DE880212C

DE880212C - Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen leichtfluechtiger und explosibler Zusatzstoffe in Metallschmelzen

Info

Publication number: DE880212C
Application number: DEM8034A
Authority: DE
Inventors: William Henry Moore; Walter William Smith
Original assignee: Meehanite Metal Corp
Current assignee: Meehanite Metal Corp
Priority date: 1950-12-24
Filing date: 1950-12-24
Publication date: 1953-06-18

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen leichtflüchtiger und explosibler Zusatzstoffe in Metallschmelzen Die ErfindiUng bezieht sich im allge neine n auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einführung leichflüchtiger und explosibler Zusatzstoffe in geschmolzene Metalle und speziell auf die Herstellung von. kugeligan. Graphit enthaltendem Gu.ß-1 seil.
Es sind bereits zahlreiche Mittel zum Rühren von geschmolzenen Metallen in Wannen oder Tiegeln., auch zum Zwecke des Zusetzens vom zu legierenden Stoffein, bekannt. Bei einer bekannten Vorrichtung wird z. B,. ein pulverisiertes, Legkrungsanetalll in den. über einer Abflußöffnung gebildeten Strudel des flüssigen Metalls gestreut; bei einer anderen Arbeitsweise wird das zu legierende Metall an: d-°.@n Boden einer mit :Metallschmelze gefüllten Wanne geb-rac.ht, so daß es sich beim Aufsteigen verteilt. Bei der Herstellung von kugeligen Graphit enthaltendem Gußeisen und. bei anderen metallu:rgischen Verfahren: werden und explosible Zusatzstoffe zur Erzielung verbesserter Eigenscha,ft:enbei.mGieße:n:verwe,nidet. Die betriebsmäßige Herstellung voll mit solchen Zusatzstoffen legierten Metallen führt jedoch bei den erforderlichen großen Zusatzmengen beim Arbeiten nach dein bekannten Verfahren b@z.-,v. mit den. bekannten Einrichtungen zu. beträchrolicjhen Verlusten an Zusatzstoffen, unvollkommener Vermischung und Explosionsgefahr. Bei Versuchen. in laborato,riumsmäßigem Maßstab treten. solche Schwierigkeiten nicht auf.

Es ist üblich, flüchtige Stoffe zwecks Reinigung des Gußeisens und' Verbesserung der Graphdtstruktur geschmolzenem Eisen in der Wanne e zu-

zus:eetzen.. Das: Zusetzen flüchtiger Stoffe, wie Ma-

gneas.i.üm oder Magineesi'umlegierunegen, ist von ri,teri-

siver Verbrennung und Entwicklung gasförmiger

Produkte unter Druck begleitet. Da diese Stoffe

sich bei der Temperatur von geschmolzenem Guß-

e:isen. entzünden, ist Dias Einbringen einer größeren

Menge Magnesium odeer- eines ähnlichen, flüchtigen.

und entflammbareinSto-ffes auf einmal in die Metall-

wanne außerordentlich gefährlich. Es ist nicht

selten, daß beim Zusietzen eine Explosion; und Enlt-

wicklung einer außerordentlichen W.ä:rmem,en:ge

eintritt.

Da die Stoffe flüchtig sind, führt ihr Aufgeben

auf die Oberfläche einer Metallschmelze, nicht zu

inniger Berührung mit dar gesamtem; Metallmasse,

und es ist infolgedessen peraktiscih unmöglich, den

Effekt des Zusatzes, völlig zu steuern. Auch wenn

der Arbeiter geschickt genug ist, die berechnet;,-

Menge. des Zuisatzstoffes unterhalb, der Oberfläche

der Schmelze in dass Eisen einzuführen, bevor der

Zusatz vodlstän(d:ig verdampft und verbrennt, so ist

er doch nicht in der Lage, den Zusatzstoff duii-ch

einfachhes. Rühren: der gesamten. Wanne einige:r-

maßen durch das gesamte Metall zu verteilen., da

die Charge von geschmolzenem Eisen sich in der

Wanne rasch abkühlt und ihfolgedes.sen die zur

Z.ugahe des, zu legieerenden Z2üsatzistoeffese zur Ver-

fügung stehende Zeit außerordentlich begrenzt ist,

wenn Dias Gußstück gegossen werden soll, bevor

das: Gußei een für die günstigsten erwünschten

Eigenschaften zu keilt wird.

Die Erfindung gibst nun ein Verfahren und

eine Vorrichtung an die: Hand, um leic.htflf izht.ige

und explosible Zusatzstoffe gefahrlos und in

bestimmten

einem Strom. von

geschmolzenem Metall, insebesondierei Eiseen, ein-

zuverleiben und> ein ,-diesem gleichmäßig zu verteilen,

wobei die Zusatzmenge. in Abhähgigkeit von der

Fließigeischwindigkeit des Metallstroms geregelt

wird. Die Erfindung i!sit auch besonders geeignet

zur Einverleibung vors Karbiidm-eüasta,bilis.ataren in

ges,chmodzeeinesi Eiseen ohne nennenswerten Tennpera-

turverluet zwecks Herstellung von kugeligen

Graphit enthaltendem Gußeeisen. Unter ,-einem

Karbei;dmetasta#b#ielisato,r ist ein Stoff zu verstehen,

der beim Zusetzen zu einem geesichimolzenen Guß-

eisen, welches no,rmaderweiisie grau erstarren -,viirede,

die Eigenschaft besitzt, die,- Abecheildung von

Graphit während ,-des. Errstarrens, zu verhindern.,

wenn dass geschmoilzene Gußeeisen unmittelbar nach

der Zugabe verfestigt wird., diese, Eigenschaft aber

allmählich verliert, wenn: das Eisen vor leer

Erstarrung längeres Zeit in gesichmolz.enem Zusitand

gehaltert wird.

Das! erfindungsgemäße Vorfahren besteht darin,

daß die Zussartzistoffe aüif die Oberfläche der aus

einem Schmelzofen durch einen trogförmigen Kanal

in einen Beehäilter abfließenden. Schmelze auf ge!h:rarht

und mittels eines kührers darin: gleichmäßig ver-

teilt werden" wobei die Gesidhwind';i:gkeit -des

Schmelzflussees, leer Zugabe der Zusatzstoffe und

des, Rührers, aufeinander abgestimmt werden:.

Nachstehend wird an Hand der Zeichnungen

eine für das Verfahren geeignete Vorrichtung, im

folgenden als Zusetzeinrichtung bezeichnet, be-

schrieben und die erfrnidungsgemäßee

noch näher erläutert.

. Fig. i isst eine: Vorderansicht eines Kupo:loefens

mit einer Zusetzeinrichtung im Sinn der Erfindung;

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines. Teils

.der Zuseetzeinrichtung;

F.ig. 3 iisit ein vergrößeerterLängsschni.tt durch die

Zusetzeinrichtung, welcher noch ein Stück des

Kupoiloifens im Schnitt zeigt.

Die in der Zeichnung dargestellte Apparatur ist

entweder zwecks: Verwendung an einer Mehrzahl

von gesonderten Kupolöfen beweglich oder sie kann

stationär an einem besonderen Kupoilofen montiert

sein!.

Die dargestellte Zuseetzeinrichtung besteht aus

einem Trog i i, der von der Abstichöffnung 27 eines

Kupolofens io abgeht. DerTrog i i weist eine leichte

Neigung von der Abistichöffnunig 27 zu einem Be-

hälter 12 auf. Fig. i zeigt, daß die Zusetzeinrich-

tung schmal im Verhältnis zu ihrer Länge ist und

infolgedessen der Behälter 12 eine lange, schmale

Begrenzung für den Strom von geschmolzenem

Metall bildet, so daß dieser Strom verhältnismäßig

tief ist. An dem dem Trag i i entgegengesetzten

Ende führt eine Ausflußöfnung 28 durch dien Boden

des Behälters r2.

LTber dem Behälter 12 isst eine Abschirmung 13

mit. einer Entlüftungshaube 15 angeordnet, so daß

Veruureinigungeen der Luft im Arbeitsraum ver-

hindert und gleichzeitig ein. Expensionisrau:m für

etwaige Explosionen oder außerordentliche Wärme-

entwicklung geschaffen. wird. Innerhalb der Ab

s@chi.rmunig 13 ist ein Trichter 215 mit Zuführungs-

rohr 26 vorgesehen. Die zu legierenden Stoffe. und

andere Zusatzstoffe werden durch Dias Zuführungs-

rohr 2.6 zugeführt und gelangen. Zlurch dein: Trichter

z5 auf die Oberfläche des Metalls im Behälter 12.

Stromabwärts vom Trichter a5 ist ein Rührer 17

vorzugsweise mit Durchbohrungen angeordnet

sowie eine Verschlu:ßstange ig, die in die Ausfl..uß-

öffnnt.ng 28 hineinreicht und die A:bflußgeschwindig-

keit des, Metalls aus dem Behälter r2 in eiinee Wanne

steuert.

Zweckmäßig wird der Oberteil der Abschirmung

13 so

ivie aus Fig. 3 zu ersehen ist, wo-

durch ein Traggestell 14 für einem. Motor 23 mit

Getriebskasten 2,4 gebildet wird. Enne Rührwelle 16

geht von .dem Geariel;adcasten 24 nach unten in den

Behülter 12. Der Rührer 17 ist nveckmäßig aus-

-,veechsed:bear befestigt, z. B. durch die Berbeastigungs-

schraubie 3,4, um ihn abnehmen und. die Welle,- 16

nach oben aus der Abschirmung 13 herau,stziehen

zu können.

Das Traggestell z¢ trägt auch einen Druckluft-

zylinder 2o zur Betätigung der Versichlußstange ig.

Die Verschlußsbange ig geht durch. die Abschirmung

13 hindurch und reicht in; die Ausfiußöffnung 28.

Die Verschlu;ßstanege ig ist konisch und am Ende

dünner als der Durchmesser der Ausflußöffnuing 28,

aber an einer weiter zurückliegenden Stelle ebenso

crroß wie leer Durchmesser, so daß die Ausfluß-

öffnung 2.8 hl je'denew@ü@ischterii Grad geschlossen

w#;rd-en kann. Der Drucklu.ftzylinder wird durch die

Luftleitungen 21 und 22 mit Lüft versorgt, welch:

um die Außenseite der Ah,scliirinu:eg 13 herum zu

einem außerhalb der ALschirmung 13 gerade ü@l@er

dem Trog i i angeordneten Ventil führen. An der

gleichen Stelle ist auch ein. Schalter zur Steuerung

des Elel,tro,ino.to,rs 23 vorgesehen. Auf diese Weise

kann der diie Einrichtung bedienende Arbeiter so

stellen, daß er den Flu.ß des Metalls aus der Ab-

sticliöttnung 27 und die Höhe des ges.chmalze,nen

Metallstroms in Behälter 12 beobachten und danach

den Luftdruckzvlinder 2o zum Offnen oder zum

Verengen der @@u,sflußöffnung 28 betätigen oder

das Offnen oder Schließen. der Absticliäffnung -27

veran.las,s-en kann, um den Strom des Sumpfes in

Behälter 12 auf dem gewünschten Niveau zu halten.

.\ußerd"m kann gewiinschtenfalls einelektrisches

Steuerungisys.tem vorgesehen sein, «-elches durch

Blerührung mit dem geschmolzenen Metall zwecks

Aufrechterhaltung des gewünschten 'Niveaus Le-

tiitigt wird.

Die Wandungen der Zus.etzeinrichtung sind, wie

dargesa:ellt, vollständig mit einer dicken Aus-

kleidung aus feuerfestem Material versehen und

benötigen wie alle solche metallurgischen Ein-

richtungen eine dauernde Überwachung. Es ist in-

folgedessen eine Beobachtungsöffnung 32 an der

Seite der Zusetzeinrichtung vorgesehen und außer-

dem eine Reinigungsöffnung 33, zwecks. Schaffung

einer großen. Öffnung, wenn größere Reparaturen

und Reinigung no@tnven;dig sind.

Fig. -2 der Zeichnung erläutert einen Überlauf,

durch welchen die Anhäufung von Schlacke oder

Verunreinigung verhindert wird. Die Anhäufung

von Verunreinigungen und Schlacke hab:, bisher

das Zusetzen von Legierungsbestandteilen zu einem

kontinuierlichen Strom in der -Praxis verhindert.

Glas ist z. B. in. Form eines, kontinuierlich fließen-

den Stroms zwecks Einverleibung färbender Stoffe

und anderer Zusätze: be.ban .de t worden. Ein Versuch,

dieses bei Glas bekannte Verfallen, auf ge-

sclimo1zenes Metall zu übeirtragen, führte nicht zum

Erfolg, weil sich Verunreinigungen und Sclilacl,#e

im Trog anhäufen. und der Trog unter Umständen

durch eine feste Masse aus lioclischm"elz,end,°_n

Fremdsteffen verstopft wird..

Erfi,ndungsgemä;ß «-irl ein Üll,erlauf 29 in der

Seitenwandung de Behälters: 1:2 vorgesehen. Der

Überlauf ist auf die Höhe eingestellt, bei welcher

die Oberfläche des gcsch#malzenen Metalls. im Be-

hälter gehalten werden soll. An der Seite des

heliälte:rs 12 ist ein Überlauf<,ze:fä.ß 3o angeordnet,

ivelclies das über den Überlauf -29 abfließende ge-

sclimolzene Material auffängt. Eine Auslaßöffnung

31 führt das geschmolzene ?Material in einen unter-

halb des Behälters 30 angeordnete,, Gießlöffel.

In dieser Einrichtung wird die V@er:s:chlußstange

ig in die Ausflußöffnung 2,8 eingesetzt, bis diese

vollkommen geschlossen isst. Das geschmolzene

Material füllt dann den Behälter 12 bis zur Höhe

des Überlaufs 29. Wenn das geschmolzene Material

ül>';r dein Überlauf 29 strömt, spült es die Ver-

unrei,nigungien und die Schlacke über die obere Kante des. Abflusses hinweg, ohne daß eine Anhäufung im Behälter 12 eintreten. kann. Während des Fließgins des s, kann die Verschlußstang: i9 etwas herausgezogen «-erden, um ein Nbfließ°. i von reinem Metall am Boden, des, Behälters durch die Öffnung es gleichzeitig mit der Abführung des Metalls durch die Öffnung 31 zu ermöglichen. Unabhängig davon, ohi die Öffnung 28 zum Abziehen von Metall während: des Fließgins des Metalls verw :edet wird oder nicht, dient diese Öffnung dazu, heim Aufhören des Metallflusses. den re,stlichen. Teil des Metalls, welcher unterhalb, des .Niveaus der Überlaufkante 29 liegt, aus dem Behälter zu entfernen.

Die dargestellte bevorzugte Ausführungsform der Apparatur kann zur Du:rchfiiihrung des neuen _#'erfahrens verwendet werdzn, das die Einverleibung von flüchtigen und explosiblen Zusatzstoffen in geschmo,Ize-nies Metall mit einem Minimum von. Verlust und Gefahr ermöglicht. Durch Regelung der Ge- schwindigkeit des Flusses eines lfeta1astroms unterhalb des. Punktes, an dem das zu legierende Zu.satzinateria.l mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit zugesetzt wird., kann die Stärke des Zusatzes stets unterhalb des Gefahrenpunktes. gehalten, werde:,.. Durch Einsetzen einer mechanischen Rührvorrichtung in den Metallstrom an einem auf die Stelle d-:s Zusetzens; unmittelbar folgenden Punkt ist es möglich, eine vollständige Steuerung der Ei.nverlei,bung der Legi-erunig in das geschmalzene Metall sicherzustellen.
Bei Verwendung der Apparatur zur Durchführung dies neuen Verfahrens, läßt man das geschmolzene Metall von dem hupolofen in der üblichen Weise abfließen, und es wird eine -Metallmasse in dem Behälter 12 dadurch gebildet, da.ß die Versclilußstange i9 sich in ihrer unteren, Stellung befindet, so, d'aß sie die A.us.flußöffnu@ng 28 weitgehend schließt. In dieser Schließstellung läßt di-e Öffnung 28 das geschmolzene Metall mit einer Geschwiüdigke:it ausfließen, die ein- bis zehunial langsamer ist als die Zufuhr aus dem Absticli,loch 27 des Kupo1o,fenis.. Infolgedessen steigt der -Metallspiegel in. dem Behälter 12 allmählich. Vorzugsweise soll das, geschmolzene Metall zurückgehalten werden, bis der Spiegel in dem Behälter im wesentliclien so hoch isst, wie das in Fig. 3 dargestellt ist.
Das Legierun:gsinaterialwird durch den Trichter 25 der Oberfläche des fließenden Stroms zugegeben und bewegt sich bis zu dein Bereich des sich drehenden Rührers 17. Die Schaufel des Rührers 17 wird varzugsweis,e: miit einer Geschwindigkeit zwischen 5 und 5oo Umdrehungen pro Minute angetrieben und ist mit Öffnungen versehen, die eine Durchwirbelueg zwecks vollständigen Misahens ver. Ursachen.
Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß die Geschwindigkeit des. Metadlfluissies, die! Geschwindigkeit des Zusetzens von Stoffen und die Rührgeschwindigkeit miteinander gekuppelt und also nicht voneinander unabhängig sind. Der Fluß des Metalls von dem Ofen keim der steuernde Faktor sein, oder M: manchen flüchtigen und explosiblen Zusatzstoffen kann (die Zusatzgesdhivindigkeit, die Sicherheit und gutes Funktionieren verbürgt, die Steuerung übernehmen.
Brei dem Verfahren der Erfindung können flüchtige und explasiibler Zusatzmittel mit Erfolg dem geschmolzen-en Metall zugegeben. werden, da die in einer gegebenen; Zeitspanne dem flüssigen Metall zugefügte Menge ,des( Zusatzstoffes auf einen; außerordentlich niedrigen Wert verringert wird. Mit anderen Worten, das geschmolzene Metall wird in einem Strom geführt, der tief genug ist, um ein wirksames Rühren für das Einmischen des Zusatzstoffes in das geschmolzene Metall zu gestatten, wobei jedoch die miteinander im, Berührung kommenden Mengen von, geschmolzenem Metall und flüchtigem Zusatzmittel in jeden, Zeitpunkt im wesentlichen geringer sind als beim Zugeben. der gesamten, Menge das zu legierenden Stoffes in eine Wanne, die eine .große Menge geschmolzenes Metall enthält.
Durch Einstellen der Fließgeschwindigkeit dies Metalls vorn dem Ku,polofen und durch d:n Btahälter 12 und bei gleichzeitiger Einstellung d°!r Zusetzgeschwindi.gkeit leer zu legierenden Stoffe und ebenfalls, gleichzeitige Steuerung der Riührgeschwin:digkeit .des Rührers 17 wird, wie gefunden wurde, das Zufügen bequem mit vollem Erfolg und sehr geringem Verlust von Zusatzmatennal gestaltet.
Es wurde z. B.. gefunden, d!aß -die Fließgeschwindigkeit des. geschmolzenen Metalls. von dem Kupolofen zwischen 135 kg pro Minute und i8oo kg pro Minute betragen kann; vorzugsweise jedoch wird die Fließgeschwindigkeit zwischen 226,5 und 679,.5 kg pro Minute gehalten.
Ebenso kann die Fließgeschwindigkeit des zu legierenden, Zusatzstoffes zwischen 450 g und 55 kg pro Minute variieren, wird jedoch, vorzugsweise zwischen 2,2:6 und 20,38 kg pro Minute gehalten., je nach der Heftigkeit der Einwirkung des dem gaschmolzeinen Metall zugesetzten Zusatzstoffes.
Eis si@rrd eine Reihe vorn metallurgischen Verfahren für die Herstellung von kugeligen. Graphit enthaltendem Gußeilsen und a:nidetren Arten von Eisen und ebenso für die Herstellung versehiedener Arten von Legierungen und Reinigen verschiedener Arten von Legierungen entwickelt worden. Ein Beispiel ist das Zusetzten, von Magnesium zu geschmolzenem Gußeisen zwecks Herstellung von kugeligen Graphit enthaltendem Gußeisen. Magnesium entzündet seich naturgemäß bei dar Temperatur dies, geschmolzenen Eisens. und neigt dazu, auf der Oberfläche des geschmolzenen Eisens zu schivimman, wodurch das Einbrihgen des Magnesiums verhindert wird. Außerdem verhindert die hochflüchtige Natur des Zusatzstoffes bei der Temperatur des, geschmolzenen Eisens; das innige Mischen unld.die Verteilung des Legierungszusatzes, sofern nicht sehr stark ged'vhrt wird:, um das geschmalzene Eisen 'durch die Wanne zirkulieren zu lassen, selbst wem, einte gewisse Menge des Magnesiums unter die Oberfläche einer Wanne von geschmolzenem Eisen gebracht würde. Naturgemäß ist es (durchaus möglich, die Charge das, geschmolzenen Eisens während einer geeigneten Zeit zu rühren, um d;a:s Magnesium. völlig einzubringen; eine solche Arbeitsweise ist jedoch betri(eb,smä;ßig nicht durchführbar, da der Tiegelinhalt in, einem solchen. Maße auskühlt, daß zu:friedenstellende Gußstücke nicht gegossen werden können. E hat also keinen Wert, eine vollkommene Verteilung des zu legierenden. Stoffest sicherzustellen, wenn sich diese Verteilung als nutzlos, herausistel!lt. Das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung ergeben ein vollständiges Einbringen des flüchtigen und explosibtlen zu: legierenden Zusatzes, und stellen gleichzeitig das Abfließen das zu.friedenstellen,d legierten, geschmalzenen Metalls bei( einer Temperatur sicher, die ein gutes Gießen gestattet.
Es. gibt auch eine Reihet von zu legierenden Stoffes,, die zwar nicht hochflüchtig und explosibel sind, jedoch einten, außerordentlich hohen Schmelzpunkt a,ufwaisen, wie Ferromolybdän und Ferrochrom. Andere leisten einer innigen Verteilung in der Masse des geschmolzenen Metalls ohne kräftiges Mischen. Widerstand" wie Natriumcarbonat, Natriunnsülicat und. Graphit. Das Zusetzen geringer Mengen dieser Stoffe zu dem sich bewegenden Strom mit unmittelbar nachfolgendem kräftigen Rühren, sichert ein; völliges Einbringen des Zusatzstoffes! in das geschmolzene Metall.

Claims

PATENTANSPRÜCH12: i. Verfahren, zum Einbringen letichtflürhtiger und explasibler Zusatzstoffe in Metallschmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzstoffe auf die Oberfläche der aus einem Schmelzofen (io) durch einen tnogförmigen Kanal (ii) in einen Behälter (i2) abfließenden Schmelze aufgebracht und mittels, eines(Rührers (i7) darin gleichmäßig verteilt werden, wobei die Geschwindigkeit des Schmelzflusses, des Zusetzens der Zusatzstoffe und des Rührers aufeinander abgestimmt werden.
2. Vorrichtung zur Durchführung des. Verfah:rens nach Anspruch i, gekennzeichnet durch einen zwischen dem Schmeilzofen (io) undeine:m Behälter (12) angeordneten Trog (ii), einer vorzugsweise als Trichter (25) ausgebildeten Einrichtung zum Zuführe,(, des Zusatzstoffes, einem R'ührer (17) und einer vorzugsweise als Verschluß:stange (zg) auägebildeten Vorrichtung zur Regelung der Abtflußgeschwindigkeit d,-,r Schmelze.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen an der Seitenwand des Troges (l i) eng eoTidneten Überlauf (2g).