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Verfahren und Vorrichtung zum Legieren von geschmolzenen Metallen
miteinander In manchen Fällen macht das Legieren von Metallen mit anderen Metallen
gewisse Schwierigkeiten, z. B. wenn es sich darum handelt; Grundmetalle mit verhältnismäßig
'hohen Wichten und/ oder hohen Schmelzpunkten mit anderen Metallen tnit niedrigen
Schmelzpunkten und/oder niedrigen Wichten zu legieren. Hierbei werden die Legierungsmetalle
weit über ihrem Schmelzpunkt erhitzt, wodurch Verluste durch Verdampfen und Oxydation
entstehen. Diese Schwierigkeiten treten z. B. unter anderem auch bei der Legierung
von Eisen, wie Roheisen, Gußeisen oder Stahl, mit Aluminium, Zink oder anderen Leichtmetallen
auf. Man hat hierbei im wesentlichen derart verfahren, daß man entweder das Leichtmetall
in fester Form auf dem Boden einer Gießpfanne befestigte und hierauf das flüssige
Eisen goß, oder derart, daß man zunächst das geschmolzene Leichtmetall auf den Boden
der Gießpfanne goß und hierauf das geschmolzene Eisen darauf kippte. In beiden Fällen
tritt ein verhältnismäßig hoher Abbrand und eine starke Oxydation des Leichtmetalls
auf, und es ist schwierig, eine durchaus gleichmäßige und oxydfreie Schmelze zu
gewährleisten. -Handelt es sich um die Herstellung von aluminiumhaltigem Eisen,
so sind die Legierungsbedingungen besonders erschwert, weil die Zusammensetzung
des Eisens durch Abscheidung von Kohlenstoff verändert wird und dieser den Zustand
der
Schmelze erheblich -beeinflußt. Dies gilt in .ganz besonderem Maße z. B. für die
Herstellung von aluminiumhaltigem Hämatit.
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Außerdem verbrennt bei offener Arbeitsweise ein Teil des Aluminiums
durch diie starke Überhitzung zu Tonerde, die untrennbar in der Mischung verbleibt
und diese infolge der entstehenden , Dickflüssigkeit schwer vergießbar macht, wobei
das erstarrte Erzeugnis oxydhaltig bleibt. Ein weiterer Teil .des Aluminiums geht
durch freie Oxydation verloren.
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Andererseits ist in der heutigen Zeit ein möglichst einwandfreies
Verfahren zum Legieren z. B. von Roheisen mit Aluminium erwünscht, da infolge des
Mangels an Mangan heute in .steigendem Umfange Aluminium als Desoxydationsmittel
bei der Eisen- und Stahlherstellung verwendet wird und zu diesem Zweck als Einsatz
ein aluminiumhaltiges Roheisen angestrebt wird, bei welchem Aluminiumgehalte von
z. B. 6% und mehr erwünscht sind.
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Um nun alle die vorstehend geschilderten Nachteile zu vermeiden, wird
gemäß der Erfindung vorgeschlagen, das Legieren geschmolzener Metalle miteinander,
wie insbesondere das Legieren von Roheisen, wie z. B. Hämatit, Gußeisen oder Stahl,
als Grundmetall mit anderen Metallen (Legierungsmetallen), welche einen niedrigeren
Schmelzpunkt und/oder niedrigere Wichte haben als das Grundmetall, wie z. B. Aluminium
od. dgl.; dadurch zu bewerkstelligen, daß das Legierungsmetall als im freien Fall
ausfließender Kernstrahl in den hierzu etwa achsengleich fließenden Hohlstrahl des
Grundmetalls injektorartig eingeführt wird, so daß der Legierungsmetallkernstrahl
von dem achsengleich fließenden Grundmetallhohlstrahl umgeben ist.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung werden dabei die miteinander
zu legierenden Metalle aus einer gemeinsamen, entsprechend weit bemessenen Überlauf-düse
im freien Fall zum Ausfluß gebracht, -wobei die Überlaufdüse von dem Grundmetall
als Hohlstrahl und von-dem Legierungsmetall als zum Grundmetallhohlstrahl etwa achsengleichen
Kernstrahl durchflossen wird. Dabei erfolgt die Zuführung des Legierungsmetallkernstrahles
_ zur Überlauf@düse vorzugsweise derart, daß dieser den. Grundmetallhohlstrahl im
Bereich der Überlaufdüse noch nicht berührt, sondern erst nach Verlassen .der letzteren
auf einer entsprechend lang bemessenen Fallstrecke mit dem Grundmetall in Berührung
gelangt, so daß- die Vereinigung beider Strahlen erst unterhalb der Überlaufdüse
erfolgt.
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Bei Legierungsmetallen, die keineAbscheidungen; wie z. B. Kohlenstoff,
beim Zusammentreffen mit dem Grundmetall verursachen, kann die etwa achsengleiche
Einführung des Legierungsmetallkernstrahles in .den- Grundmetallhohlstrahl gegebenenfalls
auch derart erfolgen, daß eine Berührung bzw. Vereinigung der beiden Strählen auch
schon innerhalb der Überlauf düse stattfindet.
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Die innige Vermischung von dem Grundmetall und dem Legierungsmetall
nach dem-Verlassen der Überlaufdüse wird durch die Kontraktion. des Grundmetallhohlstrahles
- und durch das Aufschlagen des 'nunmehr mehr oder weniger gemeinsamen Strahles
auf dem Boden eines unter der Überlaufdüse vorgesehenen Sammelgefäßes oder Sammelbehälters
oder auf die B@adoberfläche bewerkstelligt bzw. noch unterstützt und vervollkommnet.
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Bei dem neuen Verfahren tritt also bereits nach dem Verlassen der
Überlaufdüse bzw. beim Einlauf in das unter dieser befindliche Sammelgefäß eine
innige Vermischung. des Legierungsmetalls mit dem Grundmetall ein, wohingegen bei
der früheren Arbeitsweise das Legierungsmetall die Neigung hatte, im Bad des Grundmetalls
hochzusteigen, zu oxydieren und in die Schlacke überzutreten.
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Weiterhin erstreckt sich die Erfindung noch auf ,eine zur Ausführung
des neuen Verfahrens besonders vorteilhaft geeignete Einrichtung, welche erfindungsgemäß
aus folgenden Teilen besteht: a) einer entsprechend weit bemessenen Überlaufdüse
zur Bildung des Hohlstrahles für das Grundmetall, b)@ einem zum oberen Rande der
Überlaufdüse führenden syphon- oder fuchsartigen Zulaufkanal für das Grundmetall,
dessen Querschnitt kleiner bemessen ist als der der Überlaufdüse, damit letztere
niemals vollaufen 'kann, c) einem z. B. mit einer oberen trichterförmigen Einfüllöffnung
versehenen Zuleitungsrohr für das Legierungsmetall, dessen Querschnitt der zuzusetzenden
Legierüngsmetallmenge in etwa angepaßt ist und dessen Auslaufende etwa bis zum oberen
Rande der hier z. B, trichterartig erweiterten Überlaufdüse reicht, d) einem unterhalb
derÜberlaufdüsevorgesehenen Sammelbehälter, in welchem die endgültige Durchmischung
erfolgt, wobei dessen Boden vorzugsweise so- weit unterhalb des unteren Endes der
Überlaufdüse liegt, daß keine Metallspritzer bis zu dieser hochfliegen 'können,
e) einem syphonartigen Auslauf in der Wandung des Sammelbehälters in einem gewissen
Abstand von dessen Boden, aus welchem der Ausfluß des fertigen Mischgutes vorzugsweise
unter Luftabschluß und Zurückhaltung von Schlacke, Garschaum usw. erfolgen, kann.
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Die Bemessung der Querschnitte der Überlaufdüse und des Zuleitungsrohres
richtet sich nach der Gesamterzeugungsmenge und nach dem beabsichtigten Mischungsverhältnis
vom Grund- zum Legierungsmetall.
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Besonders vorteilhaft ist es, die neue Einrichtung dreiteilig auszubilden
und- sie aus einem mit unterem, vorzugsweise syphonartigem Abfluß -versehenem Sammelbehälter,
einem auf diesem aufruhenden Zwischenteil etwa * H-förmigen Querschnitts und einem
letzteren nach oben abschließenden Deckel zusammenzusetzen, wobei im Steg des Zwischenteiles
die z. B. aus Kohlenstoffsteinen oder auch aus anderen feuerfesten Stoffen bestehende
Überlaufdüse und in der Seitenwandung des Zwischenteiles eine syphonartige Zufuhröffnung
für den Einfluß des Grundmetalls vorgesehen ist und wobei der Deckel mit einem ihn
über der Überlaufdüse vorzugsweise zentral zu dieser durchsetzenden,
oben
trichterartig erweiterten Zuleitungsrohr für das Legierungsmetall ausgerüstet ist.
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Um eine Abkühlung der Metalle in der zum Legieren dienenden Einrichtung
zu vermeiden, kann der oberhalb der Überlaufdüse vorgesehene Metallzuführungsraum
und'/oder der unterhalb derselben angeordnete Sammelbehälter mittels Brennern heizbar
sein, wobei der Sammelbehälter sowie auch der Raum oberhalb der Überlaufdüse vorzugsweise
gegen die Außenluft abgeschlossen ist und gegebenenfalls unter dem Einfluß einer
Schutzgasatmosphäre stehen 'kann.
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In der Zeichnung ist zur Erläuterung der Erfindung als Ausführungsbeispiel
eine zum Legieren von Roheisen, wie z. B. Hämatit, mit Aluminium dienende Einrichtung
im Schnitt dargestellt.
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Die Einrichtung besteht aus einem unteren Sammelbehälter i, auf welchem
der etwa H-förmigen Querschnitt besitzende Zwischenteil 2 aufruht, wobei in der
Mitte seines Steges mittels Kohlenstoffsteine 3 eine nach oben schwach trichterartig
erweiterte Überlauf düse 4 gebildet ist. Die Überlaufdüse 4 kann oben rings von
einem ringförmigen Verteilungskanal 5 umgeben sein, welchem das flüssige Roheisen
durch den syphonartig wirkenden Fuchs 6 mittels einer Zuführungsrinne 7 zugeführt
wird. An Stelle des Verteilungskanals 5 kann hinter dem Fuchs 6 auch z. B. eine
Prallflächenführung od. dgl. vorgesehen sein, durch welche das flüssige Eisen über
den ganzen Umfang des oberen Randes der Überlaufdüse 4 verteilt wird.
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Der Zwischenteil :2 wird oben durch einen Deckel 8 abgeschlossen,
durch welchen ein oben trichterartig erweitertes Zuleitungsrohr 9 für die Zuleitung
des flüssigen Aluminiums hindurchragt, welches etwa in der Höhe des oberen Randes
der überlaufdüse 4 endet.
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Zum Beheizen des oberen Metallzuführungsraumes und des Sammelbehälters
i sind mehrere Brenner io vorgesehen.
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Der Sammelbehälter i besitzt am Boden eine syphonartige Ausflußöffnung
i i, an welche eine Abflußrinne 12 angeschlossen ist, so daß das legierte Metall
stetig syphonartig abfließen kann.
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Bei Zufuhr des Roheisens durch die Zufuhrrinne 7, die Eintrittsöffnung
6 und den ringförmigen Zufuhrkanal5 fließt das Roheisen in verhältnismäßig dünner
Schicht als Hohlzylinder durch die Überlaufdüse 4 ab, während das durch das Zuleitungsrohr
9 zugeführte flüssige Aluminium als Kernstrahl verhältnismäßig dünnen Querschnitts
gleichfalls durch die Überlauf düse 4 derart hindurchfließt, daß sich beide Metalle
innerhalb der Überlaufdüse 4 und kurz unter dieser noch nicht vermischen und eine
Berührung und Vermischung erst ein Stück unterhalb der Überlaufdüse 4 erfolgt.
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Die Teile 1, 2 und 8 können aus eisernen Mänteln oder Gehäusen bestehen,
@velche mit Schamotte od. dgl. ausgekleidet sind.
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Selbstverständlich braucht die Überlaufdüse 4 'keinen kreisrunden
Querschnitt zu haben, sondern kann auch viereckig oder anders gestaltet sein. Wesentlich
für die Erfindung ist bei Metallen, die miteinander Reaktionsprodukte bilden, daß
das eine Metall die Überlaufdüse als Hohlstrahl durchfließt, während das andere
Metall die Düse als Kernstrahl durchfließt, und daß eine Berührung bzw. Vermischung
beider Metalle innerhalb der Überlaufdüse nicht stattfindet. Bei Metallen, die keine
Reaktionsprodukte bilden, kann gegebenenfalls auch schon eine Berührung bzw. mehr
oder weniger innige Vereinigung beider Metalle in der Überlaufdüse erfolgen; in
diesem Falle kann das Zuleitungsrohr 9 im oberen Teil des Behälters 2 gegebenenfalls
auch in das dort angesammelte Grundmetall eintauchen.