WO2004067785A1 - Method for doping melts using metal capsules - Google Patents

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WO2004067785A1 PCT/AT2004/000012 AT2004000012W WO2004067785A1 WO 2004067785 A1 WO2004067785 A1 WO 2004067785A1 AT 2004000012 W AT2004000012 W AT 2004000012W WO 2004067785 A1 WO2004067785 A1 WO 2004067785A1
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Konstantin Chuntonov
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Konstantin Technologies Gmbh
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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
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    • C21C1/10Making spheroidal graphite cast-iron
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    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/0056Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00 using cored wires

Definitions

  • This method is particularly useful in cases where it is necessary to dope a melt with light and / or chemically active substances.
  • a method of doping with small amounts of additives, which change the properties of the material produced in the required direction to a sufficient extent, is used in the metallurgy of many metals and alloys.
  • the compositions of these dopants, the targets and doping methods can vary widely depending on the nature and the destination of the material being treated. The existing technical level of the process used is also different in each specific case.
  • Such useful dopants can be gases that react with a foreign substance and remove it from the melt, or gases that dissolve in the melt and modify the primary grain formation, such as nitrogen in steels.
  • Such dopants can also be electropositive metals which have an analogous effect, ie either bind an impurity in a melt and remove it from the melt by means of density separation (for example calcium and barium as cleaning agents in the processes of copper, lead etc. refining) or in liquid state go into solution, but they are reflected in the composition of a solidifying disperse phase in the solid state (eg precipitates of LiAl 3 in an Al matrix of aluminum alloys for the space folding industry), etc.
  • density separation for example calcium and barium as cleaning agents in the processes of copper, lead etc. refining
  • in liquid state go into solution, but they are reflected in the composition of a solidifying disperse phase in the solid state (eg precipitates of LiAl 3 in an Al matrix of aluminum alloys for the space folding industry), etc.
  • E SATZBLA ⁇ (RULE 26) The present invention proposes a simple and comprehensive solution to the problem of introducing small amounts of any substance into any melt.
  • the present invention relates to the field of metallurgy, whereby it relates to the treatment of melts with special additives for the purpose of producing pure metals or the production of alloys with improved (mechanical, electrical, corrosion-resistant etc.) properties.
  • a basic idea of the novel method is the idea of a thick-walled and hermetically sealed metal capsule with a doping filling inside, which is released during the softening and breaking open or during the melting of the capsule walls under a melt layer. Because of the special geometry of the capsule, the filling is released gradually and in a directed manner, which makes it easier to mix and evenly distribute the dopant in the melt volume.
  • Capsules are used, which are made of the same material as the treated one
  • the weight of the capsule should be greater than its (Archimedean) buoyancy; a capsule wall should have some weak point which should open in front of the main part of the capsule, thus creating an extended and directed "ejection" of dopant into the melt.
  • the design of the capsules shown in Fig. 1 meets these requirements.
  • the first requirement is taken into account by setting (adjusting) three values, namely the inner volume of a capsule, the filling weight and the change in density in the melt that occurs during solidification, and the second requirement is met by the presence of a thin-walled projection the ends of the capsule.
  • the doping process is very simple and consists in throwing a capsule 2, which has a jacket of the same composition [L] as the melt (FIG. 2), into a bath 1 filled with melt (L).
  • the capsule is filled with the compound AL, where A is a doping element. Since the capsule has a higher density than the melt, it sinks to the bottom, where the thin-walled projection melts earlier than the middle part, which creates the conditions for a gradual escape of element A into the melt.
  • dopants are also used in condensed form, but the mechanism of the method has some differences here, which are taken into account in the description of the preferred embodiments.
  • the described method for doping melts with capsules is characterized by a number of advantages: sterile doping conditions (a dopant is sealed in a hermetically sealed container)
  • the technology of doping melts using metal capsules has two main factors: filling a dopant and sealing the capsule under vacuum; defining the geometric parameters of a capsule in each specific case of doping.
  • a capsule is filled with a dopant (Fig. 3a), connected to a vacuum system, pumped out, a thin-walled tubular projection (Fig. 3b) is flattened, and without stopping the pumping out the sealing of the capsule in the case of refractory metals in one Short circuit system or in the case of deformable metals, such as Aluminum, copper etc., carried out by pressure welding.
  • the sequence of operations is shown for the first sealing variant in the series of figures A-1, A-2 and A-3.
  • the final product is shown in Fig. 3c.
  • p ⁇ the density of the melt, p the density of the same melt in the solid state, pj the density of the dopant, k a packing factor of the inner channel of the capsule, corresponding to the ratio of the filling volume to the total volume of the channel, c the buoyancy coefficient, corresponding to the ratio of the weight of one filled capsule for Buoyancy, where the capsule floats when c 1, propels the capsule to the surface when c ⁇ 1, the capsule sinks when c> 1.
  • Fig. 1 Design of the capsules: a - one-piece capsule (1 - capsule body or jacket, 2 - inner channel, 3 - thin-walled projection, 4 - filling); b - two-part capsule (1 - countersunk, 2 - metal ampoule, 3 - filling).
  • Fig. 3 Vacuum sealing the capsules: a - initial state, b - flattening the walls of the projection, sealed capsule.
  • Fe 2 N powder which dissolves at 200 ° C to produce gaseous nitrogen, is selected for nitriding molten steel.
  • a steel tube with an inner diameter of 20 mm is taken (type b in Fig. 1) and then the outer diameter of a countersunk body is defined as 80 mm.
  • the protruding end of the tube is heated faster than the main part of the capsule.
  • gaseous nitrogen the pressure of which at this point reaches several atmospheres, breaks up the tube wall and the gas begins to flow (with thin jets of gas) into the melt, causing it penetrates through grooves and pores of the internal steel plugs.
  • a capsule of the type described can produce 15 to 20 volumes of molecular nitrogen per unit of its volume.
  • Molten steel with sodium can be doped in metal form for the purpose of deoxidation and not with the help of a precursor.
  • a steel capsule (type a in Fig. 1) is filled with sodium.
  • each volume unit of the capsule releases 3.5% by volume of metallic sodium into the melt.
  • sodium begins to penetrate into the melt in the form of metal vapor at temperatures of 900 to 1000 ° C.
  • Al-32 at% Li is used to dope aluminum with a eutectic lithium alloy. Its liquidus point is lower than the melting point of pure aluminum.
  • a cylindrical block of the mentioned composition which has a diameter which corresponds to the diameter of the inner channel of a capsule, is filled into a capsule (type a in Fig. 1), the latter is pumped out and sealed by means of a printing process, i.e. a protrusion is strongly flattened and cut off during pumping out.

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Abstract

The invention relates to a method for doping melts using hermetically sealed, thick-walled capsules whose shells consist of the same material as the melt to be treated. The capsules are thrown into a bath containing the melt, they sink to the bottom since they are denser than the melt, and there they open automatically, thereby releasing the dopant material contained therein under a layer of melt. The inventive method is especially suitable for cases where it is necessary to dope a melt with light-weight and/or chemically active substances.

Description

Verfahren zum Dotieren von Schmelzen mit Hilfe von Metallkapseln Process for doping melts using metal capsules
Ein Verfahren zum Dotieren von Schmelzen mit Hilfe von hermetisch abgeschlossenen, dickwandigen Kapseln, deren Mantel aus demselben Material besteht wie eine behandelte Schmelze. Werden derartige Kapseln in ein Bad mit der Schmelze geworfen, so sinken sie zu Boden, da ihre Dichte größer ist als die Dichte der Schmelze, und dort öffnen sie sich automatisch, wobei sie die enthaltene Dotierungsmasse unter einer Schicht Schmelze freigeben. Dieses Verfahren ist besonders nützlich in Fällen, wo es erforderlich ist, eine Schmelze mit leichten und/oder chemisch aktiven Substanzen zu dotieren.A process for doping melts with the help of hermetically sealed, thick-walled capsules, the sheath of which is made of the same material as a treated melt. If such capsules are thrown into a bath with the melt, they sink to the bottom because their density is greater than the density of the melt, and there they open automatically, releasing the dopant contained under a layer of melt. This method is particularly useful in cases where it is necessary to dope a melt with light and / or chemically active substances.
Allgemeiner Stand der Technik.General state of the art.
Ein Verfahren zum Dotieren mit kleinen Mengen von Zusätzen, welche die Eigenschaften des produzierten Materials in ausreichendem Maß in die erforderliche Richtung verändern, wird in der Metallurgie vieler Metalle und Legierungen eingesetzt. Die Zusammensetzungen dieser Dopanten, die Ziele und Dotierungsverfahren können in Abhängigkeit von der Natur und der Bestimmung des behandelten Materials stark variieren. Das bestehende technische Niveau des angewandten Verfahrens ist auch in jedem spezifischen Fall verschieden.A method of doping with small amounts of additives, which change the properties of the material produced in the required direction to a sufficient extent, is used in the metallurgy of many metals and alloys. The compositions of these dopants, the targets and doping methods can vary widely depending on the nature and the destination of the material being treated. The existing technical level of the process used is also different in each specific case.
Derartige nützliche Dopanten können Gase sein, die mit einer Fremdsubstanz reagieren und diese aus der Schmelze entfernen, oder Gase, die sich in der Schmelze auflösen und die Primärkornbildung modifizieren, wie z.B. Stickstoff in Stählen. Derartige Dopanten können auch elektropositive Metalle sein, welche analog wirken, d.h. entweder eine Verunreinigung in einer Schmelze binden und diese durch Dichteabsonderung aus der Schmelze entfernen (z.B. Kalzium und Barium als Reinigungsmittel bei den Verfahren der Kupfer-, Blei- etc. Raffination) oder im flüssigen Zustand in Lösung gehen, wobei sie sich jedoch in der Zusammensetzung einer erstarrenden dispersen Phase im festen Zustand niederschlagen (z.B. Präzipitate von LiAl3 in einer AI-Matrix von Aluminiumlegierungen für die Raumfalirtindustrie), etc..Such useful dopants can be gases that react with a foreign substance and remove it from the melt, or gases that dissolve in the melt and modify the primary grain formation, such as nitrogen in steels. Such dopants can also be electropositive metals which have an analogous effect, ie either bind an impurity in a melt and remove it from the melt by means of density separation (for example calcium and barium as cleaning agents in the processes of copper, lead etc. refining) or in liquid state go into solution, but they are reflected in the composition of a solidifying disperse phase in the solid state (eg precipitates of LiAl 3 in an Al matrix of aluminum alloys for the space folding industry), etc.
Eine Analyse der Technologien, die auf diesem Gebiet existieren, zeigt, dass die Hauptsorge bei der Entwicklung von Verfahren zum Dotieren der Schmelzen die Möglichkeit betrifft, die Vorgänge zum günstigsten Zeitpunkt durch__uführen, wodurch eine Homogenität der Schmelze und eine technische Einfachheit des Verfahrens erzielt werden. Dabei treten die meisten Schwierigkeiten in der Regel beim Hinzufügen (Einbringen?) entweder von Gasen oder von leichten und chemisch aktiven Metallen zu einer Schmelze auf.An analysis of the technologies that exist in this area shows that the main concern in the development of melt doping processes is the possibility of performing the operations at the most convenient time, thereby achieving melt homogeneity and technical simplicity of the process. Most of the difficulties usually arise when adding (introducing?) Either gases or light and chemically active metals to a melt.
E SATZBLAπ (REGEL 26) Die vorliegende Erfindung schlägt eine einfache und allumfassende Lösung für das Problem der Einbringung von kleinen Mengen irgendeiner Substanz in irgendeine Schmelze vor.E SATZBLAπ (RULE 26) The present invention proposes a simple and comprehensive solution to the problem of introducing small amounts of any substance into any melt.
Technisches Gebiet.Technical field.
Die vorgegebene Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Metallurgie, wobei sie die Behandlung von Schmelzen mit speziellen Zusätzen zum Zweck der Herstellung reiner Metalle oder der Herstellung von Legierungen mit verbesserten (mechanischen, elektrischen, korrosionsbeständigen etc.) Eigenschaften betrifft.The present invention relates to the field of metallurgy, whereby it relates to the treatment of melts with special additives for the purpose of producing pure metals or the production of alloys with improved (mechanical, electrical, corrosion-resistant etc.) properties.
Kurzfassung der Erfindung.Summary of the invention.
Eine grundlegende Idee des neuartigen Verfahrens ist die Idee einer dickwandigen und hermetisch abgeschlossenen Metallkapsel mit einer Dotierungsfüllung in ihrem Inneren, welche während des Weichwerdens und Aufbrechens oder während des Schmelzens der Kapselwände unter einer Schmelzschicht freigesetzt wird. Wegen der besonderen Geometrie der Kapsel wird die Füllung allmählich und gerichtet freigesetzt, was das Vermischen und gleichmäßige Verteilen der Dotierungsmasse im Schmelzvolumen erleichtert.A basic idea of the novel method is the idea of a thick-walled and hermetically sealed metal capsule with a doping filling inside, which is released during the softening and breaking open or during the melting of the capsule walls under a melt layer. Because of the special geometry of the capsule, the filling is released gradually and in a directed manner, which makes it easier to mix and evenly distribute the dopant in the melt volume.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den angeschlossenen Ansprüchen beschrieben.Preferred embodiments of the invention are described in the attached claims.
Zwei Aspekte der Idee werden unterschieden, und zwar ein chemischer und ein physikalischer, wobei jeder zur Schaffung des allgemeinen Einkapselungsmodells beiträgt. Unter Berücksichtigung der Chemie des Vorgangs wird/werden optimalerweiseA distinction is made between two aspects of the idea, a chemical and a physical, each contributing to the creation of the general encapsulation model. Taking into account the chemistry of the process, it will be optimal
Kapseln verwendet, die aus demselben Material bestehen wie die behandelteCapsules are used, which are made of the same material as the treated one
Schmelze, entweder direkt ein Dotierungselement (oder mehrere Elemente) oder dessenMelt, either directly a doping element (or several elements) or its
Legierung mit dem Schmelzenmaterial als Dopanten verwendet. Unter diesen Bedingungen findet die Zerstörung der Kapselwände von selbst statt, und zwar als Ergebnis des Schmelzens der Kristallsubstanz in ihrer eigenen Schmelze, und findet eine Verbreitung eines Dotierungselements im Schmelzvolumen als Reaktion auf eine Vermischung oder Verdünnung statt.Alloy used with the melt material as dopants. Under these conditions, the destruction of the capsule walls takes place by itself as a result of the melting of the crystal substance in its own melt, and a doping element is spread in the melting volume in response to mixing or dilution.
Die physikalischen Anforderungen an die Kapsel bestehen in Folgendem: das Gewicht der Kapsel sollte größer sein als seine (archimedische) Auftriebskraft; eine Kapselwand sollte irgendeine Schwachstelle aufweisen, welche sich vor dem Hauptteil der Kapsel öffnen sollte, wobei in dieser Weise ein verlängerter und gerichteter „Ausstoß" von Dotierungsmasse in die Schmelze geschaffen wird.The physical requirements for the capsule are as follows: the weight of the capsule should be greater than its (Archimedean) buoyancy; a capsule wall should have some weak point which should open in front of the main part of the capsule, thus creating an extended and directed "ejection" of dopant into the melt.
Das Design der in Fig. 1 dargestellten Kapseln erfüllt diese Anforderungen. Dabei wird die erste Anforderung mittels der Einstellung (Anpassung) von drei Werten, nämlich des Innenvolumens einer Kapsel, des Füllungsgewichts und der während der Verfestigung erfolgenden Veränderung der Dichte in der Schmelze, berücksichtigt, und die zweite Anforderung wird durch das Vorhandensein eines dünnwandigen Vorsprungs an den Enden der Kapsel erfüllt.The design of the capsules shown in Fig. 1 meets these requirements. The first requirement is taken into account by setting (adjusting) three values, namely the inner volume of a capsule, the filling weight and the change in density in the melt that occurs during solidification, and the second requirement is met by the presence of a thin-walled projection the ends of the capsule.
Der Dotierungsvorgang ist sehr einfach und besteht darin, eine Kapsel 2, die einen Mantel aus derselben Zusammensetzung [L] wie die Schmelze aufweist (Fig. 2), in ein mit Schmelze (L) gefülltes Bad 1 zu werfen. Die Kapsel ist mit der Verbindung AL gefüllt, wobei A ein Dotierungselement ist. Da die Kapsel eine höhere Dichte aufweist als die Schmelze, sinkt sie zu Boden, wo der dünnwandige Vorsprung früher schmilzt als der mittlere Teil, was die Bedingungen für einen allmählichen Austritt des Elements A in die Schmelze schafft. Im Fall von Gasen werden Dopanten auch in kondensierter Form verwendet, der Mechanismus des Verfahrens weist hier jedoch einige Unterschiede auf, welche im Kapitel Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Betracht gezogen werden.The doping process is very simple and consists in throwing a capsule 2, which has a jacket of the same composition [L] as the melt (FIG. 2), into a bath 1 filled with melt (L). The capsule is filled with the compound AL, where A is a doping element. Since the capsule has a higher density than the melt, it sinks to the bottom, where the thin-walled projection melts earlier than the middle part, which creates the conditions for a gradual escape of element A into the melt. In the case of gases, dopants are also used in condensed form, but the mechanism of the method has some differences here, which are taken into account in the description of the preferred embodiments.
Das beschriebene Verfahren zum Dotieren von Schmelzen mit Kapseln ist durch eine Reihe von Vorteilen gekennzeichnet: sterile Dotierungsbedingungen (ein Dopant wird in einer hermetisch verschlossenenThe described method for doping melts with capsules is characterized by a number of advantages: sterile doping conditions (a dopant is sealed in a hermetically sealed container)
Verpackung unter Vakuum aufbewahrt und nur unter einer Schmelzschicht freigesetzt);Packaging kept under vacuum and only released under a melt layer);
Verfügbarkeit eines zusätzlichen Hintergrunds für die gleichmäßige Verteilung derAvailability of an additional background for the even distribution of the
Schmelze (Annäherung zwischen der Dichte eines Dotierungselements und jener einer Schmelze aufgrund der Verwendung von AL- Verbindungen, langsamer Austritt eines Dopanten in die Schmelze aufgrund des Kapsel-Designs);Melt (approximation between the density of a doping element and that of a melt due to the use of AL compounds, slow release of a dopant into the melt due to the capsule design);
Gleichmäßigkeit des Dotierungsvorgangs für verschiedene Schmelzen, Bereitschaft des Verfahrens für eine Standardisierung des dotierten Produkts; technische Einfachheit des Verfahrens für den Benutzer. Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen.Uniformity of the doping process for different melts, readiness of the method for standardization of the doped product; technical simplicity of the procedure for the user. Description of the preferred embodiments.
Die Technologie der Dotierung von Schmelzen mit Hilfe von Metallkapseln weist zwei Hauptfaktoren auf: das Einfüllen eines Dopanten und das Verschließen der Kapsel unter Vakuum; das Definieren der geometrischen Parameter einer Kapsel in jedem spezifischen Fall einer Dotierung.The technology of doping melts using metal capsules has two main factors: filling a dopant and sealing the capsule under vacuum; defining the geometric parameters of a capsule in each specific case of doping.
Untenstehend werden beide Punkte detaillierter behandelt.Both points are dealt with in more detail below.
1. Verschließen der Kapseln.1. Close the capsules.
Dieser Vorgang basiert auf den bekannten technischen Lösungen (siehe z.B. K.A. Chuntonov et al. J. Less-Comm. Met., 1982, Band 83, 143). Eine Kapsel wird mit einem Dopanten befüllt (Fig. 3 a), an ein Vakuumsystem angeschlossen, ausgepumpt, ein dünnwandiger röhrenförmiger Vorsprung (Fig. 3b) wird flachgedrückt, und ohne Stoppen des Auspumpens wird das Abdichten der Kapsel im Fall von feuerfesten Metallen in einem Kurzschluss-System oder im Fall von verformbaren Metallen, wie z.B. Aluminium, Kupfer etc., durch Druckschweißen durchgeführt. Die Reihenfolge der Operationen ist für die erste Abdichtungsvariante in der Figurenreihe A-l, A-2 und A-3 dargestellt. Das Endprodukt ist in Fig. 3c dargestellt.This process is based on the known technical solutions (see, for example, K.A. Chuntonov et al. J. Less-Comm. Met., 1982, Vol. 83, 143). A capsule is filled with a dopant (Fig. 3a), connected to a vacuum system, pumped out, a thin-walled tubular projection (Fig. 3b) is flattened, and without stopping the pumping out the sealing of the capsule in the case of refractory metals in one Short circuit system or in the case of deformable metals, such as Aluminum, copper etc., carried out by pressure welding. The sequence of operations is shown for the first sealing variant in the series of figures A-1, A-2 and A-3. The final product is shown in Fig. 3c.
2. Geometrie der Kapseln.2. Geometry of the capsules.
Das Problem des Definierens des nützlichen Volumens einer Kapsel im Fall eines Zylinders reduziert sich auf das Definieren des Durchmessers des Innenkanals einer Kapsel d bei einem festgesetzten Außendurchmesser einer Kapsel D. Ausgehend vom Gleichgewicht dreier Kräfte, des Eigengewichts der Kapsel, des Gewichts der Füllung und der Auftriebskraft, erzielen wir in dimensionsloser Form die folgende Lösung für das Problem:The problem of defining the useful volume of a capsule in the case of a cylinder is reduced to defining the diameter of the inner channel of a capsule d with a fixed outer diameter of a capsule D. Based on the balance of three forces, the weight of the capsule, the weight of the filling and the Buoyancy, we achieve the following solution to the problem in dimensionless form:
wobei pι die Dichte der Schmelze, p die Dichte derselben Schmelze im festen Zustand, pj die Dichte des Dopanten, k ein Packungsfaktor des Innenkanals der Kapsel, entsprechend dem Verhältnis des Füllungsvolumens zum Gesamtvolumen des Kanals, c der Auftriebskoeffizient, entsprechend dem Verhältnis des Gewichts einer befüllten Kapsel zur Auftriebskraft, ist, wobei die Kapsel schwebt, wenn c = 1, die Kapsel zur Oberfläche treibt, wenn c < 1, die Kapsel sinkt, wenn c > 1.where pι the density of the melt, p the density of the same melt in the solid state, pj the density of the dopant, k a packing factor of the inner channel of the capsule, corresponding to the ratio of the filling volume to the total volume of the channel, c the buoyancy coefficient, corresponding to the ratio of the weight of one filled capsule for Buoyancy, where the capsule floats when c = 1, propels the capsule to the surface when c <1, the capsule sinks when c> 1.
Aus der obenstehend angegebenen Formel ergibt sich, dass das Verfahren umso effektiver ist, je mehr sich das Volumen der Schmelze bei der Erstarrung verringert, wobei auch ersichtlich ist, dass es in der Praxis vorteilhafter ist, Dopanten von großer Dichte pd zu verwenden und das Innenvolumen bis zum Maximum mit dem Dotierungsmaterial zu befallen.It can be seen from the formula given above that the more the volume of the melt decreases during solidification, the more effective the process, and it can also be seen that in practice it is more advantageous to use dopants of high density p d and that To infect the interior volume to the maximum with the doping material.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen.Brief description of the drawings.
Fig. 1. Design der Kapseln: a - einteilige Kapsel ( 1 - Kapselkörper oder Mantel, 2 - Innenkanal, 3- dünnwandiger Vorsprung, 4 - Füllung); b - zweiteilige Kapsel (1 - Senkkörper, 2 - Metallampulle, 3 - Füllung).Fig. 1. Design of the capsules: a - one-piece capsule (1 - capsule body or jacket, 2 - inner channel, 3 - thin-walled projection, 4 - filling); b - two-part capsule (1 - countersunk, 2 - metal ampoule, 3 - filling).
Fig. 2. Dotierungs Vorgang:Fig. 2. Doping process:
1 - Bad mit Schmelze (L), 2 - Kapsel [L] mit Füllung AL.1 - bath with melt (L), 2 - capsule [L] with AL filling.
Fig. 3. Vakuumverschließen der Kapseln: a - Anfangszustand, b - Flachdrücken der Wände des Vorsprungs, verschlossene Kapsel.Fig. 3. Vacuum sealing the capsules: a - initial state, b - flattening the walls of the projection, sealed capsule.
Beispiel 1.Example 1.
Fe2N-Pulver, das sich bei 200°C unter Produktion von gasförmigem Stickstoff auflöst, wird zum Nitrieren von geschmolzenem Stahl ausgewählt. In diesem Fall wird eine Kapsel aus demselben Stahl gefertigt wie jener, der einer Behandlung unterzogen wird. Da in dem betrachteten Beispiel pL ps ~ 0,95, pd/ps ~ 0,81, erhalten wir unter Annahme von k= 0,8 und c = 1,03 d/D ~ 0,25.Fe 2 N powder, which dissolves at 200 ° C to produce gaseous nitrogen, is selected for nitriding molten steel. In this case, a capsule is made of the same steel as that which is being treated. Since pL ps ~ 0.95, pd / ps ~ 0.81 in the example under consideration, we obtain assuming k = 0.8 and c = 1.03 d / D ~ 0.25.
Zum Zweck der Bequemlichkeit beim Befallen einer Kapsel mit Pulver wird ein Stahlrohr mit einem Innendurchmesser von 20 mm genommen (Typ b in Fig. 1) und wird dann der Außendurchmesser eines Senkkörpers mit 80 mm definiert.For the convenience of filling a capsule with powder, a steel tube with an inner diameter of 20 mm is taken (type b in Fig. 1) and then the outer diameter of a countersunk body is defined as 80 mm.
Nach dem Verschließen eines der Enden des Rohrs wird ein aus Abfall (Verkleidung) hergestellter Stahlstöpsel in den abgedichteten Teil gedrückt, danach wird das Rohr mit Fe N-Pulver befüllt, das zweite Ende wird ebenfalls mit einem aus Stahldraht oder Abfall hergestellten Stöpsel verschlossen, das Rohr wird in einen Senkkörper gesteckt, ein freies Ende wird an ein Vakuumsystem angeschlossen, das Innenvolumen wird ausgepumpt, und die Kapsel wird schließlich verschlossen.After sealing one of the ends of the pipe, a steel plug made of waste (casing) is pressed into the sealed part, then the pipe is filled with Fe N powder, the second end is also closed with a plug made of steel wire or waste, which Pipe is inserted into a sinker, a free one The end is connected to a vacuum system, the inner volume is pumped out, and the capsule is finally closed.
Wird die Kapsel in geschmolzenen Stahl geworfen, so wird das herausstehende Ende des Rohrs schneller erhitzt als der Hauptteil der Kapsel. Erreicht die Temperatur an beiden Enden des Rohrs ~ 900°C, so bricht gasförmiger Stickstoff, dessen Druck zu diesem Zeitpunkt mehrere Atmosphären erreicht, die Rohrwand auf und beginnt das Gas, (mit dünnen Strahlen von Gas) in die Schmelze zu strömen, wobei es durch Rillen und Poren der innenliegenden Stahlstöpsel dringt.If the capsule is thrown into molten steel, the protruding end of the tube is heated faster than the main part of the capsule. When the temperature at both ends of the tube reaches ~ 900 ° C, gaseous nitrogen, the pressure of which at this point reaches several atmospheres, breaks up the tube wall and the gas begins to flow (with thin jets of gas) into the melt, causing it penetrates through grooves and pores of the internal steel plugs.
Eine Kapsel der beschriebenen Art kann pro Einheit ihres Volumens 15 bis 20 Volumen molekularen Stickstoff produzieren.A capsule of the type described can produce 15 to 20 volumes of molecular nitrogen per unit of its volume.
Beispiel 2.Example 2.
Geschmolzener Stahl mit Natrium kann zum Zweck der Desoxidation in Metallform und nicht mit Hilfe eines Vorläufers dotiert werden. Dafür wird eine Stahlkapsel (Typ a in Fig. 1 ) mit Natrium befüllt. In diesem Fall pd /ps ~ 0.1 , k = 0,9, und unter Annahme von c = 1,02, erhalten wir d/D ~ 0, 19. Dies bedeutet, dass jede Volumenseinheit der Kapsel 3,5 Vol.% metallisches Natrium in die Schmelze freigibt. Wie beim Nitrieren von Stahl (siehe Beispiel 1) beginnt Natrium bei Temperaturen von 900 bis 1000°C in Form von Metalldampf in die Schmelze einzudringen.Molten steel with sodium can be doped in metal form for the purpose of deoxidation and not with the help of a precursor. For this, a steel capsule (type a in Fig. 1) is filled with sodium. In this case pd / ps ~ 0 . 1, k = 0.9, and assuming c = 1.02, we get d / D ~ 0.19. This means that each volume unit of the capsule releases 3.5% by volume of metallic sodium into the melt. As with the nitriding of steel (see example 1), sodium begins to penetrate into the melt in the form of metal vapor at temperatures of 900 to 1000 ° C.
Beispiel 3. •Example 3. •
Zum Dotieren von Aluminium mit einer eutektischen Lithiumlegierung wird Al-32 At% Li genommen. Dessen Liquiduspunkt ist niedriger als der Schmelzpunkt von reinem Aluminium. Ein zylindrischer Block der erwähnten Zusammensetzung, der einen Durchmesser aufweist, welcher dem Durchmesser des Innenkanals einer Kapsel entspricht, wird in eine Kapsel (Typ a in Fig. 1) gefüllt, letztere wird ausgepumpt und mit Hilfe eines Druckverfahrens verschlossen, d.h. ein Vorsprung wird während des Auspumpens stark flachgedrückt und abgeschnitten. Der Durchmesser des Innenkanals wird gemäß d/D ~ 0,55 (pi ps ~ 0,93, pd /ps ~ 0,92, c = 1,02 und k = 0,9) gebohrt. Gemäß der Menge des enthaltenen Lithiums entsprechen derartige Kapseln homogenen Blöcken desselben Volumens, wobei sie allerdings eine durchschnittliche Konzentration von 7 At% Li aufweisen. Al-32 at% Li is used to dope aluminum with a eutectic lithium alloy. Its liquidus point is lower than the melting point of pure aluminum. A cylindrical block of the mentioned composition, which has a diameter which corresponds to the diameter of the inner channel of a capsule, is filled into a capsule (type a in Fig. 1), the latter is pumped out and sealed by means of a printing process, i.e. a protrusion is strongly flattened and cut off during pumping out. The diameter of the inner channel is drilled according to d / D ~ 0.55 (pi ps ~ 0.93, pd / ps ~ 0.92, c = 1.02 and k = 0.9). According to the amount of lithium contained, such capsules correspond to homogeneous blocks of the same volume, although they have an average concentration of 7 at% Li.

Claims

Ansprüche: Expectations:
1. Mittel aus Metall zum Dotieren einer Schmelze eines Metalls L mit einem Dotierungsmittel A, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel einen Innenraum aufweist, der gegen die Umgebung hermetisch abgeschlossen ist und das Dotierungsmittel A enthält.1. Means made of metal for doping a melt of a metal L with a dopant A, characterized in that the means has an interior which is hermetically sealed from the environment and contains the dopant A.
2. Mittel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Schwachstelle aufweist, welche beim Einbringen des Mittels in die Metallschmelze L schmilzt und das Dotierungsmittel A zumindest teilweise in die Metallschmelze L freigibt, bevor das Mittel als solches schmilzt.2. Agent according to claim 1, characterized in that it has a weak point, which melts when the agent is introduced into the molten metal L and at least partially releases the dopant A into the molten metal L before the agent melts as such.
3. Mittel gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es so gestaltet ist, dass es eine Gesamtdichte aufweist, welche höher ist als jene der Metallschmelze L.3. Composition according to one of claims 1 or 2, characterized in that it is designed so that it has an overall density which is higher than that of the molten metal L.
4. Mittel gemäß einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dotierungsmittel A in Form einer Legierung mit dem Metall L vorliegt.4. Agent according to one of claims 1 or 3, characterized in that the dopant A is in the form of an alloy with the metal L.
5. Mittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es die Form einer Kapsel hat.5. Agent according to one of claims 1 to 4, characterized in that it has the shape of a capsule.
6. Verfahren zum Dotieren einer Schmelze eines Metalls L durch Einbringen eines Dotierungsmittels A in die Metallschmelze L, dadurch gekennzeichnet, dass das Dotierungsmittel A, eingeschlossen in einem Mittel aus dem Metall L gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, in die Metallschmelze L eingebracht wird.6. A method for doping a melt of a metal L by introducing a dopant A into the metal melt L, characterized in that the dopant A, enclosed in an agent made of the metal L according to one or more of claims 1 to 5, in the metal melt L is introduced.
7. Verfahren zur Herstellung des Mittels gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dotierungsmittel A unter Vakuum oder Inertgas in das Mittel eingefüllt wird. 7. A process for the preparation of the agent according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the dopant A is filled into the agent under vacuum or inert gas.
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