DE1916338A1

DE1916338A1 - Vorrichtung zum Einbringen von koernigen oder pulvrigen Stoffen in Eisenschmelzen

Info

Publication number: DE1916338A1
Application number: DE19691916338
Authority: DE
Inventors: Mantell Dipl-Ing Detmar; Werner Mainz
Original assignee: Rheinstahl Huettenwerke AG
Current assignee: Rheinstahl Huettenwerke AG
Priority date: 1969-03-29
Filing date: 1969-03-29
Publication date: 1970-10-08
Also published as: DE1916338C3; GB1245206A; FR2037289B1; FR2037289A1; DE1916338B2

Description

DR. F. EBERHARD - PZ

PATENTANWALT _ ^ 28.3.1969

¹¹ Vorrichtung zum Einbringen von körnigen oder pulvrigen ffoffen. in Eisenschmelzen"

Anmelder: Rheinstahl Hüttenwerke AG, Essen

Die Erfindung "betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen von körnigen oder ..pulvrigen Stoffen, insbesondere von Stoffen mit niedrigem Siedepunkt, in Eisenschmelzen, bei der ein senkrecht angeordnetes Zuführungsrohr für die Zugabestoffe sich in die Öffnung "eines Bodenauslaufes einer das flüssige Eisen aufnehmenden Zwischenpfanne erstreckt.

Das Einbringen von Magnesium oder anderer Zusätze in flüssige Eisenschmelzen zur Erzeugung von Gußeisen bestimmter Qualität, insbesondere von Gußeisen mit Kugelgraphit, ist ständig Gegenstand zahlreicher Untersuchungen, da noch immer nicht eine völlig befriedigende Problemlösung gefunden wurde, die eine einwandfreie Behandlung des Eisens betriebssicher gewährleistet. Neben reinem Magnesium werden Mg-Legierungen unterschiedlicher Zusammensetzung, in stückiger, feinkörniger oder in Form von Tauchkörpern benutzt, wobei die Behandlung vielfach im Überschütt- oder Tauchverfahren erfolgt. Darüber hinaus ist man verschiedentlich dazu übergegangen, das Magnesium in Gasform, mittels Hilfs— gasen oder auch in Form von mit Magnesium imprägnierten Koksstücken im Tauchverfahren einzubringen.

Allen diesen Verfahren haften jedoch eine Reihe von Mängeln an. Vornehmlich sind die Magnesium-Ausbeute und die Treffsicherheit der Mg-Behandlung meist nicht zufriedenstellend, die Temperaturverluste während der Behandlung sind vielfach zu hoch, die Dauer der Behandlung ist unerwünscht lang und es sind bei der Durchführung häufig umständliche Manxpulationen

Es ist eine Vorrichtung bekannt (DAS 1 278 457), bei der eine Eisenschmelze durch einen geschlossenen Kanal strömt, in den durch eine oder mehrere seitliche Öffnungen Magnesium in Form von Stangendraht oder von Bohren so zugegeben wird, daß es vom Eisen abgeschmolzen werden kann. Die für den praktischen Erfolg entscheidende Maßnahme wird erblickt in einer unterschiedlichen Dimensionierung der Kanalquerschnitte gemäß einer bestimmten mathematischen Gesetzmäßigkeit. Bei einer anderen bekannten Ausführungsform werden in A ähnlicher Weise die Legierungsmittel in körniger Form durch eine seitliche Öffnung in einem geschlossenen Rohr, das von der Eisenschmelze durchflossen wird, zugegeben. Zahlreiche Versuche haben nun gezeigt, daß vor allem bei schneller Behandlungsfolge, wenn mithin keine Zeit zur gründlichen Säuberung des geschlossenen Reaktionsrohres zwischen zwei Behandlungen zur Verfügung steht, es immer wieder zu Verstopfungen in Folge des Sinterns der Legierung im Zuführungsrohr und zu Ansatzbildungen im Reaktionsrohr kommt, so daß die Behandlung unterbrochen, werden muß und Ausschuß produziert wird.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 433 594 ist eine " Vorrichtung bekannt, bei der ein Zugaberohr für die Materialien koaxial den Abflußkanal im Boden einer Vorratskammer für den Schmelzfluß durchsetzt. Der Ausflußkanal verjüngt sich gleichmäßig bis zu seiner Mündung hin. Der Unterrand des Zugaberohres ragt unter die Mündung des Ausflußkanales heraus. Dabei soll sich unter der Wirkung der Oberflächenspannung des Metalls — insbesondere von Gußeisen .— ein geschlossener Hohlstrahl bilden, der ohne Zerreißen den Dampfdruck des durch das Zugaberohr zugefügten Magnesiums aufnehmen soll. Die Reaktion des Magnesiums mit dem Eisen soll dabei im Inneren des Hohlstrahls erfolgen und vor dem Auftreffen des frei nach unten.fallenden laminaren Strahls in das Bad im Auffangbehälter .abgeschlossen sein. Als

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wesentlich ist dabei die genannte Bedingung herausgestellt, daß der Unterrand des Zugaberohres aus der Mündung des Ausflußkanale3 herausragt; andernfalls komme es zu Verstopfungen des Zugaberohres und zum Teil sogar zu Explosionen der Anlage bei der Magnesiumzugabe. Versuche mit der Vorrichtung nach der Offenlegungsschrift-1 433 594 haben nun aber gezeigt, daß die Oberflächenspannung des Gußeisens Keineswegs zuverlässig ausreicht, ein Aufreißen des Hohlstrahles zu vermeiden. Schon kleine Schlackenpartilcel, deren LIitlaufen praktisch unvermeidbar ist, setzen die Oberflächen-, spannung soweit herab, daß der Strahl aufreißt, das Magnesium dampfförmig entweicht und die Magnesiumbehandlung mißlingt. Auch der Einsatz einer Schlackenfangvorrichtung vor dem Zulauf in die Düse hat keine zuverlässige Abhilfe gebracht, jedoch den zusätzlichen Kachteil ergeben, daß immer Resteisen im Einlaufkasten zurückbleibt, das durch umständliche Manipulationen abgelassen werden muß.

Ausgehend von diesem Stand der Technik wird bei einer Vorrichtung der einleitend angeführten Gattung die Aufgabe der Erfindung darin gesehen, die Vorrichtung so zu gestalten, daß die Zuführung der körnigen oder pulvrigen Stoffe unbedingt zuverlässig erfolgt, so daß die Anlage auch in den Arbeitspausen keiner Störungen beseitigenden Yfertung bedarf und auch, bei schneller Polge der Behandlungen der Anfall von Ausschußeisen und sonstige Betriebsstörungen mit Sicherheit vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Auslauföffnung, aus mehreren Ringraumabschnitten besteht, die von der Innenfläche des Bodenauslaufs, der Außenfläche des Zuführungsrohres und von zwischen diesen beiden Flächen radial und senkrecht verlaufenden Rippen gebildet sind, und daß der Bodenauslauf als sich nach unten erstreckendes Auslaufrohr ausgebildet ist.

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Infolge der Unterteilung des Bodenauslaufes durch die Hippen in mehrere Ringraumabschnitte entstehen mehrere Durchlauföff— nungen für das flüssige Eisen. Die durch das Zuführungsrohr zugegebenen Stoffe und die einzelnen Eisenstrahlen fallen auf diese Weise zunächst unabhängig voneinander nach, unten. Auf diese V/eise wird ein etwaiges Spritzen von der kritischen Stelle, nämlich von der Rohrmündung weg weiter nach unten verlegt und so sin Zuspritzen und damit Verstopfen des Zuführungsrohres verhindert. Auch ein Zusintern des Zuführungsrohres wird zuverlässig vermieden. Es ist auch..völlig · unerheblich, ob die Oberflächenspannung des Eisens zeitweilig durch mitlaufende Schlacke herabgesetzt wird. Das sich nach unten erstreckende Auslaufrohr bewirkt andereresita eine Zwangsführung des flüssigen Eisens, die eine turbulente Strömung und eine innige Vereinigung der Reaktionspartner bewirkt, so daß das Eisen mit dem Zugabestoff ausreagiert. Dieser.ist in der Schmelze alsdann völlig gleichmäßig verteilt. Weiterhin ist der Zutritt der luft ausgeschlossen. Für leicht oxydierende Zuschlagstoffe, wie Aluminium, wird dadurch ein hohes Ausbringen erreicht. Bei der Zugabe von Magnesium werden außerdem VerdampfungsVerluste auf ein Minimum herabgesetzt. ?

Um die vorstehend genannten Ziele der Erfindung in noch vollkommenerer Weise zu verwirklichen, kann die Vorrichtung erfindungsgemäß in folgender Weise vorteilhaft weiter ausgestaltet sein:

Um die Zwangsführung der Eisenstrahlen und deren turbulentes Strömen noch weiter zu steigern, hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Rippen über die Mündung des Zuführungsrohres hinaus sich nach unten in das Auslaufrohr hinein erstrecken. An den Bodehauslauf schließt sich zweckmäßig ein Bereich des Auslaufrohres an, der sich nach unten hin verjüngt. Beide Maßnahmen fördern die innige Durchmischung des Eisens mit den Zugabestoffen. Soweit Magnesiumsdämpfe etwa entstehen, steht ihnen beim Aufsteigen

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nach oben ein ausreichendes Volumen zur Verfügung, so daß sich kein Eisenrückstau bildet. Im Inneren des Auslaufroh-.re's können zu seiner Achse senkrecht verlaufende Erhebungen oder Vertiefungen angeoracht sein. Vorzugsweise sind sie in dem sich verjüngenden Bereich des Auslaufrohres angeordnet. Weiterhin weist das Auslaufrohr zweckmäßig mindestens einen sich düsenartig erweiternden Abschnitt auf, wobei zwischen diesem und dem sich verjüngenden oberen Bereich ein kurzer zylindrischer Abschnitt zwischengeschaltet sein kann. Vielfach empfiehlt es sich, insbesondere bei Anlagen zur Magnesiumbehandlung, das Auslaufrohr mit mehreren, sich düsenartig erweiternden Abschnitten auszustatten, wobei deren Minimalquerschnitte zweckmäßig von oben nach unten abnehmend gestaltet sind.

Durch die genannte Gestaltung der Durchflußöffnungen und des Auslaufrohres wird erreicht, daß die Zuschlagstoffe st öraingsfrei und vollständig mit dem Eisen ausreagieren und daß gleichwohl das Auslaufrohr in seiner Längenausdehnung relativ klein gehalten werden kann. Die Vorrichtung hat demzufolge eine vorteilhaft niedrige Bauhöhe.

Um das Eindringen von Luft in das Auslaufrohr von unten her zu vermeiden, kann das Auslaufrohr nahe über dem Boden einer Pfanne enden, so daß der Abschluß des unteren Endes des Auslaufrohres unmittelbar nach Beginn der Behandlung durch die in der Pfanne aufgefangene Schmelze erfolgt. In der Pfanne kann zu diesem Zweck eine Bodenausnehmung vorhanden sein.

In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform wird' der Abschluß des Auslaufrohres nach unten dadurch erreicht, daß das Auslaufrohr an einen siphonartigen Teil einer Pfanne angeschlossen ist. Eine besonders zweckmäßige Gestaltung besteht dabei darin, daß der Auslauf des

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siphonartigen Teiles als ein dessen Rohrteil umgebendes, an die Wand der Pfanne anstoßendes Auffangbecken ausgebildet ist, dessen Rand höher liegt als das untere Ende des rohrförmigen (Teiles. Besonders bei der Zugabe von Magnesium kann sich gelegentlich im siphonartigen Teil der Pfanne Magnesiumdampf ansammeln, dem aber in der.Regel wegen des ausreichend großen Querschnittes des rohrförmigen Siphonteiles ein ausreichendes Volumen zur Verfügung steht. Bei Pfannen mit hohem maximalem Füllstand kann sich zum Abbau eines Überdrucks empfehlen, eine Öffnung im Siphon oberhalb der maximalen Füllhöhe anzubringen.

Die Zugabestoffe werden im allgemeinen mittels eines Dosiertrichters am oberen Ende des Zuführungsrohres zugegeben, In das Zuführungsrohr können von unten her Magnesiumdämpfe gelangen. Soweit das etwa in störendem Umfange auftreten sollte,empfiehlt die Erfindung, das Zuführungsrohr als ■ zwei konzentrisch angeordnete Rohre auszubilden, wobei der Dosiertrichter seinen Inhalt in das innere Rohr abgibt und die Dämpfe durch den von den koaxialen Rohren gebildeten Zwischenraum entweichen können. Aus dem gleichen Grunde kann der Dosiertrichter von einem weiteren, mit dem inneren Rohr verbundenen Trichter mit Abstand umgeben sein.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen

Figur 1 einen Schnitt durch eine'Vorrichtung zum Einbringen von körnigen oder pulvrigen . Stoffen mit einer das behandelte Eisen aufnehmenden Pfanne,

Figur 2 eine abgewandelte Ausführungsform des Zuführungsrohres der Vorrichtung,

Figur 5 einqn Schnitt längs der Linie III- III in Figur 1 ·

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Die Vorrichtung zum Einbringen von körnigen oder pulvrigen Stoffen, insbesondere von Stoffen mit niedrigem.Siedepunkt, in Eisenschmelzen weist ein senkrecht angeordnetes Zuführungsrohr 1 für die genannten Zugabestoffe auf, das sich in die Öffnung eines Bodenauslaufs 2 einer das flüssige Eisen aufnehmenden Zwischenpfanne 3 erstreckt. Die Auslauföffnung besteht aus mehreren Ringraumabschnitten 4,die von der Innenfläche des Bodenauslaufs 2, von der Außenfläche des Zu-führungsrohres 1 und von zwischen diesen beiden Flächen radial und senkrecht verlaufenden Rippen 5 gebildet sind. Der Bodenauslauf 2 der Zwischenpfanne 3 ist als ein sich nach unten erstreckendes Auslaufrohr 6 ausgebildet. Die innere Begrenzungsfläche des Auslaufrohres verjün$sich in einem Bereich 7 nach unten hin. Die Hippen 5 setzen sich über die Mündung des Zuführungsrohres 1 hinaus nach 'unten weit in das Auslaufrohr 6 hinein fort. Zwischen den Rippen 5 sind im sich verjüngenden Bereich 7 des Auslaufrohres senkrecht zur Rohrachse verlaufende Erhebungen 8 angebracht. An den sich verjüngenden Bereich 7 des Auslaufrohres 6 schließt sich ein kurzer zylindrischer Abschnitt 9 an» dem ein nach unten sich düsenartig erweiternder Abschnitt 10 nachgeschaltet ist. Das Auslaufrohr 6 ist an einen siphonartigen Teil 11 einer Pfanne 12 angeschlossen. Dieser ist unten als ein Auffangbecken 13 ausgebildet, dessen Rana 14 höher liegt als das untere Ende 15 des rohrförmigen Teils des Siphons. Die Dosierung der Zugabestoffe erfolgt über einen Trichter 16, der in das obere Ende der Zuführungsrohres 1 eingeführt ist.

Bei der Ausführungsform nach Figur 2 besteht das Zuführungsrohr aus zwei koaxialen Rohren 17_f 18. Der Dosiertrichter ist von einem weiteren, mit dem inneren Rohr 17 verbundenen Trichter 19 mit Abstand umgeben. Der Inhalt des Trichters gelangt in das innere Rohr 17·

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Die Teile im Bereich der als Ringraumabschnitte 4 ausgebildeten Öffnungen des Bodenauslaufes können auch, abweichend von dem in der Zeichnung Dargestellten, als ein einziges, den Bodenauslauf 2, das obere Ende der Rippen 5 und den unteren Abschnitt des Zuführungsrohres 1 bildendes feuerfestes Bauteil ausgebildet sein.

Mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung wurde eine große Anzahl von Eisenschmelzen mit Magnesium völlig störungsfrei behandelt. Bei den Behandlungen verhielten sich die Schmelzen ruhig und es trat kein Rauch auf. Es seien folgende drei Schmelzen beispielhaft herausgegriffen:

Die Eisenmenge betrug 1500 bis 1520 kg. Das Eisen enthielt 3,8 bis 3,9 $G,£- 0,20 # Mn, ^=. 0,08 % P. Die Durchlaufzeit (Behandlungszeit) lag zwischen 133 und 142 see. Der einzelnen Schmelze wurden jeweils 20 kg einer 5 % Mg enthaltenden, körnigen (Korngröße 1 bis 4 mm) Magnesiumlegierung zugegeben. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt. Offensichtlich ist die Magnesiumausbeute sehr hoch; die Temperaturverluste sind zufriedenstellend niedrig.

Lfd. Nr.	vor Be handlung	S (IO"³ io)	na Iu	ch Behand- ng	Mg do'"³ io)	Tempe ratur	Tempe ratur	Mg- ausbeu
r-l	Si {io)	8	Si {io)	S (10~³ io )	44	vor Be hand lung (⁰C)	nach Behänd- C^Scf .	te in W
2	2,28	15	2,85	7	42	149o	1418	67,6
3	2,21	5	2,75	14	45	149o.	143o	63,8
2,34	2,87	8	1494	1425	68,4

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Ansprüche

Claims

PZ 266 28.3.1969 Ansprüche;

1.. Vorrichtung zum Einbringen von körnigen oder.pulvrigen Stoffen, inabesondere von Stoffen mit niedrigem Siedepunkt, in Eisenschmelzen, bei der ein senkrecht angeordnetes Zuführungsrohr, für die Zugabestoffe sich in die Öffnung eines Bodenauslaufes einer das flüssige Eisen aufnehmenden Zwischenpfanne erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslauföffnung aus mehreren Ringraumabschnitten, (4) besteht, die von der Innenfläche des Bodenauslaufs (2), der Außenfläche des· Zuführungsrohres (1) und von zwischen diesen beiden Flächen radial und senkrecht verlaufenden Rippen (5) gebildet sind, und daß der Bodenauslauf (2) als sich nach unten erstreckendes Auslaufrohr (6) ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (5) sich über die Mündung des Zuführungsrohres (1) hinaus in das Auslaufrohr (6) hinein erstrecken.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaufrohr (6) sich in seiner lichten Weite nach unten hin etwas verjüngt (7).

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Auslaufrohres (6), vorzugsweise in dessen sich verjüngendem Bereich (7), senkrecht zu seiner Achse verlaufende Erhebungen (8) und/oder Vertiefungen vorhanden sind.

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5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den sich verjüngenden Bereich (7) des Auslauf— rohr es (6) sich ein kurzer zylindrischer Abschnitt (9) anschließt.

6» Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 5» d a d u r c'h gekennzeichnet, daß das Auslaufrohr (6) mindestens einen sich nach 'unten düsenartig erweiternden Abschnitt (10) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaufrohr (6) mehrere sich düsenartig erweiternde Abschnitte aufweist, deren Minimalquerschnitte von oben nach unten abnehmend gestaltet sind.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 7, dadur ch gekennz e i chnet, daß das Auslauf rohr (6) nahe über dem Boden einer Pfanne (12) endet.

9« Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Auslauf rohr (6) an einen siphonartigen Teil (11) der Pfanne (12) angeschlossen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9> dadurch, gekennzeichne t, daß der Auslauf des siphonartigen Teiles (11) der Pfanne (12) als ein dessen Rohrteil umgebendes, an die Wand der Pfanne anstoßendes Auffangbecken (13) ausgebildet ist, dessen Rand (14) höher liegt als das untere Ende (15) des Rohr— teiles.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine öffnung im Siphon oberhalb der maximalen Füllhöhe der Pfanne (12).

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das senkrechte Zuführungsrohr (1) an seinem
oberen Ende mit einem Dosiertrichter (16) versehen ist·

13* Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführungsrohr (1) aus zwei koaxialen Rohren (17, 18) besteht und. der Dosiertrichter (16) in das innere Rohr (17) mündet.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosiertrichter
(16) von einem weiteren Trichter (19) mit Abstand umgeben 1st, der mit dem inneren Rohr (17) verbunden ist*.

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