<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zur Herstellung einer
Legierung aus wenigstens zwei metallischen Komponenten, von denen die eine (erste) eine Schmelz- temperatur aufweist, die über der Siedetemperatur der andern (zweiten) Komponente bei Atmosphären- druck liegt. i Bei Legierungen, welche Eisen als einen Bestandteil und Magnesium, Natrium, Strontium,
Lithium oder Kalzium als andern Bestandteil enthalten, ist der Zusatz der letztgenannten Bestand- teile zu einer Eisenschmelze, welche sich auf einer Temperatur befindet, die höher ist als die
Siedetemperatur des zugesetzten Bestandteils, etwas problematisch. Der Einfachheit halber werden diese Probleme in bezug auf die Herstellung von Eisen-Magnesium-Legierungen erläutert.
Es ist jedoch offensichtlich, dass die Erfindung nicht auf solche Zusammensetzungen beschränkt ist und beispielsweise auch zur Herstellung anderer Eisenlegierungen, wie beispielsweise Eisen-Lithium,
Eisen-Strontium, Eisen-Kalzium oder Eisen-Natrium, verwendet werden kann.
Im Zusammenhang mit Eisen-Magnesium-Legierungen wurde in den Vierzigerjahren gefunden, dass der in gewöhnlichen Graugusseisen enthaltene Graphit von seiner normalerweise schuppenartigen Form in eine kugelige Form übergeführt werden kann, wenn man die Zusammensetzung mit relativ geringen Mengen an Magnesium versetzt. Das Grundverfahren ist in der US-PS Nr. 2, 485, 760 geoffen- bart. Magnesium ist auch seit langem als wirksames Entschwefelungs-und Entgasungsmittel von
Nichteisenmetallen bekannt.
Sphärolithisches Gusseisen ist Graugusseisen, welches schuppenförmigen Graphit enthält, inso- ferne überlegen, als es die doppelte Zugfestigkeit und die zwanzigfache Duktilität von Grauguss- eisen besitzt. Das Problem bei der Herstellung von Sphäroguss liegt jedoch darin, dass Magnesium heftig mit geschmolzenem Eisen reagiert und nur bis zu einem gewissen Grad im Eisen löslich ist.
Es wurde daher das Magnesium bei der Herstellung von Sphäroguss in verschiedenen kombinierten
Formen zugesetzt, wie beispielsweise als Ferrosilizium-Magnesium (s. US-PS Nr. 3, 177, 071,
Nr. 3, 290, 142, Nr. 3, 367, 771 und Nr. 3, 375, 104), als Koks oder Holzkohle, die mit Magnesium imprä- gniert waren (s. US-PS Nr. 3, 321, 304 und Nr. 3, 598, 572), als Kombinationen von seltenen Erden und
Magnesium und als Legierungen von Magnesium und Nickel oder Kupfer (s. US-PS Nr. 3, 030, 205 und Nr. 3, 544, 312).
In all diesen Fällen war jedoch der Zusatz des Magnesiums von einer Rauchentwicklung und einem Aufleuchten auf Grund der Reaktion des Magnesiums mit der erhitzten Atmosphäre begleitet.
Versuche wurden unternommen, den Magnesiumzusatz unterhalb der Oberfläche des flüssigen Guss- eisens in der Giesspfanne unter Verwendung einer Taucherglocke oder eines Gasstroms durchzufüh- ren. Es wird in diesem Zusammenhang auf die US-PS Nr. 2, 869, 857, Nr. 3, 080, 228, Nr. 3, 157, 492 und
Nr. 3, 285, 739 verwiesen. Ein weiterer Versuch bestand darin, den Magnesiumzusatz am Boden der
Giesspfanne anzuordnen, ihn mit einem Roheisenstück abzudecken und sodann das flüssige Eisen in die Giesspfanne einzugiessen.
Obgleich diese mechanischen Vorrichtungen zu einer Verbesserung führten, waren sie nur teilweise erfolgreich und gingen immer noch 50% oder mehr des Magnesiums verloren. Der Verlust an Magnesium ist nicht nur ein wirtschaftlicher Nachteil, es sind auch die damit einhergehende
Rauchentwicklung und Lichterscheinung im Hinblick auf die immer stärker werdenden Vorschriften hinsichtlich der Luftqualität unannehmbar.
Ein anderer Versuch der Lösung des Problems war die Verwendung verschiedener Legierungen.
Legierungen, welche wesentliche Mengen an Silizium oder Magnesium enthalten, haben jedoch eine wesentlich geringere Dichte als Eisen und sind bestrebt, auf der Oberfläche des Schmelzbades zu schwimmen. Ausserdem liegt die Temperatur des flüssigen Eisens gewöhnlich oberhalb des Siedepunk- tes des Magnesiums bei Normaldruck, weshalb das Magnesium nahezu unmittelbar verdampft. Als
Ergebnis hievon hat nur ein geringer Anteil des Magnesiums die Möglichkeit, im flüssigen Eisen in Lösung zu gehen, bevor die Dampfblasen die Oberfläche des geschmolzenen Eisens erreichen und in die Atmosphäre entweichen.
Es wird angenommen, dass diese beiden Effekte, nämlich die geringe Dichte der Silizium-Magnesiumzusätze und der niedrige Siedepunkt des Magnesiums hauptsächlich für die geringe Wirksamkeit der bisher durchgeführten Magnesiumzusätze verantwortlich sind.
<Desc/Clms Page number 2>
Um diese Probleme zu vermeiden, wurde eine Anzahl von Verfahren vorgeschlagen. Diese Verfah- ren können wie folgt klassifiziert werden :
1. Verfahren, bei denen reines Magnesium in der Giesspfanne unter hohem Druck verwendet wird,
2. Einführung von reinem, festem Magnesium durch eine Öffnung im unteren Teil der Giess- pfanne,
3. Verfahren, bei denen die Verdampfung des Magnesiums durch Hindurchführung durch ein inertes, poröses Material verzögert wird, und
4. Verfahren, bei denen das Magnesium in Form einer Legierung oder eines Eisenagglomerats verdünnt wird.
Diese Klassifizierung wurde in einem vor kurzem erschienenen Artikel mit dem Titel "Simple and Economic Use of Pure Magnesium in the Production of Spheroidal Graphite (Ductile) Iron" von Henri Jarysta in "Proceedings of the International Magnesium Association" 1976, Seiten 49-52, vorgeschlagen. Herr Jarysta kam zu dem Schluss, dass alle obgenannten Verfahren den Nachteil haben, dass sie entweder komplizierte und teure Installationen erforderten oder dass sie übermässige Zusatzkosten verursachten, und empfahl die Verwendung von kleinen Magnesiumbarren, die mit einer feuerfesten Isolierung überzogen waren.
Andere Forscher richteten ihre Bemühungen auf die Entschwefelung von Roheisen durch den Zusatz von Magnesium und entwickelten Methoden für die Einführung des Magnesiums, von Magnesiumlegierungen und von in Koks eingeschlossenem Magnesium in das Bad, die ähnlich den Systemen waren, die für die Herstellung von Sphäroguss entwickelt wurden. Einige der mechanischen Systeme umfassen
1. Druckrohre, durch welche Magnesiumbarren in das Bad eingetaucht werden.
2. Kippreaktoren,
3. pneumatische Injizierung von pulverförmigem oder körnigem Magnesium,
4. mit feuerfestem Material beschichtete Magnesiumbarren und
5. die Einführung in Drahtform.
Im Zusammenhang mit der Frage der Lösung von verdampftem Magnesium in Gusseisen wird auf den Artikel "The Kinetics of Magnesium Vapour Dissolution Into Pig Iron" von Gordon A. Irons und R. L. Guthrie in"Proceedings of the International Magnesium Association", 1976, Seiten 63 bis 72, verwiesen.
Die Patentinhaberin hat erkannt, dass die üblichen Kugelgraphitbildner in verschiedener Hinsicht mangelhaft sind. Vor allem haben diese Mittel, welche wesentliche Mengen an Silizium oder an andern Elementen mit geringer Dichte enthalten, das Bestreben, in der Giesspflanne nach oben zu schwimmen, so dass komplizierte Vorrichtungen erforderlich sind, um sie in das Bad der Eisenschmelze einzuführen. Weiters haben Kugelgraphitbildner, welche wesentliche Mengen an Nickel enthalten, eine Dichte, welche jener des geschmolzenen Eisens nahekommt, so dass sie eine nur geringe Neigung besitzen, in der Giesspfanne nach oben zu schwimmen. Solche Kugelgraphitbildner können jedoch sehr teuer sein und zur Einführung unerwünschter Elemente in das geschmolzene Eis führen.
Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, mit dem Legierungen aus Komponenten mit stark unterschiedlichen Schmelzpunkten, wie eingangs angegeben, mit geringerem Aufwand und problemloser als bisher hergestellt werden können. Dieses Ziel wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die erste Komponente als Flüssigkeit in eine Reaktionskammer eingebracht wird, wobei die Höhe der über der Reaktionskammer stehenden Flüssigkeitssäule einen statischen Druck in der Reaktionskammer ergibt, der mindestens dem Dampfdruck der zweiten Komponente bei der Temperatur dieser Flüssigkeit entspricht, in diese Reaktionskammer die zweite Komponente in fester oder flüssiger Form mit vorbestimmter Geschwindigkeit eingeführt wird und beide Komponenten in der Reaktionskammer gemischt werden, bis wenigstens ein Teil der zweiten Komponente in der ersten Komponente gelöst ist,
worauf das so erhaltene Gemisch aus der Reaktionskammer mit einer Geschwindigkeit und einem Druck abgezogen wird, die eine Verflüchtigung der zweiten Komponente unterbinden.
Wenn beim erfindungsgemässen Verfahren die leichtflüchtige, zweite Komponente aus einem Kugelgraphitbildner besteht, so wird der zugesetzte Kugelgraphitbildner im wesentlichen voll ver-
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
<Desc/Clms Page number 4>
Die Zugabeeinrichtung für die zweite Komponente, z. B. Magnesium, kann eine beheizte Kammer auf- weisen, die befähigt ist, eine Anzahl von Magnesiumbarren aufzunehmen und zu schmelzen. Das geschmolzene Magnesium wird sodann in die Reaktionskammer in Form eines dünnen Stroms mittels des Druckes, der an einem Ende der Kammer durch ein Inertgas ausgeübt wird, eingeführt. Alter- nativ kann das Magnesium in die Reaktionskammer in Form eines festen Magnesiumdrahtes einge- bracht werden.
Die Reaktionskammer wird im Hinblick auf den Säulenofen und die Zugabeeinrich- tung ausgelegt, wobei die Reaktionskammer und die Zugabeeinrichtung insbesondere befähigt sind, die Lösung und Dispersion einer maximalen Magnesiummenge im geschmolzenen Eisen zu fördern.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen hervor. Es zeigen Fig. 1 einen schemati- schen Vertikalschnitt, teilweise aufgebrochen, einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsge- mässen Verfahrens, aus welchem der Säulenofen, die Reaktionskammer, die Zugabeeinrichtung und eine gekühlte Form entnehmbar sind, Fig. 2 einen vergrösserten Schnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. l, welcher die Reaktionskammer und den unteren Teil des Säulenofens veranschaulicht, Fig. 3 einen vergrösserten Schnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 2, Fig. 4 einen vergrösserten Schnitt ent- lang der Linie 4-4 der Fig. l, welcher den Querschnitt der Zugabeeinrichtung darstellt, Fig.
5 einen vergrösserten Schnitt eines Teils der Zugabeeinrichtung, genommen entlang der Linie 5-5 der Fig. 4, Fig. 6 einen vergrösserten Schnitt eines andern Teils der Zugabeeinrichtung, genommen entlang der
Linie 6-6 der Fig. 1, Fig. 7 einen schematischen Vertikalschnitt durch eine neben der Reaktionskammer angeordnete Schrotkammer, Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Stranggusseinrichtung, die beim Auslass der Reaktionskammer angeordnet ist, und Fig. 9 einen vergrösserten Vertikalschnitt eines Teils der Reaktionskammer und des Säulenofens gemäss Fig. 3, wobei jedoch eine andere Zugabeeinrichtung veranschaulicht ist.
In den Zeichnungen und insbesondere in Fig. 1 ist mit --10-- ein Säulenofen bezeichnet, der an seinem oberen Ende mit einem beheizten Trichter --12-- in Verbindung steht, der aus einer Quelle von geschmolzenem Eisen oder heissem Metall --14-- beschickt wird. Am unteren Ende steht der Säulenofen --10-- mit einer beheizten Reaktionskammer --16-- in Verbindung. Eine Zugabeeinrichtung --18-- beschickt das eine Ende der Reaktionskammer --16-- mit geschmolzenem Magnesium ; das Ferromagnesium wird vom andern Ende der Reaktionskammer abgezogen. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird das Ferromagnesium sodann zu Barren oder Luppen in einer Form --20-- verfestigt, welche vorzugsweise mit lasser oder Luft gekühlt ist.
Alternativ kann das Ferromagnesium zu Schrot oder Pellets in einer Schrotkammer --22-- (Fig. 7) oder in einer Stranggusseinrichtung-24- (Fig. 8) zu einem Barren oder einem Knüppel gegossen werden.
Gemäss Fig. 1 besteht der Säulenofen --10-- aus einem hohlzylindrischen rohrartigen Kern - -26--, der vorzugsweise aus Graphit besteht und von einer Heizung --28-- umgeben ist. Wie deutlicher aus Fig. 2 ersichtlich ist, kann die Heizung --28-- aus einem keramischen Rohr --30-- bestehen, um welches ein Widerstand --32-- gewickelt ist. Obgleich nur ein Widerstand --32-- in den Zeichnungen gezeigt ist, ist es offensichtlich, dass die Heizung --28-- auch aus einer Reihe von getrennten und einzeln variierbaren Heizkörpern bestehen kann, so dass im Ofen ein gewünschtes Temperaturprofil aufgebaut werden kann. Um die Aussenseite der Heizung --28-- ist ein feuerfestes Material --34-- angeordnet. Der Ofen und das feuerfeste Material sind in einem Stahlmantel - eingeschlossen.
Wie oben bemerkt wurde, ist die vertikale Höhe des Säulenofens --10-- eine Funktion der Verarbeitungstemperatur des geschmolzenen Eisens. Die nachstehende Tabelle I zeigt das Verhältnis zwischen dem Dampfdruck des Magnesiums und der Höhe einer Eisensäule, die zur Erzielung einer äquivalenten Druckhöhe bei verschiedenen Temperaturen erforderlich ist :
<Desc/Clms Page number 5>
Tabelle I
EMI5.1
<tb>
<tb> Temperaturen <SEP> Magnesium-Dampfdruck <SEP> Äquivalente <SEP> Eisensäule
<tb> (OC) <SEP> (bar) <SEP> (cm)
<tb> 1120 <SEP> 1, <SEP> 03 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 1147 <SEP> 1, <SEP> 46 <SEP> 66, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 1175 <SEP> 1, <SEP> 85 <SEP> 122, <SEP> 9 <SEP>
<tb> 1203 <SEP> 2, <SEP> 20 <SEP> 175, <SEP> 7 <SEP>
<tb> 1230 <SEP> 2, <SEP> 73 <SEP> 252, <SEP> 9 <SEP>
<tb> 1259 <SEP> 3, <SEP> 27 <SEP> 333, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 1286 <SEP> 3, <SEP> 94 <SEP> 429, <SEP> 7 <SEP>
<tb> 1314 <SEP> 4, <SEP> 18 <SEP> 542, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 1342 <SEP> 5, <SEP> 58 <SEP> 670, <SEP> 6 <SEP>
<tb> 1370 <SEP> 6, <SEP> 39 <SEP> 787, <SEP> 4 <SEP>
<tb>
Aus Tabelle I ist ersichtlich, dass,
im Falle das Magnesium in das flüssige Metall bei einer
Temperatur von 1314 C eingebracht werden soll, ohne dass das Magnesium siedet, ein höherer Druck als der Dampfdruck des Magnesiums von 4, 7 bar aufrechterhalten werden muss. wenn 1314C gewählt werden, so muss das flüssige Metall mehr als 1, 2% und vorzugsweise mehr als 3% Kohlenstoff enthalten, damit es vollständig in flüssiger Phase vorliegt. Der erforderliche Druck kann durch eine Eisensäule von 542, 5 cm Höhe erreicht werden. Wenn daher eine Arbeitstemperatur von 1314 C gewählt wird, so muss die wirksame Höhe des Säulenofens 542, 5 cm etwas übersteigen.
Es ist offensichtlich, dass der Hauptzweck des Säulenofens darin liegt, die erforderliche Druckhöhe zu gewährleisten und dass gegen Ende jeder Charge das im Ofen enthaltene Eisen nicht mehr behandelt werden kann. Deshalb soll zwecks Herabsetzung der Menge an unbehandeltem Metall auf ein Minimum der Innendurchmesser des Ofenkerns --26-- auf einem Minimum gehalten werden, welches mit der gewünschten Durchflussrate des Eisens durch die Vorrichtung und mit der Fähigkeit der Vorrichtung, die entsprechenden Temperaturen aufrecht zu erhalten, verträglich ist.
Der Trichter --12-- am oberen Ende des Säulenofens --10-- besteht aus einem feuerfesten Mantel-38-, vorzugweise aus Graphit, einer Heizung --40--, die den Mantel umgibt, jedoch von diesem elektrisch isoliert ist, einem geeigneten feuerfesten Material --42--, welches den Mantel - und die Heizung --40-- umgibt, und aus einem äusseren Metallmantel --42--. Der Trichter - kann einteilig mit dem Säulenofen-10--, wie dargestellt, ausgebildet sein, oder er kann als getrennte Einheit auf den Ofen --10-- aufgesetzt sein. Im Gegensatz zum Ofen --10-- ist der Trichter --12- derart ausgelegt, dass sein Durchmesser relativ gross ist im Vergleich zu seiner Höhe, wodurch die Arbeitshöhe des geschmolzenen Metalls im wesentlichen konstant gehalten werden kann.
Vlie in Fig. 1 gezeigt, steht das untere Ende des Ofens --10-- mit der Reaktionskammer in Verbindung. Es ist offensichtlich, dass der Ofen mit der Reaktionskammer alternativ an irgendeiner Stelle oberhalb seines unteren Endes in Verbindung stehen kann, vorausgesetzt dass die wirksame Höhe des Ofens ausreicht, um den erforderlichen statischen Druck an der entsprechenden Stelle der Reaktionskammer zu gewährleisten.
Das untere Ende des Säulenofens --10-- kann so, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, mit der Reaktionskammer --16-- verbunden sein. Die Reaktionskammer kann aus einem feuerfesten Zylinder --46--, der vorzugsweise aus Graphit gebildet ist, bestehen. Vorzugweise besteht der feuerfeste Zylinder -46-- aus einer Anordnung von miteinander verschraubten becherförmigen Teilen --48, 50--.
Eine Gewindehülse --52-- aus Graphit ist in eine Gewindebohrung, die im Graphitbecher - ausgebildet ist, eingeschraubt, wogegen eine Graphitkupplung --54-- das untere Ende des Ofenkerns-26-mit der Gewindehülse --52-- verbindet. Im Graphitbecher --48-- befindet sich
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
nung endet, welche sich in der Nähe der Achse des Graphitbechers --48-- befindet. Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, ist der Strömungsleitkörper --56-- derart ausgebildet, dass seine Oberkante und seine Unterkante an einem Teil der Innenfläche des feuerfesten Zylinders-46-- anliegen, wogegen seine Seitenflächen von der Innenfläche des feuerfesten Zylinders --46-- abgesetzt sind.
Aus diesem Grunde strömt geschmolzenes Metall, welches durch den Säulenofen fliesst, durch den J-förmigen Durchlass --58-- des Strömungsleitkörpers und sodann um diesen herum gegen die Auslassseite der Reaktionskammer. Ein Pfropfen --60-- ist als vorteilhafte Massnahme vorgesehen, um das in der Rückwand des Strömungsleitkörpers --56-- während des Bohrens des Bodenschenkels des J-
EMI6.2
-58-- gebildetewindeöffnung --62-- vorgesehen, in welche ein Erstarrungsrohr --64-- eingeschraubt ist. Das Erstarrungsrohr --64-- steht mit dem Inneren der Reaktionskammer in Verbindung und bildet einen Austriebsdurchlass für die anfänglich in der Reaktionskammer enthaltene Luft. Das in die Reaktionskammer eintretende geschmolzene Metall treibt zuerst die darin enthaltene Luft aus und tritt sodann selbst in das Erstarrungsrohr ein.
Auf Grund der kleinen Bohrung des Erstarrungsrohres erstarrt das geschmolzene Metall rasch und verschliesst dadurch das Erstarrungsrohr und die Reak- tionskammer --16--. Sobald die Reaktionskammer verschlossen ist, erreicht der Druck in ihr einen durch die Höhe des geschmolzenen Metalls im Säulenofen-10-- bestimmten Wert. Um die Temperatur des geschmolzenen Metalls in der Reaktionskammer --16-- zu steuern, ist diese vorzugsweise in einem keramischen Rohr --66-- eingeschlossen, welches von einer Heizeinrichtung --68-- umgeben ist.
Die Zugabeeinrichtung --18-- steht mit der Reaktionskammer --16-- über eine schräge Gewinde- öffnung --70-- in Verbindung (Fig. 3). Wie aus den Fig. 4 und 5 zu entnehmen ist, besteht die
EMI6.3
miteinander verschraubt sind, Durch eine Gewindehülse --74-- wird der Zylinderkörper --72-- in die Gewindeöffnung --70-- der Reaktionskammer--16-- eingeschraubt. Ein ein Heizelement --78-tragendes Keramikrohr --76-- umgibt den Zylinderkörper --72--. Am äusseren Ende der Zugabeeinrichtung ist ein Nippel --80-- in den Zylinderkörper --72-- eingeschraubt, der an seinem freien Ende
EMI6.4
(Fig. 6)(Fig. 6). Eine Feder --92-- umgibt den Ventilkolben --84-- und drückt die Ventilnadel --86-in Schliessstellung.
Der Ventilkolben --84-- kann einteilig ausgebildet sein oder, wie in Fig. 5 gezeigt ist, aus einer Reihe von Stäben und Kupplungen bestehen. Wenn der Kolben --84-- einen wesentlich kleineren Durchmesser hat als die Bohrung der Hülse --74--, kann es zweckmässig sein, eine Graphithülse --94-- einzusetzen, um einen gleichmässigeren Durchlass zu schaffen. Gegebenen-
EMI6.5
--94-- ausder Reaktionskammer --16-- zu bewirken.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich, ist ein Rohr --96--, welches mit einer Quelle eines unter Druck stehenden Inertgases verbunden ist, an den Nippel --80-- angeschlossen, so dass der Zylinderkörper unter Druck gesetzt werden kann. Eine O-Ringdichtung --98-- dichtet den Ventilkolben --84-gegen den Federspannmechanismus --82-- ab und verhindert so ein Entweichen des Druckmediums. Das Heizelement --78-- bewirkt eine so starke Aufheizung, dass die im Zylinderkörper --72-- enthal- tenen Magnesiumbarren --100-- geschmolzen werden, um flüssiges Magnesium zu bilden, welches sodann durch das unter Druck stehende, durch das Rohr --96-- kommende Inertgas in die Reaktionskammer befördert wird, sobald die Ventilnadel --86-- geöffnet wird.
Obgleich in den Zeichnungen nur eine einzige Zugabeeinrichtung --18-- gezeigt ist, ist es offensichtlich, dass auch eine zweite in gleicher Weise ausgelegte Zugabeeinrichtung neben der
<Desc/Clms Page number 7>
ersten Zugabeeinrichtung angeordnet werden kann, um zusätzliches flüssiges Magnesium zur Verfügung zu haben, wenn die Beschickung in der ersten Zugabeeinrichtung zu Ende geht. Wenn man die Zugabeeinrichtungen alternativ beschickt, so kann der Betrieb der Vorrichtung kontinuierlich gestaltet werden.
Eine andere Zugabeeinrichtung zur Einführung des Magnesiums in die Reaktionskammer ist schematisch in Fig. 9 gezeigt, wobei Teile, die mit Teilen der in Fig. 3 gezeigten Reaktionskammer übereinstimmen, dieselben Bezugsziffern tragen, wogegen ähnliche Teile mit einer neuen Bezugsziffer bezeichnet sind. Der Teil --481¯- der Reaktionskammer --16-- ist mit einer im Winkel angeordneten Einlassöffnung --156-- versehen, die derart bemessen ist, dass sie einen festen Magnesiumdraht - aufnehmen kann, während der Druck im Innenbereich der Reaktionskammer --16-- aufrecht erhalten wird. Zur Erleichterung des Eintrittes des Drahtes --158-- kann das äussere Ende der Einlassöffnung-156-, wie bei -160-- gezeigt, ausgeweitet sein.
Der Magnesiumdraht --158-- kann von Haspel- oder Spuleinrichtungen (nicht gezeigt) abgezogen und in die Reaktionskammer mit gesteuerter Geschwindigkeit mittels eines oder mehrerer Sätze von Klemmwalzen --162-- eingeführt
EMI7.1
hen Temperaturen innerhalb der Reaktionskammer schmilzt der Magnesiumdraht rasch und wird im geschmolzenen Eisen gelöst oder dispergiert, um ein Gemisch von Eisen und Magnesium zu erhal- ten.
Gemäss Fig. 1 können der Säulenofen --10--, die Reaktionskammer --16-- und die Zugabeeinrich- tung --18-- auf einem geeigneten Gestell --102-- montiert sein. Ein Bund --104-- mit einem Flansch an seinem freien Ende ist am Gestell --102-- befestigt und trägt einen Hahn --106-- zum Einlass eines unter Druck stehenden Inertgases in den Bund. An den Flansch des Bundes --104-- ist ein geflanschtes Rohr --108-- angeschlossen, dessen entgegengesetztes Ende verschlossen und abgedich- tet ist. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist das Rohr --108-- geneigt, wobei das geflanschte Ende höher liegt als das geschlossene Ende.
Ein feuerfestes Rohr --110--, welches vorzugsweise aus Gra- phit steht und von welchem ein Ende geschlossen ist, ist innerhalb des geflanschten Rohres - angeordnet. Eine Tülle --112-- bildet die Verbindung zwischen der Reaktionskammer - und der unter Druck stehenden Form -20-- über den Bund --104--.
Während des Betriebes wird geschmolzenes Eisen von einem Tiegel oder einer andern Quelle - entnommen und sodann in den Säulenofen --10-- weitergeleitet. Das geschmolzene Metall strömt durch den J-förmigen Durchlass-58-des Strömungsleitkörpers-56-und füllt die Reaktionskammer --16--. Nachdem die anfänglich in der Reaktionskammer enthaltene Luft ausgespült und die Reaktionskammer durch das Erstarren des geschmolzenen Eisens im Erstarrungsrohr --64-- verschlossen wurde, wird ein Druck entsprechend dem Niveau des geschmolzenen Metalls im Trichter - aufgebaut. Vor der Beschickung des Säulenofens mit geschmolzenem Metall wird das Heizelement --78-- der Zugabeeinrichtung --18-- in Betrieb gesetzt, um die in dieser enthaltenen Magnesiumbarren zu schmelzen.
Sobald die Reaktionskammer --16-- unter einem Druck steht, der oberhalb dem Dampfdruck des Magnesiums bei der in der Reaktionskammer herrschenden Temperatur liegt, wird der Ventilkolben --84-- manuell oder automatisch mit einem auf den Druck in der Reaktionskammer ansprechenden Solenoid betätigt, um flüssiges Magnesium mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit in den Strom des geschmolzenen, aus dem kurzen Schenkel des J-förmigen Durchlasses --50-- des Strömungs- leitkörpers 56-- austretenden Eisens einzuführen. Es ist offensichtlich, dass die Einführung von geschmolzenem Magnesium in das Eisen an einer Stelle oberhalb des Bodens des J-förmigen Durchlasses jede Tendenz des Magnesiums verhindert, in den Säulenofen zu fliessen, in welchem als Folge des abnehmenden Druckes das Magnesium kochen würde.
Die Reaktionskammer --16-- ist derart bemessen, dass die Verweilzeit des Eisens ausreicht, um im wesentlichen mit Magnesium gesättigt zu werden. Jeder Überschuss an Magnesium wird im Eisenbad dispergiert. Die Menge an Magnesium, welche im Eisen gelöst werden kann, schwankt mit der Temperatur und der Zusammensetzung des Metalls ; s."A New Method for Determination of Liquid-Liquid Equilibrium as Applied to the FeC-Si-Mg System"von P. K. Trojan und R. A. Flinn, Transactions of the ASM, Band 54,1961, Seiten 549 bis 566". Beispielsweise kann ein geschmolzenes Metall mit einem Gehalt von 4% Kohlen-
<Desc/Clms Page number 8>
stoff, 0% Silizium und Rest im wesentlichen Eisen bei 1425 C etwa 2, 4% Magnesium lösen.
Bei 1258 C kann dieselbe Zusammensetzung etwa 1, 4% Magnesium lösen, wobei der Rest des Magnesiums als flüssiges Magnesium wahrscheinlich in Form feiner kugelförmiger Tröpfchen, die im Eisenbad disper- giert sind, ausgeschieden wird.
Als Beispiel zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wurde eine Charge hergestellt, indem Sorel-Gusseisen und 75% Ferro-Silizium in einem Elektroofen geschmolzen wurden, um 96, 94 kg Eisen herzustellen, welches 4, 28% Kohlenstoff und 1, 23% Silizium enthielt. In die Zugabe- einrichtung --18-- wurden 0,9 kg Magnesium in Stangenform eingebracht.
Der Trichter des Säulenofens war 230 mm hoch und hatte einen Innendurchmesser von 120 mm, wogegen der Säulenofen einen Innendurchmesser von 19 mm und eine Gesamthöhe von etwa 3, 96 m hatte.
Die Reaktionskammer bestand aus einem Graphitrohr mit einem Innendurchmesser von 63, 5 mm und einem Aussendurchmesser von 101, 6 mm. Die Innenlänge der Reaktionskammer betrug 381 mm. Ein Erstarrungsrohr mit einem Innendurchmesser von 3, 8 mm und einer Höhe von 228 mm war in der Nähe des Austrittsendes der Reaktionskammer montiert, an welchem eine Abzugsöffnung von 6, 3 mm Durchmesser vorgesehen war. Die Zugabeeinrichtung bestand ebenfalls aus einem Graphitrohr, welches einen Innendurchmesser von 63, 5 mm und eine Innenlänge von etwa 254 mm hatte. Die Zugabeeinrichtung war in einem Vlinkel von 30 nach oben von der Horizontalachse der Reaktionskammer angeordnet. Zwei Magnesiumstäbe von jeweils 22, 8 mm Durchmesser und etwa 254 mm Länge wurden in die Zugabeeinrichtung eingebracht.
Ein Aluminiumrohr von 63, 5 mm Länge, 25, 4 mm Aussendurchmesser und 14, 2 mm Innendurchmesser wurde in der Zugabedüse vor den Magnesiumstäben angeordnet. Der Durchmesser der Öffnung der Zugabedüse betrug 1, 19 mm.
Eine gekühlte Form --20-- für diese Charge bestand aus einem Stahlrohr mit einem Durchmesser von 152, 4 mm und einer Länge von 2, 75 m, welches eine 2, 75 m lange Graphitauskleidung mit einem Innendurchmesser von 101, 6 mm und einem Aussendurchmesser von 133, 3 mm enthielt. Das Rohr und die'Graphitauskleidung waren von der Horizontalachse der Reaktionskammer in einem VJinkel von etwa 60 nach unten geneigt.
Vor dem Anfang der Beschickung wurde der Säulenofen auf eine Temperatur im Bereich von 1092 bis 11140C entlang seiner Höhe vorerhitzt. Ausserdem wurde die Reaktionskammer auf eine Temperatur im Bereich von 1092 bis 1114 C erhitzt und 1/2 h lang durchgeglüht. Die Zugabeeinrichtung wurde auf 863 C vorerhitzt, wogegen der Trichter auf 915 C vorerhitzt wurde.
Das geschmolzene Metall wurde in den Trichter bei einer Temperatur von 1328 C eingegossen und erreichte eine Maximaltemperatur von 1234 C in der Reaktionskammer etwa 40 s nach dem Beginn des Eingiessens. Ein Chargenbericht ergab folgendes :
EMI8.1
<tb>
<tb> Zeit <SEP> (s) <SEP> Bemerkungen <SEP>
<tb> 0 <SEP> Beginn <SEP> des <SEP> Eingiessens <SEP> - <SEP> 13280C <SEP>
<tb> 3 <SEP> Metall <SEP> strömt <SEP> aus <SEP> der <SEP> Reaktionskammer
<tb> 9 <SEP> Giessbecher <SEP> voll
<tb> 10 <SEP> Beginn <SEP> der <SEP> Unterdrucksetzung <SEP> der <SEP> Form
<tb> 12 <SEP> Fliessgeschwindigkeit <SEP> des <SEP> Metalls <SEP> aus <SEP> der
<tb> Reaktionskammer <SEP> herabgesetzt
<tb> 16 <SEP> Form <SEP> bei <SEP> 1,
<SEP> 58 <SEP> bar
<tb> 19 <SEP> Beginn <SEP> des <SEP> Magnesiumzusatzes
<tb> Druck <SEP> an <SEP> der <SEP> Zugabevorrichtung <SEP> 3,3 <SEP> bar
<tb> 26 <SEP> Magnesiumdampf <SEP> trübte <SEP> das <SEP> Sichtrohr
<tb> Magnesiumzusatz <SEP> fortgesetzt
<tb> 70 <SEP> Magnesiumzusatz <SEP> durch <SEP> Verschliessen <SEP> der
<tb> Zugabevorrichtung <SEP> abgebrochen
<tb>
<Desc/Clms Page number 9>
EMI9.1
<tb>
<tb> Zeit <SEP> (s) <SEP> Bemerkungen
<tb> 92 <SEP> Giessbeoher <SEP> leer
<tb> 140 <SEP> Aufblitzen <SEP> von <SEP> Magnesium <SEP> am <SEP> Kopf <SEP> der <SEP> Kolonne
<tb> auf <SEP> Grund <SEP> des <SEP> Verlustes <SEP> an <SEP> Druckhöhe <SEP> des
<tb> Eisens <SEP> und <SEP> Restmagnesiums,
<SEP> welches <SEP> in <SEP> der
<tb> Reaktionskammer <SEP> verblieben <SEP> ist
<tb>
Bei dieser Charge wurde ein Knüppel mit einem Gewicht von etwa 93, 9 kg erhalten. Als Ergeb- nis der Zeitverzögerung zwischen dem Beginn des Gusses und dem Beginn des Magnesiumzusatzes enthielt der erste Teil des Knüppels eine nur geringe Magnesiummenge, der Teil des Knüppels je- doch, der der Charge entsprach, die in der Reaktionskammer voll mit Magnesium behandelt wurde, zeigte Magnesiumgehalte von 0, 45 und 0, 46%. Das Magnesium lag hauptsächlich als feine Dispersion des Magnesiums in einem Gefüge von Gusseisen mit einem Gehalt einer geringen Menge (weniger als 0, 10%) an gelöstem Magnesium vor.
Obgleich die in diesem Beispiel angewendete Methode des Kühlgusses eine relativ rasche Abkühlung zur Folge hatte, hängt die Menge an dispergiertem Ma- gnesium im Endprodukt von der Kühlgeschwindigkeit des magnesiumhaltigen Ferromagnesiumbades ab. Es können demzufolge höhere Anteile an dispergiertem Magnesium bei der Anwendung höherer Kühlgeschwindigkeiten, z. B. mit der in der Folge besprochenen Schrotmethode, erzielt werden.
Für die Zwecke der Erfindung ist eine feine Dispersion von Magnesium im Eisen einer Lösung von Magnesium im Eisen äquivalent, eine Agglomeration von Magnesium zu grossen Teilchen ist jedoch nachteilig. Der Grund hiefür ist, dass Magnesium eine geringere Dichte aufweist als Eisen und daher die Teilchen oder Tropfen von Magnesium bestrebt sind, in einem Bad, dessen Hauptbestandteil Eisen ist, nach oben zu steigen und bald unter Bildung von Blasen von gasförmigem Magnesium zu verdampfen. Die Blasen des gasförmigen Magnesiums steigen rasch durch das Bad nach oben, um die Atmosphäre oberhalb des Bades zu erreichen.
Im Zusammenhang mit vorliegender Erfindung ist ein "grosses" Magnesiumteilchen ein solches, welches zumindest grösstenteils verdampft, anstatt sich im eisenhaltigen Bad unter den im Bad herrschenden Druck- und Temperaturbedingungen zu lösen. Ein"kleines"Magnesiumteilchen kann entsprechend als solches definiert werden, welches sich im flüssigen Eisenbad löst, ohne wesentlich zu verdampfen. Um die Bildung gro- sser Magnesiumteilchen oder eine Agglomeration von Magnesiumteilchen im Ferromagnesium zu verhindern, ist es wichtig, die Ferromagnesiumschmelze auf einem Druck oberhalb des Dampfdruckes des Magnesiums zu halten und die Schmelze rasch abzukühlen. menin dies erfolgt, wird das Magnesium, welches während des Abkühlens von der Schmelze ausgeschieden wurde, in Form feiner Teilchen zurückbleiben.
Eine geeignete Steuerung des Druckes und der Temperaturbedingungen während des Abkühlens resultiert in einer Eisenzusammensetzung, welche maximale Mengen an feindispergiertem Magnesium in einem Eisengefüge enthält. Natürlich enthält das Gefüge eine geringe Menge an gelöstem Magnesium, wie z. B. weniger als etwa 0, 1% Magnesium. In Fig. 1 ist eine gekühlte Form gezeigt, welche dazu geeignet ist, innerhalb der Form eine unter Druck stehende inerte Atmosphäre aufrecht zu erhalten, während der Barren rasch abgekühlt wird. Ein Alternativverfahren des Druckgusses unter Kühlung ist die Schrotung oder Pelletisierung, die schematisch in Fig. 7 veranschaulicht ist.
Eine Tülle --112-- stellt die Verbindung zwischen der Reaktionskammer --16-- und der Schrotkammer -22-- her und ist vorzugsweise von einer Isolierhülse --114-- umgeben, die an einem Ende am Gestell --102-- und am andern Ende am Tank --116-- der Schrotkammer --22-- befestigt ist. Der Tank --116-- ist oben mit einem Deckel --118-- abgeschlossen, durch welchen ein Druckrohr --120-- und ein Rücklaufrohr --122-- für die Flüssigkeit hindurchgeführt sind. Das Druckrohr - kann an eine Pumpe --124-- und sodann über eine Leitung --126-- an eine Inertgasquelle (nicht dargestellt) angeschlossen sein.
Als Inertgas kann Argon oder ein anderes Gas, welches sowohl gegenüber Eisen als auch gegenüber Magnesium inert ist und welches unter dem üblichen hohen Druck in einen mit einem entsprechenden Druckregler ausgerüsteten Zylinder eingeführt wer-
EMI9.2
<Desc/Clms Page number 10>
--128-- des Tanks --116-- istschreckmedium --134--, z.B. Öl, füllt teilweise den Tank --116--.
Geschmolzenes, in der Reaktionskammer im wesentlichen mit Magnesium gesättigtes Metall wird durch die Tülle --112-- in die Schrotkammer --22-- eingesprüht. Das geschmolzene Metall ist be- strebt, im wesentlichen kugelförmige Tröpfchen zu bilden, die sodann zu Schrot oder Pellets -- verfestigt werden, wenn sie durch das Abschreckmedium --134-- nach unten gelangen.
Periodisch wird ein Teil der Pellets --136-- und des Abschreckmediums --134-- durch den Auslass --13-- und das Ventil --132-- abgezogen. Die Pellets und die Flüssigkeit können voneinander ge- trennt werden und letztere über eine Leitung-138-, eine Pumpe --140-- und das Rohr--122-- in den Tank --116-- rückgeführt werden. Gewünschtenfalls kann man das flüssige Abschreckmedium durch einen (nicht dargestellten) Wärmeaustauscher oder (nicht dargestellten) Filter führen, um konstante Temperaturbedingungen und eine konstante Qualität des Abschreckmediums in der Schrotkammer --22-- aufrecht zu erhalten.
Da die Schrotkammer --22-- unter Druck steht, um eine Verdampfung der in der Ferromagnesiumschmelze enthaltenen Magnesiumtröpfchen zu verhindern, ist es möglich, alternativ Magnesium in den flüssigen Metallstrom in der Schrotkammer als Zusatz zu dem in die Reaktionskammer eingeführten Magnesium einzuführen oder in einigen Fällen an Stelle des in die Reaktionskammer eingeführten Magnesiums zuzusetzen. Natürlich können die .'.'irksamkeit und Gleichförmigkeit des Magnesiumzusatzes unter diesen Bedingungen geringer sein, da weniger Zeit für eine vollständige Lösung und Mischung des Magnesiums mit dem Eisen des Bades zur Verfügung steht.
Zu bemerken ist, dass das Schrotverfahren kontinuierlich durchgeführt werden kann, auch dann, wenn die Pellets --136-- und überschüssiges Abschreckmedium periodisch abgezogen werden.
Leiters ist es nicht notwendig, dass die Pellets von einer besonderen Grösse oder von einer präzisen Gestalt sind. Trotzdem aber zeigen bei entsprechender Ausbildung des Auslasses der Tülle - --112-- die Tröpfchen des geschmolzenen Metalls das Bestreben, eine einheitliche Grösse anzunehmen, was schliesslich die Erzielung einer einheitlichen Grösse der fertigen Pellets unterstützt. Von grösserer dichtigkeit ist die Tatsache, dass die Zusammensetzung der Pellets im wesentlichen als Folge des kontinuierlichen Betriebes der Reaktionskammer einheitlich ist.
In Fig. 7 erfolgt die Schrotung durch Richten eines Stromes des geschmolzenen Ferromagnesiums in eine ein Abschreckmedium enthaltende Druckkammer. Es ist offensichtlich, dass auch andere Schrotverfahren angewendet werden können. Beispielsweise kann ein Strom eines Inertgases in einen Strom von flüssigem Ferromagnesium, vorzugsweise unterhalb des Stromes, eingeführt werden, um den Strom zu Tröpfchen zu zerstäuben, wobei feine Pellets gebildet werden. Eine andere Abänderung ist die Verwendung einer mechanischen Vorrichtung, wie beispielsweise einer Schaufel oder eines Propellers, zum Aufbrechen des Stromes von flüssigem Ferromagnesium und zur Lenkung der Tröpfchen in das Abschreckmedium.
Obgleich Ferromagnesium in Form von Pellets ein geeignetes Produkt zur Verwendung als Kugelgraphitbildner bei der Herstellung von Sphäroguss oder bei der Entschwefelung von Chargenmetall ist, können Fälle vorkommen, bei denen es vorteilhaft ist, das Ferromagnesium in Form von Barren oder Knüppeln zu erzeugen. Die Fig. 8 zeigt in schematischer Form den Guss von Barren oder Knüppeln von Ferromagnesium in einer Stranggusseinrichtung. Flüssiges Ferromagnesium kann von der Reaktionskammer --16-- in den Einlass --142-- eines Drucktrichters --144-- eingeführt wer-
EMI10.1
bemessen, dass sie die gewünschte Querschnittsform für den gegossenen Barren oder Knüppel -- ergibt ; sie kann eine Einstrang-oder Mehrstrangvorrichtung sein.
Der Barren oder Knüppel --152-- kann aus der Form --150-- mittels geeigneter Klemmwalzen --154-- abgezogenwerden. Zwischen der Form --150-- und den Klemmwalzen --154-- kann eine Sprühkühlvorrichtung --156-- einge- schaltet werden.
Obgleich das erfindungsgemässe Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung desselben vorwiegend im Zusammenhang mit der Herstellung eines Kugelgraphitbildners beschrieben wurden, ist es offensichtlich, dass Magnesium ein hochwirksames Entschwefelungsmittel ist und bevorzugt mit Schwefel reagiert. Das Problem der Benutzung von Magnesium als Entschwefelungsmittel für Schmelzen von Eisenmetallen ist jedoch ähnlich den Problemen, welche bei der Verwendung von
<Desc/Clms Page number 11>
Magnesium als Kugelgraphitbildner auftreten. Demnach kann das Verfahren des Einführens von flüssigem Magnesium unter einem statischen Druck zur Verhinderung des Siedens beim Ferromagnesiumprodukt gemäss der Erfindung auch bei der Entschwefelung von Schmelzen von Eisenmetallen angewendet werden.
Es ist seit langem bekannt, dass bei der Herstellung von Sphäroguss das zugesetzte Magnesium zuerst mit dem Schwefel und mit gewissen andern Elementen, wie z. B. Titan, reagiert, bevor es dahingehend wirkt, die Form des Graphits zu steuern. Wenn daher die chemische Analyse des Ausgangseisens bekannt ist, kann das erfindungsgemässe Verfahren dazu angewendet werden, direkt sphärolitisches Gusseisen herzustellen. Da die Menge an Magnesium, die erforderlich ist, Sphäroguss (z. B. 0, 05%) herzustellen, geringer ist als die Löslichkeit des Magnesiums in Eisen (z. B. etwa 0, 10%), kann das Ferromagnesiumprodukt direkt als Sphäroguss aus der Reaktionskammer abgezogen und zu Knüppeln oder Endprodukten unter Normaldruck gegossen werden.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist der Wirkungsgrad der Verwendung des Magnesiums hoch, da, wenn überhaupt, nur wenig Magnesium als Dampf verlorengeht.
Die Erfindung wurde vorstehend an Hand eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Herstellung von Ferromagnesium beschrieben. Es ist offensichtlich, dass das Grundproblem daraus resultiert, dass die Schmelztemperatur des Eisens bei Normaldrücken höher ist als die Siedetemperatur des Magnesiums. Dieser Umstand jedoch ist nicht nur bei Eisen-Magnesium-Systemen zu beobachten, sondern er tritt auch bei andern Systemen, bei denen Eisen zugegen ist, auf. Unter solchen andern Systemen ist beispielsweise das System Eisen-Lithium und Eisen-Strontium.
In der nachstehenden Tabelle II sind die geeigneten Daten für diese Systeme angegeben :
Tabelle II
EMI11.1
<tb>
<tb> Temperatur <SEP> Lithium <SEP> Strontium <SEP>
<tb> (OC)
<tb> Dampfdruck <SEP> Äquivalente <SEP> Dampfdruck <SEP> Äquivalente
<tb> (bar) <SEP> Eisensäule <SEP> (bar) <SEP> Eisensäule
<tb> (cm) <SEP> (cm)
<tb> 1314 <SEP> 0, <SEP> 79-0, <SEP> 76 <SEP>
<tb> 1370 <SEP> 1, <SEP> 14 <SEP> 19, <SEP> 3 <SEP> 1, <SEP> 08 <SEP> 10, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 1425 <SEP> 1, <SEP> 63 <SEP> 90, <SEP> 4 <SEP> 1, <SEP> 52 <SEP> 74, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 1481 <SEP> 2, <SEP> 24 <SEP> 180, <SEP> 8 <SEP> 2, <SEP> 08 <SEP> 156, <SEP> 4 <SEP>
<tb> 1536 <SEP> 3, <SEP> 04 <SEP> 298, <SEP> 7 <SEP> 2, <SEP> 79 <SEP> 262, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 1592 <SEP> 4, <SEP> 03 <SEP> 445, <SEP> 0 <SEP> 3, <SEP> 67 <SEP> 392, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 1647 <SEP> 5, <SEP> 25 <SEP> 623, <SEP> 8 <SEP> 4,
<SEP> 76 <SEP> 551, <SEP> 7 <SEP>
<tb> 1703 <SEP> 6, <SEP> 76 <SEP> 846, <SEP> 3 <SEP> 6, <SEP> 11 <SEP> 750, <SEP> 8 <SEP>
<tb>
Die nachstehende Tabelle III zeigt die entsprechenden Werte für das System Eisen-Kalzium :
<Desc/Clms Page number 12>
Tabelle III
EMI12.1
<tb>
<tb> Kalzium
<tb> Temperatur <SEP> Dampfdruck <SEP> Äquivalente
<tb> ( C) <SEP> (bar) <SEP> Eisensäule
<tb> (cm)
<tb> 1314 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb> 1370 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb> 1425 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb> 1481 <SEP> 0, <SEP> 97 <SEP> - <SEP>
<tb> 1536 <SEP> 1, <SEP> 34 <SEP> 48, <SEP> 8 <SEP>
<tb> 1592 <SEP> 1, <SEP> 82 <SEP> 118, <SEP> 9 <SEP>
<tb> 1647 <SEP> 2, <SEP> 42 <SEP> 207, <SEP> 3 <SEP>
<tb> 1703 <SEP> 3, <SEP> 19 <SEP> 321, <SEP> 0 <SEP>
<tb>
Die nachstehende Tabelle IV zeigt die entsprechenden Daten für das System Eisen-Natrium :
Tabelle IV
EMI12.2
<tb>
<tb> Natrium
<tb> Temperatur <SEP> Dampfdruck <SEP> Äquivalente
<tb> (OC) <SEP> (bar) <SEP> Eisensäule
<tb> (cm)
<tb> 1148 <SEP> 7, <SEP> 10 <SEP> 8, <SEP> 99 <SEP>
<tb> 1203 <SEP> 9, <SEP> 70 <SEP> 12, <SEP> 90 <SEP>
<tb> 1259 <SEP> 13, <SEP> 12 <SEP> 17, <SEP> 83 <SEP>
<tb> 1314 <SEP> 17, <SEP> 26 <SEP> 23, <SEP> 95 <SEP>
<tb> 1370 <SEP> 22, <SEP> 30 <SEP> 31, <SEP> 37 <SEP>
<tb> 1425 <SEP> 28, <SEP> 32 <SEP> 40, <SEP> 24 <SEP>
<tb> 1481 <SEP> 35, <SEP> 43 <SEP> 50, <SEP> 72 <SEP>
<tb>
Die Tabelle II zeigt, dass der Siedepunkt für Lithium und Strontium nicht erreicht wird, solange die Eisenschmelze eine Temperatur von 1314 C nicht überschreitet.
Bezogen auf das Eisen zeigt das Eisenkarbid-Gleichgewichtsdiagramm, dass das Eisen wenigstens etwa 3% Kohlenstoff enthalten muss, damit es bei dieser Temperatur vollständig in die flüssige Phase übergeht. Wenn daher beabsichtigt ist, Lithium oder Strontium in Eisen mit einem Gehalt von weniger als etwa 3% Kohlenstoff einzuführen, so ist das erfindungsgemässe Verfahren anwendbar.
Aus Tabelle III ist zu ersehen, dass der Siedepunkt für Kalzium bei einer Temperatur zwischen 1481 und 15360C erreicht wird. Stähle mit weniger als etwa 0, 7% Kohlenstoff beginnen bei Temperaturen in diesem Bereich zu erstarren. Wenn daher gewünscht wird, Kalzium in solche Stähle oder in Reineisen einzubringen, so kann das erfindungsgemässe Verfahren angewendet werden. Aus Tabelle IV kann ersehen werden, dass, wie beim Eisen-Magnesium-System, der Siedepunkt des Natriums vor dem Schmelzpunkt des Eisens erreicht wird. Demnach ist das erfindungsgemässe Verfahren anwendbar.
<Desc/Clms Page number 13>
Die obigen Beispiele zeigen, dass das erfindungsgemässe Verfahren und die Vorrichtung zur
Durchführung desselben auf verschiedenen technischen Gebieten angewendet werden können, bei welchen es gewünscht wird, Legierungen oder Gemische von metallischen Materialien zu bilden, wobei der Siedepunkt eines der Bestandteile unter dem Schmelzpunkt eines andern Bestandteils liegt. Natürlich kann jeder der Bestandteile selbst eine Legierung oder ein Gemisch von zwei oder mehreren Elementen sein.
PATENTANSPRÜCHE ;
1. Verfahren zur Herstellung einer Legierung aus wenigstens zwei metallischen Komponenten, von denen die eine (erste) eine Schmelztemperatur aufweist, die über der Siedetemperatur der andern (zweiten) Komponente bei Atmosphärendruck liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste
Komponente als Flüssigkeit in eine Reaktionskammer eingebracht wird, wobei die Höhe der über der Reaktionskammer stehenden Flüssigkeitssäule einen statischen Druck in der Reaktionskammer ergibt, der mindestens dem Dampfdruck der zweiten Komponente bei der Temperatur dieser Flüssig- keit entspricht, in diese Reaktionskammer die zweite Komponente in fester oder flüssiger Form mit vorbestimmter Geschwindigkeit eingeführt wird und beide Komponenten in der Reaktionskammer ge- mischt werden,
bis wenigstens ein Teil der zweiten Komponente in der ersten Komponente gelöst ist, worauf das so erhaltene Gemisch aus der Reaktionskammer mit einer Geschwindigkeit und einem
Druck abgezogen wird, die eine Verflüchtigung der zweiten Komponente unterbinden.