, während es noch besonders schwierig ist mit dem Teil, der schließlich im Bad aufgenommen worden ist, eine homogene Verteilung in den Gußstücken zu erzielen. Durch die schnelle Verdampfung und Oxydation besteht außerdem die Gefahr, daß größere Eisenmengen wegspritzen und dass Explosionen vorkommen, die, neben der Gefährdung des Bedienungspersonals, die Erzielung der gewünschten Zusammensetzung nahezu illusorisch machen.

Es sind schon viele Maßnahmen sur Beseitigung dieser Probleme vorgeschlagen worden» Das Zusatzmaterial kann auf den Boden einer Pfanne gelegt und das flüssige Metall darauf aufgegossen werden. In einer gefüllten Pfanne kann das Zusatzmaterial mit Hilfe einer Tauchglocke zugesetzt, mit einem schnell drehenden Schuppenrad kräftig auf das Bad geschleudert oder auf der Badeoberfläche ausgestreut und sehr intensiv eingerührt werden.

Weiter kann die Zufügung dadurch stattfinden, daß man beim Ausfüllen einer Pfanne das Zusatzmaterial aus großer Höhe auf ein flüssiges Metall fallen läßt oder es allmählich auf

oder in dem Strahl zufügt.

Bei diesen Methoden bedient man sich oft eines luftdicht abgeschlossenen Raums oder einer unter hohem Druck stehenden Schutzgasatmosphäre, um der Yerdampfung und der Oxydation Einhalt zu tun. leiter kann ein Gas auch als Träger der Zusatzmaterialien verwendet werden. So kann unvermischtes Magnesium nur auf einem Stickstoffstrom getragen ganz unten im Schmelzfluß oder in einem abgeschlossenen Raiun unter einem Druck von 4,5-7 Atmosphären ganz oben auf dem Schmelzfluß eingeführt werden.

Alle diese Methoden bringen ihre eigentümlichen, spezifischen Möglichkeiten aber auch ihre sehr großen Schwierigkeiten mit, zumal weil das Ausbringen der Behandlung oft so gering ist. Die beiden nachfolgend beschriebenen Beispiele von Vorrichtungen, die beim Einmischen von Zusatzmaterialien in einen Schmelzfluß verwendet werden, sind der neuerungsgemäßen Vorrichtung am ähnlichsten»

Es ist bereits eine Vorrichtung zum Einmischen von Aluminium in Roheisen bekannt. Diese Vorrichtung besteht aus einer oben abgeschlossenen, mittels eines Brenners zu erhitzenden Kammer, welche mit einer seitlichen Zufuhrleitung mit Syphon zum Aufrechterhalten eines konstanten, ruhigen Niveaus auf dem Kammerboden versehen ist. Im Boden ist eine Überlaufdüse

um einen zentralen Ausflußkanal angeordnet, der einen fließend verlaufenden Einlaufteil mit einem sich verkleinernden Querschnitt ' ': und an seiner unteren Seite eine ausgeweitete Mündung aufweist. Unter dieser Mündung ist ein Auffangbehälter mit einem seitlichen Auslauf vorgesehen. Dieser Auffangbehälter ist ebenfalls ringsumher geschlossen und wird mittels eines Brenners erhitzt. Durch den Deckel der Kammer ist eine Aufgaberutsche für das Zusatzmaterial vorgesehen, die- mit dem Ausflußkanal koaxial ist und bis an den Überlauf reicht. Der Schmelzfluß wird durch den Siphon zugeführt, um zu gewährleisten, daß sich immer ein im freien Pail fließender Hohlstrahl aus dem Ausflußkanal ergießt. In den Hohlraum dieses Strahls wird das Zusatzmaterial von der Aufgaberutsche her als ein im freien Pail fließender, unabhängiger Kernstrahl eingespeist, der sich erst weit unter der Mündung des Ausflußkanals, und zwar nahezu auf der Höhe des Badespiegels im Auffangbehälter, mit dem Hohlstrahl vereinigt. Diese Vorrichtung ist bei der Verwendung von Magnesium und dessen Vorlegierungen unbrauchbar, da sie wegen der Explosionen ernste Gefahren mit sich bringen»

Weiter ist noch eine Vorrichtung zum Vermischen von Blei mit Eisenlegierungen bekannt. Diese Vorrichtung ist einer Stahlpfanne zugeordnet, welche mit einem mittels einer Abstell™ stange abschließbaren Ausflußkanal versehen ist. Die Vor-

richtung "besteht aus einem Vorratshalter für das Zusatzmaterial, der an eine Bohrung in der Stoppstange anschließt, wobei die Bohrung sich in ein zylindrisches Aufgaberohr, das bis in den Ausflußkanal reicht, fortsetzt. Die Stoppstange kann auf einem konischen Sitz im Ausflußkanal abdichten, oder in einem gehobenen Stand einen ringförmigen Hohlstrahl flüssigen Metalls in den weiter zylindrisch gestalteten Auslaßkanal fließen lassen, wobei durch das Aufgaberohr ein Kernstrahl von Zusatzmaterial zugeführt werden kann.

Indem das Aufgaberohr aus wärmebeständigem und isolierendem Material hergestellt und der Stopfen an der oberen Seite mit einem AbSchlußorgan versehen wird, oder indem mit Hilfe eines G-ases oder der Luft in der Bohrung des Aufgaberohrs ein hoher Druck aufrechterhalten wird, soll vermieden werden, daß der Schmelzfluß aus dem Hohlstrahl in das Aufgaberohr hineindringt und darin einen Propfen aus festgefrorenem gesintertem Material bildet, der die weitere Zufuhr von Zusatzmaterial verhindert.

Diese Vorrichtung hat sich wegen des Auftretens von Explosionen bei der Verwendung von Magnesium und dessen Vorlegierungen ebenfalls als unbrauchbar erwiesen.

Zweck der Neuerung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die nicht mit den obenerwähnten Nachteilen behaftet ist und die völlig zuverlässig ist und dies auf längere Zeit bleibt. Dazu ist neuerungsgemäß im Boden der Vorratskammer für den Schmelzfluß eine Mündung mit einem Ausflußkanal vorgesehen, wobei der Kanal einen bis an die Mündung fließend verlaufenden, sich verkleinernden Querschnitt' nahezu ohne zylindrischen Teil aufweist, und ist ein zylindrisches Aufgaberohr für das Zusatzmaterial konzentrisch im Ausflußkanal angeordnet, dessen vorzugsweise abgeschrägter Unterrand unter der Mündung des Ausflußkanals herausragt»

Neuerungsgemäß wird der Unterrand vorzugsweise um mehr als ein Viertel des Mündungsdurchmessers des Ausflußkanals herausragen und beträgt der Durchmesser des Unterrands ungefähr die Hälfte des Mündungsdurchmessers.

Bei einer neuerungsgemäßen Vorrichtung entsteht ein im freien Fall fließender, geschlossener Hohlstrahl, der sich um den Unterrand des Aufgaberohrs zusammenzieht, ohne in dieses eindringen zu können. Dabei zeigt es sich, daß die Oberflächenspannung im Strahl groß genug ist, um die Drucksteigerung infolge des Verdampfens des Zusatzmaterials im Kernstrahl aufnehmen zu können, ohne daß der Strahl zerplatzt, während in Abwesenheit eines Kernstrahls das

flüssige Metall nicht in das Aufgaberohr eindringt und dieses verstopft.

Überraschend ist dabei die besonders homogene Verteilung, die im erhaltenen Schmelzbad und in den damit gegossenen Gußstücken entsteht.

Wenn der Unterrand des Aufgaberohrs aus irgendeiner Ursache bis weit unter dem gegebenen Wert abschleißt oder abbricht und auf nahezu gleichem Niveau mit der Mündung des Ausflußkanals zu liegen kommt, darm treten nahezu augenblicklich Verstopfungen und Explosionen auf, wodurch das Aufgaberohr aus dem Ausflußkanal herausgeschleudert v/ird.

Zur Vermeidung dieser Gefahr ist das Aufgaberohr vorzugsweise nachstellbar aufgehängt, so daß bei einem regelmäßig fortschreitenden Verschleiß der Unterrand immer auf die richtige Höhe zurückgebracht oder dort gehalten v/erden kann.

Die Neuerung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert:

Gemäß der Figur ist im Boden 1 der Vorratskammer, in die der Schmelzfluß hineingeführt wird, ein Mundstück 2 aus Graphit vorgesehen. Der Mundstückblock 2 ist mit einem Ausflußkanal 3 versehen, dessen Querschnitt sich nach unten hin allmählich verkleinert, wobei nahezu kein zylindrischer Abschnitt ausgebildet ist»

Ein Aufgaberohr 4 aus Graphit ist mit Hilfe eines Trägers 5 aus Graphit, der in den aufrechtstehenden Hocken 6 des Blocks 2 zentriert ist, konzentrisch im Ausflußkanal 3 aufgestellt. Zwischen den Hocken 6 und dem Träger 5 haben sich Tore 7 gebildet, durch die der Schmelzfluß aus der Vorratskammer in den Ausflußkanal 3 hineintreten kann,

Das Aufgaberohr 4 führt durch die Mündung 8 des Ausflußkanals 3 hindurch und der Unterrand 9 des Aufgaberohrs reicht über eine länge, die ungefähr einen Drittel des Durchmessers der Mündung 8 entspricht, an dieser Mündung vorbei und stößt somit in den in freiem Fall fließenden und sich frei zusammenziehenden Strahl 10 aus flüssigem Metall des Schmelzflusses hinein. Die Aufgaberutsche ist an ihrem Ende nach dem Unterrand hin an der Außenseite wie an der Innenseite abgeschrägt und der Durchmesser des Unterrands 9 beträgt dann die Eälfte des Durchmessers der Mündung 8.

-9-

Aus einem Vorratstrichter 11 fällt das Zusatzmaterial in das Aufgaberohr 4? das mit Hilfe eines um das Aufgaberohr vorgesehenen schweren Klemmhalters 12 auf der richtigen Höhe gehalten werden kann und dadurch zugleich gegen Auftreiben durch das Schmelzbad gesichert ist. Außerdem kann mit dieser Klemme die Länge des hinausragenden Teils geregelt werden, indem sie höher oder tiefer angesetzt wird.

In dem sich frei zusammenziehenden Hohlstralil 10 entsteht unter dem Unterrand 9 ein kegeliger Hohlraum 13, in welchem die niederfallenden Teilchen des Zusatzmaterials 14 abgefangen virer den, bevor sie in den Strahl 10, der nunmehr zu einem massiven Ganzen geworden ist, aufgenommen werden. Das Zusatzmaterial ist bis an den Hohlraum 13 von der direkten Strahlung des Schmelzflusses frei und bleibt kühl.

Bei einer Versuchsvorrichtung wurde ein Mündungsdurchmesser von 36 mm und ein Unterranddurchmesser von 18 mm, der ungefähr um 12 mm unter der Mündung 8 herausragte, verwendet, Bs erwies sich als möglich, mit dieser Vorrichtung eine Kapazität von 20 Tonnen/Stunde zu erzielen.

Bei Versuchen wurden 450 kg Gußeisen mit 3,7$ C - 1,2$ Si -0,3$ Mn weniger als 0,1$ P und 0,04$ S in die Vorratskammer der Vorrichtung eingeführt und mit 9 kg Perro-

-,10-

/f - 10 -

Silizium-Magnesium (30$ Mg) behandelt. Das Zusatzmaterial umfaßte 6 kg mit einer Korngröße von 0,4—5 mm und 3 kg mit einer Korngröße kleiner als 0,4 nun. Die Zusetzungstätigkeit beanspruchte 110 Sekunden und der Verlauf der Reaktion war nicht besonders heftig. Bei der Untersuchung von Probestücken, sowohl derjenigen, die sofort nach der Behandlung als derjenigen die nach einer Standzeit von 10 Minuten gegossen wurden, ergab es sich, daß in allen Probestücken eine völlig homogene, kugelförmige Ausscheidung des Graphits entstanden war.

Bei einem anschließenden Versuch wurden 300 kg Gußeisen derselben Zusammensetzung mit 4,3 kg eines Gemisches von Fe-Si-Mg-Körnern und reinem Magnesium behandelt. Hiervon war ungefähr 1,3 kg reines Magnesium. Die Behandlung beanspruchte 60 Sekunden und die Reaktion hatte einen etwas heftigeren Verlauf. Auch hierbei war der Graphit völlig kugelförmig und regelmäßig verteilt ausgeschieden worden.

Hiernach wurdei 340 kg Gußeisen mit 4,45 kg Zusatzmaterial behandelt, wobei 3/4 der insgesamt benötigten Menge an Fe-Si-Mg durch reines gekörntes Magnesium ersetzt worden war. Die Behandlung dauerte 83 Sekunden und die Pieaktion war, wie zu erwarten, heftiger als bei den vorhergehenden Versuchen. Is spritzte jedoch kein Eisen aus der Pfanne heraus, in die es von der Vorratskammer her hineingegossen

-11-

~ 11 -

wurde, und der Strahl blieb geschlossen. Der Graphit wurde wiederum völlig kugelförmig ausgeschieden.

Bei einer Wiederholung dieses Yersuchs wurde dasselbe Resultat erzielt.

Schließlich wurde ein Versuch bei einer Temperatur von etwa 1425 C mit 450 kg Gußeisen und 5?1 kg reinem gekörntem Magnesium durchgeführt. Die Behandlung beanspruchte 65 Sekunden. Es spritzte ein wenig Eisen aus der Pfanne heraus, aber gewiß innerhalb der Grenzen des Zulässigen, Der Graphit wurde praktisch ganz in der Kugelform abgeschieden mit nur wenigen krabbenförmigen Ausscheidungen.

Bei Versuchen mit einer Vorrichtung, wobei ein Verlängerungsstück mit einer Länge von 40 mm unter der Mündung 8 mit einem Querschnittsverlauf des Ausflußkanals konform mit dem sich zusammenziehenden Strahl vorgesehen war und somit keine freie Zusammenziehung auftrat, wurde das Aufgaberohr bei Verwendung von Ferrosilizium zugesintert. Mit Magnesium wurde das Rohr ebenfalls verstopft,aber gleich darauf wurde die Vorrichtung von einer Explosion zerschlagen.

Bei einer Vorrichtung, wobei ein zylindrisches Verlängerungsstück von 40 mm unter der Mündung 8 konform der gestrichelten Linie in der Figur vorgesehen war, traten bei Verwen-

^ 12 -

dung von Magnesium eine Anzahl kleinerer Explosionen auf, die sowohl das flüssige Metall als auch die Magnesiumkörner weit wegschleuderten, während das Aufgaberohr danach zum Teil zugesintert war.

Wie durch Versuche "bestätigt wurde, können mit der neuerungsgemäßen Vorrichtung auch andere Zusatzmaterialien mit Erfolg in einen Schmelzfluß eingemischt werden.

-13-

Claims

RA. 0^7 393*28.1.65 Schutzansprüche

1. Torrichtung zum Einmischen von Zusatzmaterialien in einen Schmelzfluß von Metall, wobei die Zusatzmaterialien einen niedrigeren Siedepunkt und/oder ein niedrigeres spezifisches Gewicht haben als die geschmolzenen Metalle, insbesondere zum Einmischen von Magnesium und dessen Vorlegierungen in geschmolzenes Gußeisen zur Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit, die ein Mundstück mit einem Ausflußkanal im Boden der Vorratskammer für den Schmelzfluß und ein an einen Vorratbehälter für Zusatzmaterial anzuschließendes Aufgaberohr aus wärmebeständigem Material aufweist, das koaxial zum Ausflußkanal angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausflußkanal (3) einen bis an die Mündung fließend verlaufenden, sich verkleinernden Querschnitt nahezu ohne zylindrischen Teil aufweist und ein zylindrisches Aufgaberohr (4) für das Zusatzmaterial konzentrisch im Ausflußkanal (3) angeordnet ist, dessen Unterrand (9) unter der Mündung (8) des Ausflußkanals herausragt.

2, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterrand (9) um mehr als ein Viertel des Mündungsdurchmessers des Ausflußkanals (3) herausragt«

3. Yorrichtung nach Anspruch 1 oder 2_S dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Unterrands (9) ungefähr die Hälfte des Mündungsdurchmessers (8) beträgt.

4· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterrand (9) des Aufgaberohrs (4) abgeschrägt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufgaberohr (4) an der Außenseite abgeschrägt ist,

6« Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufgaberohr (4) nachstellbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche _} dadurch gekennzeichnet, daß sie zum Teil aus G-raphit hergestellt ist.