DE2737329B2 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Legierungen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von LegierungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von
Legierungen.
An die Legierungsherstellung in Metallgießereien werden eine Reihe von verfahrenstechnischen Anforderungen gestellt, welche im Stand der Technik nur
unvollkommen erfüllt sind. Danach soll das Produkt des Verfahrens hohen Homogenitätsanforderungen genügen und möglichst wenig eingeschleppte nichtmetallische Verunreinigungen aufweisen. Für die Dosiervorrichtung wird eine rechnerische Dosiergenauigkeit von
±0,2 bis 2% während der gesamten Dosierzeit gefordert. Daneben soll das Verfahren zu möglichst
geringen Materialverlusten infolge Krätzebildung und Abbrand der Zulegierungsmetalle führen. Vom betriebswirtschaftlichen Standpunkt aus wird verlangt, daß das
Verfahren leicht automatisiert werden kann, daß es unter möglichst geringem Zeitaufwand und unter
möglichst günstigen arbeitshygienischen Bedingungen abläuft, und daß die Materialverluste infolge von
Anfahr- und Abschaltvorgängen minimal sind.
Nach dem Stand der Technik wird die Aufgabe der Legierungsherstellung überwiegend durch mechanisches Rühren gelöst, worunter das Herstellen einer
Relativbewegung zwischen den beiden zu vermischenden Komponenten durch mechanische Kräfte zu
verstehen ist, wobei beide Komponenten relativ zum Ruhesystem in Bewegung sind, und die mechanischen
Kräfte durch bewegliche Rührwerke oder durch in die Metallschmelze eingeblasenes Spülgas erzeugt werden
können. Wird dieses mechanische Rühren im chargenweisen Betrieb durchgeführt, so ergeben sich dadurch
für das Verfahren einige wesentliche Nachteile.
Mechanische Rührvorrichtungen sind verhäinismäßig
verschleißanfällig und benötigen daher einen hohen Wartungsaurwand. Bei vielen Ofenlinien muß mechanisches Rühren aus Plategründen mit der Hand erfolgen.
Da die Qualität des Verfahrens damit weitgehend von der Sorgfalt des einzeSnen Gießereiarbeiters abhängt,
andererseits die Arbeit vom arbeitsphysiologischen Gesichtspunkt aus als unangenehm empfunden wird und
arbeitshygienische !Bedenken erweckt, resultieren daraus Fehlanalysen und nicht eingeplante Verzögerungen
des Arbeitsablaufs durch Nachgattieren. Wird demgegenüber durch Gasspülung gerührt, so müssen entsprechende Spülsteine in die Rezipienten eingebaut oder
Spüllanzen verwendet werden, beides Vorrichtungen, welche als besonders verschleißanfällig erscheinen.
Durch das mechanische Rühren, insbesondere durch Gasspülung, wird zusätzliche Krätze gebildet, wobei
sich im ungünstigen Fall die Zusatzmetalle in der Kratze anreichern können. Weiter werden durch dieses
Vorgehen nicht nur die Zusatzmetalle eingeführt, sondern auch nichtmetallische Einschlüsse, beispielsweise Oxide, gleichmäßig in der Metallschmelze verteilt
Dies ergibt Probleme infolge mangelnder Qualität bei und nach der Weiterverarbeitung des Gusses in Forr.i
von grauen Zeilen, von Werkzeugverschleiß und Porosität von Folien. Das mechanische Einrühren von
Zusatzmetallen führt zu Verkrustungserscheinungen an Ofenwänden und dadurch zu hohem Wartungsaufwand.
Der schwerwiegendste Nachteil liegt indessen in dem Umstand, daß die Homogenitätsanforderung (Mischgüte) bei mechanischem Rühren für viele Zusatzmetalle,
wie Mn, T. Sr, Fe usw, nicht erreicht wird, so daß der Umweg über die kostenaufwendigen Vorlegierungen
beschriften werden muß. (Vergleiche beispielsweise Aluminium-Vorlegierung DIN 1725 Blatt 3, Juni 1973;
Aluminium-Taschenbuch, 13. Ausgabe, Düsseldorf 1974,
S. 12-14.)
Während in dei: erwähnten Betriebsarten die für den
Mischvorgang erforderliche Relativbewegung von bewegten Rühreiernenten erzeugt wird, welche ihre
Bewegungsenergie auf die zu vermischenden Komponenten übertragen, verwendet der statische Mischer
eine Relativbewegung, bei der feste Mischelemente als Hindernisse fungieren, und die zu vermischenden
Komponenten ihre Bewegungsenergie von einer Fördereinrichtung erhalten, welche den im Mischer
auftretenden Druckabfall überwindet. Statische Mischer bestehen nach dem Stand der Technik aus einem
Rohrsystem mit einer Reihe derartiger feststehender Mischelemente, welche durch wiederholtes Teilen und
Verlagern der Komponentenströme den Mischvorgang bewirken. Ein derartiger statischer Mischer kann
charakterisiert werden durch die Homogenität (Mischgüte) des gemischten Produktes, den Druckabfall in dem
Rezipientensystem und den allenfalls vorhandenen, erheblichen Wärmeübergang. (Vergleiche Bruenemann/John. Chemie-Ing.-Technik, 43 [197IJ 348,
sowie speziell zum Wärmeübergang J. G ö m ö r i,
Chemie-lng.Technik,4^,[1977J 39-40.)
Statische Mischer eignen sich namentüch dazu, um
hochviskose oder aggressive Flüssigkeiten untereinander oder mit Feststoffen kontinuierlich zu mischen. Sie
haben sich aber auch auf dem besonderen Anwendungs
gebiet des Mischens von Gasströmen, beispielsweise in
der Klimatechnik, in den Zentralen von Kälte-Wärme-Prüfanlagen sowie in Trocknungsanlagen für die
verschiedensten Güter besonders bewährt (J. G ö m δ -ri. Statisches Mischen von Gasströmen, Chem-Ing.-
Technik, 49 (1977), 39-40.) Nach dem Stand der Technik teilen dabei die feststehenden Leitelemente die
Flüssigkeits- oder Gasströme, leiten Teilströme um und führen Teilströme wiederum zusammen, wodurch
Schichten von Material wechselnder Zusammensetzung
erzeugt werden, deren Anzahl mit der Anzahl der
verwendeten Leitelemente wächst Durch geeignete Wahl der Leitelemente, insbesondere durch Maximierung ihrer Anzahl innerhalb vorgegebener Rahmenbedingungen läßt sich theoretisch jede erforderliche
Statische Mischer weisen narh dem Stand der Technik keine beweglichen Teile <mf: der im Mischer
auftretende Druckabfall muß von der Fördereinrichtung überwunden werden. Die erforderliche Mischarbeit
wird dabei neben anderem durch eine Herabsetzung der kinetischen Energie der Stoffströme geleistet und
äußeit sich durch entsprechenden Druck- und Geschwindigkeitsverlust der Mischung (J. Gömöri,
a.a.O, O.A. Pattison, Motionless Inline Mixers,
JO Chem. Eng. 1969 (5), 94 ff.; T. B ο r, The Static Mixer as a
Chemical Reactor, Brit Chem. Eng. 1971, 610-612; H. Bruenemann/G. John, Mischgüte und Druckverlust statischer Mischer mit verschiedenen Bauformen,
Chemie-Ing.-Technik 43, [1971], 348-356, Ullmann's
}~> Enzyclopädie der technischen Chemie, 4. A. 1972, Band
2,267 ff.).
In den im Stand der Technik offenbarten Ausführungsformen sind die statischen Mischer indessen für die
Legierungsherstellung nicht geeignet, da der Transport
von Metallschmelzen in geschlossenen Rohrsystemen
zusätzliche verfahrenstechnische Probleme schafft. Wird der Mischer als geschlossener Strömungskanal
ausgeführt der seinen Eingangsdruck von konventionellen Pumpen bezieht, und wird dabei die Verbindung
zwischen Strömungskanal und Leitelemenun dauerhaft
ausgeführt, so besteht die Gefahr, daE die Verrichtung wegen der dauerhaften Verankerung der Leitelemente
im Strömungskanal verstopft. Dabei fördert gerade die Maximierung der Anzahl der Leitelemente, welche zur
vt Optimierung der Mischungsqualität wünschbar erscheint, diesen Vorgang erheblich (US-PS 28 94 732 der
Shell Co, 30 51 452, 30 51 453 und 31 82 965, 32 06 170 der American Enka Co, US-PS 31 95 865 der Dow
Badische Co.).
5ϊ Weiter führt die Ausführung des Mischers als
geschlossener Strömungskanal zu hohem Druckabfall infolge der Reibung der Mischungskomponenten an den
Leitelementen. Je höher die Anzahl dieser Leitelemente dabei ist, um so stärker ausgeprägt ist der Druckabfall
zwischen Eintri". des Materials in den Mischer und seinem Austritt daraus. Im günstigsten Fall beträgt der
Druckverlust im statischen Mischer den vierfachen Wert eines vergleichbaren leeren Strömungskanals
(O. A. P a 11 i s ο η, a. a. O, S. 95), was dazu führt, daß der
Druckabfall im Mischer durch eine entsprechende Fördereinrichtung .überwunden werden muß.
Schließlich bewirkt die Ausführung des Mischers als geschlossener Strömungskanal mit fest eingebauten
Leitelementen, daß die letzteren schlecht zugänglich und daher schlecht mechanisch zu reinigen sind. Dies
führt gegebenenfalls zu erhöhter Korrosionsgefahr und zu einsprechend niedriger betrieblicher Lebensdauer
der Vorrichtung. Bei wertvollem Mischgut fallen darüber hinaus die aus demselben Grund entstehenden
Stoffverluste ins Gewicht. Diese sind um so höher, je höher die aus anderen Gründen erwünschte Anzahl der
Leitelemente im Mischer ist
Endlich verlangt die übliche Ausführungsform des statischen Mischers eine verhältnismäßig komplizierte
Geometrie der Leit- und Mischelemente, damit die sogenannte Kanalbildung im Mischgut vermieden wird,
worunter grobe Inhomogenitäten des Produkts in Form von einzelnen Durchbrüchen einer einzelnen Mischungskomponente
zu verstehen sind (Bruenemann/John,
a.a.O. S. 352). In einer tier üblichen Ausführungsformen des statischen Mischers ist diesem
Mischaggregat leicht zu reinigen und wirkt sich ein Verstopfen durch erstarrtes Metall weniger nachteilig
aus als bei dauerhaft eingebautem Strömungshindernis.
Im allgemeinen ist der Durchlaufbehälter dem atmosphärischen Luftdruck zugänglich, so daß die
Mischarbeit durch die Differenz des metallostatischen Drucks der Schmelze zwischen Eintritt und Austritt aus
dem Durchlaufbehälter geleistet wird. Der Legierungszusatz wird in der Regel in stückiger Form, beispielsweise
feinstückig oder als Granulat, eingetragen.
Vorzugsweise ist eine mechanische Dosier- und Fördereinrichtung zum Eintragen des Legierungszusatzes
in die strömende Metallschmelze vorgesehen. Man kann aber auch so arbeiten, daß man jeweils eine
abgewogene Menge des Legierungszusatzes vor dem Einlaufen der Metallschmelze auf die Schüttschicht legt
oder mit dem Granulat der Schüttschicht vermischt und erst danach die Metallschmelze durch den Durchlaufbe-
ein oder mehrere links- und rechtswendige Leitelemente in Form verdrillter Bleche hintereinander in Serie
angeordnet worden sind (O.A. Pattison, a.a.O. S. 95). Eine besonders komplizierte Geometrie weisen
die Misch- und Leitelemente in der Ausführungsform von US-PS 31 95 865 auf. Derartig komplizierte
geometrische Anordnungen verursachen hohe Fertigungskosten, welche noch dadurch erhöht werden, daß
an die mechanischen Eigenschaften der Verbindung zwischen Leitelement und Strömungskanal hohe Anforderungen
gestellt werden müssen, damit die verhältnismäßig hohen Druckunterschiede kompensiert werden
können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Prinzip des statischen Mischers für das Gebiet der
Legierungsherstellung aus Metallschmelze und fester Zulegierung verfügbar zu machen und an die besonderen
Anforderungen dieses Gebiets anzupassen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung verfahrensmäßig durch die Merkmale des Anspruchs 1
und vorrichtungsmäßig durch die Merkmale des Anspruchs 7 gekennzeichnet.
Mit der Erfindung werden die geschilderten Nachteile des Standes der Technik so weit wie möglich vermieden.
Gegenüber dem chargenweisen, manuellen Zumischen ergibt sich der Vorteil, daß die Qualität der hergestellten
Legierung nicht mehr von der Arbeitsleistung des mit dem manuellen Durchmischen der Schmelze betrauten
Gießereiarbeiters abhängt und daß es folglich ermöglicht ist, die Konstanz der Endkonzentration der
Zulegierungselemente zu erhöhen. Da ein mechanisches Rühren unterbleibt wird die Krätzebildung gegenüber
der chargenweisen Legierungsherstellung erheblich vermindert.
Außerdem können schwer lösliche Zusatzmetalle, wie beispielsweise Mangan oder Titan in der Form des
Reinmetalls, ohne Umweg über Vorlegieningen zulegiert
werden, insbesondere wenn als Metallschmelze eine Aluminiumschmelze verwendet wird die bei einer
800° C übersteigenden Temperatur unmittelbar der Elektrolysezelle entnommen wird Schließlich ist die
Gefahr vermindert, daß durch das manuelle Rühren mit dem Rührwerkzeug oder durch Beschädigung der
Ofenwand Verunreinigungen in das legierte Endprodukt eingeschleppt werden, die die Qualität des
Produktes beeinträchtigen und unter Umständen zu erheblichen wirtschaftlichen Verlusten führen können.
Durch die auswechselbare Anordnung der als Strömungshindernis dienenden Granulatschicht ist das
weisen sollen noch unter den Begriff der »kontinuierlichen Legierungsherstellung« fallen.
Weitere bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert Es zeigt
F i g. I ein konstruktives Fließbild des Verfahrens zur Herstellung von Legierungen unter Verwendung des
statisch ^r. Mischers,
Fig. 2 einen Querschnitt durch einen statischen Mischer zur Legierungsherstellung mit eingebauter
Abstehkammer,
F i g. 3 einen Querschnitt durch einen statischen Mischer zur Legierungsherstellung, bei dem der Eintritt
der Metallscimelze und der Austritt der Legierung auf
verschiedenen Niveaus erfolgt,
Fig.4-5 verschiedene Formen von Dosierungsvorrichtungen
für die Zuführung mehrerer verschiedener Zulegierungsmaterialien in den statischen Mischer.
Das in dem konstruktiven Fließbild (Fig. 1) schematisch
dargestellte Verfahren umfaßt die drei appar?tiven Komplexe des Ofens (I), des statischen Mischers (II) im
engeren Sinn, und der Dosier- und Fördereinrichtung für die Zulegierung (III). Aus dem Abstehofen (a)
gelangt die unlegierte Metallschmelze (b) zunächst in die mit einer losen Schüttschicht gefüllte Filterkammer
(c)des statischen Mischers, wo sie mit der kontinuierlich
zugeführten Zulegierung (d) vermischt wird Anschließend an die Filterkammer (c) fließt das Produkt in eine
Abstehkammer (e), wo ihm Proben entnommen werden können, welche der Analyse (I) zugeführt werden. Vom
Ergebnis derselben hängt es ab, ob die Dosierung der Zulegierung geändert wird, was mit dem Pfeil (g)
versinnbildlicht wird Anschließend kann das Produkt in einer zweiten Abstehkammer Qt) gesammelt werden
und von dieser schließlich in die Gießmaschine (i) gelangen.
Zwei verschiedene Ausfühningsfonnen der Mischkammer
sind in den F i g. 2 und 3 beispielhaft dargestellt und gestatten die nachstehende Ausführung des
Verfahrens: Die unlegierte Metallschmelze 1, vorzugsweise eine Aluminiumschmelze, welche beispielsweise
bei einer 800° C übersteigenden Temperatur unmittelbar der Elektrolysezelle entnommen werden kann, fließt
zunächst in einen Durchlaufbehälter 2 aus; feuerfestem Material, welcher mit einer losen Schüittschicht aus
Granulat 4 gefüllt ist. Diese Schüttschickt kann nach dem Gebrauch der Vorrichtung ausgewechselt werden,
wodurch die Reinigung der Mischkammer gewährleistet
ist. Eine geeignete Auswahl der Partikelgröße des Granulats gestaltet es dabei, die Mischgüte der
Legierung entsprechend den Anforderungen des Einzelfalles zu variieren.
Als Material für das Granulat kommen beispielsweise Korund, Zirkonoxid, Kohlenstoff, Silikate, namentlich
Quarz und Kombinationen dieser Materialien in Frage. Hinsichtlich der Partikelgröße hat es sich als zweckmäßig t/-»iesen, diskrete Durchmesser durch Aussieben zu
gewinnen und anstelle von Gemischen mit Gauss'scher Normalverteilung der Partikeldurchmesser zu verwenden. Für die Herstellung von Aluminiuifilegierungen
haben sich beispielsweise Granulate aus Korund mit einem größten Durchmesser von 5 bis 6 cm bewährt.
Zur Erzielung einer konstanten Mischgüte empfiehlt es sich, die Schüttschicht aus einem Grundmaterial
aufzubauen, welches aus Partikeln eines inerten Materials, beispielsweise Korund, mit einem größten
individuellen Durchmesser zwischen 5 und 6 cm besteht.
mer aus, entweder nachdem sie in einer Abstehkammer
gesammelt worden ist, welche ihrerseits durch eine Trennwand 6 begrenzt wird, welche eine oder mehrere
Durchlauföffnungen 8 aufweist (F i g. 2), oder durch eine
s Austrittsöffnung am unteren Rand des Durchlaufbehälters (F i g. 3). Das legierte Produkt kann anschließend in
eine zweite Abstehkammer (Fig. I, h) eingeleitet werden und von dort in die Gießmaschine eingeführt
werden. Proben für die Analyse der chemischen
to Zusammensetzung des Produktes können sowohl aus
der Aufstiegskammer in einer Anordnung nach Fig.2,
als auch aus der Abstehkammer (F i g. 1, h) entnommen
werden.
von Granulaten zugeführt, welche verhältnismäßig schwer rieselfähig sind und mittlere bis hohe Verschleißeigenschaften aufweisen, welche es bei der Auslegung
der Fördermittel entsprechend zu berücksichtigen gilt. Von diesen letzteren wird eine rechnerische Dosierge-
kombinieren: Handelt es sich bei der Zulegierung um ein schwer legierbares Material, so kann es vorteilhaft sein,
eine Schicht von 20-30 cm der Schüttschicht mit einem feineren Granulat, beispielsweise aus Quarz, zu
versehen, dessen Partikelgröße in erhitztem Zustand unter jener der Zulegierung liegt. Dadurch werden die
schwer legierbaren Zusätze in den oberen Regionen der Schüttschicht zurückgehalten und die Zulegierung wird
gewissermaßen aus ihren eigenen Partikeln extrahiert, was die Erzielung höherer Konzentrationen schwer
legierbarer Zusätze ermöglicht.
G'...e Ergebnisse können auch dadurch erzielt werden, daß die Schüttschicht Granulat zweier verschiedener diskreter Partikelgrößen auf das Filterbett
verteilt enthält, deren Durchmesser in einem Verhältnis von mindestens 6 :1 stehen. Dabei hat es sich als
zweckmäßig erwiesen, für die Partikel mit dem kleineren Durchmesser ein Material mit geringerer
Wärmeleitfähigkeit zu verwenden als für die Partikel mit dem größeren Durchmesser.
Die Zulegierung 3 gelangt durch eine der in den Fig.4 bis 5 dargestellten D «iervorrichtungen in
feinstückiger Form oder als Granulat in die Mischkammer, wobei im Falle mehrerer Komponenten dieser
Zulegierung die Dosiervorrichtung bereits für eine gewisse Vormischung sorgt. Es hat sich dabei als
zweckmäßig erwiesen, ein Granulat der Zulegierung mit einem größten Durchmesser zwischen 03 und 1 cm zu
verwenden.
Die starre Schüttschicht 4 im Durchlaufbehälter 2 wirkt in dieser Anordnung als Strömungshindernis,
dessen Qualität durch eine entsprechende Wahl der Partikelgröße variiert werden kann. Zur Vermeidung
von Abbrand und Krätzebildung können die noch nicht völlig vermischten Komponenten durch einen Deckel,
welcher den Flüssigkeitsspiegel der Metallschmelze berührt vor dem Luftsauerstoff geschützt werden. Die
Vorrichtung der Fig.2 und 3 erscheint nach dem Gesagten vor allem geeignet um Metalle zuzulegieren,
deren Auflösungsgeschwindigkeit so gering ist daß sie gemäß dem Stand der Technik in Form von
Vorlegierungen zugeführt werden müssen (Mn, Cr, Ti usw.), deren Zuführung mit Schwierigkeiten infolge
Abbrennen oder Verdampfen verbunden ist (Mn, Zn), oder welches in feinstückiger Form wirtschaftlicher
oder in besserer Qualität angeboten wird (z. B. Silizium).
Die fertig gemischte Legierung 5 tritt nach dem Durchströmen dieser Schüttschicht aus der Mischkam-
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Dosierzeit gefordert aber in der Praxis angestrebt, daß die Abweichungen unter ± 1% liegen.
In der in Fig.4 dargestellten Vorrichtung befinden
sich die Zulegierungskomponenten in einem oder
mehreren Fördersilos 9, in deren Auslaufkonus ein
umlaufender Schneckenförderer 10 ragt, welcher mit einem Elektromotor 11 angetrieben wird. Wird der
Schneckenförderer in der einen Drehrichtung betrieben, so dient er gegebenenfalls zum Vormischen der
verschiedenen Granulate; wird er reversiert, so ermöglicht er eine Zwangsentleerung des Silos und
damit eine sehr fein regelbare und konstante Förderung des Granulates bzw. der verschiedenen Granulate,
welche anschließend durch einen Abfüllstutzen 12 in
einen Zulauftrichter 13 gelangen, welcher so ausgelegt
ist, daß er eine größere Zahl von derartigen Abfüllstutzen aufnehmen kann. Die Verwendung des
Schneckenförderers 10 im Auslaufkonus der Fordersilos 9 ermöglicht es, auch Granulat welches durch äußere
Einwirkungen zusammengebacken ist beim Fördern zu zerkleinern und derart wiederum in eine riesel- und
dosierfähige Form zu bringen. Der Auslauftrichter 13 mündet seinerseits in einen horizontal montierten
Schneckenförderer 14, der durch einen Elektromotor 15
angetrieben wird. Der Fördervorgang innerhalb dieses
zweiten Schneckenförderers 14 bewirkt eine entsprechende Vormischung der verschiedenen Zulegierungskomponenten, welche schließlich durch einen Abfüllstutzen 16 auf die Oberfläche der strömenden
Metallschmelze gelangen. Um Oxidation durch Luftsauerstoff und erhöhte Krätzebildung zu vermeiden,
wird die Höhe des freien Falls (16.1) nach Möglichkeit
minimiert und die Oberfläche der strömenden Schmelze gegebenenfalls durch eine Abdeckplatte abgeschirmt (in
den F i g. 4 und 5 nicht eingezeichnet).
In der in Fig.5 dargestellten Dosiervorrichtung
befinden sich die Zulegierungskomponenten in mehreren Fördersilos 9, in deren Auslaufkonus in der in F i g. 4
dargestellten Art ein umlaufender Schneckenförderer
10 ragt Die Abfüllstutzen dieser Fördersilos münden in
eine geneigte Schwingrinne 17, welche mittels Federverbindungen auf dem Untergrung gelagert ist und
durch einen Magnetantrieb 18 mit variabler Frequenz angeregt werden kann. Bei entsprechender Wahl des
Neigungswinkels der Rinne und der Anregungsfrequenz bewegt sich das Granulat auf der Unterlage sowohl
springend als auch rutschend. Eine etwas dickere Schicht des Granulats verhält sich dabei annähernd wie
eine einheitliche Masse, die in der Art eines plastischen Stoßes auf die Unterlage auftrifft. Durch diesen
Fördervorgang wird eine Vormischung der verschiedenen Materialien bewirkt, bevor diese auf die Oberfläche
der Metallschmelze 1 und dadurch in die Mischkammer 2 gelangen, in welcher die eigentliche Legierungsbildung
stattfindet. An Stelle der Schwingrinne kann auch ein umlaufender Band- oder Tragkettenförderer verwendet
werden, wobei bei einem solchen allerdings der Vormischungseffekt geringer bleibt.
Das Verfahren wird dadurch gesteuert, daß die einzelnen Antriebsvorrichtungen für die Dosiervorrichtung
(Elektromotoren 11 und 15 bzw. Magnetantrieb 18) über einen elektronischen Rechenautomaten eingestellt
werden. Als Eingangswert für diesen Rechenautomaten kann dabei der Sollwert oder Istwert der Analyse der
Legierung verwendet werden, wobei letzterer durch periodische Probenahme aus einer Abstehkammer
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Eingangswerte auch die Analyse des im Gießofen befindlichen Metalls, die Analyse der verwendeten
Vorlegierungen, und/oder die Barrenzahl, das Barrengewicht und die Gießgeschwindigkeit Anwendung finden.
Nach dem Stand der Technik muß zwischen der Probenahme aus dem Abstehgefäß (Fig. 1, ll-h) und
10
dem Ausdrucken der Analysenwerte mit einer zeitlichen Verzögerung von einigen Minuten gerechnet werden.
Über geeignete Analysencomputer können indessen die meisten der erwähnten Analysenwerte direkt zum
Ansteuern der Dosiervorrichtung verwendet werden, wodurch ein manuelles Einlesen derselben in den
Prozeßrechenautomaten entfällt. Ein derart steuerbares Verfahren erscheint namentlich geeignet zum Einsatz
von kontinuierlichen Gießmaschinen für Bandguß oder
to Horizontalstrangguß.
In einem betrieblichen Anwendungsbeispiel wurde Magnesium in Form von Einzelstücken zu je 100 g in
eine Mischkammer entsprechend F i g. 2 eingetragen und die Anlage mit einem Durchsatz von 61
Aluminiumschmelze pro Stunde gefahren, wobei die Eintrittstemperatur des Aluminiums 700°C betrug. Bei
einem Volumen des leeren Mischers von 0,5 m3, entsprechend ungefähr 0,2 m1 nach Einbringen der
Schütischichi, wurde eine rechnerische Dcsiergeriauigkeit
von ±0,2-2% bezogen auf eine Stunde Dosierzeit gefordert. Die Homogenitätsanforderungen des legierten
Produktes lagen bei ±5% des Gewichts der Zulegierung im Endprodukt während einer Zeitdauer
von über 95% der gesamten Betriebszeit, ausschließlich der Zeit für Anfahr- und Abschaltvorgänge.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (18)
1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von
Legierungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Legierungszusatz in fester Form in einen mit
einer losen und auswechselbaren Schüttschicht aus Granulat versehenen und von einer Metallschmelze
aufgrund ihres metallostatischen Drucks durchströmbaren Durchlaufbehälter eingebracht und dort
gelöst wird und daß die Mischungskomponenten beim Durchströmen der Schüttschicht von den als
Leit- und Mischelementen wirkenden Granulatpartikeln mehrmals zerteilt und wiedervereinigt werden
und den Durchlaufbehälter in gemischtem Zustand verlassen.
2.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Anpassung an die jeweils gewünschte Mischgüte eine passende Partikelgröße des
Granulats der Schüttschicht gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungszusatz mittels
einer mechanischen Dosier- und Fördereinrichtung in die strömende Metallschmelze eingetragen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Legierungszusätze nach einer Vormischung in der
Fördereinrichtung in die Metallschmelze eingetragen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Menge des
LegierungSTiisatzes vor dem Einlaufen der Metallschmelze auf die Schüttschicht gelegt oder mit dem
Granulat der SchJttschic-.it vermischt in den Durchlaufbehäher eingebracht wird und daß dann
die Metallschmelze durch ei«, .i Durchlaufbehälter
geleitet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungszusatz
aus einem an der Schüttschicht festgehaltenen Gemisch extrahiert wird.
7. Statischer Mischer zur Herstellung von Legierungen nach dem Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchlaufbehälter (2) für die Metallschmelze (1), in
den der Legierungszusatz (3) einbringbar ist, ein
Strömungshindernis für die Metallschmelze in der Form einer auswechselbaren Schüttschicht aus
wärmebeständigem Granulat (4) enthält.
8. Statischer Mischer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaufbehälter (2) aus
einer einzigen, granulatgefüllten Filterkammer besteht.
9. Statischer Mischer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaufbehälter (2) aus
einer Filterkammer (c) und mindestens einer Abstehkammer ^besteht.
110. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche
7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat (4) aus mindestens einem der nachfolgenden Materialien besteht: Korund, Zirkoniumoxid, Kohlenstoff,
Silikate.
11. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat
(4) ausgesiebt ist und daß die größten Durchmesser der einzelnen Granulatpartikel 5 bis 6 cm betragen.
12. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat
(4) Granulatpartikel zweier verschiedener Größen aufweist, deren Durchmesser in einem Verhältnis
von mindestens 6 :1 stehen, und daß die Wärmeleitfähigkeit des Materials mit der kleineren Partikelgröße kleiner ist als diejenige des Materials mit der
größeren Partikelgröße.
13. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttschicht aus zwei Schichten verschiedener Partikelgröße besteht, von denen diejenige mit dei kleineren
Partikelgröße über der anderen angeordnet ist
14. Statischer Mischer nach einem der Ansprüche 7 bis 13, gekennzeichnet durch eine mechanische
Dosier- und Fördereinrichtung (9,10, 14; 9, 10, 17) zum Einbringen des Legierungszusatzes.
15. Statischer Mischer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosier- und Fördereinrichtung mindestens ein Fördersilo (9) aufweist, in
dessen Auslaufkonus eine von einem Elektromotor (11) angetriebene Förderschnecke (10) eingebaut ist.
16. Statischer Mischer nach Anspruch 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dosier- und Fördereinrichtung eine in horizontaler Achse
umlaufende Förderschnecke (14) mit Zulauftrichter (13) aufweist, welche zur Vormischung verschiedener Legierungszusätze (3) untereinander vor dem
Eintragen in die Metallschmelze (1) dient
17. Statischer Mischer nach Ansprach 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosier- und
Fördereinrichtung eine Schwingrinne (17) aufweist, welche von einem Magnetantrieb (18) bewegt wird
und zur Vormischung verschiedener Legierungszusätze (3) untereinander vor dem Eintragen in die
Metallschmelze (1) dient.
18. Statischer Mischer nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosier- und
Fördereinrichtung einen umlaufenden Bandförderer enthält, welcher zur Vormischung verschiedener
Legierungszusätze (3) untereinander vor dem Eintragen in die Metallschmeb^fl) dient.
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