DE969984C

DE969984C - Device for treating molten metal

Info

Publication number: DE969984C
Application number: DEG12032A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Guenther Koepke
Original assignee: Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Current assignee: Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Priority date: 1953-06-23
Filing date: 1953-06-23
Publication date: 1958-08-07

Description

Vorrichtung zum Behandeln von Metallschmelzen Die Erfindung bezieht sich auf die Behandlung von Eisen" Stahl, sonstigen Metallen und auch Legierungen dieser Stoffe in flüssigem Zustande mit einem Reaktionsstoff, der . sich zur Gefügebeeinflussung des Schmelzgutes und/oder zur Reinigung desselben von unerwünschten, im allgemeinen gasförmigen Einschlüssen eignet. Dabei handelt es sich einerseits um die Herstellung von sogernanntem sphärolithischern Gußeisen, der seit der Erkenntnis der Möglichkeit und Wirkung einer Umwandlung der Graphitbestandteile im Eisen von der lamellaren in eine kugelförmige Struktur eine stets wachsende Bedeutung beigemessen wird, andererseits um die an. sich, schon erheblich länger bekannten, Maßnahmen einer Desoxydatio-n, Entschwefelung u,sw. von Eisen-, Stahl- und sonstigen Metallschmelzen.Apparatus for treating molten metal The invention relates to on the treatment of iron "steel, other metals and also alloys these substances in a liquid state with a reaction substance that. to influence the structure of the melt material and / or to clean it from undesired, in general gaseous inclusions are suitable. On the one hand, this involves manufacturing of so-called spherolithic cast iron, which has been used since the realization of the possibility and effect of converting the graphite constituents in iron from the lamellar one On the other hand, an ever increasing importance is attached to a spherical structure to the. measures of deoxidation, which have been known for considerably longer, Desulfurization, etc. of iron, steel and other metal melts.

Die für solche Zwecke in Betracht kommenden Reaktionsstoffe wie Magnesium, Cer, Aluminium, Natrium und sonstige Alkalien bzw. Erdalkalien (die beiden, erstgenannten zugleich speziell für Sphäroguß) haben bekanntlich eine hohe, Sauerstoffaffinität, ein erheblich geringeres spezifisches Gewicht als die betreffenden, mit ihnen zu behande:lnden. Schmelzen sowie teilweise einen unter der Temperatur der letzteren liegendem Siedepunkt. Das Zusammenbringen der Reaktionsstoffe mit den Schmelzen bereitet deshalb erfahrungsgemäß gewisse Schwierigkeiten, weil die ersteren, in festem oder flüssigem Zustande mit der Schmelze in Berührung gebracht, unter Aufwallen derselben explosionsartig verdampfen und außerdem geneigt sind, an, der Oberfläche der Schmelze in Berührung mit der freien Atmosphäre zu verbrennen..The reaction substances that come into consideration for such purposes, such as magnesium, Cerium, aluminum, sodium and other alkalis or alkaline earths (the first two mentioned at the same time especially for nodular cast iron) are known to have a high affinity for oxygen, a significantly lower specific gravity than that in question, with them too treat: linden. Melting and sometimes one below the temperature of the latter lying boiling point. Bringing the reactants together with the melt experience has shown that this causes certain difficulties because the former, in solid or liquid state with the melt brought into contact, vaporize explosively under the blast of the same and are also inclined, to burn the surface of the melt in contact with the free atmosphere ..

Um trotzdem das Schmelzgut in dem angegebenen, Sinne behandeln und daraus Gußstücke mit entsprechend verbesserten Materialeigenschaften herstellen zu können, sind zum Beseitigen. der mit solchen Maßnahmen verbundenen Gefahren für das Bedienungspersonal und zum Erreichen eines sowohl technisch als auch wirtschaftlich brauchbaren Ergebnisses bereits zahlreiche Vorschläge in verfahrensmäßiger und konstruktiver Hinsicht gemacht worden. Dabei hat man vor allem versucht, den. betreffenden Reaktionsstoff unter die Oberfläche der Schmelze zu bringen, indem man ihn entweder in verhältnismäßig geringen Anteilen mit anderen Stoffen, insbesondere Schwermetallen wie z. B. Nickel, zu einer Vorlegierung von gegenüber dem Schmelzgut größerem spezifischem Gewicht verbindet oder ein Druckmittel auf ihn einwirken läßt.In order to still treat the melt in the specified sense and use it to produce castings with correspondingly improved material properties to be able to are to be eliminated. the dangers associated with such measures for the operating staff and to achieve a both technically and economically useful result already numerous proposals in procedural and constructive Respect has been made. Above all, they tried to relevant reaction substance to bring below the surface of the melt, either in proportion to it small proportions with other substances, especially heavy metals such. B. Nickel, to a master alloy with a higher specific weight than the melt connects or lets a pressure medium act on him.

Die Erfindung geht von der letztgenannten Maßnahme aus, und zwar einer Zuführung in flüssigem Zustande von oben her mittels eines in die Schmelze eintauchenden Rohres. Bei bekannten derartigen Vorrichtungen erreicht der Reaktionsstoff, sofern er nicht, gegen Wärmeaufnahme vollkommen geschützt, pulverförmig eingeblasen wird oder schon am Eintritt des Zuführungsrohres dampfförmig ist, spätestens im letzten, von der Schmelze umgebenen Bereich desselben seine Siedetemperatur. Man hat auch schon an ein flüssiges Einbringen, des Reaktionsstoffes in die Schmelze gedacht; es fehlte jedoch. bisher eine dafür geeignete Vorrichtung, mit der wirklich sichergestellt wird, daß die Verdampfung des flüssigen Reaktionsstoffes unabhängig von der höheren Temperatur der das Austrittsende des Zuführuugsrohres umgebenden Schmelze erst innerhalb derselben stattfindet, wodurch eine bessere Reaktionswirkung erreicht wird. Außerdem ist es erwünscht, den betriebsmäßigen Anforderungen bezüglich der Zuführungsmöglichkeit des Reaktionsstoffes in beliebig großer Menge und zeitlich regelbarer Verteilung, gegebenenfalls nacheinander in verschiedene Behandlungsgefäße,, unter Einhaltung einer möglichst gleichbleibenden Temperatur bei einfachster Handhabung der ganzem, Vorrichtung Rechnung zu tragen.The invention is based on the last-mentioned measure, namely one Supply in the liquid state from above by means of an immersed in the melt Pipe. In known devices of this type, the reaction substance reaches, if it is not blown in powder form, completely protected against heat absorption or is already in vapor form at the inlet of the feed pipe, at the latest in the last, area surrounded by the melt its boiling temperature. One also has already thought of a liquid introduction of the reaction substance into the melt; it was missing, however. so far a suitable device with which really ensured that the evaporation of the liquid reactant is independent of the higher Temperature of the melt surrounding the outlet end of the feed pipe only within the same takes place, whereby a better reaction effect is achieved. aside from that it is desirable to meet the operational requirements with regard to the supply option of the reaction substance in any large quantity and time-adjustable distribution, if necessary one after the other in different treatment vessels, while observing a constant temperature as possible with the simplest handling of the whole, Device to take into account.

Demgemäß besteht die Erfindung darin, d,aß eine rüsse,lartige Zuführungseinrichtung für den Reaktionsstoff, die am Eintrittsende zusammen mit einer Schmelzeinrichtung-an einemStä.nder od. dgl. in der Höhe verschiebbar. und vorzugsweise auch seitlich schwenkbar gehaltert ist, zwischen einem zentralen Durchflußrohr und einer isolierenden Verkleidung zwei weitere, dazu konzentrisch angeordnete Ringräume enthält, von denen der eine zur Aufnahme eines Heizmittels oder Heizelementes und der andere für einen Kühlmittelumlauf dient, und wobei die Wärmezufuhr bzw. -abfuhr während des Betriebes vorzugsweise selbsttätig so geregelt wird, daß der Reaktionsstoff auf der ganzen Länge des Rüssels immer flüssig bleibt.Accordingly, the invention consists in that a soot, oil-like feeder for the reactant, which at the inlet end together with a melting device a stand or the like adjustable in height. and preferably also on the side is pivotally supported between a central flow tube and an isolating one Cladding contains two more, concentrically arranged annular spaces, one of which one for receiving a heating medium or heating element and the other for one Coolant circulation is used, and the heat supply or removal during operation is preferably regulated automatically so that the reaction substance on the whole Length of the trunk always remains fluid.

In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist der Rüssel etwa umgekehrt U-förmig gebogen und an seinem Eintrittsende zusammen mit der Schmelzeinrichtung an einem Ständer od. dgl. in der Höhe verschiebbar und vorzugsweise auch seitlich schwenkbar geführt. An seinem. anderen, zum Eintauchen in die zu behandelnde Schmelze dienenden Ende ist der Rüssel mit einem konischen,Mundstück versehen, das schräg abwärts gerichtete Austrittsbohrungen; und anschließend schräg aufwärts gerichtete Verteilungsmulden für den. flüssigen Reaktionsstoff hat. Die Einrichtungen zum Kühlmittelumlauf brauchen sich übrigens nur auf den in die Schmelze hineinragenden Schenkel des Rüssels zu erstrecken. Schließlich ist zweckmäßig im Schwenkbereich des Rüssels eine heizbare Kammer angeordnet, in welcher der Rüssel etwa auf seiner zum Eintauchen in die Schmelze vorgesehenen Länge während der behandlungsfreien Zeiten vorgewärmt bzw. warmgehalten wird.In a further embodiment of the inventive idea, the trunk is about inverted U-shaped and bent at its entry end together with the melting device Or on a stand. The like. Slidable in height and preferably also laterally pivoted out. On his. others, for immersion in the melt to be treated serving end of the trunk is provided with a conical, slanted mouthpiece downward exit bores; and then inclined upwards Distribution troughs for the. has liquid reaction substance. The devices for the coolant circulation Incidentally, they only need to rest on the leg of the trunk that protrudes into the melt to extend. Finally, a heatable one is expedient in the swivel area of the trunk Chamber arranged in which the trunk is about to be immersed in the melt intended length preheated or kept warm during the treatment-free times will.

Sonstige mit der Erfindung zusammenhängende Einzelheiten und die mit ihr erreichten Vorteile ergeben, sich aus der nachstehenden Beschreibung einer in der Zeichnung beispielsweise dargestellten Ausführungsform. Es zeigt Abb. i die Vorrichtung in Betriebsstellung zusammen mit einer Gießpfanne in Seitenansicht bzw. im Schnitt, Abb. a in entsprechender Weise die Vorrichtung in Ruhestellung zusammen mit einem Vorwärmer, Abb. 3 eine Draufsicht auf die Vorrichtung mit der Gießpfanne und dem seitlich davon angeordneten Vorwärmen Die zu behandelnde Eisen-, Stahl- oder sonstige Metallschmelze befindet sich in einer Pfanne i, die für die Dauer der Behandlung auf einem Sockel :2 abgestellt ist. In die Pfanne wird mittels eines beliebig maschinellen, von Hand. zu steuernden Antriebes der eine Schenkel eines etwa ein umgekehrtes U darstellenden Rüssels 3 eingefahren, der am unteren Ende seines anderen Schenkels über eine vorgeschaltete Schmelzkammer ,4 an einem Ständer 5 senkrecht verschiebbar und um die Ständerachse seitlich verschwenkbar geführt ist.Other details related to the invention and those with the advantages achieved are evident from the following description of an in the drawing, for example, shown embodiment. It shows Fig. I the Device in operating position together with a pouring ladle in side view or in section, Fig. a, the device in a corresponding manner in the rest position with a preheater, Fig. 3 is a plan view of the device with the ladle and the preheating on the side of it. The iron, steel, or other molten metal is in a pan i, which is for the duration the treatment on a pedestal: 2 is placed. A any machine, by hand. to be controlled drive one leg of a about an inverted U showing trunk 3 retracted at the lower end its other leg via an upstream melting chamber, 4 on a stand 5 vertically displaceable and guided laterally pivotable about the stand axis is.

An dem in der Betriebsstellung (Abb. i) bis nahe an den Pfannenboden in die Schmelze eiintauchen.d.en freien Ende des Rüssels ist ein im Längsschnitt etwa dreieckförmiges Mundstück 6 mit Austrittsbohrungen 7 für das zentrale Zuführungsrohr 8 des" Reaktionsstoffes angeordnet. Die Austrittsbohrungen 7 münden, in längs der Mantellinie des Mundstückes 6 verlaufende Nuten oder Mulden g. Das sich von der Schmelzkammer d. bis zum Mundstück 6 erstreckende Zuführungsrohr 8 ist auf seiner ganzen, Länge von einer in einem abgeschlossenen Ringraum untergebrachten Heizspirale io umgeben. Statt einer elektrischen Heizeinrichtung kann, auch ein von einem Heizmittel durchströmtes Rohr vorgesehen sein. Außerhalb davon befindet sich ein zweiter Ringraum, der nach außen durch ein Rohr i i begrenzt und durch eine Zwischenwand 12 so unterteilt wird, daß ein durch ein Rohr 13 an der Unterseite der Rüsselumlenkung zugeführtes Kühlmittel, z. B. Luft., zunächst bis zum Mundstück 6 und. dann zurückgeführt wird. An der Oberseite der Rüsse@lumlenkung ist die Austrittsstelle 14 für das Kühlmittel. Zur Verringerung einer unerwünschten Wärmeabgabe bzw. -aufnehme ist der Rüssel auf seiner ganzen Länge ringsum mit Isoliersteinen 15 verkleidet.On the one in the operating position (Fig. I) to close to the bottom of the pan dipping into the melt. The free end of the trunk is a longitudinal section approximately triangular mouthpiece 6 with outlet bores 7 for the central feed pipe 8 of the "reaction substance. The outlet bores 7 open into along the Surface line of the mouthpiece 6 running grooves or depressions g. That differs from the Melting chamber d. up to the mouthpiece 6 extending feed pipe 8 is on his entire length of a heating coil housed in a closed annulus io surrounded. Instead of an electrical heating device, one of a heating means can also be used be provided through a flowed pipe. Outside of this there is a second annulus, the bounded to the outside by a tube i i and by a partition 12 is divided so that a through a pipe 13 on the underside of the trunk deflection supplied coolant, e.g. B. Air., First up to the mouthpiece 6 and. then returned will. The exit point 14 for the coolant is at the top of the soot deflection. The trunk is open to reduce unwanted heat emission or absorption clad with insulating bricks 15 all around its entire length.

In etwa gleicher Höhe mit dem Rand der Pfanne i ist ebenfalls im Schwenkbereich des Rüssels eine nach obern offene Kammer 16 angeordnet, die von Heizelementen 17 und einer Isolierschicht 18 umgeben ist. Die Kammer 16 hat zweckmäßig eine solche Größe und Form, daß sie in der Ruhestellung des Rüssels (Abb.2) etwa, seinen sonst in. die Schmelze eintauchenden Teil aufnehmen. kann. An den nach der Mitte zu etwas geneigten und dort offenen Boden der Kammer schließt sich eine von einem Kühlraum i9 umgebene, auswechselbare Tropfpfanne 2o an. Statt der Kühlung der Tropfpfanne und Erstarrung des Reaktionsstoffes kann man denselben auch von dort in flüssigem Zustand abziehen..At about the same height as the edge of the pan i is also in the swivel range of the trunk a chamber 16, which is open at the top and which is supported by heating elements 17 and an insulating layer 18 is surrounded. The chamber 16 expediently has one Size and shape that it is roughly in the resting position of the trunk (Fig. 2), otherwise its in. absorb the melt immersed part. can. In the middle to something the bottom of the chamber, which is inclined and open there, is closed by a cooling room Replaceable drip pan surrounded by i9. Instead of cooling the drip pan and solidification of the reaction substance can also be seen from there in liquid form Peel off state ..

Die Behandlung einer Schmelze wird mit einer solchen Vorrichtung in der Weise durchgeführt, daß der betreffende Reaktionsstoff in der Schmelzkammer d. verflüssigt, und dann. durch ein, in diesem Zustand auf ihn einwirkendes, sich. aber nicht mit ihm vermischendes Druckmittel durch das Rohr 8 bis zum Mundstück 6 des Rüssels gefördert und mit Hilfe der Austrittsbohrungen 7 und der Nuten oder Mulden g an mehreren. möglichst verteilten Stellen in ganz dünnen Strahlen, tief unterhalb der Oberfläche in die Schmelze eingebracht wird. Dort löst sich der Reaktionsstoff in einzelne kleine Tropfen auf, die bei über ihrem Siedepunkt liegender Temperatur der Schmelze sofort 'verdampfen und als Blasen nach oben steigen.. Unter dem Einfluß von Thermoelementen werden die Heiz- und Kühleinrichtungen io bzw. 11 bis 14 des Rüssels während des Betriebes durch Schaltrelais so betätigt, daß der Reaktionsstoff auf denn ganzen Zuführungsweg von der Schnnelzkammer d. bis zum Mundstück 6 flüssig bleibt.The treatment of a melt is carried out with such a device in carried out the way that the reaction substance in question in the melting chamber d. liquefied, and then. through something that acts on him in this state. but not with it mixing pressure medium through the pipe 8 to the mouthpiece 6 of the trunk and promoted with the help of the outlet holes 7 and the grooves or Holes g on several. as distributed places as possible in very thin rays, deep is introduced into the melt below the surface. The reaction substance dissolves there into individual small drops at a temperature above their boiling point the melt immediately 'evaporate and rise as bubbles. Under the influence of thermocouples, the heating and cooling devices io and 11 to 14 des Rüssels activated by switching relays during operation so that the reaction substance on the entire feed path from the shredding chamber d. liquid up to the mouthpiece 6 remain.

Wenn die Behandlung einer Schmelze beendet ist, wird der Rüssel aus der Pfanne herausgefahren, geschwenkt und mit seinem freien Ende in. die Heizkammer 16 hineingefahren. Dadurch wird auch in den Betriebspausen, einerseits ein Erstarren des Reaktionsstoffes innerhalb des Mundstückes, andererseits ein schädliches Abkühlen der gegen stärkere Temperaturschwankungen vielfach empfindlichen Isolierstoffe verhindert. Die Temperatur der Heizkammer wird etwa auf 5o bis ioo° C über dem Schmelzpunkt des Reaktionsstoffes gehalten. Durch die umgekehrte U-Form des Rüssels wird erreicht, daß nach dem Abstellen des Einspritzdruckes während des Herausfahrens des Rüssels aus der Schmelze an den Austrittsbohrungen 7 des Mundstückes 6 nach beiden Seiten hin im wesentlichen Druckausgleich herrscht, so daß weder der noch im Rüssel befindliche Reaktionsstoff ausfließt noch Luft in den Rüssel eintritt.When the treatment of a melt is finished, the proboscis is off the pan moved out, swiveled and with its free end in. the heating chamber 16 driven in. As a result, there is, on the one hand, solidification even during breaks in operation of the reaction substance inside the mouthpiece, on the other hand a harmful cooling which prevents insulating materials that are often sensitive to strong temperature fluctuations. The temperature of the heating chamber is about 50 to 100 ° C above the melting point of the reaction substance held. The inverted U-shape of the trunk achieves that after turning off the injection pressure while moving out the trunk from the melt at the outlet bores 7 of the mouthpiece 6 on both sides there is essentially pressure equalization, so that neither the nor in the trunk Reaction substance flows out and air enters the trunk.

Der Rüssel kann gegebenenfalls auch ohne den außerhalb der Pfanne senkrecht verlaufenden Schenkel ausgeführt und von seinenn oberen, waagerechten Zwischenstück aus direkt mit der Schmelzkammer verbunden und am Ständer geführt sein.If necessary, the trunk can also be used without the outside of the pan executed vertically running legs and from his upper, horizontal Intermediate piece connected directly to the melting chamber and guided on the stand be.

Eine derartige Vorrichtung eignet sich sowohl zur Herstellung sphärolithischen Gußeisens als auch zur Reinigung von Eisen.-, Stahl- oder sonstigen Metallschmelzen. Die betreffendem Behandlungen können, wie an sich bekannt, mit Magnesium oder anderen geeigneten Reaktionsstoffen durchgeführt werden, und zwar vorzugsweise in vollkommen reinem oder möglichst hochprozentig vorlegiertem Zustand.Such a device is suitable both for the production of spherulitic cast iron and for cleaning iron, steel or other metal melts. The treatments in question can, as is known per se, be carried out with magnesium or other suitable reactants, preferably in a completely pure or as high a percentage as possible pre-alloyed state.

Alle Bedienungs- und, Überwachungsgeräte der Vorrichtung für die Bewegungen des Rüssels, das Schmelzen und Einbringen des Reaktionsstoffes, das Einhalten bestimmter Temperaturen im Rüssel und in der Heizkammer sind zweckmäßig an einem in der Zeichnung nicht dargestellten Schaltstand zusammengefaßt, von dem aus gegebenenfalls auch der An- und Abtransport der Pfannen i gesteuert wird.All operating and monitoring devices of the device for the movements of the trunk, the melting and introduction of the reaction substance, compliance with certain Temperatures in the trunk and in the heating chamber are appropriate on one in the drawing not shown switching status summarized, from which possibly also the delivery and removal of the pans i is controlled.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for treating. Metal smelting, in particular: iron and steel melts with a reaction substance, which is the melt liquid is supplied from above to below the surface to influence the structure the melt and / or to purify the same from undesirable, generally gaseous. Inclusions, characterized in that a trunk-like feed device (3) for the reactant at the inlet end together with a melting device (q.) on a stand (5) or the like. Height-adjustable and preferably also is supported laterally pivotable, between a central flow tube (8) and. an insulating cladding (15) two further, concentrically arranged therewith Contains annular spaces, one of which is used to accommodate a heating medium or heating element (io) and the other is used for a coolant circulation, and wherein the heat supply or discharge is preferably automatically regulated during operation. That the reaction substance always remains liquid along the entire length of the trunk.

2. Device according to claim i, characterized in that the trunk (3) is approximately inverted U-shaped is bent.

3. Apparatus according to claim i, characterized in that the trunk (3) at the free end intended for immersion in the melt to be treated is provided with a conical mouthpiece (6), the obliquely downward outlet bores (7) and then Bend sloping upwardly directed distribution troughs (9) for the liquid reactant.

4. Apparatus according to claim 1, characterized characterized in that the devices (12 to 14) for coolant circulation only extend onto the leg of the trunk that protrudes into the melt.

5. Apparatus according to claim i, characterized in that a heatable chamber (16) is arranged in the pivoting area of the trunk (3), in which the trunk is preheated or kept warm approximately at its intended length for immersion in the melt during the treatment-free passage . Considered publications: German Patent Specifications No. 693 927, 843 166; . USA. Patent Nos 1,931,144, 2,527,498, 2,577,837; German patent application P 48778 VIa, / 4oh; "Die Neue Gießerei", July 1949, pp. 204 to 2o7.