DE2710072B2 - Vorrichtung zur Behandlung von geschmolzenem Metall mit einem hochreaktiven Behandlungsmittel - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von geschmolzenem Metall mit einem hochreaktiven Behandlungsmittel.

Zwei Techniken aus jüngster Zeit werden jetzt als Hauptentwicklungen auf dem Gebiet der Herstellung von Gußeisen mit Kugelgraphit angesehen, nämlich Formimpfung und kontinuierliche Behandlung mit Eingußsystem. Jedes dieser Verfahren kann zum Zweck der Behandlung von geschmolzenem Metall angewendet werden, um eine Vielzahl verschiedener metallurgi- scher Veränderungen herbeizuführen.

Die Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung zur Behandlung im kontinuierlichen Strom, worin eine Reaktion in einem geschlossenen Tiegel stattfindet, der sich in der Metallströtr.ung entweder zwischen dem Ofen und einer Gießpfanne oder zwischen der Gießpfanne und der Form befindet. Im Gegensatz dazu ermöglicht das Verfahren zur Bildung von Kugelgraphit in der Form die Ausbildung von Kugelgraphit innerhalb der Form durch Anwendung eines speziell ausgebildeten Eingußsystems. Jedoch ist die Behandlung in der Form hinsichtlich der Kapazität begrenzt und eignet sich nicht für eine optimale Produktion, wenn Gußstücke mit einem Gewicht von über 680 kg (maximales Gießgewicht) hergestellt werden sollen.

Trotz der Tatsache, daß die Behandlung im kontinuierlichen Strom im Hinblick auf größere Gießgewichte geeigneter ist, verbleiben bestimmte Begrenzungen, die beseitigt werden müssen, wie beispielsweise (a) geringe Zuverlässigkeit der Behandlung, so daß kein gleichmäßig hohes Ausmaß an Kugelbildung über den gesamten Guß existiert, (b) das Vorhandensein schmutziger Behandlungskammern, die einen Rückstand aufweisen, der aus der Du-chführung der Verfahrensfolge resultiert, (c) relativ geringe Ausbeute des Kugelbildungsmittels, (d) die Notwendigkeit eines besser kontrollierbaren Behandlungsverfahrens, um die Anwendung verschiedener Gießgewichte ohne Änderung des Verfahrens zu ermöglichen, (e) übermäßige Untenhaltung der Verfahrensanlage und (f) die Notwendigkeit für teure Ablaufrinnen oder Behandlungseinrichtungen vom Mehrfachkerntyp. Der Mangel an geeigneter Homogenisierung kann teilweise auf unzureichende Vermischung des Behandlungsmittels mit dem geschmolzenen Metall in einer geeignet getrennten Weise zurückzuführen sein, so daß ein größeres Volumen des behandlungsfähigen Metalis durch dieses Mittel innerhalb eines relativ kurzen Behandlungszeitraums kontaktiert wird. Somit gewinnen der Charakter der Strömung des behandlungsfähigen Metalls und das Behandlungsmittel an Bedeutung ebenso wie die Art der Teilchen des Behandlungsmittels, die in dieses behandlungsfähige Metall eingetaucht werden müssen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in einer Vorrichtung zur Behandlung der Schmelze im kontinuierlichen Strom zur Verwendung bei der Nodulisierung von geschmolzenem Gußeisen ohne Vorbehandlung, wobei die Einrichtung besonders wirtschaftlich in der Konstruktion ist und ein Minimum an Unterhaltung e/fordert.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtrng zur Behandlung von geschmolzenem Metall mit einem hochreaktiven Behandlungsmittel, insbesondere zur Erzeugung von Kugeigraphit-Gußeisen, gekennzeichnet durch eine Kombination aus

(a) einem Tiegel (B) mit einer öffnung an dessen Boden, durch die geschmolzenes Metall in einer senkrechten Richtung daraus austritt, wobei der Tiegel einen als Trichter ausgebildeten Innenraum mit einer oberen Innenoberfläche mit einem Winkel von etwa 5° zur Senkrechten und eine Oberfläche des unteren Bereiches mit einem Winkel von etwa 70° zur Senkrechten besitzt,

(b) einem Gießbecher (A) mit einer Aufnahmekammer 13 und einer Leitung (Al), die einen Strahl aus geschmolzenem behandlungsfähigen Metall im wesentlichen tangential in den oberen Bereich des Tiegels richtet,

(c) einem Auslaßdurchgang in Flüssigkeitsverbindung mit der Auslaßöffnung des Tiegels (B) wobei der Durchgang einen gekrümmten Innendurchgang aufweist, der die Strömung aus dem Tiegel in eine im allgemeinen horizontale Richtung lenkt,

(d) der einen Absatz (20) aufweist, der als eine Drossel zur Begrenzung der Geschwindigkeit wirkt, mit der das geschmolzene Metall durch den Auslaßdurchgang fließt, und

(e) einer Einrichtung zur Einführung eines Stroms aus teilchenförmigen! Behandlungsmittel in den äußeren peripheren Bereich des Tiegels.

Vorzugsweise ist die Leitung (A-I) des Gießbechers (A) so angeordnet, daß der Strom aus geschmolzenem Metall in einer Richtung im wesentlichen tangential zu der inneren Zone des Tiegels und praktisch horizontal gerichtet wird. Dabei erzeugt die Wirbelsirömung einen Saugeffekt und zieht das teilchenförmige Behandlungsmittel in die Strömung zum wirksameren Kneten und Falten in der Strömung.

Dadurch wird eine geregelte Wirbelströmung des geschmolzenen Metalls angeregt und ein Strom aus teilchenförmigen! Behandlungsmittel, wie beispielsweise Magnesium-Ferrosilicium oder reines Magnesium gemischt mit anderen Eisenlegierungen, wird auf eine vorbestimmte Zone der Wirbelströmung gerichtet. Eine Strömungsdrossel wird stromabwärts der Wirbelströmung verwendet, um die Verweilzeit der Strömung in Turbulenz zu steuern und das Vermischen stromabwärts zu regulieren. Dies erhöht die Magnesiumausbeute, ergibt Flexibilität hinsichtlich der Veränderung von Chargengewichten, schaltet Rückstände iⁿ. der Behändlungsvorrichtung aus und fördert die Auflösung des Behandlungsmittels in einer gewünschten Zone.

Es wird hierbei eine optimale Lösung der Nodulisierung und optimale Ausbeute des Behandlungsmittels erhalten, indem der freiliegende Oberflächenbereich der Nodulisierungsmittelteilchen teilweise geregelt wird, übermäßig große Teilchen wie beispielsweise Brocken oder Stücke schwimmen leicht in der Bearbeitungsoder Behandlungskammer, so daß nicht die gesamte Teilchenoberfläche gegenüber dem Metall ausgesetzt ist und dadurch ungeregelte Lösung und mehr Schlacke herbeigeführt werden. Eine granulierte Legierung öder ein besonders feines Pulver schwimmt nicht, und daher wird in der Pulverbeschickung die gesamte Oberfläche dem geschmolzenen Metall ausgesetzt und eine Lösungsregelung herbeigeführt.

Aus der GB-PS 12 06 651 ist bereits ein Verfahren zur Behandlung von Metallschmelzen bekannt, bei dem eine Wirbelströmung aus geschmolzenem Metall in einem Wirbelbecken gebildet wird, durch dessen Bodenauslaß die Schmelze unmittelbar in einen Aufnahmebehälter fließt. Auch in der BE-PS 6 39 410 wird ein Verfahren zur Behandlung von Metallschmelzen unter Erzeugung einer Wirbelströmung beschrieben, wobei die Schmelze in einen Behälter mit senkrechter Wandung eingeführt und dort mit dem Behandlungsmittel vermischt wird.

Gemäß der älteren Anmeldung DE-OS 26 48 291 wird Kugelgraphit-Eisen durch Behandeln der Metallschmelze mit Zuschlagmittel unter Ausbildung einer Wirbelströmung hergestellt. Keine der bekannten Vorrichtungen weist die erfindungsgemäße Merkmalskombination auf, wodurch eine äußerst wirksame Arbeitsweise ermöglicht wird.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch den in dem Auslaßdurchgang des Tiegels fß^angeordneten Absatz 20 eine Drosselung der FlieLSgeschwindigkeit erreicht und damit eine geregelte Verweilzeit des geschmolzenen Metalls innerhalb der Wirbelströmung des Tiegels herbeigeführt. Dies ist mit den in den GB-PS 12 06 651, BE-PS 6 39 410 und DE-OS 26 48 291 angegebenen Vorrichtungen nicht möglich.

In den Zeichnungen ist in

F1 g. 1 eine schematische perspektivische Erläuterung der Verfahrensfolge in der Vorrichtung der Erfindung und in

Fig. 2 eine Seitansicht der schematischen Behandlungsvorrichtung der Fig. 1 wiederum unter Wiedergabe der BehandlMngsfolge wiedergegeben.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können praktisch sämtliche vorher geschilderten Schwierigkeiten beseitigt werden und gleichzeitig die Kosten der Behandlung verringert werden.

Bezugnehmend auf F i g. 1 besteht die Vorrichtung im wesentlichen aus einem Gießbecher A mit einer die Strömung oder den Strahl führenden Leitung A-X. einem geschlossenen wirbelerzeugenden Tiegel B mit einer Auslaßöffnung B-X an dessen Grundfläche und einer Mischleitung C. die strömungsmäßig mit der Auslaßöffnung B-X des Tiegels verbunden ist Der Tiegel C ist so geformt, daß sr eine Innenfläche 10 aufweist, welche in Form eines Trichters oder Konus mit integrierten Teilen XOa und 106 vorliegt; der oberste Teil 10a der konischen Oberfläche verläuft in einem Winkel mit einer vertikalen Linie von etwa 5³. Der unterste Teil 106 verläuft in einem Winkel mit einer vertikalen Linie von etwa 70⁼. Die obere Peripherie 11 des Tiegels ist mit einem Deckel 12 verschlossen, so daß die Reaktion zwischen dem geschmolzenen Metall und dem Behandlungsmittel kontinuierlich ohne Berührung mit atmosphärischer Luft fortschreitet und somit eine Verflüchtigung und Oxidation praktisch, wenn nicht vollständig, während der Behandlung ausgeschaltet ist. Es ist möglich, daß bei einigen Anwendungen ein Inertgas in das innere Volumen des Tiegels eingeführt wird, um den Reaktionsverlauf weiter zu schützen.

Der Gießbecher ist aus einer Aufnahmekammer 13 aufgebaut, die sich zur Aufnahme einer Masse aus geschmolzenem Metall eignet, um geschmolzenes Metali zuzuführen unc durch die den Strom führende Leitung A-X zu führen, wobei die Leitung in Flüssigkeitsverbindung mit dem unteren Teil der Kammer 13 steht. Der Innendurchmesser der Leitung ist so bemessen, daß ein Düsenstrahl oder Strom erzeugt wird, der aus dem Ende oder der Düse 14 austritt, der sich über eine vorbestimmte Distanz von beispielsweise 7,6 cm etwa horizontal erstreckt. Die Leitung ist so angeordnet, daß sie sich durch die Seite des Tiegels San dessen oberen Bereich erstreckt und den Strom 15 aus geschmolzenem Metall im wesentlichen tangential zu der inneren oberen Fläche 10a des Tiegels richtet Das geschmolzene Metall folgt den Innenflächen 10a und 106 unter Bildung einer Wirbelströmung, die sich spiralförmig nach unten längs der Bahn 16 bewegt. Die Innenflächen 10a und 106 des Tiegels sind in bestimmter Weise geformt, um einen Strudeleffekt zu erzeugen, der ein Vakuum an der Zentralzone der Strömung herbeiführt, die nicht nur leicht das geschmolzene Metall hereinzieht, sondern auch jegliches teilchenförmiges Material, das auf die oberen Bereiche der Wirbelströmung fällt. Die üblichen Pyrotechniken, Rauch und Metallverspritzen, was normalerweise die Einführung hochreaktiver Nodulisierungsmittel, wie Magnesium, begleitet, werden beseitigt oder erheblich verringert; dies geht vermutlich teilweise auf die Lösung zurück, die in Abwesenheit von Luft auftritt und teilweise auf die allgemein geregelte Strömung des geschmolzenen Metalls in einem Wirbelmuster, wodurch das Behandlungsmittel sehr rasch praktisch in und unter die Oberfläche des geschmolzenen Metalls geknetet und gefaltet wird. Dies ergibt ein sehr geregeltes Lösungsausmaß und führt zu einem äußerst gleichmäßigen und homogenisierten nodulisierten Gießmetall.

Die Mischleitung C ist durch einen Einlaßteil 17 gekennzeichnet, der gekrümmt ist und befähigt ist, die Strömung aus geschmolzenem Metall ohne Turbulenz

aus einem vertikalen Abfall in eine im allgemeinen horizontale Richtung zu bringen (wobei lediglich ein Winkel von etwa 10^c zu einer horizontalen Ebene entsteht), wodurch ein unzweckmäßiger Rückdruck der Wirbelströmung vermieden wird Die Leitung C ist mit Teil 17a in dem isolierten Gehäuse 18 des Tiegels und Teil 176 in einem Verlängerungsrohr 19 angeordnet. Die Strömung tritt aus der Leitung C über den Ausguß 21 aus. der wiederum die Strömung aus geschmolzenem Metall nach unten oder vertikal richten kann. In Teil 17£> der Leitung ist ein Absatz 20 vorgesehen, wodurch eine Drossel oder Beschränkung für die Strömung herbeigeführt wird. Diese Drossel ist so angeordnet und ausgebildet, daß eine geregelte Verweilzeit der Wirbelströmung in dem Trichter herbeigeführt wird, wodurch größere Homogenisierung für das Behandlungsmittel innerhalb der Wirbelströmung bewirkt wird, wenn die Anwendung es erfordert. Die Bemessung und Dimensionierung der Drossel sollte eine minimale Herabsetzung in der Strömungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls bewirken, während vollständige Lösung der Magnesiumlegierung in dem Behandlungssystem mit kontinuierlicher Strömung sichergestellt ist.

Eine kontinuierliche Zufuhr von teilchenförmigen! Behandlungsmittel D wird durch eine öffnung im Deckel 12 eingeführt und verteilt oder auf ein vorbestimmtes oberes Segment der Wirbelströmung aufgetropft. Die Erfindung eignet sich in Verbindung mit der Behandlung sämtlicher geschmolzener Metalle, die gewisse metallurgische Behandlung erfordern, sie wird jedoch bevorzugt angewendet, um Gußeisen mit Kugelgraphit aus geschmolzenem Eisen zu erzeugen, das, nach dem Gießen, Graphit in Flockenform vor der Behandlung nach normalen Gießereibedingungen, die Beimpfung einschließen, enthalten würde. Das Behandlungsmittel ist in typischer Weise eine Legierung des Magnesiums, wie beispielsweise Magnesium-Ferrosilicium. Die Behandlungsmittel können auch aus anderen

Legierungen oder Verbindungen von Magnesium. Calcium. Natrium. Lithium und seltenen Erdmetallen bestehen. Das Nodulisierungsmittel wird in weitem Umfang in jeder Form verwendet, wie beispielsweise als Stücke, zerkleinertes Aggregat. Pulver oder sogar in einer extrudierten stabartigen Form, das progressiv in die Wirbelströmung eingeführt wird. Bei Versuchen wurde jedoch gefunden, daß optimale Ergebnisse erhalten werden, indem eine teilchenförmige Halbpulverform verwendet wird, worin jedes Teilchen eine Größe von nicht mehr als 1400 μιτι und nicht weniger als 1000 μιπ aufweist. Das Rohr 25 zur Zufuhr des Behandlungsmittels muß in kritischer Weise angeordnet werden, um das Mittel auf eine Stelle der Wirbelströmung einzuführen, wo es optimal in das geschmolzene Eisen eingefaltet oder geknetet wird.

Nachfolgend wird die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben.

1. Es wird ein Wirbelstrom aus geschmolzenem behandlungsfähigem Eisen gebildet, wobei man das geschmolzene Eisen in den Strudel 16 an der oberen äußeren peripheren Zone 23 eintreten und aus dieser Wirbelströmung an deren unterer innerer Zone 24 austreten läßt.

2. Eine vorbestimmt und kontinuierlich abgestufte Zufuhr des Behandlungsmittels D wird in die obere äußere periphere Zone 23 der Wirbelströmung bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit, wie beispielsweise 0.007 bis 0.01 kg Behandlungsmittel je kg geschmolzenes Metall, das durch den Strudel strömt, eingeführt.

3. Die Wirbelströmung wird in einer geschlossenen Kammer mit Ausnahme deren Einlaß und Auslaß beibehalten, wobei der Einlaß und der Auslaß durch die Strömung und/oder das Behandlungsmittel geschlossen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Behandlung von geschmolzenem Metall mit einem hochreaktiven Behandlungs- mittel, insbesondere zur Erzeugung von Kugelgraphit-Gußeisen, gekennzeichnet durch eine Kombination aus

(a) einem Tiegel (B) mit einer öffnung an dessen Boden, durch die geschmolzenes Metall in einer senkrechten Richtung daraus austritt, wobei der Tiegel einen als Trichter ausgebildeten Innenraum mit einer oberen Innenoberfläche mit einem Winkel von etwa 5° zur Senkrechten und eine Oberfläche des unteren Bereiches mit einem Winkel von etwa 70° zur Senkrechten besitzt,

(b) einem Gießbecher (A) mit einer Aufnahmekammer (13) und einer Leitung (A-I), die einen Strahl aus geschmolzenem behandlungsfähigen Metall im wesentlichen tangential in den oberen Bereich des Tiegels richtet,

(c) einem Auslaßdurchgang in Flüssigkeitsverbindung mit der Auslaßöffnung des Tiegels (B). wobei der Durchgang einen gekrümmten Innendurchgang aufweist, der die Strömung aus dem Tiegel in eine im allgemeinen horizontale Richtung lenkt,

(d) der einen Absatz (20) aufweist, d.er als eine Drossel zur Begrenzung der Geschwindigkeit wirkt, mit der das geschmolzene Metall durch den Auslaßdurchgang fließt, und

(e) einer Einrichtung zur Einführung eines Stroms aus teilchenförmigen! Behandlungsmittel in den äußeren peripheren Bereich des Tiegels.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (A-I) des Gießbechers (A) so angeordnet ist, daß der Strom aus geschmolzenem Metall in einer Richtung im wesentlichen tangential zu der inneren Zone des Tiegels und praktisch horizontal gerichtet wird.