DE1921885C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Umformung von stückigem Reaktionsmetall in Form von Metallschrott unterschiedlicher Form und Größe - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Umformung von stückigem Reaktionsmetall in Form von Metallschrott unterschiedlicher Form und GrößeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Umformung von stückigem Reaktionsmetall in Form von Metallschrott unterschiedlicher Form
und Größe, der mit Einschlüssen höherer Dichte versehen ist, in eine zum Aufschmelzen geeignete Zwischenproduktform
unter Schutzgasatmosphäre oder Vakuum in einem Schmelzofen, dem der Metallschrott in Stückform
zugeführt wird, und dessen Wände zur Bildung eiper das Schmelzbad umschließenden Metallhaut gekühlt
werden.
Bei einem bekannten Verfahren dieser Art wird der in den Schmelztiegel gefüllte Metallschrott zunächst
mit Hilfe von nicht aufbrauchbaren Elektroden verflüssigt, worauf während der Evakuierung des Ofens auf
eine aufbrauchbare Elektrode umgeschaltet wird. Danach werden die Elektroden zurückgezogen, und der
Schmelztiegel wird gekippt, so daß sich sein schmelzflüssiger Inhalt kurzfristig entleert (Transactions of the
8lh National Vacuum Symposium, Vol. 2, S. 737 bis 743).
Es handelt sich also hierbei um ein Verfahren, das den Nachteil hat, daß sich während des Schmelzvorganges
schwerschmelzende oder unschmelzbare Bestandteile des Reaktionsmetalls am Boden des Schmelztiegels absetzen
und dann bei jeder Entleerung des Tiegels zumindest teilweise zusammen mit der Schmelze in die
Gießform abgefüllt werden, so daß zwar die schwerschmelzenden oder unschmelzbaren Bestandteile des
Reaktionsmetalls aussedimentieren, jedoch die später agefüllte Metallschmelze solche Bestandteile als Verunreinigung
wieder enthält.
Es ist des weiteren bekannt, Reaktionsmetalle, also Metalle, die in geschmolzenem Zustand unter Lufteinfluß
oxydieren, wie beispielsweise Titan, Zirkonium, Hafnium und deren Legierungen, unter Luftabschluß
aufzuschmelzen und danach den Schmelztiegel durch Kippen in eine darunter befindliche Gießform zu entleeren.
(Gießerei, 1956, S. 450.) Auch hierbei handelt es sich jedoch um einen diskontinuierlichen Prozeß, bei
dem darüber hinaus nicht verhindert wird, daß die während des Schmelzvorgangs nicht mitgeschmolzenen
Metallteile beim Vergießen der Schmelze beispielsweise zu Brammen bei der späteren Weiterverarbeitung
der Brammen stören, da sie eine Schmelztemperatur erfordern, die wesentlich über derjenigen des eigentlichen
Brammenmaterials liegt, wenn verhindert werden soll, daß diese ursprünglich nicht mitaufgeschmolzenen
Teile als Fremdkörper in das Fertigprodukt gelangen und dessen Homogenität erheblich beeinträchtigen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, das Verfahren der genannten Art so verbessern, daß
beim Aufschmelzen von stückigem Rekationsmetall in Form von Metallschrott unterschiedlicher Form und
Größe und Zusammensetzung die auf Grund ihrer höheren Dichte nicht mitschmelzenden Einschlüsse kontinuierlich
aus der Schmelze entfernt werden und dadurch die Herstellung eines Zwischenprodukts befriedigender
Homogenität ermögichen, das eine zum Aufschmelzen geeignete Form erhält.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Metallschrott zum Schmelzen kontinuierlich
einem Schmelzofen zugeführt wird und daß die Verweilzeit der Schmelze im Bad ein Sedimentieren
der ungeschmolzenen Einschlüsse höherer Dichte und
damit eine Reinigung der Schmelze von solchen ungeschmolzenen Einschlüssen ermöglicht, bevor die
Schmelze mittels eines Überlaufs aus dem Ofen entfernt und mechanisch zu Tropfen zerteilt wird, die als
erstarrte Teilchen in Form von Pellet:, oder Flocken mit frischem Meta!! vermischt und zusammen mit diesem
aufgeschmolzen und zu Brammen vergossen werden. Dadurch, daß die gereinigte Metallschmelze mit
Hilfe eines Überlaufs kontinuierlich aus dem Ofen entfernt wird und die nicht schmelzbaren Bestandteile des
Mtallschrens am Boden des Ofens verbleiben und erst nach Beendigung des Verfahrensablauis durch Kippen
des Ofens aus diesem entfernt werden, ist sichergestellt, daß die mit Hilfe des Überlaufs aus dem Boden abgezogene
Schmelze den gewünschten Reinheitsgrad aufweist und danach in Pellets oder Flocken erstarren
kann, die sich mit frischem Metall, also keinem Schrottmetall, vermischen und zusammen mit diesem aufschmelzen
lassen, um erst dann in die Gießformen vergossen zu werden.
Die Abkühlung der Schmelzofenwände führt dabei zum Aufbau einer Haut ai>f der Oveninnewand, auf die
sich die sedimentierten, nicht aufgeschmolzenen Einschlußteilchen absetzen. Die Ofenkühlung, die beispielsweise
mit Wasser erfolgen kann, dient darüber hinaus dazu, eine Verunreinigung der flüssigen Reaktionsmetallschmelze
durch Material, aus dem der Ofen gebaut ist, zu verhindern, denn ohne Schutzhaut wäre
damit zu rechnen, daß sich Materiaiteilchen aus der Ofenwand lösen und in die Schmelze gelangen, und
zwar vor allem dann, wenn der Schmelzpunkt des Ofenbaumaterials in der Nähe der Schmelzpunkttemperatur
des Reaktionsmetalls liegt.
Es ist nun zwar auch bekannt, flüssige Metallschmelzenströme in einzelne Metallteilchen aufzuteilen, die in
einem rotierenden, flüssigkeitsgefüllten Behälter aufgefangen werden, wobei sie von einem rotierenden Verteilungsgrad
auf die Oberfläche eines Flüssigkeitsrotationsparaboloids geschleudert werden, die Flüssigkeit
durchqueren und dabei zu kugelförmigen Teilchen erstarren (DT-PS 4 22 222), jedoch werden dabei vor der
Zerteilung der Schmelze die nicht aufgeschmolzenen Metallteilchen nicht durch Sedimentieren unter
Schwerkraftwirkung aus der Schmelze entfernt, und die Schmelzenabnahme aus dem Ofen erfolgt auch nicht
mit Hilfe eines Überlaufes, so daß auch keine Metallschmelze erhalten wird, deren Weiterverarbeitung im
Gegensatz zu den herkömmlichen, teilweise mit nicht schmelzbaren Einschlüssen versehenen Masseln oder
Brammen zu Endprodukten v/esentlich höherer Homogenität und damit Qualität führt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit Hilfe
einer Vorrichtung durchgeführt, die einen in einer gasdichten Kammer befindlichen Schmelzofen aufweist,
der mit einer Vorrichtung zur Zufuhr von zu schmelzendem Schrottmetall sowie einer Auftragsvorrichtung
für die Schmelze versehen ist und außerhalb eine Einrichtung zum Dispergieren oder Zerteilen der Schmelze
aufweist, wobei erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, daß der Mantel des Schmelzofens zur Bildung
einer erstarrten Metallschmelzhaut mit einer Kühlvorrichtung versehen ist, daß ferner die Schmelzenau ■
tragsvorrichtung des Ofens einen Überlauf bildet, der sich über die Schmelzenzerteilervorrichtung befindet.
die in Form eines rotierenden Rades den über den Überlauf tretenden, frei fallenden Schmelzcnstrom zerteilt,
wobei unterhalb des rotierenden Rades eine Austraesschurre
für die dispergierten, erstarrten Schmelzenteilchen
angeordnet ist.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher
erläutert. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 eine senkrechte Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
F i g. 2 eine waagerechte Schnittansicht längs der Linie H-II in F i g. 1, die ein zu der Vorrichtung gehörendes,
die Schmelze zu Tröpfchen zerteilenden Rades zeigt
Die Vorrichtung zur Umformung von stückigem Reaktionsmetail befindet sich in einer Kammer 10, aus
der alle Gase entfernt werden, die mit dem Reaktionsmetall 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 Seitenwänden der Kammer befindliche
Lager 14 hindurch erstrecken, ein wassergekühlter Metallschmelzofen in Form eines Schmelzkessels
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 den
Schmelzofen umgebende Kühlvorrichtung 16 in Form einer Kühlschlange dient zur Kühlung der Ofenwand.
Ein stückiges Rektionsmetall M wird 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 23 umd 24 verbinden die Kammer und die
Schurre zwischen den beiden Luftschleusen. Durch diese Rohrleitungen 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 10 befindliche Gasdichtung 27 bis in die Nähe des in dem
Schmelzofen befindlichen Materials erstreckt. Die Elektrode kann aus irgendeinem geeigneten Material
bestehen, beispielsweise Kohlenstoff, Graphit, Wolfram oder wassergekühltes Kupfer. An dem einen Lagerzapfen
13 und an der Elektrode 26 sind Stromschienen 28 und 29 angeschlossen, mit denen elektrischer Strom zur
Erzeugung eines Lichtbogens zuführbar ist. der die in dem Schmelzofen befindlichen Metallstücke in bekannter
Weise schmilzt. Das geschmolzene Metall verfestigt sich an der Schmelzofenwand und bildet einen schalenförmigen
Belag S, der ein Mtallschmelzenband L aufnimmt. Eine größere Dichte aufweisende bzw. harte
Einschlüsse D in dem zugeführten stückigen Reaktionsmetail schmelzen nicht, sondern sinken auf den Boden
des Schmelzcnbades und werden dadurch abgesondert. Auf der Elektrode wird über dem Schmelzofen vorzugsweise
ein Hitzeschild 30 montiert, um die obere Wand der Kammer zu schützen. Es lassen sich auch
andere Schmelzeinrichtungen verwenden, beispielsweise ein Elektronenstrahl, eine sich verbrauchende Elektrode
aus dem gleichen Metall wie die Metallstiicke M,
eine Plasmabogcnvorrichtung oder eine Hohlkathode. Der Schmelzofen 12 besitzt einen Überlauf 33, durch
den flüssiges Metall zu einem darunter befindlichen Verteilermechanismus ausgetragen wird. Der Schmelzofen
läßt sich auf seinen Lagerzapfen kippen, oder der Schmelze wird das Überlaufen gestattet, während sich
der Schmelzofen in senkrechter Lage befindet. Der gezeigte Verteilermechanismus weist einen Antriebsmotor
34 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 eine Schmelzenzerteileinrichtung
in Form eines Metallrades 38, das vorzugsweise aus Kupfer besteht und auf dem oberen
Ende der Welle befestigt ist. Wie aus F i g. 2 zu entnehmen ist, besteht das Rad aus mehreren einen Winkelabstand
voneinander aufweisenden Speichen 39 und ist an seinem Umfang zwischen den Speichen geöffnet. Die
senkrechte Abmessung des Rades beträgt etwa 2,5 bis 38 cm, während als Durchmesser etwa 13 bis 152 cm in
Frage kommen. Die Drehzahl des Rades liegt etwa zwischen 100 und 3000 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 41 und 42 vorgesehen. Die Wärmemenge kleinerer
Räder wird durch die Welle abgeführt, während größere Räder mit inneren Kühlleitungen versehen sein können.
Der Schmelzenstrom vom Schmelzofen 12 trifft auf das Rad zwischen seiner Achse und seinem Umfang
auf, wie dies bei X in F i g. 2 angedeutet ist. Es lassen sich aber auch mehrere Räder oder andersartige Verteilungsvorrichtungen
verwenden.
Wenn der Schmelzenstrom auf das Rad auftrifft, zerteilen ihn die sich schnell bewegenden Speichen 39 mechanisch.
Die sich ergebenden dispergierten Teilchen verfestigen sich schnell zu kleinen Kügelchen P, Flokken
F oder einer Mischung aus diesen beiden. Der Kammerboden 35 neigt sich von der Welle 36 weg und
kann einen gewöhnlichen Vibrationsförderer 45 tragen. Eine luftdichte Austrittsschurre 46 erstreckt sich an
dem tiefsten Punkt des Bodens 35 von der Kammer weg und dient zur Sammlung der dispergierten Teilchen.
Das Rad 38 dreht sich in einer Richtung, in der die dispergierten Teilchen gegen die Austrittsschurre
geworfen werden, wie dies durch den Pfeil in F i g. 2 angedeutet ist. Die Austrittsschurre ist mit einem weiteren
Vibrationsförderer 47 ausgestattet sowie mit zwei Luftschleusen 48 und 49. Zwischen den Luftschleusen
ist an die Austrittsschurre eine Rohrleitung 50 angeschlossen, durch die die Schurre evakuiert wird
oder durch die Inertgas in die Schurre eingeleitet wird.
ίο Die Austrittsschurre wird vorzugsweise mit Wasser gekühlt,
das durch die rund um die Schurre geschlungene Leitung 51 strömt.
Wenn die dispergierten Teilchen ein Gemisch aus Kügelchen und Flocken bilden, werden sie 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 mm, während die Flocken papierdünn sind und sich leicht in jede gewünschte
Größe brechen lassen. Sowohl die Kügelchen als auch die Flocken können schnell zu einer Elektrode
verarbeitet oder in eine andere Schmelzencharge eingegeben werden, werden jedoch am besten getrennt
verwendet. Falls Teile des zugeführten Materials mit in den Zwischenräumen löslichen Sauerstoff oder Stickstoff
verunreinigt sind, werden die verunreinigten Teile in der Produktmasse verteilt, wodurch die Verunreinigung
auf ein annehmbares Maß gesenkt wird. In gleicher Weise wird, falls das Produkt während des Umwandlerprozesses
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 stückigen Reaktionsmetalls in eine Form geschaffen wird, die für die Herstellung einer Schmelzencharge
brauchbar ist. Bisher waren viele derartige Schrottmetallstücke nicht verwertbar und gingen verloren.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Λ QSt?
Claims (7)
1. Verfahren zur Umformung von stückigem Reaktionsmetall in Form von Metallschrott unterschiedlicher
Form und Größe, der mit Einschlüssen höherer Dichte versehen ist, in eine zum Aufschmelzen
geeignete Zwischenproduktform unter Schutzgasatmospähre oder Vakuum in einem Schmelzofen, dem der Metallschrott in Stückform
zugeführt wird, und dessen Wände zur Bildung einer das Schmelzbad umschließende Metallhaut
gekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallschrott zum Schmelzen kontinuierlich
dem Schmelzofen zugeführt wird und daß die Verwcilzek der Schmelze im Bad ein Sedimentieren
der ungeschmolzenen Einschlüsse höherer Dichte und damit eine Reinigung der Schmelze von solchen
ungeschmolzenen Einschlüssen ermöglicht, bevor die Schmelze mittels eines Überlaufs aus dem Ofen
entfernt und mechanisch zu Tropfen zerteilt wird, die als erstarrte Teilchen in Form von Pellets oder
Flocken mit frischem Metall vermischt und zusammen mit diesem aufgeschmolzen und zu Brammen
vergossen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallschrott durch einen elektrischen
Lichtbogen geschmolzen wird, der zwischen den Schrottstücken und einer sich nicht aufbrauchenden
Elektrode gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Zerteilung der
Schmelze zu Tropfen mit Hilfe eines sich schnell drehenden Rades erfolgt.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, mit einem in einer
gasdichten Kammer befindlichen Schmelzofen, der mit einer Vorrichtung zur Zufuhr von λι schmelzendem
Metallschrott sowie einer Austragsvorrichtung für die Schmelze versehen ist, und mit einer außerhalb
des Schmelzofens angeordneten Einrichtung zum Zerteilen der Schmelze in Tröpfchen, dadurch
gekennzeichnet, daß der Mantel des Schmelzofens (12) zur Bildung einer erstarrten Metallschmelzenliaut
(S) mW. einer Kühlvorrichtung (16) versehen ist, daß die Schmelzaustragungsvorrichtung des Ofens
einen Überlauf (33) aufweist, der sich über die Schmelzenzerteileinrichtung (38) in Form eines rotierenden
Rades erstreckt, und daß unterhalb des rotierenden Rades eine Austragsschurre für die
durch die Zerteilung der Schmelze erzeugten erstarrten Schmelzenteilchen angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzofen mit einer nicht aufbrauchbaren
Elektrode (26) für den Schmelzvorgang versehen ist, die sich durch die obere Wand
der Kammer (10) erstreckt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerteilereinrichtung einen Motor
(34) aufweist, von dem sich aus eine Welle (36) nach oben erstreckt, an der das Rad (38) auf einer senkrechten
Achse drehbar befestigt ist, welches radiale Speichen (39) aufweist, die am Radumfang geöffnet
sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich unterhalb des Rades (38) innerhalb
der Kammer (10) eine geneigte Austragsschurre (35) befindet, die außerhalb der Kammer mit
Luftschleusen (48,49) versehen ist
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