DE1144009B - Vorrichtung und Verfahren zum Entgasen einer Metallschmelze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entgasen einer Metallschmelze.

Bekanntlich werden geschmolzene Metalle in der Weise entgast, daß in eine unter Vakuumwirkung stehende Metallschmelze inertes Gas gedrückt wird, das beim Aufsteigen in der Schmelze die darin befindlichen Gase in sich aufnimmt und abführt. Die in der Schmelze aufsteigenden Gasblasen erzeugen gleichzeitig eine Strömung in der Schmelze, durch welche gasreiches Metall vom Boden des Metallbades zu dessen Oberseite gelangt, wo es auf Grund der Vakuumwirkung ebenfalls in der Schmelze enthaltenes Gas abgibt.

Eine bekannte Vorrichtung, die zum Einleiten von Gasen in Metallschmelzen benutzt worden ist, besteht aus einem durch die Wand einer Vakuumkammer gehenden Rohr, das in die zu behandelnde Metallschmelze eintaucht. Es hat sich jedoch als vorteilhafter erwiesen, die Entgasung des flüssigen Metalls in der Gießpfanne vorzunehmen, die zu diesem Zweck in eine Vakuumkammer gebracht wird, in der gleichzeitig Gas durch die Schmelze geleitet wird. Auf diese Weise entfällt ein mehrfaches Umfüllen des flüssigen Metalls mit den hierbei unvermeidlichen Temperatur- und Zeitverlusten.

Es ist für die Durchführung derartiger Verfahren bereits vorgeschlagen worden, das Gas durch eine hohle und mit einem Poröskörper versehene Stopfenstange in die in einer Gießpfanne befindliche Metallschmelze einzuleiten, anstatt ein besonderes Gaseinleitrohr vorzusehen. Bei dieser bekannten Vorrichtung jedoch ist der Poröskörper, durch den das Gas aus der Stange nach außen in die Schmelze übertritt und der gleichzeitig ein Eindringen des flüssigen Metalls in das Innere der Stopfenstange verhindert, am unteren Ende der Stopfenstange angeordnet und so ausgebildet, daß er die Bodenöffnung der Gießpfanne verschließt. Hierdurch ergibt sich jedoch der Nachteil, daß das durch die Stopfenstange eingeleitete und durch den Poröskörper austretende Gas den Weg des geringeren Widerstandes wählt und durch die Bodenöffnung zum großen Teil abströmt, ohne den Weg durch die Schmelze zu nehmen. Bei der bekannten Vorrichtung ergibt sich fernerhin der Nachteil, daß im Falle eines Schadens an der Gaszufuhr Metall aus der Bodenöffnung der Gießpfanne herausfließen kann, wobei als weiterer Nachteil noch hinzukommt, daß das Ende der bekannten Stopfenstange auf Grund seiner Porosität in seiner Festigkeit vermindert ist und verhältnismäßig leicht beschädigt werden kann.

Zweck der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der genannten Art vorzuschlagen, welche die Nachteile Vorrichtung und Verfahren
zum Entgasen einer Metallschmelze

Anmelder:

A. Finkl & Sons Company,
Chicago, 111. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. K. A. Brose, Patentanwalt,
Pullach bei München, Wiener Str. 1/2

Charles W. Finkl, Chicago, IU. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

der bekannten Vorrichtungen vermeidet, einfach gebaut ist und bei jeder Art von Gießpfannen zum Einleiten von Gas Verwendung rinden kann. Zur Lösung dieser Aufgaben wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Stopfenstange aus einer Anzahl von rohrförmigen Abschnitten aus feuerfestem Material besteht, zwischen denen ein oder mehrere scheibenförmige Poröskörper angeordnet sind, die ebenso wie die rohrförmigen Abschnitte aus feuerfestem Material bestehen und auf einem Metallrohr befestigt sind, das im Bereich der Poröskörper mit Öffnungen versehen ist. Auf diese Weise wird eine Stopfenstange geschaffen, die einen sicheren und zuverlässigen Abschluß der Bodenöffnung der Gießpfanne gewährleistet, der auch bei einem unter Umständen auftretenden Ausfall der Gasversorgung erhalten bleibt und bei welcher dafür gesorgt ist, daß das eingeleitete Gas in seiner ganzen Menge die Schmelze durchfließt.

In vorteilhafterweise kann bei der vorgeschlagenen Vorrichtung zwischen dem Metallrohr und den Abschnitten aus feuerfestem Material eine feuerfeste, gasundurchlässige Packung angeordnet sein, die im Bereich der Poröskörper unterbrochen ist.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Entgasen einer Metallschmelze unter Verwendung einer

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Vorrichtung der vorstehend genannten Art, welches Öffnung versehenes Schild 28 ist mittels Konsolen 30 darin besteht, daß ein gegenüber der Schmelze inertes am Deckel befestigt.

Gas so in die Schmelze eingeleitet wird, daß es im Eine Gießpfanne 31, die mit feuerfestem Material

Bereich der Stopfenstange nach oben aufsteigt und in 32 ausgekleidet ist, weist an ihrem Außenumfang

der Schmelze in an sich bekannter Weise eine Strö- 5 einen Tragring 33 auf, der mit dem Stützring 15 übermung erzeugt wird. Hierdurch wird zusätzlich der einstimmt. Führungsstifte 34 und 35 sorgen für die Vorteil erzielt, daß die auf der Oberfläche der richtige Stellung der Pfanne auf dem Tragring. Schmelze schwimmende Schlacke, die das Material Eine kombinierte Stopfenstange und Gaseinleitrohr

der Stopfenstange angreift, von der Stange fortgespült sind in Fig. 1 und 2 mit 36 bezeichnet. Die Einrichwird, so daß auf diese Weise die Stange selbst eine io tung besteht aus feuerfesten Abschnitten oder Hülsen höhere Lebensdauer aufweist. 37, an denen die aneinanderstoßenden Flächen als

Obwohl das Verfahren zum Entgasen einer Metall- Verbindungen 38 ausgebildet sind. Die einzelnen schmelze unter Normaldruck durchgeführt werden Hülsen können aus irgendeinem geeigneten feuerkann, ist es zur Erzielung möglichst weitgehend ent- festen Material bestehen. Die unterste Hülse 39 ruht gaster Schmelzen vorteilhaft, das Verfahren in einer _{15 au}f dem eigentlichen Stopfen 40, der in die Ausgußunter Vakuum befindlichen Gießpfanne durchzu- öffnung 41 paßt. In jeder der Hülsen ist eine axiale führen. Öffnung 42 ausgebildet, welche die gemeinsame Längs-

Weitere vorteilhafte Einzelheiten werden an Hand öffnung in der Stange ergeben.

der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung Dj_e Hülsen werden von einem rohrförmigen Teil beispielhaft näher erläutert. ao 43 getragen, das in seinem oberen Ende in das End-Die Erfindung ist in den Zeichnungen mehr oder _stück 45 eines waagerechten Arms 46 eingeschraubt weniger schematisch dargestellt. Es zeigt ist. An seinem unteren Ende ist ein Zapfen 47 aus-Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungs- gebildet. In diesem Zapfen ist der Stopfen 48 begemäße Vorrichtung zum Entgasen einer in einer festigt. Der die Ausgußöffnung verschließende Stopf en Gießpfanne befindlichen Metallschmelze mit Hilfe _as 40 umgibt das untere Ende des Zapfens 48 und bildet einer aus einer Anzahl von Abschnitten bestehenden <ü_{e un}tere Abstützung für die Hülsen. Stopfenstange, Das Endstück des Anns 46 ist koaxial zur Längs-Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil der in Fig. 1 öffnung 44 in dem rohrförmigen Teil 43 durchbohrt dargestellten Stange, _un(j mit einem Anschluß 50 für eine Gaszuleitung Fig. 3 einen Schnitt durch einen durchlässigen ₃₀ versehen. Die Gasleitung geht zur Tankwand und ist Wandteil der Stopfenstange, . an einen biegsamen Schlauch 52 angeschlossen, der Fig. 4 einen Schnitt durch das untere Ende einer seinerseits zu einer Druckgasquelle, vorzugsweise mit durchlässiger Wandung versehenen erfindungs- inertem Gas, 53 geht. Der Regler 54 kann auf irgendgemäßen Stopfenstange und einen gewünschten Druck eingestellt werden, der am

Fig. 5 eine Ansicht einer in Betrieb befindlichen 35 Meßinstrument 55 abgelesen werden kann. Stange nach der Erfindung. D_er waagerechte Arm 46 ist an dem im Zylinder 57 In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeich- verschiebbaren Kolben 56 angeschlossen, der über nungen sind gleiche Teile jeweils mit gleichen Bezugs- _eme Konsole 58 an der Gießpfanne befestigt ist. ziffern gekennzeichnet. Eine Darstellung des unteren Teils der Stange 36 Nach Fig. 1 wird auf einer durch eine Anzahl von 40 ist in Fig. 2 gezeigt. Die Unterseite der Hülse 37 ist Trägern 11 abgestützten Plattform 12 ein Metall- mit einer stampfen Nase 60 versehen, die in eine Ausbehälter 13 gehalten. Auf einem an der Plattform 12 nehmung 61 in der untersten Hülse 39 paßt. Eine befestigten Lagerbock 14 ist eine Lagerschale 15 be- Scheibe 62 aus porösem, keramischem Material zwifestigt. Eine Lage aus Isoliermaterial 16 schützt die sehen den Hülsen bildet eme durchlässige VerPlattform vor übermäßiger Erhitzung und gegen ver- 45 bindung. Die Scheibe kann aus irgendeinem geeigschüttetes oder auslaufendes Metall. Der obere Rand neten Werkstoff, wie z. B. Siliziumkarbid oder Ton, des Tanks 13 ist mit einem Flansch 17 versehen, in bestehen. Die Packung 63 verhindert, daß Gas nach welchem ein Dichtungsring 18 liegt. unten aus der Stange austritt. Die Durchtrittsöffmm-Auf dem genuteten Flansch 17 ruht ein Deckel 20, gen 64 für das Gas sind auf Öffnungen 65 in der der an seinem Außenrand mit einem Halteflansch 21 5° Packung und in der Keramikscheibe 62 ausgerichtet, versehen ist. Führungszapfen 22, die am Flansch 21 Wie Fig. 3 zeigt, liegt die unterste Hülse 37 unbefestigt sind, sorgen für eine Zentrierung des mittelbar an der am Boden befindlichen Hülse 39 an. Deckels 23. Wenn das Gewicht des Deckels allein In gleichmäßigen Abständen angeordnete Öffnungen nicht ausreicht, um einen gasdichten Abschluß zu 70 in dem Einleitrohr 71 stehen unmittelbar mit dem bilden, können zusätzliche Klemmeinrichtungen vor- 55 Inneren der Hülse 39 in Verbindung, wobei ein freier gesehen werden. Ringraum 72 zwischen dem Rohr und der Hülse als Eine Beobachtungseinrichtung 24, welche aus Diffusionskammer wirkt. Bei diesem Ausführungsbeieinem Schauglas 25 und einem Schutzschild 26 gegen spiel besitzt die Hülse aus feuerfestem Werkstoff eine Hitze besteht, ermöglicht es, durch den Deckel hin- ausreichend große Porosität, um Gas nach außen durch die Oberfläche der Schmelze zu beobachten. 6° durchtreten zu lassen, wobei sie gleichzeitig ein Ein-Eine weite Öffnung 27 im unteren Teil des Außen- dringen des Metalls nach innen verhindert. Eine nicht behälters führt zu einer nicht gezeigten Pumpe. Zum gezeigte Dichtung kann die Kammer 72 über der Heben und Senken des Deckels kann irgendeine ge- Hülse 39 abdichten. Der Gaseintritt kann an irgendeignete Vorrichtung verwendet werden. Da weder die einer beliebigen Hülse angeordnet sein, jedoch wird Hebevorrichtung noch die Vakuumeinrichtung einen 65 der beste Effekt dann erzielt, wenn die am Boden wesentlichen Teil der vorliegenden "Erfindung bilden, befindliche Hülse benutzt wird. Wenn nicht genügend sind sie in den Zeichnungen nicht dargestellt worden. Gas ausströmt, kann zusätzlich eine weitere Hülse Ein bei 29 mit einer mit dem Fenster sich deckenden eingebaut werden.

Eine Anordnung, die zur Einwirkung auf die Metallschmelzen an einer möglichst tief gelegenen Stelle des Behälters geeignet ist, -wird in Fig. 4 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der untere, aus feuerfestem Material bestehende Abschnitt 39 durch ein Halteteil 81 mit dem eigentlichen Stopfen 80 verbunden, wobei das Halteteil bei 82 mit der Spitze verschraubt ist. Das Halteteil nimmt das zum Einleiten des Gases dienende Rohrendstück 83 auf, das zwischen dem Stopfen 80 und der Unterseite des Halteteils mit einem Flansch 83 α versehen ist. Das Endstück ist an das Einleitrohr 43 bei 84 angeschweißt und hat eine Mittelöffnung 85 sowie hiervon abzweigende öffnungen 86, die mit der Mittelöffnung 44 in Verbindung stehen. Die Auslaßöffnungen 86 decken sich mit Öffnungen 87 im Halteteil, hinter dem wiederum eine durchlässige Scheibe 88 aus feuerfestem Material angeordnet ist. Wenn die Stopfenstange die Ausflußöffnung 89 verschließt, wie in Fig. 5 gezeigt ist, befindet sich die Austrittsstelle für das Gas praktisch auf einer Höhe mit dem Boden 90 der Gießpfanne.

Die Wirkungsweise der Erfindung ist folgendermaßen:

Die Erfindung wird zur Reinigung von Metallschmelzen, die entweder unter Vakuum oder Normaldruck stehen, verwendet.

Bei den gebräuchlichen Verfahren, bei denen für den genannten Zweck Gas eingeleitet wird, verwendet man gesonderte Einleitrohre, die in das Metallbad eingetaucht und mit einer Druckgasquelle verbunden werden. Dieses Verfahren ist jedoch umständlich und zeitraubend, weil der Vakuumbehälter so ausgebildet sein muß, daß das Gasrohr untergebracht werden kann. Nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag hingegen kann das Einleiten von Gas schnell und bequem und praktisch unmittelbar nachdem ein dichter Abschluß zwischen dem Behälter und dem Deckel besteht, vorgenommen werden, da die Stopfenstange ein von vornherein richtig angeordnetes Rohr darstellt.

Beim Betrieb wird das Gasrohr 51 an den Schlauch 52 angeschlossen und die Vakuumeinrichtung in Gang gesetzt. Sobald der Flansch 21 auf dem Dichtungsring 18 aufsitzt, werden die entweichenden Gase durch die Absaugleitung 27 aus dem Behälter abgeführt. Sodann wird Druckgas in den Behälter 53 bzw. in die Schmelze durch die Stopfenstange 36 eingeleitet.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2 ist die Stange selbst im wesentlichen gasundurchlässig bzw. verhindern das feste Rohr 43 und die Dichtung 63 den Durchtritt von Gas, selbst wenn Gas die Stange durchdringen sollte. Die sich einander deckenden öffnungen 64 und 65 im Rohr und der Dichtung bilden einen Kanal für das radial nach außen zur Scheibe 62 und in den Behälter strömende Gas.

Die durch die aufsteigenden Blasen verursachte Strömung verläuft in der durch die Pfeile dargestellten Richtung. Da sich das Metall in der Schmelze in der Nähe der Oberfläche von der Stange entfernt, nimmt es die an der Oberfläche schwimmende Schlacke mit und transportiert sie zur gegenüberliegenden Wand. Diese Bewegung der Schlacke verringert wesentlich den Verschleiß, der durch die Korrosionswirkung der Schlacke an der Stange auftreten würde, so daß sich die Lebensdauer der Stange entsprechend erhöht. In manchen Fällen kann es vorkommen, daß die Blasenbildung zu schwach ist, um die gesamte Schlacke fortzuführen bis zur gegenüberliegenden Wand. Auf jeden Fall wird jedoch auch hierbei die Stange ständig von Schlacke frei gehalten.

Bisweilen kann es vorteilhaft sein, die Stopfenstange etwa in der Mitte der Gießpfanne anzuordnen. Die auftretende Strömung verläuft dann von der Stange nach außen, und die Schlacke sammelt sich in einem Ring entlang der Innenwand der Gießpfanne.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem das Reinigungsgas nach außen gerichtet durch eine Hülse in der Stange tritt. Die Stange ist, wie zuvor beschrieben, an einem Tragarm 46 befestigt, wobei ihr Druckgas vom Behälter 53 zugeführt und der Gasdruck am Regelventil 54 eingestellt wird. Sobald das Gas in das Injektionsrohr 71 gelangt, geht es durch die Öffnungen 70 und füllt die ringförmige Diffusionskammer 72, von der es nach außen durch die Wand in die Schmelze fließt. Die Menge des diffundierenden Gases kann durch Regelung des Gasdrucks und der Gasgeschwindigkeit gesteuert werden.

Nach dem in den Fig. 4 und 5 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Reinigungsgas an dem tiefstliegenden Punkt, der erreichbar ist, in die Gießpfanne eingeleitet. Die keramische Scheibe 88 ist unmittelbar über der Stopfennase 80 angeordnet, und das Gas tritt gerade auf gleicher Höhe mit dem Behälterboden in die Schmelze ein. Wenn eine kürzere Stopfennase verwendet wird, kann das Gas innerhalb der Ausnehmung 91, welche die Ausflußöffnung umgibt, in die Schmelze eingeleitet werden. Das Verhalten der Schlacke ist hierbei im wesentlichen das gleiche wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.

Alle Ausführungsbeispiele der Erfindung können sowohl zur Behandlung der Schmelze unter Vakuum wie auch unter Normaldruck angewendet werden. Wenn die Schmelze unter Vakuum behandelt wird, ist weniger Gas erforderlich, während jedoch der Vorgang im wesentlichen in gleicher Weise abläuft und auch die in der Schmelze erzeugte Strömung im wesentlichen die gleiche ist.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zum Einleiten von Gas durch die hohle und mit einem Poröskörper versehene Stopfenstange in eine in einer Gießpfanne befindliche Metallschmelze, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfenstange aus einer Anzahl von rohrförmigen Abschnitten aus feuerfestem Material besteht, zwischen denen ein oder mehrere scheibenförmige Poröskörper angeordnet sind, die ebenso wie die rohrförmigen Abschnitte aus feuerfestem Material bestehen und auf einem Metallrohr befestigt sind, das im Bereich der Poröskörper mit öffnungen versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Metallrohr und den Abschnitten aus feuerfestem Material eine feuerfeste, gasundurchlässige Packung angeordnet ist, die im Bereich der Poröskörper unterbrochen ist.

3. Verfahren zum Entgasen einer Metallschmelze unter Verwendung einer Vorrichtung

nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein gegenüber der Schmelze inertes Gas so in die Schmelze eingeleitet wird, das es im Bereich der Stopfenstange nach oben aufsteigt und in der Schmelze in an sich bekannter Weise eine Strömung erzeugt wird.

4, Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es in einer unter Vakuum befindlichen Gießpfanne durchgeführt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 341 849.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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