DE2219740A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung einer Metallschmelze mit verdampfbaren Zusätzen - Google Patents

Description

1763/GGG 21. April 1972

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GEORG FISCHER AKTIENGESELLSCHAFT, 8200 Schaffhausen

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung einer Metallschmelze mit verdampfbaren Zusätzen ·

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung einer Metallschmelze mit verdampfbaren Zusätzen, insbesondere einer Eisenschmelze mit unlegiertem Magnesium, unter Verwendung eines Bshandlungsgefässes mit einer darin vorhandenen Aufnahmekammer für die Zusätze, wobei die Wandung der Aufnahmeka^r. Lior mehrere Durchtrittsöffnungen aufweist, welche in unterschiedlichen Abständen vom Boden des Behandlungsgefässes angeordnet sind.

Ss ist bereits ein derartiges Verfahren vorgeschlagen worden, bei welchem in einem kippbaren Behandlungsgefäss die Verdampfung durch eine Kippbewegung des Behandlungsgefässes eingeleitet wird, wodurch die verdampf baren Zusätze unter die ScntriG.lzoberflache getaucht werden und die Verdampfungsgeschwindigkeit durch Oeffnungen der Aufnahmekammer gesteuert v.'ird, Vrolcho in unterschiedlichen Abständen vom Boden des Behar.dlungsgefässes angeordnet sind. Bei diesem Verfahren ist es erforderlich, zuerst eine Kippbewegung des Behandlungsgefii:;r;es für das Einfüllen der Metallschmelze vorzunehmen und cns-chIier;cend eine Kippbewegung für die Aufrecht-

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stellung des Behandlungsgefässes und damit der Einleitung der Behandlung vorzunehmen. Nach der Behandlung.ist eine weitere Kippbewegung notwendig, um die Schmelze in ein Trans- · portgefäss umzuschütten. Diese mehrfachen Kippbewegungen begrenzen die Zahl der je Stunde möglichen Behandlungen.

Es ist ferner bekannt, die Metallschmelze zur Behandlung mit verdampfbaren Zusätzen in eine durch einen Stopfen verschliessbare Pfanne zu geben und die Behandlung der Schmelze durch Eintauchen der verdampfbaren Zusätze durchzuführen. Eine Behandlung mit unlegiertem Magnesium ist auf diese V/eise jedoch im allgemeinen nicht möglich, weil der Ablauf der Reaktion nicht unter Kontrolle gebracht werden kann.

Es ist ferner bekannt, in einem aufrechtste enden Behandlungsgefäss die verdampfbaren Zusätze durch eine stopfenähnliche Verschliesseinrichtung abzudecken und die Behandlung durch Abheben dieser Verschlusseinrichtung einzuleiten. Bei diesem vorgeschlagenen Verfahren fehlt jedoch wiederum eine Regelung des Behandlungsablaufes, weshalb dieses Verfahren für unlegiertes Magnesium als verdarr.pfbarer Zusatz nicht verwendbar ist.

Es wurde ferner vorgeschlagen, einen feuerfesten Zwischenboden in einer bestimmten Entfernung über den: Pfannenboden anzuordnen. Da diesem Vorschlag die Aufnahrnekammer für die verdampfbaren Zusätze mit Oeffnungen für den Durchtritt der Schmelze und geregelten Austritt der I-'.agnesiur.damp?blasen fehlt, ist auch mit-dieser Einrichtung eine Behandlung einer Metallschmelze mit unlegiertem Magnesium wegen unkontrolliertem Ablauf der Reaktion unmöglich.

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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, · ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen* mit welchen die Behandlung einer Metallschmelze mit verdampfbaren Zusätzen kontrolliert und in kürzerer Zeit als bisher durchgeführt werden kann. Damit wird gleichzeitig bezweckt, einen grös- -■en Durchsatz von Metallschmelze bei geringerer Abkühlung * Auskleidung des Behandlungsgefässes sowie bei geringerem Wärmeverlust der Schmelze zu erreichen.

Gemäss der Erfindung wird ein Verfahren zur Behandlung einer "^tallschmelze mit verdampfbaren Zusätzen vorgeschlagen, bei welchem die Schmelze in einer solchen Stellung des Behandlungsgefässes eingefüllt wird, in welcher die Wandung der Aufnahmekammer von der im Behandlungsgefäss ansteigenden Schmelze berührt wird.

Das Verfahren kann auch so durchgeführt werden, dass die Oeffnungen der Aufnahmekammer für die verdampfbaren Zusätze während dem Einfüllen der Metallschmelze verschlossen und erst : ach Ablauf mindestens eines Teiles des Einfüllvorganges ge- :*fnet werden. Die Erfindung umfasst ferner ein Behandlungs-• fass zur Durchführung des Verfahrens, welches mit einem seit- -■h angeordneten Kanal nach Art eines Teekannenausgusses ver- -ien ist, der im unteren Teil des Behandlungsgefässes in das ;. :-fässinnere mündet.

ί aehr-.teherd wird die Erfindung anhand von beispielsweisen Aus-,rur.gsforme,, näher erläutert. Es zeigen:

. ö. 1 eine erste Ausführungsform in zwei Stellungen

» 2 eine zweite Ausführungsform" mit einem Stopfen-' vrc s

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Fig. 3 eine Aufnahmekammer für die verdampfbaren Zusätze mit einer Verschliesseinrichtung zum Abdecken der Oeffnungen

Fig. 4 eine weitere Ausführur.gsform einer Verschliessvorrichtung zum Abdecken der Oeffnungen der Aufnahmekammer

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines Behandlungsgefässes, welches mit einem seitlichen Ein- und Ausgusskanal für die Metallschmelze versehen ist

In Fig. 1 ist mit 1 ein Behandlungsfeäss bezeichnet, welches um eine Drehachse 2 kippbar ausgebildet ist. Eine Aufnahmekammer 4 dient der Eingabe von verdampfbaren Zusätzen 5, beispielsweise unlegiertes Magnesium in stückiger Form. Die Aufnahmekammer 4 ist von aussen zugänglich und verschliessbar durch einen Zapfen 6. Die Aufnahmekammer 4 weist Oeffnungen 7 und 8 in unterschiedlichen Abständen vorn Boden des Behandlungsgefässes auf. Zum Verschliessen der Oeffnung 9 des Behandlungsgefässes 1 kann ein Deckel 10 vorhanden sein. Bei aufgeklapptem Deckel 10 wird in der aufrechtstehenden Lage das Behandlungsgefäss 1 gefüllt, wobei der Strahl 11 der Metallschmelze anfänglich den Boden des Behandlung^ ;efässes 1 an der Stelle 12, d. h. neben der Aufηahmekammer 4 trifft. Sobald die Schmelze 3 in die Ceffnung b eintritt, beginnt das Aufschmelzen und anschliessende Verdampfen der Zusätze In der Zwischenzeit hat der Spiegel der Cchr.elze 3 auch die Ceffnungen 7 der Aufnahmekammer 4 bedeckt, so dass austretende Dampfblasen die Behandlung der Schmelze j? in Gang setzen. V/ie bereits bekannt, verursachen die aus den Oeffnungen 7 aufsteigenden Dampf blasen eine Umv;älzbewegung der Schmelze jj.

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Durch die Bemessung der Oeffnungen 7 und 8 kann der Ablauf der Behandlung geregelt werden, was die Verwendung von unlegiertem Magnesium zur Behandlung der Schmelze ermöglicht. Indessen kann den Zusätzen auch eine die Behandlungsreaktion verzögernde Komponente, zum Beispiel Späne aus einer Eisenlegierung, beigegeben werden.

Nach beendeter Behandlung wird das Behandlungsgefass gekippt, um die behandelte Schmelze 3 in ein Transportgefäss oder eine Giesspfanne 14 ausfliessen zu lassen. Die gekippte Stellung des Behandlungs ge fass es 1 ist in Fig. 1 durch -gefegilte Linien angedeutet. Nach erfolgter Entleerung des Behandlungsgefässes 1 wird dasselbe wieder in die senkrechte, d. h. die Behandlungsstellung aufgerichtet und ist für eine weitere Behandlung bereit. Zweckmässigerweise wird die Aufnahmekammer 4 vor dem Aufrichten des Behandlungsgefässes 1 wieder mit Zusätzen 5 aufgefüllt und verschlossen.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausfuhrungsform eines gleichen Behandlungsgefässes 21, wie das Behandlunggefass 1 von Fig. Eine Aufnahmekammer 22 mit Oeffnungen 2j> und 24 dient der Aufnahme von Zusätzen 25 zur Behandlung einer Schmelze 26. Die Aufnahmekammer 22 ist durch einen Stopfen 27 verschliessbar. Das Behandlungsgefäss 21 weist ferner eine Austrittsöffnung 28 auf, welche durch einen Stopfen 29 verschliessbar ist. Nach dem Füllen und Vers chi ie ssen der Aufnahraekarnmer durch den Zapfen 27 wird die zu behandelnde Schmelze 26 in einem Strahl 30 bei verschlossener Austrittsöffnung 28 aufgefüllt bis zum dargestellten Spiegel 31· Die Reaktion der nj/nfliessendan Schmelze mit dem Magnesium beginnt normalerweise bereits während des Einfüllens, ist im allgemeinen jedoch nach beendetem Einfüllen abgeschlossen. Durch Ziehen des Stopfens 29 kann die behandelte Schmelze 26 einem nicht dargestellten Transportgefäcs, einer Giesspfanne oder direkt einer Giessform zugeleitet v/erden.

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Der Ablauf der Behandlung einer Metallschmelze mit verdampfbaren Zusätzen kann dadurch beeinflusst werden, dass die Oeffnungen der Aufnahmekammer während dem Einfüllen der Metallschmelze vorerst verschlossen gehalten und erst nach Ablauf mindestens eines Teiles des Einfüllvorganges geöffnet werden. Dieser Verfahrensschritt kann auf verschiedene V/eise bewirkt werden. Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Aufnahmekammer 35 in einem Behandlungsgefass J>6. Die Oeffnungen 37 und 38 können durch eingesetzte Stopfen 39 und 40 verschlossen werden. Als Werkstoff für die Stopfen 39 und 40 wählt man zweckmässigerweise ein Metall, das durch die eingefüllte Schmelze aufgelöst wird. Die Behandlung einer eingefüllten Schmelze wird erst einsetzen, wenn die Stopfen 39 und 40 vollständig aufgelöst sind und dadurch die Oeffnungen 37 und 38 freigeben. Nach der Freigabe der Oeffnungen 37 und 38 tritt Schmelze in bekannter Weise durch die Oeffnung 38 ein und verdampft den Zusatz kl. Die Dampfblasen steigen durch die Oeffnungen 37 in die Schmelze und bewirken eine Umwälzung und gleichzeitige Behandlung.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die Oeffnungen 45 und 46 in der Wandung der Aufnahmekammer 47 durch einen Deckel (Abdeckung) 48 während den Einfüllen der Metallschmelze abgedeckt werden. Zweekmässigerweise wird diese Abdeckung 48 aus feuerfestem, zum Beispiel keramischen, Material hergestellt. Durch eine Stange 49, welche mit der Abdeckung 48 verbunden ist, kann die letztere in Richtung der Pfeile 50 angehoben oder gesenkt werden. Durch diese Anordnung ist es möglich, den Zutritt der eingefüllten Schmelze zu dem Zusatz 51 beliebig lange zu verzögern, d. h. so lange die Temperatur der Schmelze den für die Behandlung erforderlichen V/ert nicht unterschritten hat.

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Es ist auch denkbar, die Wand der Aufnahmekammer bzw. die Durchtrittsöffnungen mit einer Schicht aus einem anderen Material, zum Beispiel Kunststoff, abzudecken, welches Material von der eingefüllten Schmelze zerstört wird.

Das Behandlungsgefäss 60 nach Fig. 5 ist wiederum um eine Drehachse 55 im Gestell 56 kippbar. Wie bei den vorangehenden Ausführungsformen ist am Boden der durch einen Deckel verschliessbaren Behandlungskammer 58 die Aufnahmekammer für die Zusätze 60 angeordnet. Die Wand der Kammer 59 weist untere und obere Durchtrittsöffnungen 6l, 62 auf, und die Einfüllöffnung für die Zusätze 60 ist durch einen Zapfen verschliessbar.

Seitlich neben der Behandlungskammer 58 ist das Behandlungsgefäss mit einem. Kanal 65 versehen, der sich in der dargestellten Gebrauchslage etwa vertikal erstreckt, sich oben zu einem Trichter 66 erweitert und unten über dem Gefässboden zum Beispiel gegenüber der Aufnahmekammer 59 bei 67 in das Gefässinnere mündet.

Der nach Art eines sogenannten Teekannenausgusses angeordnete Kanal 65 dient nicht nur zum Ausgiessen, sondemauch zum Einfüllen der Schmelze 69, und zwar in der dargestellten Lage, wie durch den Strahl 70 angedeutet ist. Nach beendeter Behandlung wird dann das Gefäss 60 gekippt, und die behandelte Schmelze entleert sich durch den Kanal 65 über die Schnauze 71.

Mit dem seitlich angeordneten Ein- und Ausgusskanal· 65 lassen sich eine Reihe von Vorteilen erzielen: Das Einfüllen der

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Schmelze erfolgt ruhig und gleichmässig, ohne dass der Metallstrahl sich in Tropfen aufteilt, was gleichbedeutend mit geringerer Sauerstoffaufnähme und geringerer Abkühlung ist. In der in der Behandlungskammer 58 von unten her aufsteigenden Schmelze 69 ergibt sich eine verminderte Turbulenz, so dass die Schlacken sich an der Oberfläche sammeln können. Gleichzeitig wird aber die durch die Kagnesium-Verdampfung hervorgerufene Zirkulation der Schmelze durch die Einfüllströmung unterstützt. Sodann kann während mehrerer Behandlungszyklen (Einfüllen - Behandlungsreaktion - Ausgiessen) der Deckel 57 normalerweise geschlossen bleiben , wodurch sich stark verminderte V/arme Verluste ergeben.

Bei dem vorstehend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele beschriebenen Verfahren zur Behandlung einer Metallschmelze mit verdarapfbaren Zusätzen wird also die Schmelze in einer solchen Stellung des Behandlungsgefässes eingefüllt, in welcher die im Gefäss ansteigende Schmelze praktisch von Anfang an die Wandung der Aufnahmekammer für die Zusätze berührt. Es zeigt sich dabei überraschenderweise, dass trotz der in der Kammerwandung vorhandenen Durchtr.ittsöffnungen die Reaktion mit den Zusätzen nicht sofort einsetzt, sondern erst, wenn die im Steigen begriffene Schmelze eine gewisse Höhe erreicht hat. Es ist anzunehmen, dass die Schmelze im Bereich der Kammerwand zunächst erstarrt, und dass die Zusätze in der Kammer zuerst von der Schmelze aufgeheizt v.^Terden Küssen, bis die Reaktion beginnen kann. Abgesehen von den anhand der Fig. j5 und 4 beschriebenen Hassnahmen Verschliessen oder Abdecken der Durchtrittsöffnungen - kann der Zeitpunkt des Reaktionsbeginnes auch durch Wahl der Einfüllgeechwindigkeit der Schmelze bzw, der für das Einfüllen benötigten Zeit beeinflusst werden. Auch durch Zielen des Einfüll-

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Strahles, d. h. Wahl seiner anfänglichen Auftreffstelle im Gefäss, oder durch Neigen des Gefässes nach der einen oder anderen Seite kann ein gewisser Einfluss auf den Reaktionsbeginn ausgeübt werden.

Mit dem Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung und den zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagenen Vorrichtungen sind allgemein folgende Vorteile erzielbar: Durch den Wegfall der Kippbewegung zum Einfüllen der Metallschmelze kann die Zeit für die Behandlung einer Charge wesentlich herabgesetzt werden, so dass pro Stunde mehr Behandlungen durchführbar sind als bisher. Der daraus resultierende.grössere Durchsatz ergibt jeweils zwischen den Behandlungen eine geringere Abkühlung des Gefässes und daraus resultierend eine grössere Haltbarkeit der Auskleidung, bedingt durch geringere Temperaturwechsel. Die geringere Abkühlung der Auskleidung des Behandlungsgefässes ergibt geringere Wärmeverluste der Schmelze beim Einfüllen derselben. Dieser Vorteil gestattet, bei gleicher Abstichtemperatur höhere Giesstemperaturen einzustellen und dadurch praktisch schlacken- und blasenfreie Gussoberflächen zu erzielen. Eine geringere Einfülltemperatur der Schmelze gestattet andererseits die Herabsetzung der Temperatur der Schmelzführung im Kupol- oder Induktionsofen.

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Claims (13)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Behandlung einer Metallschmelze mit verdampfbaren Zusätzen, insbesondere einer Eisenschmelze mit unlegiertem Magnesium, unter Verwendung eines Behandlungsgefässes mit einer darin vorhandenen Aufnahmekammer für die Zusätze, wobei die Wandung der Aufnahmekammer mehrere Durchtrittsöffnungen auf v/eist, welche in unterschiedlichen Abständen vom Boden des Behandlungsgefässes angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze in einer solchen Stellung des Behandlungsgefässes eingefüllt wird, in welcher die Wandung der Aufnahmekammer von der im Behandlungsgefäss ansteigenden Schmelze berührt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahme der behandelten Schmelze durch Kippen des Behändlungsgefässes erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahme der behandelten Schmelze durch eine mit einem Stopfen verschliessbare Oeffnung im Boden des Behandlungsgefässes erfolgt.

k. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn der Reaktion zwischen Metallschmelze und den Zusätzen durch Wahl der Einfüllzeit und/oder der Einfüllrichtung gesteuert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass clie Oeffnungen der Aufnahmekammer während des Einfüllens

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der Metallschmelze vorerst verschlossen gehalten und erst nach Ablauf mindestens eines Teiles des Einfüllvorganges geöffnet werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 5* dadurch gekennzeichnet, dass die Oeffnungen der Aufnahmekammer durch eine wegnehmbare, feuerfeste Schicht abgedeckt werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Oeffnungen der Aufnahmekammer mit einer durch die Metallschmelze auflösbaren oder zerstörbaren Schicht abgedeckt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung des Behandlungsgefässes an denjenigen Stellen, auf welche der Strahl der Metallschmelze beim Einfüllen auftrifft, durch, eine besondere Schicht von verschleissfestem Material gegen Erosion geschützt wird.

9. Behandlungsgefäss zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Aufnahmekammer für verdampfbare Zusätze mit mehreren Durchtrittsöffnungen in unterschiedlichem Abstand vom Boden des Behandlungsgefässes, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einem seitlich angeordneten Kanal nach Art eines Teekannenausgusses versehen ist, der im unteren Teil des Behandlungsgefässes in das Gefässinnere mündet.

10. Behandlungsgefäss nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verschliesseinrichtung zum Abdecken der Oeffnungen der Aufnahmskammer vorhanden ist.

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11. Behandlungsgefäss nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschliesseinrichtung eine feuerfeste, wegnehmbare Abdeckschicht aufweist.

12. Behandlungsgefäss nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschliesseinrichtung aus einer durch die Metallschmelze auflösbaren oder zerstörbaren Abdeckschicht besteht.

13. Behandlungsgefäss nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, dass es im Boden eine durch einen Stopfen verschliessbare Austrittsöffnung auf v/eist.

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