DE1508108B1 - Verfahren zur Behandlung von Metallschmelzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entgasung von Schmelzen, z. B. von Stahl- oder Eisenschmelzen, und bezweckt, den Gasgehalt der Schmelzen auf sehr niedrige Werte herabzusetzen.

Ein übliches Verfahren zur Entgasung von Schmelzen ist ihre Behandlung unter Vakuum. Handelt es sich aber darum, den Sauerstoff weitestgehend zu entfernen, so ist eine Druckbehandlung bei gleichzeitiger Zuführung von z. B. Kalzium geeignet. Dieses Verfahren ist in »Third-Element-Interactions with the system liquid/iron — liquid calcium« von D. L. Sponceller näher beschrieben.

Bekannt ist ein Verfahren für die kontinuierliche Vakuumbehandlung von Schmelzen (USA.-Patentschrift 2 587 793). Dieses Patent zeigt einen Vakuuminduktionsofen mit offenem Zu- und Abfluß, dessen Schmelzbadoberfläche durch ein im Ofenraum erzeugtes Vakuum über das Niveau des Schmelzzuführbehälters angehoben ist. Dieser Ofen ist lediglich für eine Vakuumentgasung geeignet, Druckbehandlungen der Schmelze sind nicht möglich, da einmal auf Grund des Vakuumheberprinzips der Ofen nicht mehr mit Schmelze gefüllt wäre und zum anderen keine druckfesten Verschlüsse der Zu- und Abflüsse vorhanden sind.

Auch ist ein Niederfrequenzinduktionsofen bekannt (deutsche Patentanmeldung F 7619), der an sich so gebaut ist, daß er entweder eine Druck- oder Vakuumbehandlung der Schmelze unter gleichzeitiger Erwärmung und Umrührung der Schmelze zulassen würde. Dieser Anmeldung ist aber nicht die Erfindung zu entnehmen, ein und dieselbe Schmelze einer aufeinanderfolgenden Druck- und Vakuumbehandlung in dem gleichen Schmelzbehälter zu unterziehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren verbindet die Vorteile der Vakuumentgasung mit denen der Druckbehandlung und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze in demselben Schmelzgefäß unmittelbar vor oder nach einer Druckbehandlung einem Vakuum ausgesetzt und während der Druck- und Vakuumbehandlung erwärmt und umgerührt wird.

Durch diese aneinander anschließende Vakuum- und Druckbehandlung in einem Schmelzbehälter gelingt es, den Sauerstoffgehalt, der bei alleiniger Vakuumbehandlung nicht unter Werte von 0,002 bis 0,003 % zu bringen ist, auf Werte von etwa 0,0003 ⁰Zo zu senken.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, daß der im Anschluß an die Druckbehandlung im Schmelzbehälter noch vorhandene Druck zum Entleeren des Behälters und/oder zum Druckguß ausgenutzt werden kann.

Weiter ist für die Durchführung des Verfahrens wichtig, daß sowohl bei der Druck- als auch bei der Vakuumbehandlung eine Umrührung der Schmelze bei gleichzeitiger Warmhaltung erfolgt, die mit einer Temperaturkontrolle verbunden sein kann.

Die Erfindung betrifft weiter die Lösung des Problems, wie man in einfacher und wirtschaftlicher Weise die Warmhaltung und Umrührung in Verbindung mit verschiedenen Formen der Druck- und Vakuumbehandlung mit dem Ziel eines niedrigen Restgasgehaltes in der Schmelze erreichen kann. Es ist schwierig, ein Umrühren durch Einblasen von Gas bei Druck anzuwenden, dasselbe gilt auch für das mechanische Umrühren, das Durchlässe erfordert und auf Grund der hohen Temperatur kaum durchführbar ist. Denkbar ist ein elektromagnetischer Umrührer, dieser nimmt aber verhältnismäßig viel Raum in Anspruch, meist sind auch spezielle Stromquellen für niedrige Frequenzen (0,2 bis 10 Hz) erforderlich. Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, ist ein Ofen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch gekennzeichnet, daß der Ofenkörper mit seitlichen vakuum- und druckfest verschließbaren Ein- und Auslaufkanälen versehen ist, daß mindestens eine an sich bekannte ein- oder mehrphasig gespeiste Induktoreinheit des Rinnen- oder des Tiegeltyps am Ofenkörper abnehmbar befestigt und daß der Ofenkörper mit einem mit Druck- und Evakuierungsleitungen versehenen Deckel verschlossen ist.
Wie oben angegeben, soll bei allen diesen Vorgangen ein Umrühren in Verbindung mit Warmhalten stattfinden, beides wird durch die Induktoreinheit bzw. Induktoreinheiten erhalten. Zum Beispiel erhält man bei einer Induktoreinheit des Rinnentyps außer der Warmhaltung eine magnetische Druckwirkung (»Pinch-Effekt«) auf die Schmelze von der Rinne der Induktoreinheit aus, das Umrühren findet statt und gleichzeitig kann eine gute Tempe- λ raturkontrolle erreicht werden. Man erhält so eine ™ gute Entgasung und Homogenisierung der Schmelze.

Zweckmäßig sollen die Induktoreinheiten in einer an sich bekannten Weise austauschbar gemacht werden. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden an Hand derZeichnung beschrieben, in dieser zeigt Fig. 1 einen sogenannten »Tea-pot«-Ofen und

Fig. 2 das Stranggießen.

Von einer Gießpfanne 11 mit einem Stopfen 12 wird Schmelze in eine Einlauföffnung 13 eines Ofenkörpers gegossen. Die Öffnung ist mit einer Verschlußanordnung 14 versehen, z. B. einem Ventil, einem keramischen Dichtungsorgan, aber wenn nur geringer Überdruck im Ofen erreicht werden soll, kann die Schmelzsäule in der Öffnung selbst als Verschlußorgan dienen. Eventuell kann die Schmelze nach Entfernen des Druckvakuumdeckels auch in den zentralen Teil des Ofens gegossen werden.

Die Öffnung 13 führt zu dem zentralen Teil eines Ofenkörpers 15, der zweckmäßig kippbar ist. Am Ofenkörper 15 sind eine oder mehrere Induktoreinheiten 16 des Rinnen- oder Tiegeltyps austausch- \

bar angeschlossen. Eine austauschbare Induktoreinheit des Rinnentyps ist in der österreichischen Patentschrift 246 441 gezeigt. Am zentralen Ofenkörper 15 ist ein kombinierter Druck- und Vakuumdeckel 17 angeschlossen. Von diesem oder vom übrigen Ofenkörper führen eine oder mehrere verschließbare Evakuierungsleitungen 18 für die Abgase zu einer oder mehreren Evakuierungspumpen (nicht gezeigt). Zu dem Deckel oder Ofenkörper führen verschließbare Druckleitungen 19 für Luft oderlnertgas, die dazu vorgesehen sind, im Ofenraum einen Überdruck erzeugen zu können. Eventuell können die Leitungen 18 und 19 zu einer vereinigt werden.

Der Ofen ist auch mit einem Auslauf 20 versehen,

der mit einem Ventil 21 oder einem Pfropfen oder anderem Stopfen verschlossen werden kann. Der Auslauf kann eventuell auch mit einer Schnauze zum Abgießen der Schmelze vom Ofen beim Kippen versehen sein, wie es z. B. in Fig. 2 das Stranggießen aus einem Sammelgefäß 23 in eine Abgießanordnung 24 erfordert.

In F i g. 1 ist auch eine Leitung 22 gezeigt die von der Öffnung 20 ausgeht und für Druckgießen, ζ. Β. von Kokillen (s. 25), vorgesehen ist.

Das Verfahren nach der Erfindung wirkt folgend: Schmelze von der Gießpfanne 11 wird durch die Öffnung 13 in den Ofen eingefüllt. Die Induktoreinheiten 16 sind eingeschaltet und bewirken unter Temperaturkontrolle die Warmhaltung der Schmelze. Der Raum unter dem Deckel 17 wird über die Leitung 18 unter Umrühren der Schmelze von der Induktoreinheit 16 aus auf niedrigen Druck evakuiert. Nach einer gewissen Zeit wird die Vakuumbehandlung abgebrochen, die Ventile 14 und 21 werden geschlossen, wonach Druckgas eingeleitet wird, eventuell bei einem gewissen Zusatz von z. B. reinem Kalzium oder einer Kalziumverbindung zur Schmelze, immer noch unter Umrührung. Nachdem diese Druckbehandlung beendet ist, wird das Ventil 21 geöffnet und die Schmelze wird in das Gefäß 25 hinaufgedrückt. Wenn statt dessen ein gewöhnliches Gießen gewünscht wird, wird das Rohr 22 entfernt und der Ofen gekippt, wobei die Abfüllung z. B. gemäß F i g. 2 erfolgt.

Der Druck, den man im Ofen haben will, hängt einerseits davon ab, welches Material man bei der Druckbehandlung zuführt, und andererseits, wie groß die Verdampfung des Materials sein darf.

Bei Behandlung mit einem Ca bei ~ 1600° C ist ein Druck von 3,5 atü erforderlich, damit Ca nicht durch Kochen entweicht, aber auch bei 3,5 atü bekommt man natürlich eine gewisse Verdampfung von Ca.

Man kann also sagen, daß etwa 4 atü ein Druck ist, den der Ofen aushalten muß, daß aber ein höherer Druck im Ofen wünschenswert ist.

Der Ofen muß für mindestens 5 atü gebaut sein, zweckmäßig mindestens für 10 atü.

Die Erfindung kann in verschiedener Weise im Rahmen der Patentansprüche variiert werden. Man kann z. B. die beschriebene Anordnung nur für Druckgießen oder für Vakuumbehandlung und Druckgießen oder nur für Druckbehandlung und Druckgießen verwenden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Behandlung von Metallschmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze in demselben Schmelzgefäß unmittelbar vor oder nach einer Druckbehandlung einem Vakuum ausgesetzt und während der gesamten Behandlung erwärmt und umgerührt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines an sich bekannten Rinnenofens zum Erwärmen und Umrühren der Schmelze.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze zuerst einem Vakuum und anschließend der Druckbehandlung ausgesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen im Anschluß an die Druckbehandlung durch den im Inneren herrschenden Druck entleert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Ofen unter Druck austretende Schmelze direkt zum Druckguß oder zum steigenden Guß verwendet wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofenkörper (15) mit seitlichen vakuum- und druckfest verschließbaren Ein- und Auslaufkanälen (13,20) versehen ist, daß mindestens eine an sich bekannte ein- oder mehrphasig gespeiste Induktoreinheit (16) des Rinnen- oder des Tiegeltyps am Ofenkörper (15) abnehmbar befestigt und daß der Ofenkörper (15) mit einem mit Druck- und Evakuierungsleitungen (18, 19) versehenen Deckel verschlossen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofenkörper für das Abgießen in eine Gießpfanne, Kokille oder Gießform kippbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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