DE2648291A1

DE2648291A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von kugelgraphit-eisen

Info

Publication number: DE2648291A1
Application number: DE19762648291
Authority: DE
Inventors: Clifford Matthew Dunks; David Darrie Wright
Original assignee: Materials and Methods Ltd
Current assignee: Materials and Methods Ltd
Priority date: 1975-10-27
Filing date: 1976-10-26
Publication date: 1977-05-05
Also published as: IT1080514B; SE7611893L; FR2329381A1; FR2329381B3; GB1558190A; ES452787A1

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Kugelgraphit-Eisen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von

strömendem geschmolzenem Eisen, das den Kohlenstoff als lamellenförmiges Graphit enthält, um das la^mellenförmigen Graphit enthaltende Eisen in Eisen mit Kugelgraphit umzuwandeln.

Beim Herstellen von sogenanntem Kugelgraphit-Gußeisen bzw. daraus erzeugten Gußstücken wird eine als"'Ausgangsmaterial bestehende und aus mehreren Komponenten zusammengesetzte Gußeisenschmelze mit geeigneten Kugelbildnern wie Legierungen oder Gemischen von Mg,Ca,Na, Li,Sr,Ba,Ce,Dy,La und Y oder diesen Metall selbst behandelt. Diese Behandlungsmaterialien sind hochgradig reaktiv und entweder bei der Temperatur der Gußeisenschmelze leicht oxidierbar oderleicht flüchtig bzw. verdampfbar und bilden daher Schwierigkeiten beim Erzielen zu-verlässiger und wirkungsvoller Ausbeuten bei der Behandlung der Metallschmelze. Da diese Kugelbildnernaterialien sehr kostspielig sind, ist eine einen

aufweisende
schlechten Wirkungsgrad/dzw. eine schlechte wirksame Behandlung sehr unerwünscht. Es sind viele Verfahren ent-

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wickelt worden, um derartige Behandlungsmaterialien in Gußeisenschmelze derart einzugeben, daß ein übermäßiger Verlust des Kugelbildners entweder durch Oxidation oder durch Verdampfung vermieden und dementsprechend eine so weit wie möglich vollständige Ausnutzung des Behandlungsmittels möglich wird. Zu diesen Verfahren gehört auch die Zugabe des Kugelbildners mit Hilfe von Gasagitation, das Einfallenlassen und Untertauchen des Kugelbildners in die Gußeisenschmelze oder das Einspritzen des Kugelbildners mit Hilfe von aus Graphit oder feuerfestem Material bestehenden Lanzen unter die Oberf Dache der Schmelze. Alle diese Verfahren haben jedoch gewisse Begrenzungen und dementsprechend Nachteile, beispielsweise ist in einigen Fällen die Zuverlässigkeit der Behandlung schlecht, was zu dem Problem der sogenannten Überbehandlung führt.

Neben den unnötigen Kosten für das bei Überbehandlung verbrauchte Behandlungsmittel werden harte und brüchige Gußstücke gebildet, weil die Kugelbildnermaterialien Karbidstabilisatoren sind und, wenn sie in überschüssiger Menge verwendet werden, zu unerwünschten Eigenschaften der Gußstücke führen. Auch findet die Bildung von Oxiden und/oder Silikaten bei Verwendung einer überschüssigen Menge von Kugelbildnermitteln statt, welche in der Schmelze eingeschlossen werden und schmutzige Gußstücke erzeugen oder Schaumfehler hervorrufen. Auch können sie zu der Bildung von unter der Oberfläche befindlichen Löchern wie Lunkern und einer Elefantenhaut führen, ebenso wie sie eine verstärkte Schrumpfung der Schmelze beim Verfestigungsvorgang hervorrufen, was zur Zunahme von Schrumpffehlern führt. Bei anderen Behandlungsverfahren sind komplizierte und teuere Einrichtungen erforderlich, um ein gewisses Ausmaß von Zuverlässigkeit

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zu erzielen, jedoch ist auch dann die Ausnutzung des Kugelbildners im Eisen selten größer als 40%.

Aus der GB-PS 1 311 093 ist ein Verfahren zum Eingeben eines reaktiven Zuschlagstoffes in Metallschmelze bekannt, bei welchem die Schmelze aus einem Behälter durch eine Reaktionskammer hindurchgeführt wird, welche einen Einlaß und einen Auslaß für die Schmelze aufweist und den reaktiven bzw. mit der Schmelze reagierenden Zuschlägstoff enthält und so ausgebildet ist, daß für eine bestimmte Durchstrommenge der Schmelze stets genügend Schmelze in der Kammer vorhanden ist, um wenigstens den dort befindlichen Zuschlagstoff ständig mit Schmelze zu überdecken.

Mit diesem bekannten Verfahren hat man sehr befriedigende Ergebnisse unter bestimmten Behandlungsbedingungen erzielt, jedoch hat sich gezeigt,'daß unter bestimmten Umständen dieses bekannte Verfahren auch Nachteile hat. Insbesondere ist die Größe der Behandlungskammer weitgehend durch die Behandlungsbedingungen und die Eigenschaften des zu behandelnden Metalles festgelegt, so daß eine Mehrzahl von Behandlungsvorrichtungen mit Reaktionskammern! verschiedener Gräßen benötigt wird,um die Möglichkeit zu haben, sich verschiedenen Verfahrensbedingungen anzupassen. Auch ist bei dem aus der GB-PS 1 311 093 bekannten Verfahren die Möglichkeit gegeben, daß sich in der Behandlungsvorrichtung ein Gasdruck aufgrund der Verdampfung des reaktiven Zuschlagstoffes aufbaut, der dazu führen kann, daß die Schmelze aus der Vorrichtung durch deren Einlaßfcanal zurückgeblasen wird, und zwar auch entgegen dem vom Gewicht des in die Vorrichtung eingegossenen und in diese nachlaufenden Metalles gebildeten Druck. Dieses Problem kann besonders dann sehr ernst werden, wenn die Behandlungsvorrichtung über einen längeren Zeitraum kontinuierlich benutzt worden ist und sehr

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heiß wird, so daß die Verdampfung des in der Reaktionskammer befindlichen reaktiven Zuschlagstoffes zunimmt.

Es wird angenommen, daß der Grund für dieses Problem darin liegt, daß bei der vorstehend beschriebenen Behandlungsvorrichtung eine verhältnismäßig tiefe Reaktionskammer verwendet wird, bei der sich der Einlaß und der Auslaß am oberen Ende der Kammer befindet. Bei einer solchen Reaktionskammer kann die Schmelze in Teilen der Kammer, die vom oberen Abschnitt derselben, durch welchen \ die Schmelze unproblematisch über den Querschnitt der

entfernt sind,
Kammer hinwegströmt,/statisch wird, d.h. geringe oder

überhaupt keine Bewegungen mehr erfährt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Zonen in der Reaktionskammer zu vermeiden,in denen das Metall statisch wird bzw. mehr oder weniger zum Stillstand kommt, um einen Rückdruck aufgrund von Verdampfung des Zuschlagstoffes zu vermeiden und zu erreichen, daß die gesamte Menge der Schmelze sich in strömender Bewegung befindet und das bei der Reaktion gebildete Gas oder der.· Dampf aus der Vorrichtung mit der Schmelze herausgeführt wird sich dementsprechend kein höherer Gas- oder Dampfdruck aufbauen kann.

Diese Aufgabe wird zum Vermeiden oder wenigstens Verringern der Nachteile der bekannten Behandlungsverfahren dadurch gelöst, daß die Schmelze, der der Zuschlagstoff zugegeben werden soll, in eine kreisende Bewegung oder Wirbelbewegung versetzt und der Zuschlagstoff der Schmelze von oben entweder in den Wirbel oder den in den Wirbel strömenden Metallstrom zugegeben wird. In seiner einfachsten Ausführungsform wird der Wirbel dadurch erzeugt, daß die Schmelze in eine Vortex- oder Wirbel-Kammer in einem Winkel zur senkrechten Achse

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ORIGINAL INSPECTED

dieser Kammer einlaufen gelassen wird, so daß das in die Kammer einströmende Material den Wirbel oder Vortex in der Schmelze innerhalb der Kammer erzeugt, wobei man den Zuschlagstoff in die den Wirbel bildende oder in diesen einströmende Schmelze tropfen läßt.

Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die für die Behandlung verwendete Vorrichtung gegenüber der umliegenden Atmosphäre abgedichtet ist, beispielsweise durch Verwendung eines Deckels, der auf die Oberseite der die Behandlungskammer enthaltenden Vorrichtung passend aufgesetzt wird, wobei man durch diesen Deckel den Zuschlagstoff in den Metallstrom eingibt.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren für die Behandlung eines Siiomes aus Metallschmelze vorgeschlagen, indem man einen reaktiven Zuschlagstoff in diesen Metallstrom einführt, wobei der Zuschlagstoff zugegeben wird, entweder während sich die Schmelze in einer kreisenden oder wirbelnden Bewegung befindet oder kurz bevor die Schmelze eine derartige Bewegung erfährt, wobei der Zuschlagstoff unter die Oberfläche der Schmelze gezogen wird und mit der Schmelze reagiert. Dieses Verfahren wird in einem gekapselten und nach außen dicht verschlossenen Behälter bzw. einer entsprechenden Kammer durchgeführt .

Die Erfindung sieht außerdem eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens vor, welche eine Kammer zur Aufnahme von.Metallschmelze , einen Einlaßkanal zum Leiten der Schmelze von einem Behälter für die Schmelze in die Kammer an einer nahe dem oberen Ende der Kammer befindlichen Stelle und einen vom Boden der Kammer ausgehenden Auslaßkanal enthält, wobei der Einlaß in die Kammer so geformt und angeordnet ist, daß die in die Kammer gelangende Schmelze einen Wirbel bzw. Vortex in

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der Kammer erzeugt. Außerdem umfaßt die Vorrichtung eine Einrichtung zum Zugeben eines Zuschlagmittels in die in der Kammer befindliche oder durch den Einlaßkanal in die Kammer strömende Schmelze nahe der

Kammer vor, daß der Zuschlagstoff unter die Oberfläche der Schmelze gezogen wird, wobei die Kammer gegenüber der Atmosphäre abgedichtet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung befindet sich der Einlaß in die Kammer oberhalb des Auslasses aus der Kamms*, so daß sich eine Säule aus flüssigem Metall bei Betriebsbedingungen bilden und einstellen kann, Das Ergebnis ist ein kontinuierlicher Durchstrom von Metall durch die Kammer, wodurch die Gefahr verringert wird, daß Teile der Schmelze statisch werden und sich ein Rückdruck aufgrund der Reaktion mit dem Zuschlagstoff bilden kann.

Es wurde weiterhin als vorteilhaftgefunden, zum Bilden der gewünschten Säule bzw. des gewünschten Kopfes von flüssigem Metall in der Kammer den Durchstrom der Schmelze durch die Vorrichtung an Stellen im Strömungsweg vor und hinter der Kammer zu drosseln bzw. aufzustauen. Dies gewährleistet einen stetigen und fortschreitenden Durchstrom der gesamten Metallschmelze durch die Vorrichtung.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Strömungspfad der Schmelze innerhalb der Vorrichtung hinter der Kammer und vor dem Auslaß aus der Vorrichtung verlängert, um die für die Reaktion des Zuschlagstoffes mit der Schmelze zur Verfügung stehende Zeit zu verlängern. Vorzugsweise ist dieser verlängerte Strömungsweg mit einem ersten und einem zweiten Sumpf versehen, in denen jeweils eine

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Säule oder ein Kopf aus Metall dadurch gebildet und aufrechterhalten wird, daß man die Querschnittsfläche des Auslasses jedes Sumpfes "begrenzt bzw. verringert. Beispielsweise ist die Drosselquerschnittsfläche am Auslaß aus dem ersten Sumpf vorzugsweise gleich der Querschnittsfläche der Drossel am Einlaß in die Kammer wodurch gleiche Druckköpfe an diesen Stellen aufrechterhalten werden, was einen gleichmäßigen kontinuierlichen Metallstrom durch die Kammer selbst gewährleistet.

Um das Bilden einer aus Schmelze bestehenden Säule bzw. eines Kopfes zu Beginn des Durchstromes von Schmelze zu erzielen, ist eine den Durchstrom begrenzende Drossel für die gesamte Vorrichtung nahe dem Auslaß aus der Vorrichtung am Auslaß aus dem zweiten Sumpf vorgesehen und es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, die QuerschnittsfJäche dieser Drossel etwa 10% kleiner als die Querschnittsfläche der Drossel am Auslaß aus dem ersten Sumpf zu wählen. Dadurch wird sichergestellt, daß sich die Schmelze bis zu einem gewissen Ausmaß in der Vorrichtung rückstaut, jadoch wird bei richtiger Ausbildung und Bemessung der beiden Sümpfe sichergestellt, daß kein Teil der durchströmenden Schmelze statisch werden kann, d.h. zum Stillstand kommt. Wenn Schmelze durch die Vorrichtung hindurchströmt, hat sich schon kurz nach Beginn des betreffenden Arbeitsablaufes ein gleichförmiger Betriebszustand eingestellt, wobei sich die aus Schmelze gebildeten Druckköpfe oder Säulen über jeder Drossel automatisch selbsttätig auf einen Zustand einstellen, bei dem die Strömungsgeschwindigkeit und Strömungsmenge der Schmelze an allen Stellen der Vorrichtung gleich ist. Es kann dadurch auch festgestellt werden, daß , wenn aus irgendeinem Grund eine Schwankung im Zufluß der Schmelze auftritt, die Sümpfe mit einer Säule bzw. einem Kopf aus Schmelzt jedem Sumpf gewähr-

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leisten, daß diese Schwankungen vollständig ausgeglichen bzw. absorbiert werden. Der Durchstrom der Schmelze durch die Vorrichtung verläuft dementsprechend gleichförmig und gesteuert.

Bei der Konstruktion der Vorrichtung wird die zusätzliche Länge des Strömungsweges beispielsweise einfach dadurch erreicht, daß man den Auslaßkanal von der Kammer diagonal über die Vorrichtung zur einen Seite derselben und von dort zur anderen Seite der Vorrichtung führt, wobei an jeder Seite der Vorrichtung je ein Sumpf vorgesehen wird, jedoch ist es ohne weiteres auch möglich, die Länge des Strömungspfades auf andere Weise zu vergrößern.

Der Vortex oder Wirbel der Schmelze wird in der Kammer zweckmäßig dadurch erreicht, daß man den Strom der Schmelze tangential nahe dem oberen Ende in die Kammer einleitet, wobei der Einlaßkanal zur Kammer leicht abfallend geführt ist.

Die Vorrichtung ist gegenüber der Atmosphäre vollständig abgedichtet, wobei nur ein Einlaß für die Schmelze und für reaktive Zuschlagstoffe vorgesehen sind. Die Schmelze kann beispielsweise aufgrund der Schwerkraft aus einem Schmelzenbad durch eine verhältnismäßig kleine Öffnung , welche die oben erwähnte Drossel am Einlaß in die Kammer bildet, in die Vorrichtung fallen, wobei aufgrund des dichten Verschließens der Vorrichtung die Einflußrate von der Ausflußrate bestimmt wird, wie ebenfalls oben beschrieben ist_e Das reaktive Zuschlagmittel wird zweckmäßig in der gewünschten Menge oder Rate in Relation zur Strömungsrate der Schmelze durch ein eingeschlossenes Füllgefäß, das sich über der Kammer oder über dem Einlaß in die Kammer befindet, zugegeben. Es hat sich als sehr zweckmäßig erwiesen, das Füllgefäß in einem gewissen Abstand über der Stelle, an welcher der Zuschlag- -14-

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stoff in die Schmelze fällt, anzuordnen und den Zuschlagstoff frei in einem Rohr in die Kammer oder in den in die Kammer führenden Schmelzeneinlaß fallen zu lassen. Dadurch wird verhindert, daß der im Füllgefäß befindliche Zuschlagstoff aufgrund der Nähe der Schmelze zu heiß wird und zu einer größeren Masse zusammenschmelzen oder zusammenkleben kann. Die Zugabe von reaktivem Zuschlagstoff kann automatisch mittels eines geeigneten Ventils, das sich im Auslaß des Füllgefäßes befindet, gesteuert werden.

Das reaktive Zuschlagmittel kann auf die Oberfläche der in der Kammer rotierenden Schmelze derart fallengelassen bzw. getropft werden, daß es leicht in die Masse der Schmelze eingezogen und auf diese Weise schnell absorbiert wird und mit dem Metall reagiert. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß man das Zuschlagmittel in die Kammer entlang der mittleren Achse derselben tropfen bzw. , da es im allgemeinen aus einzelnen Partikeln besteht, partikelförmig fallen läßt, so daß der Zuschlagstoff direkt in das Zentrum des Wirbels oder Vortex fällt und dadurch sofort in die Schmelze "eingesaugt" wird. Andererseits ist es auch möglich, den Zuschlagstoff in den Schmelzenstrom tropfen bzw. fallen zu lassen, wenn dieser durch den Einlaßkanal nahe der Kammer hindurchströmt. Auf diese Weise wird der Zuschlagstoff schnell in die Kammer gespült und dort unter die Metalloberfläche gebracht. Es wurde, wenn der Zuschlagstoff in dieser Position zugeführt wird, als nützlich gefunden,einen Einlaßkanal für die Schmelze mit einer Verengung zu verwenden und den Zuschlagstoff in den Einlaßkanal an einer-in Strömungsrichtung gesehen* ·- Stelle dicht hinter der Verengung zuzugeben. In diesem Bereich bewegt sich die Schmelze mit größter Geschwindigkeit , so daß sichergestellt werden kann, daß der Zu-

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schlagstoff von dem Schmelzenstrom vollständig in die Kammer geschwemmt oder gespült wird.

Die Kammer hat vorzugsweise eine zylindrische Form und hat zweckmäßig einen sich zum Boden derselben verjüngenden Abschnitt, wobei dieser sich verjüngende Abschnitt mit dem aus der Kammer herausführenden Auslaßkanal verbunden ist. Der Auslaßkanal hat zweckmäßig wenigstens nahe dem Auslaß der Kammer die Form eines Rohres oder besteht aus einem Rohr, dessen Achse mit der senkrechten Mittelachse der Kammer zusammenfällt.

Durch die Erfindung ist es möglich, Kugelgraphit-Gußeisen in wirtschaftlicher und einfach steuerbarer Weise herzustellen, wobei ohne Flammen- und Rauchbildung und mit einem hohen Sicherheitsgrad gearbeitet werden kann.

Zur weiteren Erläuterung sind in der Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäß ausgebildeten und arbeitenden Vorrichtung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf den Unterteil der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei der Deckel abgenommen ist,

Fig. 1A eine Draufsicht auf den Deckel, der auf den Unterteil aus Fig. 1 paßt,

Fig. 2 einen Längsschnitt nach Linie I-I der Vorrichtung aus Fig. 1,

Fig. 2A einen Längsschnitt nach Linie II-II des Deckels aus Fig. 1A,

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Fig. 3 eine Draufsicht auf den Unterteil der Vorrichtung nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung bei abgenommenem Deckel,

Fig. 3A eine Draufsicht auf den Deckel der Vorrichtung nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung, welcher auf den Unterteil gemäß Fig. 3 paßt,

Fig. 4 einen Längsschnittnach Linie ΙΙΪ-ΙΙΙ der Vorrichtung aus Fig. 3f

Fig.4A einen Längsschnitt nach Linie IV-IV des Deckels aus Fig. 3A,

Fig. 5 einen Querschnitt nach Linie V-V durch den in Fig. 3 und 4 dargestellten Unterteil der Vorrichtung und

Fig. 6 einen Längsschnitt durch die fertig zusammengebaute Vorrichtung nach der zweiten Ausführungs-

form der Erfindung in Betriebsposition.

Bei der in den Figuren 1 bis 2A dargestellten ersten Ausführungsform der Vorrichtung ist es zweckmäßig, dieselbe aus zwei Teilen zu bilden und zusammenzusetzen, nämlich einem als Unterteil dienenden Hauptkörper 1 (Figuren 1 und 2) und einem Deckel 2 (Figuren 1A und 2A) _f der auf dem Hauptkörper 1 angebracht werden kann. Der Hauptkörper 1 enthält ein als Aufnahme für Schmelze dienendes Behältnis 3 und einen von diesem ausgehenden und in eine Vortex-oder Wirbel-Kammer 5 führenden Einlaufkanal 4. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kammer 5 über einen Auslaufkanal 6 und eine Leitung

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mit dem Auslaß der Vorrichtung verbunden. Diese Anordnung ermöglicht es, dem aus der Kammer 5 herausführenden Auslauf pfad eine vernünftige Länge zu geben.

Im Behältnis 3 befindet sich ein nach unten hängender Damm 13, der ein gesteuertes Fließen von Schmelze aus dem Behältnis 3 in den Einlaufkanal 4 gewährleistet. Auch ist ein Ablauf 14 vorgesehen, um jegliche Schmelzenreste aus dem Behältnis 3 abfließen zu lassen, wenn ein Behandlungsablauf beendet ist. Vorzugsweise ist auch eine als Puffer oder Steiger dienende Kammer 15 vorgesehen, die mit der zum Auslauf führenden Leitung 7 in Verbindung steht, um alle Schwankungen im Zulauf der Schmelze auszugleichen und dementsprechend im Ausfluß aus der Kammer zu vermeiden und sicherzustellen, daß sich ein gleichförmiger Ausstrom von behandelter Schmelze am Auslaß der Behandlungsvorrichtung ergibt.

Der Deckel 2 ist als rechteckiger Körper und so ausgebildet, daß er auf den Hauptkörper 1 diesen luftdicht verschließend aufgesetzt werden kann, wozu auf der Unterseite des Deckels umlaufende Schultern 8 und 8¹ vorgesehen sind, welche in eine entsprechende Vertiefung auf der Obersteite des Hauptkörpers 1 passen. Der Deckel 2 trägt auf seiner Oberseite einen als Reservoir für Schmelze dienenden Behälter oder Eingußtrichter 9, an dessen Boden sich ein verhältnismäßig enger Einlaß 10 befindet, der bei geschlossener Vorrichtung in das Behältnis 3 führt und sicherstellt, daß im Betrieb Schmelze in das Behältnis 3 fällt.

Im Deckel 2 befindet sich außerdem eine als Einlaß für Zuschlagstoffe befindliche Öffnung 11, über der

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beispielsweise ein automatisches FüTlgefäß 12 angeordnet werden kann, um gesteuert Zuschlagstoff in die Kammer 5 einzugeben.

Im Betrieb wird die gesamte Schmelzencharge eines Betriebsablaufes in den Eingußtrichter 9 gegossen und kann von dort durch den Einlaß 10 in das Behältnis 3 tropfen. Von dort kann die Schmelze durch den Einlaufkanal 4 in die Kammer 5 abströmen. Die kontinuierlich durch die Kammer strömende Schmelze wird kontinuierlich mit Zuschlagstoff behandelt, welcher vom Füllgefäß 12 in der richtigen Menge zugegeben wird. Die so behandelte Schmelze strömt dann zum Auslaß der Vorrichtung und aus dieser aus.

Alternativ ist es auch möglich, den Zuschlagstoff statt direktin die Kammer 5 in den Einlaufkanal 4 einzugeben.

In ähnlicher Weise umfaßt die in Fig. 3 bis 6 dargestellte zweite Ausführungsform der Vorrichtung einen als Unterteil dienenden Hauptkörper 101 und einen Deckel 102. Der Hauptkörper 101 enthält einen Einlaßkanal 103 für Schmelze mit einer verhältnismäßig schmalen Verengung 104 (Fig. 3). Der Einlaßkanal 103 führt in eine Vortex- oder Wirbelkammer 105, Der Einlaßkanal 103 ist gegenüber seiner Breite am Auslaßende in die Kammer 105 verhältnismäßig niedrig, wie Fig. 4 zeigt. Die Kammer 105 ist durch einen Auslaufkanal 106 mit einem ersten Sumpf verbunden. Dieser Sumpf 114 hat einen Auslaß 115/ der mit einer zu einem zweiten Sumpf 116 führenden Leitung 107 in Verbindung steht.

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Der Auslaß 117 des zweiten Sumpfes 116 führt direkt zum Auslaß der Vorrichtung, wie Fig. 5 zeigt. Zweckmäßig ist ein Ausguß 118 in Form einer Tülle oder Schnautze vorgesehen, um ausströmende Schmelze in eine Pfanne oder einen sonstigen Behälter zu lenken.

Der Deckel 102 ist wiederum als rechteckiger Körper ausgebildet und weist an seiner Unterseite Schultern und 108' auf, die um den Deckel herumgeführt sind und in eine Vertiefung auf der Oberseite des Hauptkörpers 101 passen, um den Hauptiörper 101 nach oben vollständig abzudichten. Auf der Oberseite des Deckels 102 befindet sich ein als Reservoir für Schmelze dienender Behälter oder Eingußtrichter 109, aus dem ein verhältnismäßig schmaler Einlaß 110 herausführt, welcher bei zusammengebauter Vorrichtung (Fig.6) mit dem Einlaßkanal 103 des Hauptkörpers 101 in Verbindung steht. Im Deckel befindet sich außerdem eine Öffnung 111, in welche ein Zufuhrrohr 112 paßt, das zum Einführen von Zuschlagstoff in den in die Kammer 105 gelangenden Strom der Schmelze etwa im Bereich der Verengung 104 des Einlaßkanals 103 bestimmt ist. Am oberen Ende des Zufuhrrohres 112 befindet sich ein automatisches Füllgefäß 113, das zum gesteuerten Zugeben von Zuschlagstoff bestimmt ist. Die aus dem Zufuhrrohr 112 und dem automatischen Füllgefäß 113 bestehende Einrichtung kann vom Deckel 102 entfernt werden, um das Schließen und Einrichten der Vorrichtung in die Betriebsposition zu erleichtern. Die vollständig zusammengebaute und mit dem Zufuhrrohr 112 und dem Füllgefäß 113 versehene Vorrichtung ist in Fig. 6 in der Betriebsposition dargestellt.

Für den BetrJö) der Vorrichtung werden der Hauptkörper 101 und der Deckel 102 zusammengesetzt, wie beispielsweise in Fig. 6 gezeigt. Wie Fig. 6 außerdem zeigt, wird die

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Vorrichtung bei dieser Ausführungsform zum Auslaßende gekippt, wobei das Zufuhrrohr 112 , durch welches der Zuschlagstoff zugeführt wird, in einem solchen Winkel zum Deckel 102 angeordnet wird, daß es sich in senkrechter Position befindet, wenn die Vorrichtung in die Betriebs- ! position gekippt worden ist, damit der Zuschlagstoff j allein durch Scherkraft in den Einlaßkanal 103 für die j Schmelze eingegeben werden kann. Für die Behandlung einer : Schmelzencharge wird die gesamte Charge in den Einguß- j trichter 109 einlaufen gelassen , von wo sie fortschreitend durch den Einlaß 110 in den Einlaßkanal 103 abläuft. j Aus dem Einlaßkanal 103 strömt die Schmelze in die Kammer j 105, wo sie sich in Form eines Vortex oder Wirbels bewegt. Die durch den Einlaßkanal 103 kontinuierlich hindurchströmende Schmelze wird kontinuierlich mit Zuschlagstoff behandelt, der vom Füllgefäß 113 in geeigneter Menge durch das Zufuhrrohr 112 zugegeben wird. Aus der Kammer 105 gelangt die Schmelze durch den Auslaufkanal 106 , die Leitung 107 und die Sümpfe 114 und 116 zum Auslaß 117.

Alternativ ist es auch möglich, den Zuschlagstoff direkt in die Kammer 105 statt in den Einlaßkanal 103 einzugeben.

Die Auslaßquerschnitte der beiden Sümpfe 114 und 116, d.h. die Querschnitt der Auslässe 115 und 117 können mit Aⁿ und A'"lE;eichnet werden, während die Querschnittsfläche des Einlasses 110 mit A' Zeichnet wird. Es wurde gefunden, daß für besonders bevorzugte Betriebsbedingungen die Relationen A^f = A" und A¹" = 0,9A^f (oder A") aufrechterhalten werden sollten. Unter diesen Bedingungen/hält Jeder Sumpf während des gesamten Behandlungsablaufes normalerweise eine kleine Menge Schmelze!, wobei der Drosseleffekt der Drosseln einen gleichförmigen Schmelzenstrom durch die Vorrichtung gewährleistet.

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Um die Erfindung besser zu verstehen, wird dieselbe anhand eines Ausführungsbeispieles weiter erläutert, welches eine praktische Anwendung der Erfindung angibt.

Beispiel

Unter Verwendung einer Vorrichtung der in Fig. 6 dargestellten Art, bei der jedoch der Zuschlagstoff in die Schmelze innerhalb der Kammer entlang der Mittellinie derselben statt in den durch den Einlaßkanal zur Kammer strömenden Schmelzenstrom eingegeben wurde, sind eine Reihe von Behandlungsabläufen ausgeführt worden. Die Ergebnisse der einzelnen Behandlungsabläufe ergeben sich aus der nachfolgenden Tabelle:

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ORIGINAL INSPECTED

O (O OO

	cg Elsen Dehandelt pro Ar- Deitsab- lauf	Durch- strom- zelt (see)	Verwen deter Zuschlag stoff	TABELLE	*	Gewicht Zuschlag stoff (kg)	Ein- 1 - lauf- zeit (see)	lauf Temp, des Metalls	Analyse TC SJ	2,	des L	Produktes Mg	S	1
Ar beits- ablauf Nr.	310	54	T20F	Verwen deter ZuschlagT stoff (%)		6		1470				0.045 0.065
1	Il	51	T20R	1.93	4h/2	35	1475	3.83	2.	25	Il	0.	11
2	Il	51	T20R	1.45	5)1/2		1470				Il
3	Il	47	T20F	1.77	6J1/2	35	1470	3.74	2	51	Il	0,	11
4	It	48	T20F	2,1	6\|i/2	35	1470				Il
5	Il	48	T20R	2.1	6	38	1460	3.75		35	Il	0.
6	Il	48	T20F	1.93	5.8	30	1460				Il
7	Il	47	T20F	1.81	5ji/2	32	1460		2		Il		10
8	Il	48	T20F	1.77	/ΓΙλ / r\ O I / Cm	35	1450				Il
9	It	50	P16	2.1	6	39	1450	3.72	.72	Il	0.	er;'
10				1.93					Fortsetzung nächste Seite			CC
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I j

to Cd'

	EZF	Fortsetzung der	:ss=ssssassss	Tabelle nach "Analyse des Produktes"	1
	29.6	SS=SSs:	Auslauf Temp, des Metalles	SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSISSS	ro VjJ
Arbeits ablauf Nr.	30.6		1360	Reaktion	I
1	31.6.	21	1370	B
2	33.0	15	1380	A
3	34.8	20	1370	B	* cn
4	35.6	15	1380	A	cc
5	32.4	11	1370	B
6	32.8	8	1370	A
7	32.0	11	1380	A
8	33.0	11	1360	A
9		12	1340	A
10		15		A

ΓΛ5 ■P-

Erläuterung zur Tabelle

Alle verwendeten Zuschlagstoffe haben eine Zusammensetzung innerhalb der folgenden Bereiche:

Mg

Ce

Ca

Rest T20F

T20R

P 16

5 bis 7 % 0,3 bis 0,5%

* 1 bis 2 %

* Si+Fe (etwa 45% Si und 40% Fe)

bezeichnet einen Zuschlagstoff, der aus j einer Legierung der obigen Zusammensetzung besteht, wobei F anzeigt, daß die Körnung 4 m/m xD ist. Dieser Zuschlagstoff wird von der Patentinhaberin geliefert.

ist die Bezeichnung für einen Zuschlagstoff, bestehend aus einer Legierung der obigen Zusammensetzung, wobei R anzeigt, daß die Körnung 4 m/m bis 0,5 m/m ist, d.h. daß der Zuschlagstoff durch ein 4 mm Sieb hindurchgeht, jedoch von einem 0,5 mm Sieb zurückgehalten wird. Dieser Zuschlagstoff wird ebenfalls von der Patentinhaberin geliefert.

ist ein Zuschlagstoff der obigen Zusammensetzung, hat jedoch einen höheren Magnesiumgehalt als T20F oder T20R, und die Körnung ist 1 bis 4 mm. Dieser Zuschlagstoff wird ebenfalls von der Patentinhaberin geliefert.

Die anfängliche Zusammensetzung des ist folgende:

behandelten Metalls

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ORIGINAL INSPECTED

Kohlenstoffgehalt total (TC) = 3,5 bis 3,

S = 0,02

Si =1,5 bis 1,6%

EZF = endgültige Zu^estigkeit

%L = prozentuale Längung

Unter der Überschrift "Reaktion" ist die folgende Klassifikation verwendet:

A = ruhig

B = leichte Flammenbildung

am Auslaß

C = leichte Flammenbildung

am Auslaß und Einguß

D β starke Flammenbildung

am Auslaß

E = starke Flammenbildung

und Rückblaseffekt

Diese Ergebnisse zeigen, daß Gußeisen im schmelzflüssigen Zustand erfindungsgemäß derart behandelt werden kann, daß man ein Produkt mit sehr guten mechanischen Eigenschaften erhält (die Ergebnisse für EZF und %L zeigen dies) und daß die Behandlung vollständig ruhig und ohne bedeutende Flammenbildung durchgeführt werden kann. Auch ist es möglich, die Behandlung mit einem hohen Grad von Reproduzierbarkeit durchzuführen.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche:

1.) Verfahren zum Herstellen von Kugelgraphit-Eisen durch Behandeln von schmelzflüssigem Metall mit Hilfe eines reaktiven Zuschlagmittels, dadurch gekennzeichnet , daß das Zuschlagmittel in einem nach außen abgedichteten Behälter in einen Strom der Metallschmelze fallengelassen wird, entweder während oder unmittelbar bevor der Schmelzenstrora zu einem Wirbel gebildet wird, wobei der Zuschlagstoff unter die Oberfläche der Schmelze gezogen wird und mit dieser reagiert.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom der Schmelze zum Bilden des Wirbels tangential in eine im wesentlichen zylindrische Kammer eingeleitet wird.

3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuschlagmittel der Schmelze zugegeben wird, bevor diese die Form eines Wirbels annimmt.

4.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuschlagmittel der Schmelze zugegeben wird, nachdem dieselbe die Form eines Wirbels angenommen hat.

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5.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuschlagmittel unter Schwerkräfteinfluß auf die Oberfläche der Schmelze aus einem Füllgefäß oder Füllbehälter von einem von der Behandlungskammer entfernten Ort fällt.

6.) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrrate des Zuschlagmittels durch ein Ventil gesteuert wird, das sich im oder am Auslaß des Füllgefäßes befindet.

7.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Zuschlagmittel ein Kugelbildner zugegeben wird.

8.) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Kugelbildner eine Magnesiumlegierung zugegeben wird.

9.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom der Metallschmelze vor, während und nach der Behandlung für einen gleichförmigen Abfluß wenigstens etwas aufgestaut wird.

10.) Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9,dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Kammer (5;1o5) zur Aufnahme von Metall-Schmelze, einen Einlaßkanal (4;103) zum Zuführen der Schmelze von einem Behälter (3) in die Kammer an einer Stelle nahe dem oberen Ende derselben und einen vom Boden der Kammer ausgehenden Auslaßkanal (6;106) aufweist, wobei die Kammer und der in diese führende Einlaßkanal so geformt und angeordnet sind, daß die in die Kammer eintretende Schmelze dort die Form eines kreisenden Wirbels annimmt, und daß Einrichtungen (12;112,113) zum Zugeben eines Zuschlagstoffes in die in der

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Kanuner "befindliche Schmelze oder die zur Kammer strömenden Schmelze nahe bei der Kammer vorgesehen sind, so daß das Zuschlagmittel unter die Oberfläche des Schmelzenstromes gezogen wird, wobei die Kammer (5;105) gegenüber der Atmosphäre abgedichtet ist.

11.) Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (5;105) und der für Schmelze bestimmte Einlaß (4;103) in diese darauf abgestimmt sind, daß die Kammer im wesentlichen zylhdrisch ist und der Einlaßkanal tangential in die Kammer mündet, um die in die Kammer gelangende Schmelze in die Form eines kreisenden Wirbels zu versetzen_T

12.) Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (5;105) mittels eines Deckels (2;102) nach außen abgedichtet ist, der einen Einlaß (11;111) für Zuschlagmittel enthält,

13.) Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Einlaß (111) für Zuschlagmittel über dem Einlaßkanal (103) befindet.

14.) Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Einlaß (11) für Zuschlagmittel über der Kammer (5) befindet.

15.) 'Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (111) mit einem rohrförmigen Teil (112) versehen ist, auf dem sich ein - vorzugsweise automatisch arbeitendes Füllgefäß (113) für das Zuschlagmittelbefindet.

16.) Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Teil (112) am Deckel (102) in einem Winkel zur Vertikalen angebracht ist, wobei die

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Vorrichtung (101,102) im Betrieb gegenüber der Horizontalen derart geneigt ist, daß das Zuschlagini ttel aus dem Füllgefäß (113) vertikal in den Schmelzenstrom fällt.

17) Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Einlaßkanals (103) an einer Stelle seiner Länge verengt ist und das ZuscM^gmittel in diesen Einlaßkanal in Strömungsrichtung gesehen hinter dieser Verengung (104) eingegeben wird.

18.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßkanal (106) vom Boden der Kammer (105) in einen ersten Sumpf (114) führt und dieser Sumpf über eine Leitung (107) mit einem zweiten Sumpf (116) in Verbindung steht und daß dieser zweite Sumpf (116) mit dem Auslaß

(ti7) der Vorrichtung in Verbindung steht.

19.) Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drossel (110) am für Schmelze bestimmten Einlaß der Vorrichtung vorgesehen ist und daß sich weitere Drosseln (115;117) an den Auslässen aus den beiden Sümpfen (114;116) befinden.

20.) Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (110) am Einlaß dieselbe Querschnittsfläche wie die Drossel (115) am Auslaß des ersten Sumpfes (114) aufweist und daß die Querschnittsfläche der Drossel (117) am Auslaß des zweiten Sumpfes (116) 10% geringer als die Querschnittsfläche der vorhergehenden Drossel ist.

21.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (2;102) auf einen als Unterteil ausgebildeten Hauptkörper £ij10i)_#

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welcher die Leitungen für die Schmelze einschließlich der Kammer (5;1O5) enthält, dichtend aufzusetzen ist.

22.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kammer (5) mit dem Auslaß aus der Vorrichtung verbindende Leitung (7) eine als Puffer dienende Steigkammer (15) enthält.

23.) Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß am Einlaß (11;111) für Zuschlagmittel ein -vorzugsweise automatisch arbeitendes- Füllgefäß (12;113) den Einlaß dicht verschließend angeordnet ist.

24.) G/K

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Unterteil (1;1O1) mit auf diesem dichtend aufgesetzten Deckel (2;102) besteht, wobei der Deckel einen Einlauf (9,10;109,110) für Schmelze und die Zugabeeinrichtnng (11,12;111,112,113) aufweist, während die Kammer (5;105) und die übrigen zum Führen der Schmelze vorgesehenen Einrichtungen einschließlich dem Auslauf (117,118) im Unterteil vorgesehen sind.

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ORIGINAL INSPECTED