DE969984C - Vorrichtung zum Behandeln von Metallschmelzen - Google Patents

Vorrichtung zum Behandeln von Metallschmelzen

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DE969984C
DE969984C DEG12032A DEG0012032A DE969984C DE 969984 C DE969984 C DE 969984C DE G12032 A DEG12032 A DE G12032A DE G0012032 A DEG0012032 A DE G0012032A DE 969984 C DE969984 C DE 969984C
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melt
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liquid
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DEG12032A
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Guenther Koepke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Original Assignee
Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/04Removing impurities by adding a treating agent
    • C21C7/072Treatment with gases

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Description

  • 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.
  • 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..
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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..
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Vorrichtung zum Behandeln von. Metallschmelzen, insbesondere: Eisen- und Stahlschmelzen mit einem Reaktionsstoff, welcher der Schmelze flüssig von oben her bis unter deren Oberfläche zugeführt wird zur Gefügebeeinflussung- der Schmelze und/oder zum Reinigen derselben von unerwünschten, im allgemeinen gasförmigen. Einschlüssen, dadurch gekennzeichnet, daß eine rüsselartige Zuführungseinrichtung (3) für den Reaktionsstoff, die am Eintrittsende zusammen mit einer Schmelzeinrichtung (q.) an einem Ständer (5) od. dgl. in der Höhe verschiebbar und vorzugsweise auch seitlich v erschwenkbar gehaltert ist, zwischen einem zentralen Durchflußrohr (8) und. einer isolierenden Verkleidung (15) zwei weitere, dazu konzentrisch angeordnete Ringräume enthält, von denen der eine zur Au.fnahme eines -Heizmittels oder Heizelementes (io) 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.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Rüssel (3) etwa umgekehrt U-förmig gebogen ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Rüssel (3) an dem zum Eintauchen in die zu behandelnde Schmelze bestimmten freien Ende mit einem konischem Mundstück (6) versehen ist, das schräg abwärts gerichtete Austrittsbohrungen (7) und anschlie- Bend schräg aufwärts gerichtete Verteilungsmulden (9) für den flüssigen Reaktionsstoff hat.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (12 bis 14) zum Kühlmittelumlauf sich nur auf den in die Schmelze hineinragenden Schenkel des Rüssels erstrecken.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß im Schwenkbereich des Rüssels (3) eine heizbare Kammer (16) angeordnet ist, in welcher der Rüssel etwa auf seiner zum Eintauchen in die Schmelze vorgesehenen Länge während der behandlungsfreien Leiten vorgewärmt bzw. warmgehalten wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 693 927, 843 166; USA.-Patentschriften Nr. 1 931 144, 2 527 498, 2 577 837; deutsche Patentanmeldung P 48778 VIa,/4oh; »Die Neue Gießerei«, Juli 1949, S. 204 bis 2o7.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1508113B1 (de) * 1965-10-21 1970-05-27 Air Liquide Verfahren und Vorrichtung zum Senken des Mangangehaltes einer Stahl- oder Gusseisenschmelze

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DE693927C (de) * 1939-01-18 1940-07-22 August Thyssen Huette Akt Ges Einblaserohr zum Einfuehren von Entschwefelungs- bzw. Reinigungsmitteln in fluessiges Eisen
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DE843166C (de) * 1950-12-16 1952-07-07 Freiherr Hans Prinz Von Buchau Verfahren und Vorrichtung zum Legieren von Metallen

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