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Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit und Dehnung von gegossenen Metallen
Es ist bekannt, daß die Gase, die beim Schmelzen von @ Metallen und Legierungen
aufgenommen werden, ihre mechanischen Eigenschaften im allgemeinen ungünstig beeinflussen.
Die schädlichsten der vom Bade aufgenommenen Gase sind Wasserstoff, Schwefeldioxyd
und Kohlenoxyd. Daneben kommen jedoch auch Cyanverbindungen, Stickstoff und Kohlendioxyd
in Betracht. Diese Gase finden sich in allen Metallen während des Schmelzens gelöst,
weil sie größtenteils auch in der zum Heizen verwendeten Flamme vorhanden sind und
das Bad ein gewisses Lösungsvermögen hierfür besitzt. Die Aufnahme dieser Gase durch
die Schmelzbäder ist dabei durchaus nicht auf unmittelbar beheizte Flammöfen beschränkt,
erfolgt vielmehr auch häufig in Tiegelöfen, weil die Wandungen der Tiegelöfen, z.
B. Graphit, in erheblichem Maße gasdurchlässig sind, so daß eine Diffusion der Heizgase
in das Innere der Tiegel, d. h. in das Schmelzbad, stattfindet.
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Die Löslichkeit der Schmelzbäder für die Gase ist aber von Nebenerscheinungen
begleitet, die sich für die Beschaffenheit des Gusses, insbesondere Festigkeit und
Dehnung, ungünstig auswirken. Gewöhnlich sinkt nämlich die Löslichkeit bei sinkender
Temperatur, so daß beim Erstarren der Schmelze die Gase teilweise freigegeben werden
und feine Hohlräume, in gröberen Fällen Lunker, bilden, die das Gefüge lockern.
Man hat nun auf die verschiedenste Weise versucht, die im geschmolzenen Metall gelösten
Gase zu entfernen, und es sind im Gießereiwesen nahezu unzählige Mittel vorgeschlagen
worden, um diese Reinigung durchzuführen. So hat man versucht, durch Behandlung
mit indifferenten Gasen, z. B. Stickstoff, zu entgasen, indem man einen Strom von
Stickstoff durch das flüssige Metall geleitet hat. An Stelle von Stickstoff wurde
auch das. Bad mit Chlor behandelt, wodurch außer der mehr physikalischen Wirkung
des Mitreißens vorhandener Gase durch den überschuß des eingeleiteten sich auch
chemische Vorgänge abspielen sollten, weil durch die Chlorierung gewisse Verunreinigungen
in einen verflüchtigungsfähigen Zustand übergeführt wurden. Auch mit Oxydationsmitteln
sollte nach verschiedenen Vorschlägen die Reinigung möglich sein. Hierbei wirkt
der Sauerstoff des zugeschlagenem Mittels oxydierend auf die im Bade vorhandenen;
meist reduzierenden Gase ein, so daß z. B. aus Wasserstoff, dessen Löslichkeit im
Kupfer groß ist, Wasserdampf gebildet wird, der in weit geringerem Maße löslich
ist, so daß eine weitgehende Reinigung des Bades möglich erscheint. Gewöhnlich muß
dabei aber ein erheblicher überschuß an Oxydationsmittel verwendet werden, um auf
Grund des Massenwirküngsgesetzes die weitgehende Entfernung der gelösten Gase sicherzustellen.
So wird z. B. bei der Raffination
des Kupfers das Bad erst mit einem
erheblichen Überschuß an Sauerstoff versetzt und dieser Sauerstoff dann. durch:
ein besonderes Reduktionsverfahren (Polen) wieder entfernt. Es ist aber bekannt,
daß man bei dem sogenannten Überpolen neue Gase in das Kupfer einführt, die dann
wieder nur durch einen erheblichen Überschuß an Sauerstoff ausgetrieben werden können.
Die Arbeit mit Oxydationsmitteln beruhte also grundsätzlich darauf, daß ein gewisser
Überschuß an Sauerstoff angewendet werden mußte, um die vollständige Entfernung
der gasförmigen Verunreinigungen sicherzustellen, und daß dieser Überschuß dann
durch ein Reduktionsmittel wieder entfernt wurde. Die Reihenfolge der Reinigungsarbeiten
war also grundsätzlich so, daß zunächst überoxydiert und dann reduziert wurde.
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Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren, welches auf. eine
erheblich genauere und einfachere Weise eine Reinigung und Entgasung von Metallschmelzen
mit Hilfe von Oxydationsmitteln ermöglicht. Es wurde nämlich gefunden, daß es gelingt,
unter Einhaltung genauer Bedingungen eine nahezu vollständige Beseitigung der schädlichen
gasförmigen Verunreinigungen zu erzielen, ohne daß Überschüsse an Sauerstoff in
das Bad eingeführt werden müssen. Diese Bedingungen bestehen grundsätzlich darin,
daß das Metall so eingeschmolzen wird, daß es im schmelzflüssigen Zustande noch
gewisse, unedlere als die Hauptlegierungsbestandteile reduzierende Elemente und
Stoffe enthält und daß dann ein Oxydationsmittel in genau abgemessener Menge zugesetzt
wird, um gerade nur die noch vorhandenen gasförmigen Verunreinigungen zu oxydieren.
Hierdurch wird -es möglich, eine praktisch völlige-Entgasung auf dem Wege
einer Oxydation der Gase durchzuführen. Als Oxydationsmitel kommen, nur solche in
Frage, die den verfügbaren Sauerstoff auf dem Wege chemischer Umsetzung in das Bad
übertragen. Verbindungen, wie z. B. Kaliümchlorat, die ihren Sauerstoff durch rein
thermische Zersetzung abgeben, kommen nicht in Betracht, weil sich mit diesen Mitteln
die Abgabe einer ganz bestimmten Menge Sauerstoff an das Metallbad nicht durchführen
läßt.
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Es ist weiterhin vorgeschlagen, die Behandlung geschmolzenen Metalls
mit Wasserstoff vorzunehmen, darauf mittels oxydierend eingestellter Ofenatmosphäre
den überschüssigen Wasserstoff zu entfernen, schließlich aber dem Bade noch mal
ein Reduktionsmittel zuzusetzen, um überschüssigen Sauerstoff zu beseitigen. -Hierbei
ist die Einführung des Oxydationsmittels durch die Ofenatmosphäre vorgesehen. Das
ist ein höchst ungenaues Mittel, da die Zusammensetzung der Ofenatmosphäre außerordentlich
stark schwankt und die Stärke der Einwirkung auf das Bad von der Temperatur sehr
abhängig ist. Man wird also niemals den Gleichgewichtszustand zwischen dem Gasgehalt
des Schmelzflusses und dem Sauerstoffgehalt der darüberstehenden Phase so einstellen
können, daß eine weitgehende Entfernung der Gase aus dem Bade ermöglicht wird. Aus
diesem Grunde ist offenbar auch eine Überoxydation des Bades vorgesehen, die dann
nachträglich wieder durch besondere Reduktionsmittel rückgängig gemacht wird. Damit
ähnelt das Verfahren aber sehr stark den üblichen Raffinationsverfahren, die durch
Überoxydation und darauffolgende Reduktion des überschüssigen Sauerstoffs die Reinigung
des Schmelzflusses vorsehen.
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In einem anderen bekannten Verfahren, bei dem z. B. Messing gereinigt
werden soll, ist zwar bereits eine reduzierende Atmosphäre im-Bade geschaffen, da
Zink im allgemeinen reduzierende Eigenschaften hat. Es wurde jedoch dann ein Einrühren
von Oxydationsmitteln vorgesehen, ohne daß ein sorgfältiger Abschluß gegenüber den
sonst wirksam werden oxydierenden Einflüssen der Ofenatmosphäre gewährleistet war.
Es hat aber praktisch große Schwierigkeiten, die Einstellung eines guten Gleichgewichts
durchzufühfen, wenn in ihrer Gesamtheit nicht bestimmbare oxydierende Einflüsse
auf das Bad einwirken. -Im Zusammenhang hiermit werden eine Reihe von Maßnahmen
getroffen, von denen an sich einige bereits bekannt sind. Erst ihre Kombination
und sorgfältige Einhaltung insgesamt ermöglichen jedoch die erheblichen Verbesserungen,
die die Festigkeit und Dehnung von Metallen erhalten, die danach verarbeitet wurden.
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Die Ausführung des Verfahrens besteht dabei in folgendem: Man schmilzt
die Metalle zunächst in neutraler oder schwach reduzierender Atmosphäre ein. Das
Bad ist bei den herrschenden Temperaturen nur geeignet für die Aufnahme von Wasserstoff
und Kohlenoxyd, welche leicht auch durch eine etwa vorhandene Schlackendecke diffundieren.
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Nur für den Fall, daß der Einsatz bereits selbst größere Mengen Oxyde
enthält, wird unter stark reduzierenden Bedingungen eingeschmolzen. Anders ist der
Fall, wo von vornherein im Ausgangsstoff große Mengen reduzierender Verunreinigungen.
vorhanden sind. Es kommt z. B. vor, daß Messing-oder Rotgußabfälle auch einige Aluminiumspäne
beigemischt enthalten. In derartigen Fällen muß man schon beim Einschmelzen
auf
die Einhaltung oxydierender Bedingungen sehen und für eine geeignete Schlackendecke
mit möglichst niedrigem Schmelzpunkt sorgen, um diese Verunreinigungen möglichst
schon beim Einschmelzen zu entfernen. Das. sind aber Fragen, die nach den bisher
üblichen Gesichtspunkten geregelt werden und für die eigentliche Erfindung nur insofern
etwas zu tun haben, als dafür zu sorgen ist, daß für die nachfolgenden Maßnahmen
ein . Zustand des Bades geschaffen wird, der auf keinen Fall einen Überschuß an
Sauerstoff enthält, wohl aber einen gewissen Anteil reduzierender Gase.
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Von außerordentlicher Wichtigkeit ist nun, daß ein Bestandteil im
Bade enthalten ist, der wesentlich unedler ist als die Hauptlegierungsbestandteile
und daher reduzierend wirkt. Diese unedlere Substanz soll einen gegebenenfalls noch
vorhandenen Sauerstoffüberschuß auf jeden Fall beseitigen und als eine Art Sauerstoffzwischenträger
dienen, weil es durch das später zuzusetzende Oxydationsmittel im wesentlichen selbst
oxydiert wird, dann aber seinen Sauerstoff auf Grund der thermodynamischen Gleichgewichte
an die vorhandenen gasförmigen Verunreinigungen weitergibt.
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Es ist besonders vorteilhaft, jedoch nicht unbedingt erforderlich,
wenn dieser unedle Bestandteil auch noch eine nennenswerte Dampfspannung bei den
angewendeten Temperaturen besitzt. Auch die Anwesenheit von Mangan und Eisen bei
Nickel und Nickellegierungen haben sich z. B. als ausreichend erwiesen.
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Am günstigsten hat sich unter den in Frage kommenden Stoffen das Zink
erwiesen, «-elches sich selbst durch die zugesetzten Oxydationsmittel zu Zinkoxyd
aufoxydiert und in dieser Form ebenfalls auf den anwesenden Wasgerstoff wirkt. In
manchen der behandelten Legierungen, wie Messing oder Rotguß, ist das Zink zwar
schon als Legierungsbestandteil in größeren Mengen im Bade enthalten, in anderen
Fällen jedoch, wie bei der Verarbeitung von reinen Zinnbronzen, soll es in geringen
Mengen zugesetzt werden. Es genügt hierbei ein Zusatz von wenigen zehntel Prozent,
um die Einstellung der Gleichgewichte dann im Sinne einer beinahe vollständigen
Entfernung der Gase zu gewährleisten. Nach der Oxydation ist in letzteren Fällen
das Zink selbst wieder fast vollständig aus der Legierung verschwunden. Lediglich
in den Fällen, wo aus technologischen Gründen eine völlige Zinkfreiheit gefordert
wird; muß man zum Zusatz anderer Stoffe, z. B. Phosphor oder Mangan oder Eisen oder
Natrium oder Kadmium, greifen.
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Es ist zwar bekannt, Zink als Reduktionsmittel zu verwenden. Im vorliegenden
Falle handelt es sich aber nicht darum, daß das Zink allein als Reduktionsmittel
wirkt, sondern in Verbindung mit der erst nachher stattfindenden Oxydation der Gase
eine erhöhte Dampfspannung im Bade erzeugt, durch die die Einstellung der Gleichgewichte
auf Grund der Gleichgewichtsdiagramme erleichtert wird.
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Vor oder während des Einschmelzens wird das Bad mit einem Flußmittel
abgedeckt, welches eine sauerstoff- oder kohlenstoffhaltige Bariumverbindung enthält.
Gerade die Wahl einer derartigen Bariumverbindung hat besondere Vorteile, weil sie
einmal dazu dient, die Reste von etwa im Bade vorhandenem Schwefel zu binden, dann
aber auch, weil gerade diese Verbindungen des Bariums mit etwa sonst noch im Bade
vorhandenen Verunreinigungen besonders stabil sind, so daß die durch Oxydation gebildeten
Verbindungen der Verunreinigungen dann von der Schlackendecke restlos aufgenommen
werden, ohne daß auf Grund von Gleichgewichtseinstellungen Reste davon im, Bade
gelöst bleiben.
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Als Bariumverbindung kommen in erster Linie Bariumkarbonat, dann aber
auch Bariumcyanid, schließlich auch Bariumoxyd und Bariumperoxyd in Frage. Für sich
allein genommen sind allerdings die meisten dieser Bariumverbindungen zu hochschmelzend,
um eine gute Abdeckung auf dem Bade zu sichern. Es ist daher erforderlich, sie noch
mit anderen Substanzen zu versetzen, die den Schmelzpunkt auf ein der jeweilig behandelten
Legierung angepaßtes Maß herabsetzen. An derartigen den Schmelzpunkt erniedrigenden
Zusätzen haben. sich Soda und Pottasche als günstig erwiesen, weil sie mit dem Bariumkarbonat
Doppelkarbonate bilden, die ziemlich labil sind, und das Barium dadurch reaktionsfähiger
wird. An Stelle von Soda ist auch die Verwendung von anderen schmelzpunkterniedrigenden
Flußmitteln, wie Borax oder Natrium-, Kalium- oder Calciumfluorid, möglich.
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An Stelle der Bariumverbindungen kann man allenfalls auch Strontiumverbindungen
anwenden, während sich Calciumverbindungen im Gegensatz zu vielen bekannten Vorschlägen
für das vorliegende Verfahren nicht als gut brauchbar erwiesen haben.
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Eine Abänderung des. Verfahrens ist nur in solchen Fällen möglich,
wo, abgesehen von der Entfernung der gasförmigen Verunreinigungen, auch große Mengen
anderer Verunreinigungen beseitigt werden müssen. Dies kann z. T. nach an sich bekannten
Verfahren erfolgen, z. B: die Entfernung größerer Mengen Aluminium durch Kryolith.
Eine ganz
besondere Rolle spielt lediglich der Schwefel, und es
bildet einen Teil der Erfindung, daß man vor der Aufgabe des oben beschriebenen
Flußmittels eine besondere Entfernung des Schwefels in solchen Fällen vorsieht,
in denen dieser nicht bereits durch im Bade enthaltene Bestandteile, wie Zink und
Zinn, als Sulfid gebunden vorliegt. Derartige Fälle sind besonders die Behandlung
von Kupfer und Kupfer-Nickel-Legierungen. Hier würde durch Oxydation mehr Schwefeldioxyd
entstehen, als im Bade löslich ist, so daß man keine vollständige Entfernung der
gasförmigen Verunreinigungen erzielt. Die Entfernung des Schwefels erfolgt, indem
man vor Aufgabe des genannten Fluß.mittels eine Mischung von Bariumverbindungen,
vorzugsweise von Bariumkarbonat, Soda und Holzkohle unter reduzierender Flammenführung
, aufträgt. Hierdurch wird unter rein reduzierenden Bedingungen der Schwefel als
Bariumsulfid gebunden, und diese Verbindung ist so beständig, daß es gelingt, durch
Unterbindung umgekehrter Reaktionen (Ba S -i- Me0 :-Z Ba 0-+ MeS) mit der Reduktion
der Metalloxyde allen Schwefel aus dem Bade zu entfernen. Man muß jedoch die hierbei
entstehende Schlacke sehr sorgfältig vom Bade abziehen, damit keine Bariumsulfidreste
im: Flußmittel bei der daraüffolgenden Oxydation bleiben, was zu einer Rückführung
de"s Schwefels in das Bad Anläß, gibt.
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Bei zinn- und zinkhaltigen Kupferlegierungen ist dagegen der Schwefel
von vornherein größtenteils als Zinnsulfid oder Zinksulfid gebunden. Er verflüchtigt
sich dann als Zinksulfid oder wird -als Zinnsulfid von der basischen Schlacke als
Stannat aufgenommen: In diesem Falle kann die Flamme neutral sein. Bei neutraler
Flamme wird der Schwefel daher teilweise als Sulfid oder als Sulfit gebunden.
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Bei Oxydierender Flamme, wenn "diese, was von der Art der- Legierung
abhängt, vorzuziehen ist, wird der Schwefel zunächst als Sulflt und weiter durch
Oxydation als Bariumsulfat gebunden und in der flüssigen Schlacke aufgenommen, da
gerade das Bariumsulfat in oxydierender Atmosphäre besonders beständig ist. Als
besonders geeignet für diese Fällungsreaktion ist das Bariumoxyd, welches
oxydiert und als Bariumsulfat bindet. Es ist zwar eine Entschwefelung mit Chlorbarium
schon vorgeschlagen. Dabei fehlte jedoch der Zusammenhang mit den-Maßnahmen, die
die Raffination erst vQllständig machen. Außerdem ist gerade Chlorbarium ein Salz,
was sich weniger für den erfindungsmäßigen Zweck eignet als. die Bariumkarbonate,
vor allem in Form von Doppelkarbonaten mit Soda.
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Nachdem auf diese Weise im Sinne des Erfindungsgedankens die Voraussetzungen
für eine nahezu quantitativ ablaufende Reaktion geschaffen sind, wird dem Bade meist
noch mit dem Flußmittel gemengt ein Oxydationsmittel zugesetzt. Der mit diesem Oxydationsmittel
eingeführte Sauerstoff muß jedoch genau im Verhältnis zur Menge der im Bade gelösten
Verunreinigungen dosiert werden, denn mit seiner Hilfe soll z. B. der Wasserstoff
zu Wasserdampf oxydiert werden, wobei das Gleichgewicht unter Berücksichtigung der
thermodynamisch wichtigen Bedingungen so weit zugunsten der Wasserdampfbildung verschoben
wird, daß nennenswerte schädliche Mengen von Wasserstoff nicht mehr im Bade verbleiben.
Andernfalls darf eine Oxydation des Grundmetalles nicht eintreten. Dasselbe gilt
für die sonst noch gelösten gasförmigen Verunreinigungen, wie Kohlenoxyd, Cyanverbindungen,
Nitride oder Karbonyle. Die erforderlichen Mengen Sauerstoff kann man sich, auf
Grund der thermischen Gleichgewichtsbedingungen errechnen. Beispielsweise ist in
der Anlage die Zuschlagmenge Sauerstoff graphisch dargestellt, die für die Bindung
des Wasserstoffs in Kupfer und Nickel notwendig ist.
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Von -besonderer Wichtigkeit ist dabei jedoch, daß die hierbei angegebene
Menge Sauerstoff sich auf den bei den Arbeitstemperaturen nach thermodynamischen
Gesichtspunkten verfügbaren Sauerstoff bezieht. Es genügt z. B. keineswegs, wie
sich in manchen Vorschlägen, die bisher gemacht wurden, findet, den Sauerstoff in
Form einer thermisch zersetzbaren Verbindung, z. B. Chlorat, zuzusetzen. Es ist
vielmehr erforderlich, daß sich der Sauerstoff mit den im Bade gelösten reduzierenden
Elementen und gasförmigen Verunreinigungen chemisch umsetzt. Für derartige Zwecke
eignen sich daher am besten Metalloxyde, wie Kupferoxyd, Zinkoxyd und Braunstein,
je nach Art der vorliegenden Legierung und deren Schmelzpunkt.
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Wählt man aber die Menge umsetzbaren Sauerstoffs im Rahmen der angegebenen
Konzentrationen, so gelingt es, eine Oxydation der gasförmigen Verunreinigungen
zu bewirken, ohne daß ein schädigender Überschuß an Sauerstoff im Bade verbleibt
und ohne daß noch nennenswerte schädliche Reste von gasförmigen Verunreinigungen
vorhanden sind.
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Alle Vorbereitungsinaßnahmen dienen ausschließlich dem Zweck, die
genaue Bemessung des .Oxydationsmittels möglich zu machen.
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Zu dem- Zweck wird auch dafür gesorgt,
daß nach dem
Einschmelzen neutrale oder schwach reduzierende Bedingungen.im Bade vorliegen. Nachdem
das Oxydationsmittel mit einem Flußmittel, wie Bariumkarbonat und Natriumkarbonat,
eingebracht ist, muß eine oxydierende Einstellung der Flamme eingehalten werden,
um einen teilweisen Verbrauch dieses Sauerstoffs durch die Einwirkung der Flamme
zu verhüten und durch den Überschuß von Sauerstoff in der Ofenatmosphäre die Dissoziation
des Wasserdampfes unter Bildung von Wasserstoff zu unterdrücken.
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Praktisch kann es natürlich Schwierigkeiten machen, die im Bade gelösten
Wasserstoff- bzw. Kohlenoxydmengen und andere Gase so genau zu bestimmen, daß die
entsprechende Zugabe an Oxydationsmitteln möglich ist. Man kann aber hierbei auch
empirisch vorgehen, da ein bestimmter Ofentyp gewöhnlich die Aufnahme einer bestimmten
Menge Gase beim Schmelzen unter planmäßiger Flammenführung zuläßt und diese Menge
zwar von der Schmelzzeit, Größe und Art des Einsatzes abhängig ist, sonst jedoch
ziemlich konstant bleibt. Auch bei wechselnden Einsätzen gelingt es, mittels Schöpfproben
sich allmählich an das Optimum des Oxydzuschlages heranzuarbeiten.
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Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß das Verfahren gemäß der Erfindung
sich von den bisher geübten dadurch unterscheidet, daß zunächst reduzierende Bedingungen
im Bade geschaffen werden und daß dann ein genau bemessener Zuschlag an Oxydationsmitteln
unter einer ganz bestimmten Flußmitteldecke gegeben wird, mit Hilfe dessen eine
Oxydation der im Bade gelösten gasförmigen Verunreinigungen vorgenommen wird. Dabei
sind die sonstigen Verhältnisse beim Schmelzen, d. s. die Gasführung beim Einschmelzen,
die Zusammensetzung der Flußmitteldecke und die Einstellung der Flamme während der
Oxydation, so zu wählen, daß sie keine Störung für die Wirkung des Oxydzuschlages
und vor allem keine unkontrollierbare Verschiebung der Wirkung der genau berechneten
Menge, zugeführten Sauerstoffs ergeben.
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Selbstverständlich ist die Einhaltung günstigster Gießtemperaturen
und die Beobachtung sonstiger dem Gießereifachmann bekannter Einzelheiten erforderlich,
um, abgesehen von den genannten Bedingungen, Höchstwerte im fertigen Metallguß zu
erzielen.
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Bei der Bemessung des Oxydzuschlages ist auch darauf zu achten, daß
für etwa in Abfällen sonst noch vorhandene oxydierbare Bestandteile, wie Arsen oder
Antimon, ein entsprechender Zuschlag gemacht wird, damit zur Oxydation der gasförmigen
Verunreinigungen noch Sauerstoff verfügbar bleibt.
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Mit Hilfe der gekennzeichneten Verfahrensmaßnahmen wurden folgende
Werte für die verschiedenen Sorten von Rotguß erreicht:
| Bezeichnung Festigkeit Dehnung |
| I:g/mm2 °/n |
| R. G. io 3o bis 37 25 bis 50 (70), |
| R. G. 9 28 - 32 2o - So (62), |
| R. G. 5 25 - 30 20 - 40 (47), |
| G. B. z. 10 30 - 37 25 - 50 (65), |
| G. B. z.14 28 - 36 8 - 20. |
Die eingeklammerten Zahlen sind die Höchstwerte, die einzeln erreicht worden sind.
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Diese Werte beziehen sich, wie ausdrücklich hervorgehoben werden muß,
auf trocken oder in nassem Sand vergossene Profilstäbe in ungeglühtem Zustand und
dürften in dieser Höhe bisher noch kaum je erreicht worden sein. Die Höchstwerte
gelten dabei für reine Ausgangsstoffe. Der besondere Vorteil des Verfahrens dürfte
jedoch darin liegen, daß es möglich ist, die angezogenen Werte auch aus Einsätzen
von ioo % Schrott und Spänen zu erzielen, wobei die Werte der unteren Grenze
durch Vorhandensein anderer Verunreinigungen genähert werden.
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An Hand einiger Beispiele sei die Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens noch näher erläutert: i. Etwa ioo kg Rotgußabfälle von der Zusammensetzung
etwa 85 °/a Kupfer, 8,7'/, Zinn, 5 % Zink, i % Blei, o, i
% Antimon, 0,2 °i, Eisen werden bei neutraler oder reduzierender Flamme in
einem Graphittiegel ein- , geschmolzen. Nach Flüssigwerden der Beschickung werden
sie zunächst mit etwa i kg einer Mischung von Bariumkarbonat und Natriumkarbonat
abgedeckt. Diese Mischung hat ähnliche Wirkungen wie die bisher bekannten Flußmittelmischungen.
Nach Erreichen der Gießtemperatur, etwa i170° C, wird die Flamme oxydierend eingestellt
und folgende oxydierende Mischung aufgegeben: o,5 kg Bariumnatriumkarbonat im Verhältnis
i : 1, 0,5 kg Kupferoxyd, 0,15 kg Bariumperoxyd, o, i 5 kg Braunstein.
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Diese Mischung schmilzt auf dem Bade und reagiert mit den im Metall
gelösten Verunreinigungen. Sobald die Reaktionen abgelaufen sind, was nach einer
Wartezeit von etwa 5 bis io Minuten der Fall ist, wird vergossen. Die Gußstäbe zeigten
dabei je nach der Stelle, an der die Proben entnommen wurden, 25 bis 3o kg Festigkeit,
2o bis 35 °/a Dehnung und etwa 6o° Brinelt Härte.
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2. ioo kg Schrott einer Güßbronze mit etwa folgender Zusammensetzung:
89,6 °/o Kupfer, 9,8 °/o Zinn, 0,4 % Blei,
0,2
% Eisen wurden in einem öltiegelofen eingeschmolzen. Die Einstellung der
Flamme war wiederum neutral oder reduzierend. Das Einschmelzen war etwa nach einer
3/4 Stunde beendigt, worauf die Schmelze zunächst mit i kg einer Mischung von Bariumnatriumkarbonat
im Verhältnis 4 : 6 abgedeckt wurde. Sobald dann die Gießtemperatur von etwa 1200'
C erreicht ist, werden o,2 kg Zink zugesetzt. Dies dient im Sinne der Erfindung
dazu, im Bade die Anwesenheit eines Elementes von wesentlich unedlerem Charakter
zu gewährleisten. Die Flamme wird gleichzeitig oxydierend eingestellt und folgende
oxydierende Mischung aufgegeben: o,5 kg einer Mischung Bariumnatriumkarbonat (i
: i), o,5 kg Kupferoxyd-.
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Nach wenigen Minuten, sobald die Reaktionen abgelaufen sind, wird
vergossen, wobei vorsichtshalber noch 0,03 kg Phosphor zugesetzt werden,
um einer erneuten Aufnahme von Sauerstoff durch den Gießstrahl vorzubeugen. Die
den Gußstäben entnommenen Proben zeigten folgende Werte: 28 bis 35 kg Festigkeit,
15 bis 30 % Dehnung,. etwa 6o° Brinell Härte.
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3. ioo kg Kupferschrott ohne weitere Verunreinigungen werden bei neutraler
oder reduzierender Flamme im Öltiegelofen eingeschmolzen und dann mit etwa 2 kg
einer Mischung von Barium- und Natriumkarbonat im Verhältnis i : i und o,4 kg feiner
Holzkohle abgedeckt. Sobald die Gießtemperatur erreicht ist, wird das Bad abgeschlackt,
die Flamme oxydierend eingestellt und 0,o5 kg Phosphor zugeschlagen. Dieser Phosphor
dient, wie im vorigen Bleispiel das Zink, dazu, im Bade reduzierende Bedingungen
zu schaffen. Der Zusatz von Phosphor für Kupfer ist aber günstiger, weil die Herabsetzung
der Leitfähigkeit nicht so groß ist wie beim Zusatz von Zink. Dann wird das Bad
sofort mit folgender Mischung abgedeckt: ikg Bariumnatriumkarbonat (i : i), o,3kg
Kupferoxyd.
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Nach Ablauf der Reaktionen wird unter Zugäbe von weiteren ö,03 kg
Phosphor, die der erneuten Aufnahme von Sauerstoff vorbeugen sollen, vergossen.
Die Proben zeigten eine Leitfähigkeit von 57.
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q.. ioo kg Schrott einer Kupfer-Nickel-Legierung mit etwa 8o °/a Kupfer,
2o % Nickel, Spuren Fe und o,i °/o Schwefel werden in einem Öltiegelofen
bei neutraler oder reduzierender Flamme eingeschmolzen. Die Abdeckung erfolgt zunächst
mit etwa 2 kg einer Mischung von Barium- und Natriumkarbonat im Verhältnis 6 : 4
und 0,3 kg feiner Holzkohle. Hierdurch wird bereits ein.erhebliclier Teil
des Schwefels entfernt. Zwecks restloser Entfernung wird die Schmelze abgeschlackt
und die gleiche Mischung von Dariumnatriumkarbonat - und Holzkohle wiederum aufgegeben.
Auch diese Mischung wird von der Oberfläche des Bades sorgfältig wieder entfernt.
Die Temperatur des Bades ist inzwischen auf Gießtemperatur, etwa 124o° C, erhöht.
Die Flamme wird daraufhin oxydierend eingestellt und 0,3 kg Mangan zugeschlagen.
Dieses Mangan dient, wie vorher das Zink oder das Phosphor, dazu, im Bade die Anwesenheit
eines Bestandteiles mit wesentlich unedlerem Charakter zu gewährleisten. Im Anschluß
hieran wird das Bad mit folgender oxydierender Mischung abgedeckt.
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i kg Bariumnatriumkarbonat im Verhältnis i : i, o,5 kg Kupfer- oder
Nickeloxyd. Nach Ablauf der Reaktion; die in wenigen Minuten beendet ist, wird dann
dem Bade eine weitere Zugabe von 0,3 kg Mangan gemacht. Dieser Zusatz erfolgt,
um etwas Mangan als Legierungsbestandteil einzufügen, da sich die Anwesenheit von
Mangan in Kupfer-Nickel-Legierungen als vorteilhaft für die spätere Verarbeitung
erwiesen hat. Außerdem werden noch 0,o6 kg Magnesium und 0,003, kg Phosphor zugesetzt,
die wiederum den Zweck haben, die erneute Aufnahme von Sauerstoff durch das Bad
zu verhüten.
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Wenn auch im vorstehenden die Beispiele hauptsächlich für das Schmelzen
in Tiegelöfen gegeben sind, so ist doch in gleicher Weise möglich, das Verfahren
anzuwenden, wenn die Schmelze in Flammöfen, vorzugsweise solchen mit rückkehrender
Flamme, durchgeführt wird. In derartigen Fällen muß nur der Zusatz der Oxyde der
etwas veränderten Gasaufnahme der Schmelze angepaßt sein.