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Vorrichtung zum Behandeln von Metallschmelzen Die Erfindung bezieht
sich auf die Behandlung von Eisen" Stahl, sonstigen Metallen und auch Legierungen
dieser Stoffe in flüssigem Zustande mit einem Reaktionsstoff, der . sich zur Gefügebeeinflussung
des Schmelzgutes und/oder zur Reinigung desselben von unerwünschten, im allgemeinen
gasförmigen Einschlüssen eignet. Dabei handelt es sich einerseits um die Herstellung
von sogernanntem sphärolithischern Gußeisen, der seit der Erkenntnis der Möglichkeit
und Wirkung einer Umwandlung der Graphitbestandteile im Eisen von der lamellaren
in eine kugelförmige Struktur eine stets wachsende Bedeutung beigemessen wird, andererseits
um die an. sich, schon erheblich länger bekannten, Maßnahmen einer Desoxydatio-n,
Entschwefelung u,sw. von Eisen-, Stahl- und sonstigen Metallschmelzen.
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Die für solche Zwecke in Betracht kommenden Reaktionsstoffe wie Magnesium,
Cer, Aluminium, Natrium und sonstige Alkalien bzw. Erdalkalien (die beiden, erstgenannten
zugleich speziell für Sphäroguß) haben bekanntlich eine hohe, Sauerstoffaffinität,
ein erheblich geringeres spezifisches Gewicht als die betreffenden, mit ihnen zu
behande:lnden. Schmelzen sowie teilweise einen unter der Temperatur der letzteren
liegendem Siedepunkt. Das Zusammenbringen der Reaktionsstoffe mit den Schmelzen
bereitet deshalb erfahrungsgemäß gewisse Schwierigkeiten, weil die ersteren, in
festem oder flüssigem Zustande mit der Schmelze
in Berührung gebracht,
unter Aufwallen derselben explosionsartig verdampfen und außerdem geneigt sind,
an, der Oberfläche der Schmelze in Berührung mit der freien Atmosphäre zu verbrennen..
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Um trotzdem das Schmelzgut in dem angegebenen, Sinne behandeln und
daraus Gußstücke mit entsprechend verbesserten Materialeigenschaften herstellen
zu können, sind zum Beseitigen. der mit solchen Maßnahmen verbundenen Gefahren für
das Bedienungspersonal und zum Erreichen eines sowohl technisch als auch wirtschaftlich
brauchbaren Ergebnisses bereits zahlreiche Vorschläge in verfahrensmäßiger und konstruktiver
Hinsicht gemacht worden. Dabei hat man vor allem versucht, den. betreffenden Reaktionsstoff
unter die Oberfläche der Schmelze zu bringen, indem man ihn entweder in verhältnismäßig
geringen Anteilen mit anderen Stoffen, insbesondere Schwermetallen wie z. B. Nickel,
zu einer Vorlegierung von gegenüber dem Schmelzgut größerem spezifischem Gewicht
verbindet oder ein Druckmittel auf ihn einwirken läßt.
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Die Erfindung geht von der letztgenannten Maßnahme aus, und zwar einer
Zuführung in flüssigem Zustande von oben her mittels eines in die Schmelze eintauchenden
Rohres. Bei bekannten derartigen Vorrichtungen erreicht der Reaktionsstoff, sofern
er nicht, gegen Wärmeaufnahme vollkommen geschützt, pulverförmig eingeblasen wird
oder schon am Eintritt des Zuführungsrohres dampfförmig ist, spätestens im letzten,
von der Schmelze umgebenen Bereich desselben seine Siedetemperatur. Man hat auch
schon an ein flüssiges Einbringen, des Reaktionsstoffes in die Schmelze gedacht;
es fehlte jedoch. bisher eine dafür geeignete Vorrichtung, mit der wirklich sichergestellt
wird, daß die Verdampfung des flüssigen Reaktionsstoffes unabhängig von der höheren
Temperatur der das Austrittsende des Zuführuugsrohres umgebenden Schmelze erst innerhalb
derselben stattfindet, wodurch eine bessere Reaktionswirkung erreicht wird. Außerdem
ist es erwünscht, den betriebsmäßigen Anforderungen bezüglich der Zuführungsmöglichkeit
des Reaktionsstoffes in beliebig großer Menge und zeitlich regelbarer Verteilung,
gegebenenfalls nacheinander in verschiedene Behandlungsgefäße,, unter Einhaltung
einer möglichst gleichbleibenden Temperatur bei einfachster Handhabung der ganzem,
Vorrichtung Rechnung zu tragen.
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Demgemäß besteht die Erfindung darin, d,aß eine rüsse,lartige Zuführungseinrichtung
für den Reaktionsstoff, die am Eintrittsende zusammen mit einer Schmelzeinrichtung-an
einemStä.nder od. dgl. in der Höhe verschiebbar. und vorzugsweise auch seitlich
schwenkbar gehaltert ist, zwischen einem zentralen Durchflußrohr und einer isolierenden
Verkleidung zwei weitere, dazu konzentrisch angeordnete Ringräume enthält, von denen
der eine zur Aufnahme eines Heizmittels oder Heizelementes und der andere für einen
Kühlmittelumlauf dient, und wobei die Wärmezufuhr bzw. -abfuhr während des Betriebes
vorzugsweise selbsttätig so geregelt wird, daß der Reaktionsstoff auf der ganzen
Länge des Rüssels immer flüssig bleibt.
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In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist der Rüssel etwa
umgekehrt U-förmig gebogen und an seinem Eintrittsende zusammen mit der Schmelzeinrichtung
an einem Ständer od. dgl. in der Höhe verschiebbar und vorzugsweise auch seitlich
schwenkbar geführt. An seinem. anderen, zum Eintauchen in die zu behandelnde Schmelze
dienenden Ende ist der Rüssel mit einem konischen,Mundstück versehen, das schräg
abwärts gerichtete Austrittsbohrungen; und anschließend schräg aufwärts gerichtete
Verteilungsmulden für den. flüssigen Reaktionsstoff hat. Die Einrichtungen zum Kühlmittelumlauf
brauchen sich übrigens nur auf den in die Schmelze hineinragenden Schenkel des Rüssels
zu erstrecken. Schließlich ist zweckmäßig im Schwenkbereich des Rüssels eine heizbare
Kammer angeordnet, in welcher der Rüssel etwa auf seiner zum Eintauchen in die Schmelze
vorgesehenen Länge während der behandlungsfreien Zeiten vorgewärmt bzw. warmgehalten
wird.
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Sonstige mit der Erfindung zusammenhängende Einzelheiten und die mit
ihr erreichten Vorteile ergeben, sich aus der nachstehenden Beschreibung einer in
der Zeichnung beispielsweise dargestellten Ausführungsform. Es zeigt Abb. i die
Vorrichtung in Betriebsstellung zusammen mit einer Gießpfanne in Seitenansicht bzw.
im Schnitt, Abb. a in entsprechender Weise die Vorrichtung in Ruhestellung zusammen
mit einem Vorwärmer, Abb. 3 eine Draufsicht auf die Vorrichtung mit der Gießpfanne
und dem seitlich davon angeordneten Vorwärmen Die zu behandelnde Eisen-, Stahl-
oder sonstige Metallschmelze befindet sich in einer Pfanne i, die für die Dauer
der Behandlung auf einem Sockel :2 abgestellt ist. In die Pfanne wird mittels eines
beliebig maschinellen, von Hand. zu steuernden Antriebes der eine Schenkel eines
etwa ein umgekehrtes U darstellenden Rüssels 3 eingefahren, der am unteren Ende
seines anderen Schenkels über eine vorgeschaltete Schmelzkammer ,4 an einem Ständer
5 senkrecht verschiebbar und um die Ständerachse seitlich verschwenkbar geführt
ist.
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An dem in der Betriebsstellung (Abb. i) bis nahe an den Pfannenboden
in die Schmelze eiintauchen.d.en freien Ende des Rüssels ist ein im Längsschnitt
etwa dreieckförmiges Mundstück 6 mit Austrittsbohrungen 7 für das zentrale Zuführungsrohr
8 des" Reaktionsstoffes angeordnet. Die Austrittsbohrungen 7 münden, in längs der
Mantellinie des Mundstückes 6 verlaufende Nuten oder Mulden g. Das sich von der
Schmelzkammer d. bis zum Mundstück 6 erstreckende Zuführungsrohr 8 ist auf seiner
ganzen, Länge von einer in einem abgeschlossenen Ringraum untergebrachten Heizspirale
io umgeben. Statt einer elektrischen Heizeinrichtung kann, auch ein von einem Heizmittel
durchströmtes Rohr vorgesehen sein. Außerhalb davon befindet sich ein zweiter Ringraum,
der
nach außen durch ein Rohr i i begrenzt und durch eine Zwischenwand
12 so unterteilt wird, daß ein durch ein Rohr 13 an der Unterseite der Rüsselumlenkung
zugeführtes Kühlmittel, z. B. Luft., zunächst bis zum Mundstück 6 und. dann zurückgeführt
wird. An der Oberseite der Rüsse@lumlenkung ist die Austrittsstelle 14 für das Kühlmittel.
Zur Verringerung einer unerwünschten Wärmeabgabe bzw. -aufnehme ist der Rüssel auf
seiner ganzen Länge ringsum mit Isoliersteinen 15 verkleidet.
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In etwa gleicher Höhe mit dem Rand der Pfanne i ist ebenfalls im Schwenkbereich
des Rüssels eine nach obern offene Kammer 16 angeordnet, die von Heizelementen 17
und einer Isolierschicht 18 umgeben ist. Die Kammer 16 hat zweckmäßig eine solche
Größe und Form, daß sie in der Ruhestellung des Rüssels (Abb.2) etwa, seinen sonst
in. die Schmelze eintauchenden Teil aufnehmen. kann. An den nach der Mitte zu etwas
geneigten und dort offenen Boden der Kammer schließt sich eine von einem Kühlraum
i9 umgebene, auswechselbare Tropfpfanne 2o an. Statt der Kühlung der Tropfpfanne
und Erstarrung des Reaktionsstoffes kann man denselben auch von dort in flüssigem
Zustand abziehen..
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Die Behandlung einer Schmelze wird mit einer solchen Vorrichtung in
der Weise durchgeführt, daß der betreffende Reaktionsstoff in der Schmelzkammer
d. verflüssigt, und dann. durch ein, in diesem Zustand auf ihn einwirkendes, sich.
aber nicht mit ihm vermischendes Druckmittel durch das Rohr 8 bis zum Mundstück
6 des Rüssels gefördert und mit Hilfe der Austrittsbohrungen 7 und der Nuten oder
Mulden g an mehreren. möglichst verteilten Stellen in ganz dünnen Strahlen, tief
unterhalb der Oberfläche in die Schmelze eingebracht wird. Dort löst sich der Reaktionsstoff
in einzelne kleine Tropfen auf, die bei über ihrem Siedepunkt liegender Temperatur
der Schmelze sofort 'verdampfen und als Blasen nach oben steigen.. Unter dem Einfluß
von Thermoelementen werden die Heiz- und Kühleinrichtungen io bzw. 11 bis 14 des
Rüssels während des Betriebes durch Schaltrelais so betätigt, daß der Reaktionsstoff
auf denn ganzen Zuführungsweg von der Schnnelzkammer d. bis zum Mundstück 6 flüssig
bleibt.
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Wenn die Behandlung einer Schmelze beendet ist, wird der Rüssel aus
der Pfanne herausgefahren, geschwenkt und mit seinem freien Ende in. die Heizkammer
16 hineingefahren. Dadurch wird auch in den Betriebspausen, einerseits ein Erstarren
des Reaktionsstoffes innerhalb des Mundstückes, andererseits ein schädliches Abkühlen
der gegen stärkere Temperaturschwankungen vielfach empfindlichen Isolierstoffe verhindert.
Die Temperatur der Heizkammer wird etwa auf 5o bis ioo° C über dem Schmelzpunkt
des Reaktionsstoffes gehalten. Durch die umgekehrte U-Form des Rüssels wird erreicht,
daß nach dem Abstellen des Einspritzdruckes während des Herausfahrens des Rüssels
aus der Schmelze an den Austrittsbohrungen 7 des Mundstückes 6 nach beiden Seiten
hin im wesentlichen Druckausgleich herrscht, so daß weder der noch im Rüssel befindliche
Reaktionsstoff ausfließt noch Luft in den Rüssel eintritt.
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Der Rüssel kann gegebenenfalls auch ohne den außerhalb der Pfanne
senkrecht verlaufenden Schenkel ausgeführt und von seinenn oberen, waagerechten
Zwischenstück aus direkt mit der Schmelzkammer verbunden und am Ständer geführt
sein.
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Eine derartige Vorrichtung eignet sich sowohl zur Herstellung sphärolithischen
Gußeisens als auch zur Reinigung von Eisen.-, Stahl- oder sonstigen Metallschmelzen.
Die betreffendem Behandlungen können, wie an sich bekannt, mit Magnesium oder anderen
geeigneten Reaktionsstoffen durchgeführt werden, und zwar vorzugsweise in vollkommen
reinem oder möglichst hochprozentig vorlegiertem Zustand.
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Alle Bedienungs- und, Überwachungsgeräte der Vorrichtung für die Bewegungen
des Rüssels, das Schmelzen und Einbringen des Reaktionsstoffes, das Einhalten bestimmter
Temperaturen im Rüssel und in der Heizkammer sind zweckmäßig an einem in der Zeichnung
nicht dargestellten Schaltstand zusammengefaßt, von dem aus gegebenenfalls auch
der An- und Abtransport der Pfannen i gesteuert wird.