DE881597C

DE881597C - Stiffening of the iron obtained from aluminothermic reactions, preferably for the aluminothermic welding of rails and workpieces

Info

Publication number: DE881597C
Application number: DEG2517D
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr-Ing Ahlert
Original assignee: TH Goldschmidt AG
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1944-01-08
Filing date: 1944-01-08
Publication date: 1953-07-02

Description

Stählung des aus aluminothermischen Umsetzungen gewonnenen Eisens, vorzugsweise für die aluminothermische Schweißung von Schienen und Werkstücken Die für die Durchführung aluminothermischer Schweißungen erforderliche Schweißmasse besteht im wesentlichen aus einer Mischung. von Eisenoxyd und Aluminium, wobei beide Bestandteile in pulver- oder grießförmiger Gestalt verwendet werden. Während das Eisenoxyd als Hammerschlag oder Walzzunder ohne Schwierigkeiten gepulvert werden kann, muß das Aluminium in einem besonderen Arbeitsgang entweder mechanisch zerkleinert oder aber aus flüssigem bzw. breiigem Zustand gespritzt, geschüttelt oder sonstwie in die gewünschte Pulver- oder Grießform überführt werden. Da die Temperatur der aluminothermischen Umsetzung mit ungefähr z400° für die meisten technischen Zwecke, insbesondere für Schweißzwecke, reichlich hoch liegt, gibt man dem aluminothermischen Gemisch zur Temperatursenkung gewisse Mengen von Eisenschrott zu, wodurch gleichzeitig die Eisenausbeute erhöht wird. Aus der Umsetzung von Eisenoxyd und Aluminium wird fast reines Eisen gewonnen, das wegen zu geringer Festigkeit und Härte für Schweißzwecke nicht ohne weiteres verwertbar ist. Es muß vielmehr in Stahl verwandelt werden, der in seinen mechanischen Eigenschaften dem zu schweißenden Werkstück angepaßt ist. Zur Stählung des aluminogenetischen Eisens sind verschiedene Verfahren bekannt. Zunächst lag es nahe, Oxyde von stahlbildenden Elementen an der aluminothermischen Reaktion in bestimmter Menge teilnehmen zu lassen. So reagiert z. B. Titanoxyd mit Aluminium in ähnlicher Weise wie Eisenoxyd, indem metallisches Titan frei wird. Man gab also dem aus Eisenoxyd und Aluminium bestehenden Gemisch noch eine kleinere Menge eines Gemisches von Titanoxyd und Aluminium bei, um gleich während der Umsetzung die erforderlichen Mengen Titan in das aluminogenetische Eisen einzulegieren. Dieses Verfahren hat sich nicht im großen durchgesetzt.Steeling of the iron obtained from aluminothermic reactions, preferably for the aluminothermic welding of rails and workpieces welding material required for performing aluminothermic welds consists essentially of a mixture. of iron oxide and aluminum, both being Components are used in powder or gritty form. While that Iron oxide can be powdered as a hammer blow or mill scale without difficulty the aluminum must either be mechanically crushed in a special operation or from a liquid or pulpy state, injected, shaken or otherwise be converted into the desired powder or semolina form. Since the temperature of the aluminothermic conversion with about z400 ° for most technical purposes, in particular for welding purposes, which is located high up, is given to the aluminothermic Mixture to lower the temperature of certain amounts of scrap iron, thereby simultaneously the iron yield is increased. The conversion of iron oxide and aluminum becomes obtained almost pure iron, which is used for welding purposes because of its insufficient strength and hardness is not readily usable. Rather, it must be turned into steel, which is adapted in its mechanical properties to the workpiece to be welded is. Various methods are known for steeling aluminogenetic iron. At first it made sense to use oxides of steel-forming Elements at the to allow aluminothermic reaction to participate in a certain amount. So reacts z. B. Titanium oxide with aluminum in a similar way as iron oxide by adding metallic Titan becomes free. So they gave the mixture consisting of iron oxide and aluminum add a smaller amount of a mixture of titanium oxide and aluminum to the same amount during the conversion the required amounts of titanium into the aluminogenic iron to alloy. This method has not caught on on a large scale.

Ein anderer Weg der Stählung ist der, daß man stahlbildende Grundstoffe, wie Mangan, ,Silicium, Kohlenstoff, Titan u. a. m., in reiner Form oder mit Eisen legiert in abgestimmter Dosis der aluminothermischen Masse untermischt oder gesondert als Stahlzusatzpäckchen beilegt. Man hat festgestellt, daß hierbei je nach dem mechanischen Verlauf der Umsetzung im Tiegel einmal mehr, das andere Mal weniger Stahlzusätze verschlacken, so daß trotz gleicher Vorbedingungen bezüglich der Mengenverhältnisse nicht bei allen Umsetzungen der gleiche Stahl gewonnen wird, was aber insbesondere für Serienschweißungen von gleichartigen Werkstücken, z. B. .Schienen, erforderlich ist.Another way of steeling is that one steel-forming raw materials, such as manganese, silicon, carbon, titanium and others. m., in pure form or with iron Alloyed mixed in with the aluminothermic mass in a coordinated dose or separately enclosed as an additional steel pack. It has been found that this depends on the mechanical Process of implementation in the crucible once more, the other time less steel additives slagging, so that despite the same preconditions regarding the proportions not the same steel is obtained in all conversions, but what in particular for series welding of similar workpieces, e.g. B. Rails required is.

Um diesen Nachteil zu beseitigen, hat man auch versucht, die .Stahlzusätze vorher mit dem Eisenschrott, der dem aluminothermischen Gemisch ohnehin beigesetzt wird, zu legieren. Die Stahlzusätze- wurden daher mit dem Eisenschrott zusammengeschmolzen, diese Legierung wurde nach einem beliebigen Verfahren gekörnt und dann die gekörnte Schrottlegierung der aluminothermischen Schweißmasse untermischt. Auch dieses Verfahren hat sich wegen auftretender Schwierigkeiten besonders hinsichtlich der Körnung der Schrottlegierung in der Praxis nicht durchgesetzt.In order to eliminate this disadvantage, attempts have also been made to use the steel additives beforehand with the scrap iron that was buried in the aluminothermic mixture anyway will alloy. The steel additives were therefore melted together with the iron scrap, this alloy was grained by any method and then the grained Scrap alloy mixed in with the aluminothermic welding compound. This procedure too has because of difficulties that arise, especially with regard to the grain size of the Scrap alloy not implemented in practice.

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Stählung des aus aluminothermischenUmsetzungen gewonnenen Eisens, vorzugsweise für die aluminothermische Schweißung von Schienen und Werkstücken. Es besteht darin, daß die der Stählung dienenden Stoffe in ihrer Gesamtheit oder zum Teil vor Herstellung der aluminothermischen Gemische mit demAluminium zusammengeschmolzen werden, und daß dann diese Aluminiumlegierung in zerkleinerter bzw. Pulver- oder grießförmiger Form zur Herstellung der aluminothermischen Mischung verwendet wird. Es werden also erfindungsgemäß besondere Aluminiumlegierungen hergestellt, die die jeweils gewünschten Stahlzusätze für das aluminogenetische Eisen enthalten. Diese Aluminiumlegierungen werden nach bekannten Verfahren zerkleinert und dann daraus das aluminothermische Gemisch unter Hinzufügung von Eisenoxyd hergestellt. Bei der Reaktion dieses aluminothermischen Gemisches verbindet sich das Aluminium mit dem Sauerstoff des Eisenoxyds, Eisen wird frei, und die vorher im Aluminium einlegierten stahlbildenden Bestandteile legieren sich bis auf einen verschlackenden Teil mit dem Eisen. Da die Korngröße dieser Aluminiumlegierung und des Eisenoxyds immer in bestimmten Grenzen gehalten wird, so ist das erfindungsgemäße Verfahren die beste Voraussetzung für die gleichmäßigste Verteilung der Stahlzusätze und somit für die Gewinnung eines in allen Fällen gleichbleibenden Stahls.The invention relates to a new process for the steeling of aluminothermic reactions obtained iron, preferably for the aluminothermic welding of rails and workpieces. It consists in the fact that the substances used for steel are in their All or part of the preparation of the aluminothermic mixtures with the aluminum are melted together, and that then this aluminum alloy in crushed or powder or gritty form for producing the aluminothermic mixture is used. According to the invention, special aluminum alloys are therefore produced, which contain the steel additives required for the aluminogenic iron. These aluminum alloys are crushed by known methods and then from this the aluminothermic mixture was made with the addition of iron oxide. During the reaction of this aluminothermic mixture, the aluminum combines with the oxygen of the iron oxide, iron is released, and that before in aluminum Alloyed steel-forming components are alloyed with the exception of one slagging Part with the iron. As the grain size of this aluminum alloy and iron oxide is always kept within certain limits, so is the method according to the invention the best prerequisite for the most even distribution of the steel additives and thus for the production of a steel that remains the same in all cases.

Man kann die stahlbildenden Zusätze nach dem vorliegenden Verfahren naturgemäß nur so weit einbringen, wie -sie mit Aluminium legierungsfähig sind. Je nachdem, welchen Stahl man herstellen will, d. h. welche Legierungselemente man verwendet, ist es möglich, entweder die gesamten Stahlzusätzevorher in dasAluminium einzubringen oder aber, falls ein Teil der Stahlzusätze mit Aluminium nicht legierungsfähig sein sollte, nur den Teil der Stahlzusätze, der mit Aluminium eine Legierung eingeht. Dann werden die mit Aluminium unlegierbaren Stahlzusätze auf eine andere Weise in die aluminothermische Schweißmasse gebracht. Die bisher gebräuchlichen Stahlzusätze, nämlich Mangan, Silicium, Chrom, Vanadin, Titan sind aber mit Aluminium legierbar.One can use the steel forming additives according to the present process of course, only introduce them to the extent that they can be alloyed with aluminum. Depending on which steel you want to make, i. H. which alloy elements one is used, it is possible to either add all of the steel additives beforehand to the aluminum to be introduced or, if some of the steel additives cannot be alloyed with aluminum should be, only that part of the steel additives that forms an alloy with aluminum. Then the aluminum non-alloy steel additives are used in a different way brought the aluminothermic welding compound. The previously used steel additives, namely manganese, silicon, chromium, vanadium and titanium can be alloyed with aluminum.

Unter den bekannten technischen Aluminiumlegierungen und Umschmelzaluminiumsorten gibt es nun eine Anzahl, die Mangan, Silicium und andere stahlbildenden Elemente enthalten. Diese Legierungen sind also bis zu einem gewissen Grade für die Stählung von aluminogenetischem Eisen im Sinne der Erfindung verwendbar, wobei gleichsam die erste Arbeitsstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens, allerdings für einen anderen Zweck, bereits ausgeführt ist. Die in der Legierung fehlenden stahlbildenden Bestandteile können dann auf beliebige andere Weise der aluminothermischen Schweißmasse hinzugefügt werden.Among the well-known technical aluminum alloys and types of remelted aluminum there are now a number, the manganese, silicon and other steel-forming elements contain. So these alloys are to a certain extent in favor of steel of aluminogenic iron within the meaning of the invention can be used, with as it were the first stage of the process according to the invention, but for a different one Purpose, has already been carried out. The steel-forming components missing in the alloy can then be added to the aluminothermic weld mass in any other way will.

Es ist auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise anzuwenden bzw. durchzuführen, daß ein Teil des für das aluminothermische Gemisch vorgesehenen Aluminiums nur mit einem Teil der Stahlzusätze legiert wird und der andere Teil des für das aluminothermische Gemisch vorgesehenen Aluminiums mit einem anderen Teil der stahlbildenden Zusätze bzw. mit anderen stahlbildenden Bestandteilen legiert wird.It is also possible to apply the method according to the invention in this way or to carry out that part of the intended for the aluminothermic mixture Aluminum is only alloyed with part of the steel additives and the other part of the aluminum intended for the aluminothermic mixture with another Part of the steel-forming additives or alloyed with other steel-forming components will.

Bei Ausführung des Verfahrens zur Stählung des aus aluminothermischen Umsetzungen gewonnenen Eisens in der Weise, daß die stahlbildenden Zusätze mit Aluminium zusammengeschmolzen werden und daß dann diese Aluminiumlegierung, in zerkleinerter Form zur Herstellung aluminothermischer Gemische verwendet wird, ist es möglich, als Grundlage für die Einlegierung der stahlbildenden Zusätze sowohl Reinaluminium als auch ein bereits legiertes Aluminium bzw. bekannte technische Aluminiumlegierungen oder sogenanntes Umschmelzaluminium zu verwenden, gegebenenfalls sogar Leichtmetallschrott bzw. Schrott von Aluminiumlegierungen, wodurch sich eine Verbilligung erzielen läßt.When carrying out the process for the steeling of the aluminothermic Reactions of extracted iron in such a way that the steel-forming additives with aluminum are melted together and that then this aluminum alloy, in crushed Mold is used to produce aluminothermic mixtures, it is possible to as a basis for the alloying of the steel-forming additives both pure aluminum as well as an already alloyed aluminum or known technical aluminum alloys or to use so-called remelted aluminum, possibly even light metal scrap or scrap aluminum alloys, which makes it possible to achieve a cheaper price.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Process for steeling the iron obtained from aluminothermic reactions, preferably for the a? Uminothermal welding of rails and workpieces, characterized in that the steel-forming additives are melted together with aluminum, and that this aluminum alloy is then used in comminuted form for the production of aluminothermic mixtures. a. Process according to claim i, characterized in that only part of the steel-forming additives is introduced into the aluminothermic mixture in an alloy with aluminum, the remaining part of the steel-forming additives, however, in any other way. 3. The method according to claim i or z, characterized in that the aluminum required for the aluminothermic mixture is used in two partial amounts, of which a partial amount contains only part of the steel-forming additives and the other partial amount of the aluminum contains another part of the steel-forming additives . q .. Method according to one of claims i to 3, characterized in that pure aluminum is used as the starting material for the production of the aluminum alloy containing the steel-forming additives. 5. The method according to any one of claims i to q., Characterized in that known technical aluminum alloys or so-called remelted aluminum or scrap of aluminum alloys are used as starting material for the production of the aluminum alloy containing the steel-forming additives.