DE1912295B2 - Verfahren zum kontinuierlichen einfuehren eines kornverfeinerungs- oder legierungsmittels in geschmolzene metalle - Google Patents
Verfahren zum kontinuierlichen einfuehren eines kornverfeinerungs- oder legierungsmittels in geschmolzene metalleInfo
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- C21C7/0056—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00 using cored wires
Description
gung des Stromes in der Rinne eine derart gute Vermischung
der Legierungsbestandteile in der Metallschmelze bereits schon in der Rinne erzielt werden
kann, so daß sich ein nachgesdnlteter Mischer in jedem
Falle erübrigt, ist für den Fachmann aus dieser Druckschrift nicht erkennbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zum kontinuierlichen Einführen eines
Kornverfeinerungs- oder Legierungsmittels in geschmolzene Metalle zu schaffen, welches die bisher aufgetretenen
Probleme vermeidet und eine gleichmäßige Verteilung des Behandlungsmittels oder eines seiner
Bestandteile über das gesamte Metall, dem es zugeführt wird, sichert.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gckennzeichnet,
daß zur Erzielung einer vollständigen Verteilung des Behandlungsmittels in dem in dem rinnenartigen
Durchgang fließenden Metallstrom der stangenförmige Vorrat so nahe wie möglich an der Ursprungsstelle
des Stromes in dem rinnenartigen Durchgang schräg stromaufwärts und mit einem solchen
Querschnitt in den Strom eingeführt wird, daß eine deutliche Störung des Strömungsbildes des Metallstromes
ohne eine Beeinträchtigung der Geschlossenheit des Stromes bewirkt wird, und der verengte rinnenartige
Durchgang im Anchluß an die Einführungsstelle ausreichend lang gehalten wird, um die Störung des Flusses
mit Hilfe der Seitenwände bis zur gleichmäßigen Verteilung des Behandlungsmittels im ge chmolzenen
Metall aufrechtzuerhalten.
Die Stange wird nicht schneller nachgeführt als sie von dem fließenden geschmolzenen Metall in dem
Durchgang verbraucht wird, und das erhaltene erfindungsgemäß behandelte geschmolzene Metall fließt anschließend
in eine Gießzone. Wird die Vorlegierung in das geschmolzene Metall, das in dem Durchgang mit
einer vorbestimmten Geschwindigkeit fließt, eingeführt, dann enthält das in die Gießzone einfließende
geschmolzene Metall einen vorbestimmten gleichmäßig in diesem verteilten Antei! an dem Behandiungsmittel.
Die geschmolzenen Metalle, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden können,
umfassen im wesentlichen reine Metalle und deren Legierungen, so z. B. Aluminium, Zink, Kupfer, Eisen, Nikkel
u. dgl., welche gegossen werden können oder sollen.
Für die Durchführung der Erfindung brauchbare Vorlegierungen sind im allgemeinen solche, die als verträglich
mit dem geschmolzenen Metall, dem sie zugesetzt werden, bezeichnet werden können. Der als Behandlungsmittel
dienende Bestandteil der Vorlegierung kann jedes Metall, jede Legierung oder intermetallische
Verbindung sein, die beim Zusatz zu dem geschmolzenen Wirtsmetall oder der Wirtslegierung dessen
bzw. deren Modifizierung in der gewünschten Weise verursacht. Die für die obenerwähnten Metalle und
Legierungen bisher allgemein verwendeten Kornverfeinerungs- und Legierungsmittel sind für die Durchführung
der Erfindung brauchbar. Diese Mittel umfassen Bor, Titan, Zirkonium, Niob, Tantal sowie Titan-, f>o
Zirkonium, Niob- und Tantalboride und sind in einem Grundmetall in Mengen von im allgemeinen nicht mehr
als etwa 10 Gewichtsprozent enthalten. Repräsentative Vorlegierungen dieser Art auf Aluminiumbasis sind beispielsweise:
Aluminium mit 0,5 bis 5% Bor, Aluminium 6^
mit 2 bis 10% Titan oder Zirkonium oder insgesamt an beiden und Aluminium mit 0,1 bis 5% Bor, 2 bis 10%
Titan oder Zirkonium oder insgesamt an beiden. Ähnliche Kornverfeinerungsmittel können außer für ihr
Grundmittel auch für die Kornverfeinerung von anderen Metallen als Aluminium verwendet werden. Für
Kupfer, Messing und Bronze können aber auch zusätzliche Mittel, wie etwa Vorlegierungen, die Mangan und
Eisen enthalten, verwendet werden. Alle diese Behandlungsmittel sind für Stahl und Nichteisenmetalle nicht
nur für die Kornverfeinerung, sondern allgemein für Legierungszwecke verwendbar. Die Zusammensetzung
der Vorlegierung sollte natürlich so gleichmäßig wie möglich sein, um die maximale Auswirkung der durch
die Erfindung erzielten gleichmäßigen Verteilung des Kornverfeinerungsmittels über das geschmolzene
Wirtsmetall zu erhalten.
Das zugesetzte Mittel wird in Form eines festen, stangenförmigen Körpers, d. h. in Form von Stangen,
Drähten, Barren, Bändern u.dgl. wie sie durch herkömmliche Verfahren, wie direkten Kokillenguß, kontinuierliches
Gießen, Strangpressen, Walzen oder Walzen und Ziehen, geformt sind, nachgeführt. Der Querschnitt
des stangenartigen Körpers kann kreisförmig, oval, quadratisch, länglich u. dgl. sein, muß aber eine
wesentliche Behinderung des Flusses des geschmolzenen Metallstromes bieten, um eine deutliche Störung
des Flusses zu bewirken. Der Durchmesser oder maximale Querschnitt dieser stangenförmigen Körper liegt
im allgemeinen vorteilhafterweise im Bereich von etwa 3 bis 12 mm, kleinere und größere Größen können jedoch
ebenfalls wirkungsvoll verwendet werden. Die wirkliche Größe wird durch die Geschwindigkeit bestimmt,
mit welcher die Vorlegierung in das geschmolzene Metall eingebracht werden soll. Stangen oder
stangenförmige Drähte mit einem relativ geringen Durchmesser sind für jede vorbestimmte Nachschubgeschwindigkeit
bevorzugt, um ein maximales Verhältnis von Oberfläche zu Masse für den wirkungsvollsten
Verbrauch der Vorlegierung in dem strömenden geschmolzenen Metall zu bieten. Die Stangen können
jede herkömmliche Länge haben, so z. B. Abschnitte von 150 m Länge sein, die auf einen Haspel aufgewikkclt
sind. Es können aber auch einzelne Abschnitte End zu End verschweißt werden, um eine tatsächlich endlose
Stange zu erhalten, was für den Nachschub des Behandlungsmittels in dem kontinuierlichen Gießbetrieb
besonders erwünscht ist.
Zur Überführung des geschmolzenen Metalls von einem Warmhalteofen in eine Gießzone wird gewöhnlich
eine Gießrinne verwendet. In einem solchen Fall wird die stangenförmige Vorlegierung dem durch diese
Rinne als verengten rinnenartigen Durchgang fließenden geschmolzenen Metall erfindungsgemäß zugeführt.
Wegen des Problems eines möglichen Absetzens und einer hierdurch bedingten Absonderung des Behandlungsmittels
oder einer seiner Komponenten in dem in der Gußform befindlichen Metall ist es ständige Praxis,
die Temperatur des geschmolzenen Metalls in dem Warmhalteofen oder der Gießpfanne so nahe wie möglich
am Verfestigungspunkt des Metalls zu halten und somit den Grad an Überhitzung in dem Metall beim
Gießen zu begrenzen. Dementsprechend wird die Stange oder der stangenförmige Draht aus der Vorlegierung
erfindungsgemäß in die heißeste Zone des Stromes aus dem geschmolzenen Metall eingeführt. Dies ist
im allgemeinen die Zone, die der Ausgabestelle des geschmolzenen Metalls aus dem Warmhalteofen oder der
Vorratspfanne am nächsten ist. Zusätzlich zu dem Vorteil der in dieser Zone zum Schmelzen des Grundmetall-Bestandieils
der Vorlegierung zur Verfugung ste-
henden größeren Wärme wurde gefunden, daß diese Zone häufig diejenige ist, die sich durch den größten
Grad an Strömung bzw. Durchwirbelung auszeichnet und daher zum Verbrauch und der sorgfältigen Vermischung
der Vorlegierung in dem geschmolzenen Metall 5 am meisten beiträgt. Die EJewegung des geschmolzenen
Metalls beim Durchfluß durch den restlichen Teil der Rinne oder durch sich an einen Verteilerbehälter anschließende
Rinnenverzweigungen der oben beschriebenen Art bewirkt und erhält weiterhin eine sorgfältige
und gleichförmige Verteilung des Behandlungsmittels in dem geschmolzenen Metall bei seinem Einfluß in die
Gießzone.
Die erfindungsgemäße Einführung des stangenförmigen Vorrats in Richtung schräg stromaufwärts fördert
in besonders günstiger Weise die Störung des Flusses des geschmolzenen Metalls und erhöht dessen Bewegung
in der Rinne, ohne eine abreißende Turbulenz zu ergeben. Wie aus der Figur der Zeichnung ersichtlich
ist, wird die Stange 1 durch die offene Oberseite der Rinne 2 und in Richtung auf die Quelle 3 des Stromes 4
eingeführt. Auf diese Weise wird der relativ stumpfe Querschnitt der Stange dem Strom des geschmolzenen
Metalles dargeboten und verursacht eine deutliche Störung in dessen Strömungsbild. Der Teil der stangenförmigen
in das geschmolzene Metall eingetauchten Masse des Behandlungsmittels direkt in Flußrichtung hinter
dessen vorderem Ende neigt durch Oberflächenspannung zwischen dem geschmolzenen Metall und der
Stange dazu, das fließende geschmolzene Metall in Kontakt mit der Stange zu halten, und zwar für einen
wesentlichen Abstand in Flußrichtung hinter der Störung, die durch ihr vorderes Ende verursacht wird, und
wirkt somit einer Tendenz der Störung zur Verursachung eines Zerreißens der Ganzheit des Stromes entgegen.
Die Seitenwände der Rinne engen den Fiuß des Stromes hinter dem Zugabepunkt des Mittels ein und
tragen zur Aufrechterhaltung des gestörten Flusses und der erfindungsgemäß oberhalb erzeugten Vermischung
über die gesamte Länge der Rinne bei. Erfindungsgemaß ist ein gestörter Fluß erforderlich, da er die Wirbelbewegung
innerhalb des eingeengten Stromes fördert und eine gleichförmige Verteilung des Behandlungsmittels
über das gesamte Wirtsmetall sichert. Andererseits ist ein abreißender Fluß, in dem die Ganzheit
des Stromes deutlich beeinträchtigt ist, beispielsweise durch Aufbrechen in kleinere Ströme, zu vermeiden, da
er die Auflösung von einem oder mehreren Komponenten der umgebenden Atmosphäre in dem geschmolzenen
Metall fördert Die Bildung und Aufrechterhaitung eines einzelnen zusammenhängenden Stromes aus
dem geschmolzenen Metall von der Eingießstelle über die Zugabestelle bis zur Gießzone ist somit erfindungsgemäß
möglich.
Die stangenförmige Vorlegierung kann mit Hilfe von Zuführungseinrichtungen der Art, wie sie zum Nach
schub von Schweiß- oder Lötdraht für einen Schweiß· oder Lötvorgang verwendet werden, leicht in der
Strom des geschmolzenen Wirtsmetalls eingeführt wer· den. Die Zuführgeschwindigkeit ist dabei vorteilhafter
weise varrierbar, so daß der Nachschub der Vorlegie· rung in das geschmolzene Metall genau bemessen wer
den kann. Falls erwünscht, kann die Zuführeinrichtung auch ein Vorheiz-Element enthalten, so z. B. eine elek
trische Induktionsspule, die die stangenförmige Vorle gierung nahe an der Stelle der Einführung in den Strom
des geschmolzenen Metalls umgibt.
Weitere Erläuterungen der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden Beispiel für die Durchführung der
Erfindung.
Eine Stange mit einem Durchmesser von 9,5 mm, au: einer Vorlegierung, die aus 5 Gewichtsprozent Titan, t
Gewichtsprozent Bor und dem Rest an Aluminium zusammengesetzt ist, wurde mit einer Zuführgeschwindigkeit
von 38,7 cm Länge pro Minute in einen einzelnen zusammenhängenden Strom von geschmolzenem
Aluminium, der in einer abwärts geneigten Gießrinne mit einer Durchflußmenge von 190 kg pro Minute floß
eingeführt. Die Stange wurde in den Anfang des Stromes schräg stromaufwärts gerichtet eingeführt, so daß
sich ihr Ende so nahe wie möglich an der Einflußstelle in die Rinne befand. Das geschmolzene Metall wurde
aus einem Ofen mit einer Temperatur von etwa 750° C zugeführt. Die Temperatur des geschmolzenen Metalles
an der Einführungsstelle der Stange der Vorlegierung betrugt etwa 7000C. Durch die Bewegung des geschmolzenen
Metalles bei dieser Temperatur wurde die Stange aus der Vorlegierung vollständig, und zwar so
schnell verbraucht, wie sie der Rinne zugeführt wurde Der gestörte, aber nicht turbulente Strömungsverlaul
des so behandelten geschmolzenen Metalles, das bei der Bewegung entlang des restlichen Teils der Rinne
bis zur Gießzone von den Wänden zurückgedrängl wurde, führte zu einem Gußmetall mit einem Gehalt
von 0,002 Gewichtsprozent Titan als Kornverfeinerungsmittel in Form von Titandiborid und Titan-Aluminium
(TiAb), das sorgfältig und gleichförmig über der gesamten Aluminiumguß unter Erzielung der angestrebten
Kornverfeinerung verteilt war.
Das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung liegt daher in der Steuerung des Kornwachstums und der Legierungsbildung.
Das erfindungsgemäße Verfahrer kann aber auch angewendet werden, um das selbe oder
andere Metalle oder intermetallische Verbindungen von verschiedenartigen Metallen und Elementen in ein
geschmolzenes Metall einzuführen, beispielsweise, um das Metall beim Kokillenguß zu kühlen und somit eine
Rißbildung des Gusses bei hohen Gußdurchsätzen zu vermeiden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Verfahren zum kontinuierlichen Einführen feines Kornverfeinerungs- oder Legierungsmittels in
geschmolzene Metalle, bei dem das geschmolzene Metall aus einer Vorratsquelle in einen verengten
rinnenartigen Durchgang unter Bildung eines durch den Durchgang und von dort in eine Gießzone fließenden
Stromes gegossen wird und gleichzeitig in jo lien in dem Durchgang fließenden Metallstrom ein
fester stangenförmiger Vorrat eines metallischen Behandlungsmittels für das geschmolzene Metall in
Wim Metallstrom geneigter Lage eingeführt wird, und die Einführungsgeschwindigkeit des Behändlungsmittels
nicht größer ist als sein Verbrauch im Metallstrom, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer vollständigen Verteilung
des Behandlungsmittels in dem in dem rinnenartigen Durchgang fließenden Metallstrom der stangenförmige
Vorrat so nahe wie möglich an der Ursprungsstelle des Stromes in dem rinnenartigen
Durchgang schräg stromaufwärts und mit einem solchen Querschnitt in den Strom eingeführt wird,
daß eine deutliche Störung des Strömungsbildes des Metallstromes ohne eine Beeinträchtigung der Ge
schlossenheit des Stromes bewirkt wird, und der verengte rinnenartige Durchgang im Anschluß an
die Einführungsstelle ausreichend lang gehalten wird, um die Störung des Flusses mit Hilfe der Seitenwände
bis zur gleichmäßigen Verteilung des Behandlungsmittels im geschmolzenen Metall aufrechtzuerhalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des stangenförmigen
Behandlungsmittels im Bereich von etwa 3 bis 13 mm liegt.
40
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Einführen eines Kornverfeinerungs- oder Legierungsmittels
in geschmolzene Metalle, bei dem das geschmolzene Metall aus einer Vorratsquelle in einen
verengten rinnenartigen Durchgang unter Bildung eines durch den Durchgang und von dort in eine Gießzone
fließenden Stromes gegossen wird und gleichzeitig in den in dem Durchgang fließenden Metallstrom
ein fester stangenförmiger Vorrat eines metallischen Behandlungsmittels für das geschmolzene Metall in
zum Metallstrom geneigter Lage eingeführt wird, und die Einführungsgeschwindigkeit des Behandlungsmittels
nicht größer ist als sein Verbrauch im Metallstrom.
Bei einem gegenwärtig bevorzugten Verfahren zum Einführen eines Kornverfeinerungsmittels in ein Metall,
wie Aluminium und seine Legierungen, wird eine Vorlegierung auf Aluminiumbasis, die das Kornverfeinerungsmittel
enthält, dem geschmolzenen Aluminium oder der Aluminiumlegierung in einem Warmhalteofen
oder einer Gießpfanne zugesetzt. Das Kornverfeinerungsmittel ist ein in Aluminium unlösliches Metall,
eine Legierung oder eine intermetallische Verbindung, die bei gleichmäßiger Verteilung in dem geschmolzenen
Aluminium fest bleibt (oder sich vor dem Alumini- ί·5
um verfestigt) und das Aluminium veranlaßt, bei dessen Verfestigung in feiner Korngröße zu kristallisieren. Um
dieses Ergebnis zu erzielen, muß das Kornverfeinerungsmittel, das im Vergleich zum geschmolzenen
Wirtsmetall in sehr geringen Mengen zugesetzt wird, nicht nur anfänglich im gesamten geschmolzenen Metall
gut verteilt sein, sondern in diesem auch gut verteilt bleiben, bis sich das geschmolzene Wirtsmetall verfestigt.
Zur Erzielung einer guten anfänglichen Verteilung eines Kornverfeinerungs- oder Legierungsmittels wurde
bisher eine Aluminium-Vorlegierung verwendet, die das Mittel in gleichmäßiger Verteilung in der Aluminiumbasis
enthielt. Wird diese Vorlegierung einer Masse des geschmolzenen Aluminiums vor dem Gießen in fester
Form zugesetzt, dann schmilzt der feste metallische Aluminiumbestandteil der Vorlegierung und setzt
das Kornverfeinerungs- oder Legierungsmittel frei. Um eine gleichmäßigere anfängliche Verteilung des Behandlungsmittels
über das gesamte geschmolzene Aluminium zu erzielen, wurde die Vorlegeirung bisher in
relativ kleinen aufgeteilten Massen zugesetzt. Je kleiner jedoch diese einzelnen Teilchen sind, desto mehr durch
Luftoxydation gebundenen Sauerstoff enthalten sie. Je größer andererseits die Teilchen sind, desto mehr neigen
sie dazu, sich am Boden der Masse aus geschmolzenem Aluminium abzusondern.
Es wurden bisher auch einige Vorschläge gemacht, ein Metall in einen Strom eines anderen geschmolzenen
Metalls einzuführen. Bei diesen Vorschlägen wurde das Fremdmetall entweder absichtlich oder unabsichtlich
in einer solchen Zusammensetzung oder einer solchen Weise zugesetzt, daß ein Zerreißen des Stromes
verursacht wurde. Bei vielen Gießverfahren wird eine solche Turbulenz, wie sie durch das Zerreißen des Metallstromes
hervorgehoben wird, als untragbar oder mindestens unerwünscht angesehen, da sie die Auflösung
der umgebenden Atmosphäre oder mindestens einer ihrer Bestandteile in dem geschmolzenen Metall
fördert.
In E. Herrmnn, »Handbuch des Stranggießens<-, 1958, S. 331, ist unter Hinweis auf die deutsche Patentanmeldung
Sch 8224 ausgeführt, daß bei der Herstellung von Blöcken aus Aluminiumlegierungen eine
gleichmäßige Verteilung von tiefschmelzenden Legierungskomponenten dadurch ereicht werden kann, daß
die Legierungsbestandteile entweder in fester oder in flüssiger Form der zufließenden Schmelze in der Gießrinne
oder in dem flüssigen Gießkopf zugeführt werden, wobei in den Lauf der Metallschmelze vorzugsweise
ein Mischer mit gegenläufigen Wendeln eingeschaltet wird.
Bei der in der Patentanmedlung Sch 8224 schematisch dargestellten Ausführungsform wird eine Legierungsschmelze
oder ein Legierungsdraht in die durch ejne Gießrinne strömende Metallschmelze schräg in
deren Strömungsrichtung eingeführt, nachdem sie etwa die Hälfte der Länge der Gießrinne durchflossen hat.
Im Anschluß an die Gießrinne ist dann stets der Mischer vorgesehen. Daraus läßt sich folgern, daß das
Einführen fester Legierungsbestandteile in die durch die Gießrinne strömende Schmelze in Form eines
Drahtes zwar ausreicht, die gewünschte Menge an Legierungsmetall abzuschmelzen, nicht aber, um auch
eine gleichmäßige Verteilung in der Schmelze zu erzielen. Deshalb ist noch ein Mischer mit vorteiihafterweise
gegenläufigen Wendeln nachgeschaltet, um eine Gewähr für ein ausreichendes Durchmischen zu haben.
Daß durch geeeignetes Abstimmen von Strömungsgeschwindigkeit der Metallschmelze, Art der Einführung
und Form des festen Legierungsmetalls sowie Einen-
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NL6803537 | 1968-03-13 | ||
NL6803537 | 1968-03-13 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1912295A1 DE1912295A1 (de) | 1969-10-02 |
DE1912295B2 true DE1912295B2 (de) | 1976-04-08 |
DE1912295C3 DE1912295C3 (de) | 1976-12-02 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3618510A1 (de) * | 1985-06-21 | 1987-01-02 | Centro Speriment Metallurg | Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen behandlung schmelzfluessigen metalls |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3618510A1 (de) * | 1985-06-21 | 1987-01-02 | Centro Speriment Metallurg | Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen behandlung schmelzfluessigen metalls |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1912295A1 (de) | 1969-10-02 |
FR2003824A1 (de) | 1969-11-14 |
GB1244082A (en) | 1971-08-25 |
NO124317B (de) | 1972-04-04 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
SH | Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971 | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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