DE1921885A1

DE1921885A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Stueckmetallgemischen

Info

Publication number: DE1921885A1
Application number: DE19691921885
Authority: DE
Inventors: Bomberger Jun Howard Brubaker; Harold Kessler
Original assignee: RMI Co
Current assignee: RMI Co
Priority date: 1968-05-03
Filing date: 1969-04-29
Publication date: 1969-11-20
Also published as: DE1921885B2; CA920314A; FR2007760A1; DE1921885C3; GB1257355A

Description

"Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Stückaetallgemischen"

Die Erfindung befasst sich xit eines Verfahren und einer dazugehörigen Vorrichtung zur Umwandlung von vermischten Stücken oder Teilen eines Reaktionsmetalls in eine Form, die sich für Mischungen eignet und für die Herstellung einer Schmelze gebräuchlich ist.

CD O CO OO

Der hier verwendete Begriff "Reaktionsmetall" bezieht sich auf irgendein Metall, das in geschmolzenem Zustand sofort oxydiert, wenn es der Luft ausgesetzt wird. Beispiele hierfür sind Titan, Zirkonium, Hafnium und Legierungen, die sich auf einem dieser Metalle aufbauen. Das übliche Verfahren zur Herstellung von Masseln oder Brammen aus Reaktionsmetallen besteht darin, eine Schmelzcharge aus Schwämmeta11 vorzubereiten, das mit Schrott

Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

oder anderen kleinen Metallstücken sowie irgendwelchen Legierungszusätzen vermischt ist, um diese Charge zu schmelzen, wobei sie in einem mit einer aufbrauchbaren Elektrode ausgestatteten Ofen als Elektrode dient. Jedes Stück, das eine dichte Einlagerung enthält, beispielsweise eine Werkzeugspitze aus Karbid oder ein dickes Stück Molybdän, Wolfram oder Tantal, darf nicht mit in eine Schmelzcharge kommen, selbst wenn die Einlagerung oder der Einschluss sehr klein ist. Derartige Einlagerungen schmelzen nicht, sondern bleiben als hindernde Einschlüsse in der Massel bzw. in der Bramme und in den fertigen Teilen, die daraus hergestellt werden. Kleine Schrotteile, beispielsweise Drehspäne und Blechschnitzel, lassen sich in einer Schmelzcharge gut verwenden, vorausgesetzt, dass sie keine schädlichen Einschlüsse enthalten und in geeigneter Weise zusammengesetzt sind, so dass sie für die Massel oder Bramme brauchbar sind. Grössere Stücke, beispielsweise Knüppelenden, lassen sich zusammenschweissen, so dass sie eine Elektrode bilden. Die Verwendung folgender Teile bereitet Schwierigkeiten: 1. Stücke, die dichte Einschlüsse enthalten, 2. Stucke, die bezüglich ihrer Abmessung zu gross sind, um mit dem Schwämmeta11 vermischt zu werden, andererseits zu klein, um geschweisst zu werden und 3. der Abrieb aus einer Meta11Schwammanlage. Derartige Materialien werden zu einem Teil ihres Wertes als normales Schwämmetall verwendet.

Die Erfindung befasst sich nun mit einem Verfahren zur Umwandlung von vermischten Stücken eines Reaktionsmetalls in eine Form, die für die Herstellung einer Schmelzencharge brauchbar ist. Dieses Verfahren kennzeichnet sich dadurch, dass die Stücke einem Feuerraum zugeführt werden, der gegen Gase abgedichtet ist, die mit dem Metall reagieren, dass die Stücke dann in dem Feuerraum oder der Schmelzkammer geschmolzen werden, der geschmolzene Metallstrom aus der Schmelzkammer ausgetragen und zerteilt wird,

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und dass dann schliesslich die sich ergebenden zerteilten oder verstreuten Teilchen in Form von Kügelchen, Flocken oder Gemischen aus diesen Bestandteilen sich verfestigen.

Ausserdem wird erfindungsgemass eine Vorrichtung zur Umwandlung von vermischten Stücken aus. Reaktionsmetall in eine Form geschaffen, die sich zur Herstellung einer Schmelzencharge eignet. Diese Vorrichtung weist eine Kammer auf, aus der alle Gase beseitigt sind, die mit dem Metall reagieren, ferner eine in dem oberen Teil der Kammer angeordnete Schmelzkammer bzw. einen Feuerraum, in der Kammer vorhandene Mittel zum Schmelzen der in der Schmelzkammer befindlichen Stücke, wobei die Schmelzkammer mit einem Überlauf versehen ist, über den ein aus geschmolzenem Metall bestehender Strom ausgetragen wird_o In der Kammer ist unter dem Überlauf ein Verteilmechanismus angebracht, mit dem der Schmelzenstrom in Teile aufgeteilt wird, die sich in Form von Kügelchen, Flocken oder Mischungen dieser Körper verfestigen. Schliesslich sind an diese Kammer angeschlossene Mittel zum Aufsammeln dieser Kügelchen und Flocken vorhanden.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung, auf die sich die folgende Beschreibung bezieht, schematisch dargestellt.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. i eine senskreehte Schnittansicht einer erfindungsgemass aufgebauten Vorrichtung und

Fig. 2 eine waagerechte Schnittansicht längs der Linie II-II in Fig. i, die eine bevorzugte AusfUhrungsform eines zu der Vorrichtung gehörenden Verteuerndes zeigt.

Die neuartige Vorrichtung befindet sich in einer Kammer 10, aus der alle Gase entfernt werden, die mit dem Reaktions-

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metall reagieren, d.h. diese Kammer wird entweder evakuiert oder mit einem Inertgas gefüllt, beispielsweise mit Argon. Im oberen Teil der Kammer ist auf waagerechten Lagerzapfen 13, die sich durch in den gegenüberliegenden Seitenwinden, der Kammer befindliche Lager IA hindurch erstrecken, ein wassergekühlter Metallschmelzofen 12 befestigt, der vorzugsweise aus Kupfer besteht. Ausserdem ist ein Mechanismus 15 zum Kippen des Schmelzofens vorhanden, der mit dem einen Lagerzapfen ausserhalb der Kammer verbunden ist. Eine um den Schmelzofen geschlungene Wasserleitung 16 'dient zur Kühlung. Gemischte Stücke M eines Reaktionsmetalls werden -_; dem Schmelzofen von einem Bunker 17 über eine luftdichte Schurre 18, die sich durch die obere Wand der Kammer erstreckt, zugeführt. Der Bunker und die Schurre sind mit Vibratoren 19 und 20 ausgestattet. Die Schurre ist mit zwei Luftschleusen 21 und 22 versehen, von denen nur eine zu einem beliebigen Zeitpunkt offen sein kann. Die Vibratoren und Luftschleusen sind an sich bekannt und werden deshalb hier nicht im Detail gezeigt. Rohrleitungen 25 und 2k verbinden die Kammer und die Schurre zwischen den beiden Luftschleusen. Durch diese Rohrfeitungen werden die Kammer und die Schurre evakuiert oder mit Inertgas gefüllt. .

Die Vorrichtung ist mit einer Einrichtung zum Schmelzen der dem Schmelzofen 12 zugeführten Metallstücke ausgestattet. Die dargestellte Schmelzeinrichtung ist eine sich nicht verbrauchende Elektrode 26, die sich durch eine in ; der oberen Wand der Kammer iO befindliche Gasdichtung 27 bis in die Nähe des in dem Schmelzofen befindlichen Mate-* rials erstreckt. Die Elektrode kann aus irgendeinem geeigneten ,Material bestehen,, beispielsweise Kohlenstoff, _; . . Graphit, Wolfram,oder, wassergekühltem Kupfer. An dem einen Lagerzapfen I3 und an der_; Elektrode 26, sind Stromschienen , 28 und 29 angesehlosseii, mit denen elektrischer Strom zur Erzeugungeines Lichtbogens zuführbar ist, der die in dem Schmelzofen ,befind Ii cheji Me tall stücke in bekannter Weise

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schmilzt. Das geschmolzene Metall verfestigt sich an der Schmelzofenwand und bildet einen schalenförmigen Belag S, der ein Schmelzbad L aus flüssigem Metall enthält. Dichte bzw. harte Einschlüsse D in dem zugeführten Material schmelzen nicht, sondern sinken auf den Boden des Schmelzbades und werden dadurch von dem Produkt abgesondert. Auf der Elektrode wird über dem Schmelzofen vorzugsweise ein Hitzeschild 30 montiert, um dadurch die obere Wand der Kammer zu schützen. Selbstverständlich lassen sich auch andere Schmelzeinrichtungen verwenden, beispielsweise ein Elektronenstrahl, eine sich verbrauchende Elektrode aus dem gleichen Metall wie die Stücke M, eine Plasmabogenvorrichtung oder eine Hohlkathode.

Der Schmelzofen 12 besitzt einen Überlauf 33, von dem flüssiges Metall L zu einem darunter befindlichen Verteilermechanismus ausgetragen wird. Der Schmelzofen lässt sich auf seinen Lagerzapfen kippen, oder dem Metall wird nur das Überlaufen gestattet, während sich der Schmelzofen in senkrechter Lage befindet. Der gezeigte Verteilermechanismus weist einen Antriebsmotor 3^ auf, der sich unter dem Kammerboden 35 befindet, ferner eine senkrechte Welle 36, die sich von dem Motor durch eine in dem Boden vorhandene Gasdichtung 37 nach oben erstreckt sowie ein Metallrad 38, das vorzugsweise aus Kupfer besteht und auf dem oberen Ende der Welle befestigt ist. Wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist, besteht das Rad aus mehreren, einen Winkelabstand voneinander aufweisenden Sprossen 39 und ist an seinem Umfang zwischen den Sprossen geöffnet. Die senkrechte Abmessung des Rades beträgt am besten etwa 2,5 bis 38 cm, während als Durchmesser etwa 13 bis 152 cm gewählt werden. Die Drehzahl des Rades liegt etwa zwischen 100 und 3OOO Upm. Die Welle 36 und das Rad 38 sind vorzugsweise wassergekühlt, so dass ein kontinuierlicher Betrieb möglich ist. Zu diesem Zweck sind ein Wassermantel 40 sowie Zufuhr- und Abfuhrleitungen kl und k2 vorgesehen. Die Wärmemenge von kleinen Rädern wird durch die Welle

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abgeführt, während grössere Räder mit inneren Kühlleitungen versehen sein können. Der flüssige Metallstrom vom Schmelzofen 12 trifft auf das Rad zwischen seiner Achse und seinem Umfang auf, wie dies bei X in Fig. 2 angedeutet ist. Offensichtlich lassen sich auch mehrere Räder oder andersartige Verteilvorrichtungen verwenden.

Wenn der flüssige Metallstrom auf das Rad auftrifft, verteilen ihn die sich schnell bewegenden Speichen 39 mechanisch. Die sich ergebenden dispergierten Teilchen verfestigen sich schnell zu kleinen Kügelchen P, Flocken F, oder einer Mischung aus diesen beiden Körperformen. Der Kauaerboden 35 neigt sich von der Welle 36 weg und kann einen anderen gewöhnlichen Vibrationsförderer 45 tragen. Eine luftdichte Austrittsschurre 46 erstreckt sich an dem tiefen Punkt des Bodens 35 von der Kammer weg und dient zur Sammlung des Produkts. Das Rad 38 dreht sich in einer Richtung, in der die dispergierten Teilchen gegen die Austrittsschurre geworfen werden, wie dies durch den Pfeil in Fig. 2 angedeutet ist. Die Austrittsschurre ist mit einem anderen Vibrationsförderer 47 ausgestattet sowie mit zwei Luftschleusen 48 und 49. Zwischen den Luftschleusen ist an die Austrittschurre eine Rohrleitung 50 angeschlossen, durch die die Schurre evakuiert wird oder durch die Inertgas in die Schurre eingeleitet wird. Die Austrittsschurre wird vorzugsweise mit Wasser gekühlt, das durch die rund um die Schurre geschlungene Leitung 51 strömt.

Venn das Produkt ein Gemisch aus Kügelchen und Flocken ist, wird es vorzugsweise gesiebt, um die Kügelchen oder Kugeln von den Flocken zu trennen. Der Durchmesser der Kügelchen liegt im Bereich von etwa 0,25 und 6,35 ■», während die Flocken papierdünn sind und sich leicht in jede gewünschte Grosse brechen lassen. Sowohl die Kügelchen als auch die Flocken können schnell in eine Elektrode

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oder eine andere Schmelzencharge eingegeben werden, werden jedoch am besten getrennt verwendet. Falls Teile des zuee— führten Materials mit in den Zwischenräumen löslichem Sauerstoff, oder Stickstoff verunreinigt sind, so werden die verunreinigten Teile in der Produktmasse verteilt, wodurch die Verschmutzung auf ein annehmbares Mass gesenkt wird. In gleicher Weise wird, falls das Produkt während des Umwandlungsprozesses Verunreinigungen aufnimmt, beispielsweise Kohlenstoff, die Verunreinigung auf ein annehmbares Mass gesenkt, indem bei der Herstellung der Schmelzencharge dem Produkt neues Metall zugemischt wird.

Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, dass ein einfaches Verfahren mit zugehöriger Vorrichtung zum Umwandeln oder Aufbereiten von gemischten Teilen eines Reaktionsmetalls in eine Form geschaffen wird, die für die Herstellung einer Schmelzencharge brauchbar ist. Bisher waren viele derartige Stücke nicht verwertbar und wurden vergeudet. Somit löst die Erfindung in wirkungsvoller Weise das Problem der Verwendung wertvollen Materials, das sonst verlorengeht.

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Claims

Patentanmeldung: Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung

von Stückmetaligemischen.

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Umwandlung von gemischten Stücken eines Reaktionsmetalls in eine Form, die für die Herstellung einer Schmelzencharge brauchbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stücke (M) in einen Schmelzofen (12) gefördert werden, aus dem alle Gase, die mit dem Metall reagieren, entfernt worden sind, dass dann diese Stücke in dem Schmelzofen geschmolzen werden, dass aus dem Ofen ein Metallschmelzenstrom ausgetragen wird, dass dieser Strom zerteilt wird, und dass die sich ergebenden zerteilten oder dispergierten Teilchen in Form von Kügelchen (P), Flocken (F) oder Gemischen aus diesen Bestandteilen, sich verfestigen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stücke (M) durch einen elektrischen Lichtbogen geschmolzen werden, der zwischen den Stücken und einer sich nicht aufbrauchenden Elektrode gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschmelzenstrom mechanisch zerteilt

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Oppenauer Büro: PATENTANWALT DR. REINHOlD SCHMIDT

wird, indem er auf ein sich schnell drehendes Rad (38) trifft.

k. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3_t dadurch gekennzeichnet, dass kompakte Einschlüsse in den gemischten Stücken (M) im Schmelzofen (12) ungeschmolzen bleiben und dadurch nicht in den Kügelchen (P) und Flocken (F) auftreten.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis k_r gekennzeichnet durch eine Kammer (10), aus der alle Gase, die mit dem Metall reagieren, entfernt sind, einen im oberen Teil der Kammer (1O) getragenen Schmelzofen (12), eine Vorrichtung (17) zur Zufuhr der gemischten Stücke (M) in den Schmelzofen (12) i eine in der Kammer (10) vorhandene Vorrichtung (26) zum Schmelzen der Stücke in dem Schmelzofen, der einen überlauf'(33) zum Austrag eines Schmelzenstromes aufweist, ferner gekennzeichnet durch einen in der Kammer (io) unterhalb des Überlaufes (33) angebrachten Zerteilmechanismus (38), mit dem der Schmelzenstrom in Teilchen dispergierbar ist, die sich in Form von Kügelchen (P), Flocken (F) oder Gemischen aus diesen Bestandteilen verfestigen, und durch eine mit der Kammer (10) verbundene Einrichtung (46) zur Sammlung der KUgelchen und Flocken.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhrvorrichtung (17, 18) eine luftdichte, sich durch eine Wand der Kammer (1.0) erstreckende Schurre (18) sowie Luftschleusen und einen von der Schurre (18) getragenen Vibrationsförderer (20) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzeinrichtung (26) aus einer sich nicht aufbrauchenden Elektrode besteht, die sich durch die obere Wand der Kammer (10) erstreckt.

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8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zerteilmechanismus einen Motor (34) enthält, von dem aus sich eine Welle (36) nach oben erstreckt, an der ein Rad (38) auf einer senkrechten Achse drehbar befestigt ist, das aus einen Winkelabstand voneinander aufweisenden Sprossen (39) gebildet und an seinem Umfang zwischen den Sprossen (39) geöffnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelvorrichtung (46) eine sich von dem Boden (35) der Kammer (10) aus erstreckende Aus—

" tragsschurre sowie in dieser Schurre befindliehe Luftschleusen (48, 49) aufweist.

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