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Verfahren zur Behandlung von Metallen, insbesondere von Eisenlegierungen,
in flüssigem Zustand zwecks Erzeugung poröser Gußstücke Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zur Behandlung von Metallen, insbesondere von Eisenlegierungen, in flüssigem
Zustand zum Zwecke der Erzeugung poröser Gußstücke.
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Bekanntlich entstehen beim Gießen von Metallblöcken Schwindungshohlräume
(Lunker), welche dazu zwingen, daß der obere Teil des Blockes als sog. verlorener
Kopf vor der Weiterverarbeitung abgeschnitten werden muß. Um .daher eine hohe Ausbeute
an brauchbarem Stahl zu erzielen, war es bisher üblich, sog. steigenden Stahl herzustellen,
indem man auf verschiedenste Weise die Bildung von Gasblasen im Innern des Blockes
förderte unter entsprechender Verringerung der Lunkerbildung. Die Gasblasen können
jedoch ebenfalls bei der späteren Verarbeitung des Stahls von Nachteil sein, wenn
ihre Oberflächen sich nicht richtig miteinander verschweißen. Andererseits können
Stähle mit mehr als 0,3 °/o Kohlenstoff und legierte Stähle oder solche mit selbst
geringen Gehalten an Silicium praktisch nicht in der üblichen Weise zu steigenden
Stählen gemacht werden.
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Erfindungsgemäß wird bei derartigen Stählen und auch bei anderen Metallen
eine erhebliche Erhöhung der Ausbeute durch Verringerung oder völlige Vermeidung
der Lunkerbil-Jung zufolge Erzeugung -poröser Gußstücke dadurch erzielt, daß in
das vorzugsweise ganz oder teilweise beruhigte, noch flüssige Metall entweder in
der Gießpfanne oder in der Kokille unmittelbar nach dem Guß ein nicht oxydierendes
Gas, vorzugsweise Wasserstoff; eingeleitet und die Abkühlung derart .geregelt wird,
daß ein Teil des gelösten Gases im Block eingeschlossen wird.
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Verfahren zur Erzeugung von porösen: Gußstücken, insbesondere Werkzeugen
aus Gußstahl, sind bereits bekannt. Diese Verfahren bedienen sich jedoch völlig
anderer Mittel und dienen einem anderen Zweck und würden bei der Erzeugung von Gußblöcken
keinesfalls zu einer Ausbeutesteigerung führen können, weil die nach dem bekannten
Verfahren erzeugten Poren sich beim späteren Verwalzen nicht schließen würden.
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Es ist ferner bekannt, flüssige Metalle in der Gießpfanne mittels
nicht oxydierender Gase zu behandeln, jedoch soll hierbei lediglich eine Oxydation
des Metalls verhindert werden; während gerade die Erzeugung dichter Blöcke angestrebt
wird. Das nicht oxydierende Gas soll mithin kein Steigen bewirken, sondern lediglich
die Luft aus den verschiedenen Kammern der Gießform verdrängen.
Schließlich
ist es auch bekannt, flüssige Metalle vor dem Vergießen mit nicht oxydierenden Gasen,
insbesondere Wasserstoff, zu behandeln, jedoch lediglich zum Zwecke der Entfernung
von Verunreinigungen.
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Es können die gebräuchlichen Gußformen für Stahlblöcke benutzt werden,
und das Beruhigen des Stahles kann gewünsehtenfalls in ebenfalls bekannter Weise
erfolgen, beispielsweise durch Zusetzen von kleinen Mengen von Silicium. Die Beladung
mit Gas kann stattfinden, während das Metall sich in der Gießpfanne gußbereit befindet,
oder sehr kurz nachdem es in die Gußform eingegossen ist und sich noch in geschmolzenem
Zustande befindet. In jedem Falle sollte die Menge des zugeführten Gases, die Temperatur
des geschmolzenen Stahles und die Abkühlungsgeschwindigkeit in der Form derart sein,
daß beim Erstarren des Metalls eine gewisse Gasmenge freigesetzt und eine andere
Menge im Block eingeschlossen wird-und so die Bildung von Gußblasen bewirkt, um
ganz oder teilweise die Metallschwindung zu kompensieren.
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Ein gründliches Beruhigen des Stahles vor dem Gießen ist gewöhnlich
wünschenswert, um die Auflösung von Sauerstoff oder anderen Gasen im Metall zu verhüten
und mithin die - Korrosion der Gußblasenoberflächen. Wenn man dann das Metall mit
einem Gas belädt, welches unter den herrschenden Bedingungen nicht oxydierend wirkt
und: welches mit dem Metall nicht in nachteiligem Ausmaße reagiert, erzielt man
die übliche Steig-Wirkung, aber die gebildeten Gußblasen haben saubere Oberflächen,,
welche sich leicht beim darauffolgenden Bearbeiten des Stahles miteinander verschweißen.
Für den genannten Zweck wird Wasserstoffgas vorgezogen, da es leicht erhältlich
ist und leicht in das Metall in der Gießpfanne oder in der Blockform in geeigneter
Weise. eingeführt werden kann. Andere Gase, wie z. B. Argon, Helium, und in manchen
Fällen Stickstoff und Ammoniak oder Methan können verwendet werden.
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Die durch das neue Verfahren erzielten Blöcke können in beliebiger
Weise geschmiedet und gewalzt werden, um eine im Vergleich zu gewöhnlichem totem
Stahl vorteilhaftere Beschaffenheit zu erzielen. Ferner ist die Ausbeute im wesentlichen
die gleiche wie bei den älteren Steigverfahren. Das neue Verfahren ist ferner bei
legierten Stählen und anderen Stählen solcher Zusammensetzung brauchbar, welche
bisher überhaupt nicht oder nur mit beträchtlichen Schwierigkeiten zum Steigen gebracht
werden konnten.
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Wo die Qualität nicht so wichtig ist, dagegen die Wirtschaftlichkeit,
kann eine erhöhte Ausbeute dadurch erzielt werden, daß man das nicht oxydierende
Gas dem Stahl einverleibt, wenn er nur teilweise oder überhaupt nieht beruhigt worden
ist. Dies fördert die Gußblasenbildung im Block, und während eine Verringerung der
Oxydation der Güßblasenflächen unterstützt wird, erzielt man einen fertigen Stahl
von so guter Eigenschaft, wie sie früher durch gründliches Beruhigen erzielt worden
ist.
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Im nachstehenden wird eine praktische Anwendung des neuen Verfahrens
näher beschrieben.
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Eine Charge . von Kohlenatoffstahl mit 0,70')/o C wurde in einem elektrischen
Ofen bereitet. Mangan und Silicium wurden in dem Ofen zugegeben, so daß beim Gießen
einer Probepfanne in kleinen Blöcken eine Schwindung und Lunkerbildung stattfand.
Das Metall wurde dann in der großen Pfanne mit Wasserstoff aus einer mit komprimiertem
Gas gefüllten Flasche behandelt. Man bewirkte dies vermittels einer langen Eisenröhre
mit biegsamer Verbindung zur Gasflasche. Das Ventil wurde aufgedreht und der Wasserstoff
am Ende der Röhre entzündet und dann diese unter die Oberfläche des in der Gießpfanne
befindlichen Metalls getaucht. Da die Wärme des geschmolzenen Metalls allmählich
das Ende der Röhre abschmolz, war es notwendig, diese nach und nach tiefer in das
Metall einzuführen. Auf diese Weise wurden etwa 5o Kubikfuß Wasserstoff in die Stahlpfanne
eingeleitet, deren Beschickung etwa i t Stahl betrug. Eine quadratische Blockform,
mit rundem Boden und dem breiten Ende nach oben gerichtet, wurde zur Aufnahme des
Metalls dadurch vorbereitet, daß man sie mittels eines Ölbrenners vorwärmte. Das
Metall wurde in diese Form gegossen und verblieb zunächst ruhig in derselben. Nach
wenigen Sekunden fand die Gasentwicklung statt, und eine beträchtliche Gasmenge
trat oben aus. Gleichzeitig bemerkte man ein schwaches Erstarren von den Seiten
her, und von diesem Augenblick an stieg der Stahl in der Form hoch, so daß seine
Oberfläche in derselben etwa 15 cm (6 Zoll) höher stand am Ende dieses Erstarrungsintervalls
als unmittelbar nach dem Gießen. Die Gasentwicklung setzte sich für eine kurze Zeitspanne
fort, und zwar durch ein auf dem Block gebildetes Horn. Der Block wurde dann längsweise
durchschnitten und zwecks Beobachtung der Oberfläche bearbeitet und eine vollständige
Reihe von Gußlöchern festgestellt, deren Oberflächen völlig glänzend und unoxydiert
waren. Die Abwesenheit eines Lunkers war sehr bemerkenswert.
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Während die Erfindung in der Anwendung auf die Herstellung von Stahlblöcken
beschrieben wurde, ist es klar, daß sie auch bei der Erzeugung anderer Formen von
Gußstahl anwendbar
ist, wo Gußblasen nicht nachteilig sind und
die Wirtschaftlichkeit von vorwiegender Bedeutung ist.
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Zahlreiche Änderungen hinsichtlich der Natur des benutzten Gases und
der Art seiner Einführung können vorgesehen werden. Beispielsweise kann es unter
gewissen Bedingungen vorteilhaft sein, dem Stahl ein festes Material zuzufügen,
welches ohne schädliche 'Einwirkung auf das Metall reagiert unter Entwicklung von
hinreichendem Gas in der Form zwecks Erzeugung des gewünschten Steigeffektes.