DE2710072C3 - Vorrichtung zur Behandlung von geschmolzenem Metall mit einem hochreaktiven Behandlungsmittel - Google Patents
Vorrichtung zur Behandlung von geschmolzenem Metall mit einem hochreaktiven BehandlungsmittelInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von geschmolzenem Metall mit einem hochreaktiven
Behandlungsmittel.
Zwei Techniken aus jüngster Zeit werden jetzt als Hauptentwicklungen auf dem Gebiet der Herstellung
von Gußeisen mit Kugelgraphit angesehen, nämlich Formimpfung und kontinuierliche Behandlung mit
Eingußsystem. Jedes dieser Verfahren kann zum Zweck der Behandlung von geschmolzenem Metall angewendet
werden, um eine Vielzahl verschiedener metallurgischer Veränderungen herbeizuführen.
Die Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung zur Behandlung im kontinuierlichen Strom, worin eine
Reaktion in einem geschlossenen Tiegel stattfindet, der sich in der Metallströmung entweder zwischen dem
Ofen und einer Gießpfanne oder zwischen der Gießpfanne und der Form befindet. Im Gegensatz dazu
ermöglicht das Verfahren zur Bildung von Kugelgraphit in der Form die Ausbildung von Kugelgraphit innerhalb
der Form durch Anwendung eines speziell ausgebildeten Eingußsystems. Jedoch ist die Behandlung in der
Form hinsichtlich der Kapazität begrenzt und eignet sich nicht für eine optimale Produktion, wenn
Gußstücke mit einem Gewicht von über 680 kg (maximales Gießgewicht) hergestellt werden sollen.
Trotz der Tatsache, daß die Behandlung im kontinuierlichen Strom im Hinblick auf größere
Gießgewichte geeigneter ist, verbleiben bestimmte Begrenzungen, die beseitigt werden müssen, wie
beispielsweise (a) geringe Zuverlässigkeit der Behandlung, so daß kein gleichmäßig hohes Ausmaß an
Kugelbildung über den gesamten Guß existiert, (b) das
Vorhandensein schmutziger Behandlungskammern, die einen Rückstand aufweisen, der aus der Durchführung
der Verfahrensfolge resultiert, (c) relativ geringe Ausbeute des Kugelbildungsmittels, (d) die Notwendigkeit
eines besser kontrollierbaren Behandlungsverfahrens, um die Anwendung verschiedener Gießgewichte
ohne Änderung des Verfahrens zu ermöglichen, (e) übermäßige Unterhaltung der Verfahrensanlage und (f)
die Notwendigkeit für teure Ablaufrinnen oder Behandlungseinrichtungen vom Mehrfachkerntyp. Der Mangel
an geeigneter Homogenisierung kann teilweise auf unzureichende Vermischung des Behandlungsmittels
mit dem geschmolzenen Metall in einer geeignet getrennten Weise zurückzuführen sein, so daß ein
größeres Volumen des behandlungsfähigen Metalls durch dieses Mittel innerhalb eines relativ kurzen
Behandlungszeitraums kontaktiert wird. Somit gewinnen der Charakter der Strömung des behandlungsfähigen
Metalls und das Behandlungsmittel an Bedeutung ebenso wie die Art der Teilchen des Behandlungsmittels,
die in dieses behandlungsfähige Metall eingetaucht werden müssen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in einer Vorrichtung zur Behandlung der Schmelze im kontinuierlichen
Strom zur Verwendung bei der Nodulisierung von geschmolzenem Gußeisen ohne Vorbehandlung,
wobei die Einrichtung besonders wirtschaftlich in der Konstruktion ist und ein Minimum an Unterhaltung
erfordert.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Behandlung von geschmolzenem Metall mit einem
hochreaktiven Behandlungsmittel, insbesondere zur Erzeugung von Kugelgraphit-Gußeisen, gekennzeichnet
durch eine Kombination aus
(a) einem Tiegel (B) mit einer öffnung an dessen
Boden, durch die geschmolzenes Metall in einer senkrechten Richtung daraus austritt, wobei der
Tiegel einen als Trichter ausgebildeten Innenraum mit einer oberen Innenoberfläche mit einem
Winkel von etwa 5° zur Senkrechten und eine Oberfläche des unteren Bereiches mit einem
Winkel von etwa 70° zur Senkrechten besitzt,
(b) einem Gießbecher (A) mit einer Aufnahmekammer 13 und einer Leitung (AA), die einen Strahl aus
geschmolzenem behandlungsfähigen Metall im wesentlichen tangential in den oberen Bereich des
Tiegels richtet,
(c) einem Auslaßdurchgang in Flüssigkeitsverbindung mit der Auslaßöffnung des Tiegels (B), wobei der
Durchgang einen gekrümmten Innendurchgang aufweist, der die Strömung aus dem Tiegel in eine
im allgemeinen horizontale Richtung lenkt,
(d) der einen Absatz (20) aufweist, der als eine Drossel zur Begrenzung der Geschwindigkeit wirkt, mit der
das geschmolzene Metall durch den Auslaßdurchgang fließt, und
(e) einer Einrichtung zur Einführung eines Stroms aus teilchenförmigen! Behandlungsmittel in den äußeren
peripheren Bereich des Tiegels.
Vorzugsweise ist die Leitung (A-W) des Gießbechers (A) so angeordnet, daß der Strom aus geschmolzenem
Metall in einer Richtung im wesentlichen tangential zu der inneren Zone des Tiegels und praktisch horizontal
gerichtet wird. Dabei erzeugt die Wirbels tfomung einen
Saugeffekt und zieht das teilchenförmige Behandlungsmittel
in die Strömung zum wirksameren Kneten und Falten in der Strömung.
Dadurch wird eine geregelte Wirbelströmung des geschmolzenen Metalls angeregt, und ein Strom aus
teilchenförmigen! Behandlungsmittel, wie beispielsweise
Magnesium-Ferrosilicium oder reines Magnesium gemischt mit anderen Eisenlegierungen, wird auf eine
vorbestimmte Zone der Wirbelströmung gerichtet Eine Strömungsdrossel wird stromabwärts der Wirbelströmung
verwendet, um die Verweilzeit der Strömung in Turbulenz zu steuern und das Vermischen stromabwärts
zu regulieren. Dies erhöht die Magnesiumausbeute, ergibt Flexibilität hinsichtlich der Veränderung von
Chargengewichten, schaltet Rückstände L der Behändlungsvorrichtung
aus und fördert die Auflösung des Behandlungsmittels in einer gewünschten Zone.
Es wird hierbei eine optimale Lösung der Nodulisierung und optimale Ausbeute des Behandlungsmittels
erhalten, indem der freiliegende Oberflächenbereich der Nodulisierungsmittelteilchen teilweise geregelt wird,
übermäßig große Teilchen wie beispielsweise Brocken oder Stücke schwimmen leicht in der Bearbeitungsoder Behandlungskammer, so daß nicht die gesamte
Teilchenoberfläche gegenüber dem Metall ausgesetzt 3C ist und dadurch ungeregelte Lösung und mehr Schlacke
herbeigeführt werden. Eine granulierte Legierung oder ein besonders feines Pulver schwimmt nicht, und daher
wird in der Pulverbeschickung die gesamte Oberfläche dem geschmolzenen Metall ausgesetzt und eine
Lösungsregelung herbeigeführt
Aus der GB-PS 12 06 651 ist bereits ein Verfahren zur
Behandlung von Metallschmelzen bekannt, bei dem eine Wirbelströmung aus geschmolzenem Metall in einem
Wirbelbecken gebildet wird, durch dessen Bodenauslaß die Schmelze unmittelbar in einen Aufnahmebehälter
fließt Auch in der BE-PS 6 39 410 wird ein Verfahren zur Behandlung von Metallschmelzen unter Erzeugung
einer Wirbelströmung beschrieben, wobei die Schmelze in einen Behälter mit senkrechter Wandung eingeführt
und dort mit dem Behandlungsmittel vermischt wird.
Gemäß der älteren Anmeldung DE-OS 26 48 291 wird Kugelgraphit-Eisen durch Behandeln der Metallschmelze
mit Zuschlagmittel unter Ausbildung einer Wirbelströmung hergestellt Keine der bekannten
Vorrichtungen weist die erfindungsgemäße Merkmalskombination auf, wodurch eine äußerst wirksame
Arbeitsweise ermöglicht wird.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch den in dem Auslaßdurchgang des Tiegels (B) angeordneten
Absatz 20 eine Drosselung der Fließgeschwindigkeit erreicht und damit eine geregelte Verweilzeit des
geschmolzenen Metalls innerhalb der Wirbelströmung des Tiegels herbeigeführt Dies ist mit den in den GB-PS
12 06 651, BE-PS 6 39 410 und DE-OS 26 48 29! angegebenen Vorrichtungen nicht möglich.
In den Zeichnungen ist in
F i g. 1 eine schematische perspektivische Erläuterung der Verfahrensfolge in der Vorrichtung der Erfindung
und in
F i g. 2 eine Seitansicht der schematischen Behandlungsvorrichtung
der F i g. 1 wiederum unter Wiedergabe der Behandlungsfolge wiedergegeben.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können praktisch sämtliche vorher geschilderten Schwierigkeiten
beseitigt werden und gleichzeitig die Kosten der Behandlung verringert werden.
Bezugnehmend auf F i g. 1 besteht die Vorrichtung im wesentlichen aus einem Gießbecher A mit einer die
Strömung oder den Strahl führenden Leitung A-I, einem geschlossenen wirbelerzeugenden Tiegel B mit
einer Auslaßöffnung B-\ an dessen Grundfläche und einer Mischleitung C, die strömungsmäßig mit der
Auslaßöffnung BA des Tiegels verbunden ist Der Tiegel C ist so geformt daß er eine Innenfläche 10 aulweist,
welche in Form eines Trichters oder Konus mit integrierten Teilen 10a und 106 vorliegt; der oberste
Teil 10a der konischen Oberfläche verläuft in einem Winkel mit einer vertikalen Linie von etwa 5°. Der
unterste Teil 106 verläuft in einem Winkel mit einer vertikalen Linie von etwa 70°. Die obere Peripherie 11
des Tiegels ist mit einem Deckel 12 verschlossen, so daß die Reaktion zwischen dem geschmolzenen Metall und
dem Behandlungsmittel kontinuierlich ohne Berührung mit atmosphärischer Luft fortschreitet und somit eine
Verflüchtigung und Oxidation praktisch, wenn nicht vollständig, während der Behandlung ausgeschaltet ist.
Es ist möglich, daß bei einigen Anwendungen ein Inertgas in das innere Volumen des Tiegels eingeführt
wird, um den Reaktionsverlauf weiter zu schützen.
Der Gießbecher ist aus einer Aufnahmekammer 13 aufgebaut die sich zur Aufnahme einer Masse aus
geschmolzenem Metall eignet, um geschmolzenes Metall zuzuführen und durch die den Strom führende
Leitung A-I zu führen, wobei die Leitung in Flüssigkeitsverbindung mit dem unteren Teil der
Kammer 13 steht Der Innendurchmesser der Leitung ist so bemessen, daß ein Düsenstrahl oder Strom erzeugt
wird, der aus dem Ende oder der Düse 14 austritt, der sich über eine vorbestimmte Distanz von beispielsweise
7,6 cm etwa horizontal erstreckt Die Leitung ist so angeordnet daß sie sich durch die Seite des Tiegels B an
dessen oberen Bereich erstreckt und den Strom 15 aus geschmolzenem Metall im wesentlichen tangential zu
der inneren oberen Fläche 10a des Tiegels richtet. Das geschmolzene Metall folgt den Innenflächen 10a und
10Ö unter Bildung einer Wirbelströmung, die sich spiralförmig nach unten längs der Bahn 16 bewegt. Die
Innenflächen 10a und 106 des Tiegels sind in bestimmter Weise geformt, um einen Strudeleffekt zu erzeugen, der
ein Vakuum an der Zentralzone der Strömung herbeiführt, die nicht nur leicht das geschmolzene
Metall hereinzieht, sondern auch jegliches teilchenförmiges Material, das auf die oberen Bereiche der
Wirbelströmung fällt Die üblichen Pyrotechniken, Rauch und Metallverspritzen, was normalerweise die
Einführung hochreaktiver Nodulisierungsmittel, wie Magnesium, begleitet, werden beseitigt oder erheblich
verringert; dies geht vermutlich teilweise auf die Lösung zurück, die in Abwesenheit von Luft auftritt und
teilweise auf die allgemein geregelte Strömung des geschmolzenen Metalls in einem Wirbelmuster, wodurch
das Behandlungsmittel sehr rasch praktisch in und unter die Oberfläche des geschmolzenen Metalls
geknetet und gefaltet wird. Dies ergibt ein sehr geregeltes Lösungsausmaß und führt zu einem äußerst
gleichmäßigen und homogenisierten nodulisierten Gießmetall.
Die Mischleitung C ist durch einen Einlaßteil 17 gekennzeichnet der gekrümmt ist und befähigt ist, die
Strömung aus geschmolzenem Metall ohne Turbulenz
aus einem vertikalen Abfall in eine im allgemeinen horizontale Richtung zu bringen (wobei lediglich ein
Winkel von etwa 10° zu einer horizontalen Ebene entsteht), wodurch ein unzweckmäßiger Rückdruck der
Wirbelströmung vermieden wird. Die Leitung C ist mit Teil 17a in dem isolierten Gehäuse 18 des Tiegels und
Teil 176 in einem Verlängerungsrohr 19 angeordnet. Die
Strömung tritt aus der Leitung C über den Ausguß 21 aus, der wiederum die Strömung aus geschmolzenem
Metall nach unten oder vertikal richten kann. In Teil Mb der Leitung ist ein Absatz 20 vorgesehen, wodurch eine
Drossel oder Beschränkung für die Strömung herbeigeführt wird. Diese Drossel ist so angeordnet und
ausgebildet, daß eine geregelte Verweilzeit der Wirbelströmung in dem Trichter herbeigeführt wird, wodurch
größere Homogenisierung für das Behandlungsmittel innerhalb der Wirbelströmung bewirkt wird, wenn die
Anwendung es erfordert Die Bemessung und Dimensionierung der Drossel sollte eine minimale Herabsetzung
in der Strömungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls bewirken, während vollständige Lösung der
Magnesiumlegierung in dem Behandlungssystem mit kontinuierlicher Strömung sichergestellt ist.
Eine kontinuierliche Zufuhr von teilchenförmigem Behandlungsmittel D wird durch eine Öffnung im
Deckel 12 eingeführt und verteilt oder auf ein vorbestimmtes oberes Segment der Wirbelströmung
aufgetropft. Die Erfindung eignet sich in Verbindung mit der Behandlung sämtlicher geschmolzener Metalle, die
gewisse metallurgische Behandlung erfordern, sie wird jedoch bevorzugt angewendet, um Gußeisen mit
Kugelgraphit aus geschmolzenem Eisen zu erzeugen, das, nach dem Gießen, Graphit in Flockenform vor der
Behandlung nach normalen Gießereibedingungen, die Beimpfung einschließen, enthalten würde. Das Behandlungsmittel
ist in typischer Weise eine Legierung des Magnesiums, wie beispielsweise Magnesium-Ferrosilicium.
Die Behandlungsmittel können auch aus anderen Legierungen oder Verbindungen von Magnesium,
Calcium, Natrium, Lithium und seltenen Erdmetallen bestehen. Das Nodulisierungsmittel wird in weitem
Umfang in jeder Form verwendet, wie beispielsweise als Stücke, zerkleinertes Aggregat, Pulver oder sogar in
einer extrudierten stabartigen Form, das progressiv in die Wirbelströmung eingeführt wird. Bei Versuchen
wurde jedoch gefunden, daß optimale Ergebnisse erhalten werden, indem eine tcilchenförmige Halbpulverform
verwendet wird, worin jedes Teilchen eine Größe von nicht mehr als 1400 μίτι und nicht weniger als
ΙΟΟΟμηι aufweist. Das Rohr 25 zur Zufuhr des
Behandlungsmittels muß in kritischer Weise angeordnet werden, um das Mittel auf eine Stelle der Wirbelströmung
einzuführen, wo es optimal in das geschmolzene Eisen eingefaltet oder geknetet wird.
Nachfolgend wird die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der F i g. 1 und 2 beschrieben.
1. Es wird ein Wirbelstrom aus geschmolzenem behandlungsfähigem Eisen gebildet, wobei man das
geschmolzene Eisen in den Strudel 16 an der oberen äußeren peripheren Zone 23 eintreten und
aus dieser Wirbelströmung an deren unterer innerer Zone 24 austreten läßt.
2. Eine vorbestimmt und kontinuierlich abgestufte Zufuhr des Behandlungsmittels D wird in die obere
äußere periphere Zone 23 der Wirbelströmung bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit, wie beispielsweise
0,007 bis 0,01 kg Behandlungsmittel je kg geschmolzenes Metall, das durch den Strudel
strömt, eingeführt.
3. Die Wirbelströmung wird in einer geschlossenen Kammer mit Ausnahme deren Einlaß und Auslaß
beibehalten, wobei der Einlaß und der Auslaß durch die Strömung und/oder das Behandlungsmittel
geschlossen sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Vorrichtung zur Behandlung von geschmolzenem Metall mit einem hochreaktiven Behandlungsmittel,
insbesondere zur Erzeugung von Kugelgraphit-Gußeisen, gekennzeichnet durch eine Kombination aus
(a) einem Tiegel (B) mit einer Öffnung an dessen Boden, durch die geschmolzenes Metall in einer
senkrechten Richtung daraus austritt, wobei der Tiegel einen als Trichter ausgebildeten Innenraum
mit einer oberen Innenoberfläche mit einem Winkel von etwa 5° zur Senkrechten und
eine Oberfläche des unteren Bereiches mit einem Winkel von etwa 70° zur Senkrechten
besitzt,
(b) einem Gießbecher (A) mit einer Aufnahmekammer
(13) und einer Leitung (AA), die einen Strahl aus geschmolzenem behandlungsfähigen
Metall im wesentlichen tangential in den oberen Bereich des Tiegels richtet,
(c) einem Auslaßdurchgang in Flüssigkeitsverbindung mit der Auslaßöffnung des Tiegels (B),
wobei der Durchgang einen gekrümmten Innendurchgang aufweist, der die Strömung aus
dem Tiegel in eine im allgemeinen horizontale Richtung lenkt,
(d) der einen Absatz (20) aufweist, der als eine Drossel zur Begrenzung der Geschwindigkeit
wirkt, mit der das geschmolzene Metall durch den Auslaßdurchgang fließt, und
(e) einer Einrichtung zur Einführung eines Stroms aus teilchenförmigen! Behandlungsmittel in den
äußeren peripheren Bereich des Tiegels.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (AA) des Gießbechers (A)
so angeordnet ist, daß der Strom aus geschmolzenem Metall in einer Richtung im wesentlichen
tangential zu der inneren Zone des Tiegels und praktisch horizontal gerichtet wird.
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