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Vorrichtung zum Einschmelzen von Teilchen aus leicht oxydierbarem
Leichtmetall, z. B. Aluminium Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einschmelzen
von Teilchen aus leicht oxydierbarem Leichtmetall, z. B. Aluminium, bestehend aus
einer Schmelzkammer zur Aufnahme des Leichtmetalls, in der sich ein Rührelement
zurDurcharbeitung des Schinelzgutes befindet.
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Es ist bereits eine Vorrichtung zum Schmelzen von Weichmetallen, wie
Blei oder Zinn, bekannt, bei der in einer offenen Schmelzkammer das Metall unter
einer Deckschicht von harzartigem Charakter eingeschmolzen und alsdann über Verbindungsleitungen
in eine geschlossene Gußkammer übergeführt wird.
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Fernerhin ist eine Schmelzvorrichtung für Metall mit niedrigem Schmelzpunkt,
z. B. Letternmetall, bekannt, die lediglich eine Schmelzkammer aufweist und bei
der eine Rührvorrichtung in der Schmelze auf und ab bewegt wird. Außerdem wurde
auch schon eine Schmelzvorrichtung mit von Hand auf und ab bewegbarer Rührvorrichtung
vorgeschlagen.
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Erfindungsgemäß ist das Rührelement derart angeordnet, daß es die
geschmolzene Masse von einem Punkt oberhalb der Schmelze her gegen den Boden der
Kammer rührt und sich während des Rührvorganges periodisch vollständig aus der Schmelze
herausbewegt. Hierbei wird durch das Auftreffen des Rührelements auf das Metall
eine verbesserte Verrührung erreicht, und die OYydüberzüge der Teilchen werden aufgebrochen,
so daß sich die von den Überzügen befreiten Metallteilchen mit dem geschmolzenen
Metall in dem unteren Teil der Schmelzkammer verbinden können, während die Oxydüberzüge
sich in dem oberen Teil des Bades ansammeln. Ebenso wird durch das Herausbewegen
des Rührelements aus dein Bade ein teilweises Abkühlen dieses Rührelements zwischen
den Rührvorgängen ermöglicht. Diese Maßnahme ist notwendig, da sollst das Rührelement
von dem Metall angegriffen und zerstört werden würde.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt.
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Abb. i ist ein Seitenrriß des Ofens, zumTeil im Schnitt, Abb. 2 ein
Grundriß der Abb. i, Abb. 3 ein waagerechter Schnitt durch den Ofen, Abb. 4. eine
Seitenansicht des Rührrostes, Abb.'5 ein Grundriß der Abb. q., Abb.6 ein senkrechter
Schnitt durch die Rostbefestigung.
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Es ist bisher beim Einschmelzen fein zerteilten Aluminiums meist üblich,
es in offenen Ofen von Hand oder mechanisch zu rühren, was. aber große Wärmeverluste
ergibt und die Durchschnittstemperatur unter die gute Gießtemperatur herabdrückt.
Man muß daher Blöcke gießen und diese dann wieder einschmelzen, um Metall zu erzielen,
das heiß genug zum Gießen von Gußstücken ist. Dabei
ergibt sich
ein Umschmelzverlust von i bis 2 °1o nebst den Umschmelzkosten. Um daher eine Menge
von Aluminium zu erhalten, die für Gießereizwecke ausreicht, muß man eine große
Zahl von Arbeitern verwenden und das Produkt einer Reihe einzelner Tiegelöfen oder
offener Ofen in einem Umschmelzofen aufspeichern, um gießen zu können.
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Nach dein neuen Verfahren wird ein Bad von Aluminium hergestellt,
in das das fein zerteilte Aluminium als Rohgut eingeführt wird, wobei der Teil des
Bades, wo die Späne oder ähnliche Ausgangsstoffe zugeführt werden, stetig umgerührt
wird, damit sie rasch im Bade aufgenommen und die Verunreinigungen, wie Öl, Fett,
Schmutz, Eisen, Oxyd, rasch frei gemacht werden, während aus einem anderen Teile
des Bades das Aluminium frei von diesen Verunreinigungen mit einer für das Gießen
geeigneten Temperatur abgezogen wird. Vorzugsweise hat jeder Ofen einen Beschickungs-
und Umrührungsteil und einen Gießteil. Das in die Beschickungsseite eingeführte
Metall kann beliebig fein sein, und das an der anderen Seite abgezogene Metall wird
in Mengen entnommen, die dem Zweck entsprechen. Diese Ofenteile kann man Kammern
oder Abteilungen-nennen, die in ihrer Gesamtheit den Ofen bilden.
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Der Ofen i (Abb. i und 3) besteht aus feuerfesten Pfeilern undBögen.
Jede (-)feneinheit hat zwei geschlossene Ofenkammern 2, 3, die durch eine starke
Ziegelwand getrennt und nahe dem Boden durch einen engen Kanal q. verbunden sind.
Die Kammern haben ungefähr gleiche Größe, was aber nicht nötig ist. Oberhalb der
Badoberfläche sind Türen zum Beschicken und Abschäumen vorgesehen. Es kann zwar
eine einzelne Ofeneinheit verwendet werden, doch ist es wirtschaftlicher, drei oder
mehr Ofeneinheiten zu einer Reihe zu gruppieren, weil eine Arbeitergruppe die Öfen
dann besser gleichzeitig betreiben kann, die mechanische Einrichtung billiger wird
und die Wärmeverluste verringert werden. Die Zeichnung zeigt drei Ofeneinheiten
in einer Reihe. Die Einheiten sind getrennt und können verschiedene Legierungen
enthalten. Jede Einheit ist in der Mitte durch eine Trennwand 5 in eine Beschickungs-
und Umrührungskammer 2, durch welche das Metall eingeführt wird, und eine Heizkammer
3 zur Aufnahme und Temperaturregelung des eingeschmolzenen Metalls unterteilt.
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Die Wand 5 ragt vorzugsweise vom Boden bis zur Decke. Unter jeder
Reihe von Kammern 2, 3 erstrecken sich gewölbte Heizkammern 6, 7. Die Böden 8, 9
der Kammern 2, 3 ruhen auf diesen Gewölben und sind mit feuerfestem Ton oder ähnlichem
Material verpackt. Die Wände der Kammern sind aus Schamotte hergestellt oder damit
bekleidet. Sind drei Ofeneinheiten zu einer Reihe vereinigt, so braucht man weniger
Brennstoff, wenn die Trennwände zwischen den Beschikkungskammern und die Wände zwischen
den Gießkammern sich nur wenig über die Seitentüren erheben, so daß die Gase im
oberen Teile des Ofens auf jeder Seite der Trennwand 5 in freien Austausch treten
können. Die Außenwand jeder Beschickungskammer hat eine mittlere Beschickungsöffnung
i i mit Schiebetür 12 aus Schamotte.
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Die Außenwand jeder Gießkammer hat eine mittlere Öffnung
13 mit Schiebetür 14 aus Schamotte. Im oberen offenen Teil jeder Gießkammer
ist eine nicht gezeichnete Brennstoffdüse für die Zufuhr von zerstäubtem Rohöl oder
ähnlichem Brennstoff vorgesehen. Die Türen können Gegengewichte haben. Ferner können
die Öfen durch nicht gezeichnete Düsen am einen Ende der Kammer 6, 7 geheizt werden.
Eine Öffnung io am Ende der Kammer 7 erlaubt das Austreten überschüssiger heißer
Gase und bildet einen Sicherheitsüberlauf für den Fall einer Undichtheit der 'Metallbehälter.
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An der Austritts- oder Gießseite des Ofens ist ein Abstichloch 15
und Schnabel 16 unten unweit der Mitte bei jeder 1letallltainmer vorgesehen. Längs
jeder Querseite des Ofens sind mit Wasser füllbare Tröge 17, 18 vorgesehen,
in die heißes Gekratz von der Badoberfläche befördert werden kann. In den Trögen
scheidet sich das Aluminium vom Schmutz und kann erneut in den Ofen beschickt werden.
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An jedem Ende der Beschickungsseite der Ofenreihe ist unweit des Deckengewölbes
eine Öffnung 2i mit feuerfest gefütterter Tür ?2 vorgesehen. Durch diese Öffnung
entweichen teilweise die Ofengase, welche leichten Staub und Schmutz und brennende
Teilchen von fettem Öl mitführen. Diese Türen dienen auch als Sicherheits-
oder Explosionstüren und verhindern unerwünschten Druck im Ofen.
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Über der Badoberfläche befindet sich eine schwere Schicht heißer Gase,
die den Raum ganz erfüllen und etwas höheren Druck als die Außenluft haben und sich
ständig einen Ausweg durch die Endöffnungen an der Beschikkungsseite suchen. Daher
dringt beim Beschicken nur wenig Luft ein. Jede der End-und Zwischenwände der Beschickungs-
und Gießkammern hat einen Kanal --4 bzw. 25, durch den die Verbrennungsgase teilweise
abziehen können, wodurch die Temperatur der Ofenwände auf der gewünschten Höhe gehalten
wird. Die Kanäle an der Gießseite sind gewöhnlich offen, an der Beschickungsseite
aber geschlossen, da die untere Heizkammer 6
nur im Notfalle benutzt
wird, um ein Einfrieren des Bades zu verhüten.
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In jeder Beschickungskammer befindet sich ein rostartiges Rührglied
3 i mit einer schweren Nabe 32 und radialen Armen 33, die nach außen allmählich
dünner werden und an den Enden durch einen Metallkranz 34 entsprechend dem Umriß
der Ofenkammer verbunden sind. Durch die Lücken 35 zwischen den Armen kann das geschmolzene
Metall frei treten, wenn der Rost gesenkt und gehoben wird.
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In der Mitte des Rostes nimmt eine abgeschrägte Hülse 36 das Unterende
der Triebstange 37 auf, dessen Nuten 38 Vorsprünge 39 von Schuhen 41 aufnehmen,
deren abgeschrägte Seiten 42 in Auswärtsflanschen 43 enden. Um den Rost mit der
Triebstange in Eingriff zu bringen, wird deren Unterende durch das Loch in der Mitte
des Rostes geschoben, die Schuhe werden in Eingriff mit der Stange gebracht, und
der Rost wird auf die äußeren Schrägflächen der Schuhe gesenkt. Die Schrägflächen
bewirken einen festen Eingriff. Die Stange kann aus zwei Teilen bestehen, die in
einer Fuge 44 je mit Schultern und Überlappungen von halber Stangenstärke zusammenstoßen.
Eine mit Schamotte verpackte Hülse 40 um jede Stange oberhalb des Rostes verhindert
das Ausbrennen der Stange beim Eintauchen ins Bad.
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jede Stange ist durch eine Öffnung 45 in der Decke der Beschickungskammer
so geführt, daß nur wenig Heizgasverluste entstehen. Über dem Ofen sind die Stangen
hin und her beweglich zwischen zwei Rollenpaaren 46, 49 geführt, die an einem Rahmen
48 so angeordnet sind, daß sie die Stange in Flucht mit der Deckenöffnung halten.
Die Rollen übergreifen vorzugsweise mit Flanschen die vierkantige Triebstange und
haben Schmierungen. Die Stange ist zwecks leichten Entfernens von Oxyd und Gekrätz
diagonal gestellt.
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Das Oberende der Stange hat eine Öffnung 5 z zum Anbringen eines Hubkanals
52. Dicht am oberen Ende der Stange ist an einem Arm 53 ein Rostsenkungskabel54
befestigt. Die Kabel sind um Rollen 55, 56 geführt, die an festen Stützen oberhalb
der Stange bzw. unweit der Ofendecke befestigt sind. Die Kabel laufen dann entgegengesetzt
zu Rollen 57, 58 einer Welle 59, die vorzugsweise an einer Plattform 61 oberhalb
der Ofendecke gelagert ist. Die Welle mit den Rollen wird z. B. durch einen Elektromotor
62 geschwungen, der mit einem Reduziergetriebe 63 und einem Kurbelarm 64 gekuppelt
ist, der durch eine Verbindungsstange 65 mit einem entsprechenden Kurbelarm 66 an
der Schwingwelle verbunden ist. Die Abmessungen sind so, daß die Welle um etwa go°
bei jeder vollen Drehung des Kurbelarmes geschwungen wird.
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jedes der Rollenpaare hat ein Kuppelglied 67 an der Schwingwelle.
Die Verschiebungsschienen für die Kupplungen ragen von der erhöhten Plattform nach
dem Boden zu zwecks bequemer Bedienung unweit der Beschickungsseite des Ofens. Es
ist erwünscht, Gegengewichte für die Roste und Tragarme sowie Federungen vorzusehen,
um Überbeanspruchungen zu vermeiden. Eine Feder 71
ist daher in das Rostsenkungskabel
eingeschaltet, und ein Gegengewicht 72 sitzt am Ende des Rosthubkabels. Das Gegengewicht
kann sich gegen eine Ouerschiene 73 legen, die an einem Paar von Federn 74 gestützt
ist. Diese sind an einer festen Stütze 76 über der oberen Hubgrenze des Gegengewichtes
angebracht, um die Schiene in der Bahn des Gegengewichtes zu halten, wenn der Rost
aus dem Metallbade gezogen wird. Die Gegengewichte sind auf Schienen 77 geführt,
die beiderseits im Triebwerksrahmen gestützt sind. Federn 78 auf den Schienen dienen
als Puffer. Eine Einstellrolle 8i im Zuge des Hubkabels sitzt vorzugsweise an zwei
Armen 82, die an den Rahmen unweit der Rollen angelenkt sind. jedes dieser Rahmenpaare
hat eine feste Mutter 83, durch die das obere Ende einer Gewindestange 84 ragt,
deren Unterende ein Handrad 85 trägt, so daß die Scheibe nach oben oder unten verstellbar
ist, um den Rost relativ zum Bade einzustellen. Der Rost kann so z. B. ganz aus
dem Bade herausgezogen und oberhalb der Beschickungsöffnung gehalten werden.
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Durch entgegengesetzte Einstellung kann bewirkt werden, daß der Rost
sehr tief in das Bad taucht. Die Feder im Rostsenkungskabel wird beim Heben des
Rostes gespannt und beim Senken wieder zum größeren Teile entspannt und dient auch
als nachgiebige Sicherung, falls der Rost beim Abstieg ein Hindernis trifft. Mithin
hat man volle Herrschaft über das Rührwerk hinsichtlich Ingangsetzung und Stillsetzung
sowie Einstellung relativ zum Bade. Durch einen Schaltwiderstand kann die Geschwindigkeit
des Motors und Rührwerks geregelt werden.
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Zwecks Ingangsetzung wird der Brenner oberhalb der Austrittsseite
des Ofens angezündet und: der ganze Ofen gründlich erhitzt. Der Brenner unterhalb
der Austrittsseite kann, aber muß nicht mitbenutzt werden. Die Beschickungsseite
des Ofens wird dann mit so viel Blöcken und Spänen beschickt, daß man eine flüssige
Metallmasse von erheblicher Tiefe in beiden Ofenkammern durch die Schmelzung erhält.
Ist die Beschickung geschmolzen und fließt in die Gießkammer durch die Mittelöffnung
der Trennwand, so kann
mit dem Einführen von Spänen usw. an der
Beschickungsseite begonnen werden. Nach Erreichung einer geeigneten Temperatur kann
der untere Brenner gelöscht werden. Das Rührwerk wird dann angelassen, und die Späne
werden in den Ofen beschickt. Das Fett und öl in der Beschickung liefert alsdann
den Brennstoff für die Aufrechterhaltung einer hohen Temperatur in der Beschikkungkammer,
während die Nachheizung der Gießkammer das Metall in dieser auf richtiger Gießtemperatur
hält.
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Das Rührwerk- läuft dauernd, und die Beschickungstüren werden nacheinander
geöffnet, um Späne, z. B. von Aluminium, in den Ofen zu beschicken. Feuchtes Rohgut
wird vorzugsweise erst auf der Schwelle der Beschickungsöffnung abgelagert und nach
dem Austrocknen nach erneutem Offnen der Beschickungstür in den Ofen hinuntergestoßen.
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Das Rührwerk steigt und fällt gewöhnlich einmal in zwei Sekunden,
doch ist die Geschwindigkeit je nach Umständen veränderlich. Das fein zerteilte
Aluminium usw. wird durch den Rost unter die Badoberfläche gerührt, der alles durcheinandermischt.
Die feinen Teilchen werden dadurch dem Schmelzbade an der Beschickungsseite rasch
einverleibt. Das reinere Metall sinkt in den Behälter an der Beschickungsseite nieder
und fließt, wenn an der Austrittsseite Metall abgezogen wird, durch die Öffnung
in der Trennwand und steigt in der Gießkammer hoch, um den Badspiegel im Ofen konstant
zu halten.
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In der Gießkammer unterliegt das Metall der direkten Heizwirkung der
Düsenflamme und kann gegebenenfalls auch durch den unteren Brenner geheizt werden.
Die Temperatur des Ofens wird so geregelt, daß das Metall auf richtiger Gießtemperatur
gehalten wird.
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Das Bad kann von Zeit zu Zeit abgeschäumt werden. Das Gekrätz kann
in die Tröge an den Ofenseiten abgeführt und später erneut in den Ofen beschickt
werden.
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Natürlich kann auch eine Mehrzahl von Beschickungskammern mit einer
Gießkammer verbunden werden oder umgekehrt.
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Es kann auch erwünscht sein, in den Ofen an der Beschickungsseite
Flußmittel, wie Kryolith, Calciumchlorid, Zinkchlorid, einzuführen, um das Entfernen
von Verunreinigungen zu erleichtern.
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Mithin erhält man eine stetige Zufuhr von Aluminium für Gießzwecke
aus fein zerteiltem, gegebenenfalls stark mit Fett und Öl verunreinigtem Aluminium,
das somit rasch umgearbeitet wird, und zwar mit einer Ausbeute, die der im Laboratorium
gleich oder überlegen ist.