[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Zugabe von verdampfbaren und schmelzbaren
Zusätzen in geschmolzene Eisenlegierungen in einer Aufbereitungspfanne in einer Überdruckkammer
eines Autoklaven, wobei diese Zusätze in einer tauchbaren Modifizierglocke untergebracht
sind, die in die Schmelze zur Herstellung von sphärolithischem Gußeisen oder Gußeisen
mit Vermikulargraphit oder von mit Magnesium modifiziertem Gußeisen und/oder zur Herstellung
von Vorlegierungen mit Magnesium und mit Zer und/oder zur Entschwefelung und zur Desoxydation
der Eisenlegierungen eingetaucht wird sowie auf eine Einrichtung zu dessen Durchführung.
[0002] Für die Einbringung von Magnesium, Zer und anderen verdampfbaren oder schmelzbaren
Stoffen in die geschmolzenen Metallegierungen ist es bekannt, Autoklaven mit einer
Überdruckkammer anzuwenden, wo das physikalische Gesetz ausgenützt wird, daß sich
die Siedetemperatur mit steigendem Überdruck erhöht. In die Überdruckkammer mit der
darin eingesetzten, die Schmelze enthaltenden Aufbereitungspfanne wird die Luft mit
einem solchen Überdruck eingeblasen, der der Temperatur des flüssigen Metalls und
also auch des z. B. Magnesiums proportional ist und seine Verdampfung verzögert. Für
die Erfüllung der angeführten Funktionen werden verschiedene Verfahren der Einbringung
der angeführten Stoffe verwendet. Z. B. wird das metallische Magnesium auf einer Stange
befestigt und entweder blank oder mit Isolationsschichten versehen eingetaucht, welche
die Erwärmung und die Verdampfung behindern, Raffinationszusätze werden frei in die
Pfanne geworfen, oder es werden tauchbare Modifizierglocken verschiedener Konstruktionen
von verschiedenen Materialien und Ausführungen angewendet, in welche die Zusätze eingelegt
werden. Demzufolge sind auch die Ausnutzungsstufe des Magnesiums und der weiteren
Zusätze und die Reproduzierbarkeit dieser Werte und dadurch auch die Herstellungsqualität
verschieden.
[0003] Es ist bekannt, wie z. B. "Technický naucný slovník" (Technisches Lehrlexikon), Teil
I SNTL 1981 (= Staatlicher Verlag der technischen Literatur 1981), Seite 125 und 126
zeigt, einen Autoklav auszubilden, dessen tauchbare Glocke mit zwei Öffnungsreihen
versehen ist, welche oberhalb gegeneinander nicht in einer Mantellinie untergebracht
sind. Das Verfahren der Zugabe von verdampfbaren und schmelzbaren Zusätzen enthält
keine Angaben, zu den Absenkungsdauern und -stellungen sowie den Verhältnisparametern
der Überdruckkammer und der tauchbaren Modifizierglocke. Ähnlich ist es auch in dem
Buch "Magnesiumbehandeltes Gußeisen" der Autoren Prof. K.J.Vascenko und L. Sofroni
(VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzip 1960) auf den Seiten 130 bis
135 und 146, 157.
[0004] Ähnlich ist aus dem SU-Urheberschein 142 665 zwar der Rauminhalt 3,7 m³ der Überdruckkammer
bekannt, aber weder das Einbringungsverfahren der Zusätze noch der Rauminhalt der
tauchbaren Modifizierglocke sind hier angeführt.
[0005] Aus dem SU-Urheberschein 817 061 und aus der DE-AS 1 168 458 ist ersichtlich, daß
es bekannt ist, eine tauchbare Modifizierglocke mit den oberhalb gegeneinander angeordneten
Öffnungsreihen auszubilden, wobei diese Öffnungen gegen die Längsachse der tauchbaren
Modifizierglocke immer in derselben Richtung geneigt sind, was sich als nachteilig
erwiesen hat.
[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Überwindung einiger der oben angeführten
Nachteile ein Verfahren und eine Einrichtung der eingangs vorausgesetzten Art zu entwickeln,
welche die optimalen Bedingungen für den Verlauf des technologischen Prozesses, d.
h. für die maximale Ausnutzung aller Zusätze, für die optimale Durchmischung der Zusätze
mit der Schmelze und die Verbesserung der Regulierbarkeit des Prozesses und seine
Reproduzierbarkeit ermöglichen.
[0007] Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gelöst, daß die Absenkungsdauer
der tauchbaren Modifizierglocke in der Schmelze in eine untere Stellung, welche höchstens
50 mm oberhalb des Bodens der Aufbereitungspfanne liegt, höchstens 3 Sekunden beträgt.
[0008] Die genannte Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Einrichtung mit einer Autoklav-Überdruckkammer,
einer darin angeordneten Aufbereitungspfanne für Eisenlegierungsschmelzen und einer
tauchbaren Modifizierglocke zur Aufnahme von Zusätzen dadurch gelöst, daß einerseits
das Verhältnis des effektiven Rauminhalts der tauchbaren Modifizierglocke, wobei der
effektive Rauminhalt der tauchbaren Modifizierglocke aus dem Innendurchmesser D
n der tauchbaren Modifizierglocke und der effektiven Höhe V
ef errechnet wird, zu dem Rauminhalt der Überdruckkammer den Wert 2 bis4 : 1000 in der
Abhängigkeit vom Schwefelinhalt aufweist und andererseits das Verhältnis der Flächensumme
mindestens einer oberen Öffnung zu dem inneren Rauminhalt der tauchbaren Modifizierglocke
den Wert 1 : 100 bis 1 : 200 aufweist. Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemäßen
Einrichtung sieht vor, daß die effektive Höhe zwischen mindestens einer unteren Öffnung
und mindestens einer oberen Öffnung der tauchbaren Modifizierglocke gleich dem oder
kleiner als der Innendurchmesser der tauchbaren Modifizierglocke ist, eine andere,
daß die Gesamtfläche mindestens einer unteren Öffnung der tauchbaren Modifizierglocke
gleich der oder größer als die Gesamtfläche mindestens einer oberen Öffnung der tauchbaren
Modifizierglocke ist. Weitere vorteilhafte Ausbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung
sehen vor,
a) daß mindestens eine obere Öffnung der tauchbaren Modifizierglocke durch ihr inneres
Ende in Richtung zum Boden der tauchbaren Modifizierglocke geneigt ist und mindestens
eine untere Öffnung der tauchbaren Modifizierglocke durch ihr äußeres Ende in Richtung
zum Boden der tauchbaren Modifizierglocke geneigt ist,
b) daß das Verhältnis des Innendurchmessers des Bodens der Aufbereitungspfanne zu
dem Innendurchmesser der tauchbaren Modifizierglocke den Wert 2 : 1 bis 4 : 1 aufweist
und
c) daß die tauchbare Modifizierglocke im oberen Querteil mit einer Durchgangsöffnung
für eine Metallhaltestange und mit einer dazu konzentrischen größeren Blindöffnung
für ein Schutzrohr der Metallhaltestange versehen ist, wobei das untere Ende der Metallhaltestange
mit deren Befestigungselement im Innenteil des oberen Querteils der tauchbaren Modifizierglocke
durch eine Schutzansatzfüllung abgedeckt ist.
[0009] Die Hauptvorteile des Verfahrens und der Einrichtung gemäß der Erfindung liegen darin,
daß die vollkommenen Bedingungen für den Verlauf des ganzen technologischen Prozesses
erzielt werden, das heißt, daß die maximale Ausnutzung aller Zusätze ermöglicht wird,
daß die beste Durchmischung der Zusätze mit der Schmelze gewährleistet wird, daß die
Regulierbarkeit des ganzen Prozesses verbessert wird und daß seine sehr gute Reproduzierbarkeit
ermöglicht wird. Ebenfalls wird die Verdampfung mit der optimalen Geschwindigkeit
gewährleistet, und für die Bereitstellung der maximalen Ausnutzung der Zusätze in
der Schmelze wird die Dauer der Absenkung der tauchbaren Modifizierglocke in die tiefste
Stellung in der Aufbereitungspfanne gleich oder kleiner als drei Sekunden gewählt,
weil so die Zusätze durch die Schmelze schneller durchgehen, bevor sie sich auf die
Verdampfungstemperatur erhitzen, so daß sie bei dem Eintauchen der tauchbaren Modifizierglocke
nicht verdampfen. Der Boden der tauchbaren Modifizierglocke soll bei diesem Prozeß
von dem Boden der Aufbereitungspfanne nicht mehr als 50 mm entfernt sein. Dadurch
tritt die Verdampfung der Zusätze in der niedrigsten Stellung ein, und der längste
Weg des vergasten Magnesiums, Zers und der Raffinationsstoffe durch das Metall wird
ausgenutzt. Weiter werden die gleichlaufende Modifizierung und Raffination der Metallegierung
gesichert. Bei dem Modifizierungsprozeß entsteht eine beträchtliche Menge der Magnesium-
und Zerreaktionsprodukte. Es sind zum Beispiel MgO, MgS, Mg-Mn-Fe-Silikate, welche,
wenn sie in die Gußstücke eindringen, ihre mechanischen und andere Eigenschaften
erniedrigen und zum Ausschuß führen können. Der Zusatz von verflüssigbaren Stoffen,
welche sich gleichzeitig mit dem Magnesium und mit dem Zer lösen oder verdampfen
und durch ihre Dämpfe in das ganze Metallvolumen zerstreut werden, wirkt auf die Verflüssigung
und auf die Koagulation der Reaktionsprodukte ein, welche dann leichter zur Schlackenoberfläche
herausschwimmen und mit der Schlacke entfernt werden. Weiter wird gesichert, daß die
Verdampfung der eingeführten Zusätze mit einer optimalen Geschwindigkeit verläuft,
welche ihre maximale Ausnutzung gewährleistet und die Rührfunktion am besten erfüllt.
Die Vorteile verstärken sich noch aufgrund der weiter angeführten Einzelheiten. Bei
dem Eintauchen werden die freien Räume der tauchbaren Modifizierglocke, solange sie
nicht mit den Zusätzen gefüllt sind, durch das flüssige Metall gefüllt. Die Glockengröße
muß also derart werden, daß sie alle unumgänglich notwendigen Zusätze für die Erfüllung
der Modifizierung aufnimmt, aber keine überflüssigen großen Räume entstehen, wohin
schon beim Eintauchen zuviel Metall eindringt, welches den Inhalt vorzeitig auf die
Verdampfungstemperaturen erwärmt. Nicht einmal in dem weiteren Modifizierungsprozeß
ist es wünschenswert, daß in der tauchbaren Modifizierglocke überflüssig große Räume
auftreten, welche zur beträchtlichen Metallanhäufung und einer unerwünschten Reaktionsbeschleunigung
führen. Die Größe der tauchbaren Modifizierglocke kann also ihre Funktion dann fehlerlos
erfüllen, wenn sie in einem bestimmten Verhältnis zu der Größe der Autoklavüberdruckkammer
liegt. Dadurch ist es möglich, den Modifiziervorgang zu steuern und die guten und
reproduzierbaren Ergebnisse zu erzielen.
[0010] Aus denselben Gründen sind die Größen der Öffnungen für den Metalleintritt in die
tauchbare Modizierglocke und für das Entweichen der Gasprodukte so gewählt, daß der
ganze Vorgang mit einer gewissen Intensität abläuft und gut regulierbar ist. Die Zusätzeausnutzung
ist umso größer, je länger der Weg der Zusätze durch das Metall bei ihrem Verdampfen
oder Schmelzen ist. Es ist deshalb wichtig, daß die maximale Menge dieser Zusätze
in das Metall möglichst weit unten in der Pfanne hineingerät. Aus diesen Gründen wird
vorgeschlagen, die tauchbare Modifizierglocke so anzuordnen, daß die effektive Höhe,
d. h. die Höhe von der unteren Öffnungsreihe zu der oberen Öffnungsreihe gleich dem
oder kleiner als der Innendurchmesser der tauchbaren Modifizierglocke ist. Aus denselben
Gründen wird vorgeschlagen, daß die Gesamtfläche der unteren Öffnungen größer als
die Gesamtfläche der oberen Öffnungen ist, weil dadurch in den unteren Öffnungen ein
kleinerer Widerstand gegen die Dampfentweichung aus der tauchbaren Modifizierglocke
in das Metall gebildet wird. Dem Gaseintritt möglichst weit unten in das Metall hilft
auch die Neigung der unteren Öffnungen mit ihrem inneren Ende in Richtung zum Boden.
Dagegen sind in dem oberen Teil die Öffnungen im Mantel der tauchbaren Modifizierglocke
mit ihren äußeren Enden zum Boden der tauchbaren Modifizierglocke so geneigt ausgebildet,
daß sich dort kein Gaspolster ausbildet, welches das Metalleindringen bis zum Boden
und die Zusatzschmelzung nicht erlaubt, wobei garantiert ist, daß die hier entwichenen
Gase an dem Modifiziervorgang und der intensiven Metallwirbelung voll teilnehmen werden.
Aus dem Grund, daß eine hohe Metallsäule ausgebildet wird, durch welche die vergasten
oder geschmolzenen Zusätze durchgehen, wird die Modifizierpfanne verhältnismäßig
schlank vorgeschlagen, also mit dem Bodeninnendurchmesser der Aufbereitungspfanne
zu dem Innendurchmesser der tauchbaren Modifizierglocke in dem Verhältnis 2 : 1 bis
4 : 1. Der obere Querteil der tauchbaren Modifizierglocke ist mit einer Durchgangsöffnung
für eine Metallhaltestange und mit einer konzentrischen Aufweitung versehen. In diese
wird ein Rohr aus feuerfestem Material eingelegt, und das ganze Rohr wird so abgedichtet,
daß die Metallhaltestange beim Eintauchen bis zum Ende vor der Berührung mit dem geschmolzenen
Metall geschützt wird. Durch eine Schutzansatzfüllung wird auch die Stangenhalterung
im inneren Teil der tauchbaren Modifizierglocke geschützt. Die Isolationsfähigkeit
dieses feuerbeständigen Schutzes ist so gewählt, daß die Stange die Beanspruchung
beim Eintauchen, die Auftriebskräfte und Vibrationen aushält und daß sie auch die
Biegebeanspruchung aushält, welche durch das Gesamtgewicht der Füllung der in der
waagerechten Stellung eingespannten tauchbaren Modifizierglocke hervorgerufen wird.
In dieser Stellung kann die Füllung der tauchbaren Modifizierglocke durchgeführt werden.
[0011] Die Erfindung wird im weiteren anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit
der Zeichnung ausführlich erläutert.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße tauchbare Modifizierglocke mit der schematisch
dargestellten Aufbereitungspfanne; und
Fig. 2 stellt schematisch in einem kleineren Maßstab die erfindungsgemäßen Einrichtung
mit einem Autoklav, der Überdruckkammer, der Aufbereitungspfanne und der tauchbaren
Modifizierglocke dar.
[0012] Die tauchbare Modifizierglocke 1 ist an der Metallhaltestange 3 aufgehängt, welche
in dem Schutzrohr 2 gehalten ist. Dieses Schutzrohr 2 geht durch den Deckel der Überdruckkammer
6 des Autoklaven durch. Die tauchbare Modifizierglocke 1 ist in dem oberen Querteil
mit einer Durchgangsöffnung für die Metallhaltestange 3 und einer zu dieser konzentrischen
oberen Blindöffnung für das Schutzrohr 2 versehen, wobei das untere Ende der Metallhaltestange
3 samt deren Befestigungselement, welches z. B. durch eine Mutter gebildet ist, in
dem inneren Bereich des oberen Querteils der tauchbaren Modifizierglocke 1 mit einer
Schutzansatzfüllung 7 abgedeckt ist. Die tauchbare Modifizierglocke 1 ist mit mindestens
einer, vorteilhaft aber mit einer ganzen Reihe von oberen Öffnungen 5 und von untern
Öffnungen 4 versehen. Diese unteren Öffnungen 4 und oberen Öffnungen 5 sind einerseits
in unterschiedlichen Mantellinien der tauchbaren Modifizierglocke 1 angeordnet,
was bedeutet, daß sie nicht übereinander angeordnet sind, und andererseits sind sie
geneigt ausgebildet, wobei die oberen Öffnungen 5 zum Boden der tauchbaren Modifizierglocke
1 mit ihrem inneren Ende geneigt sind und die unteren Öffnungen 4 zum Boden der tauchbaren
Modifizierglocke 1 mit ihrem äußeren Ende geneigt sind. Das Verhältnis der Flächensumme
der unteren Öffnungen 4 und oberen Öffnungen 5 zum inneren Rauminhalt der tauchbaren
Modifizierglocke 1 weist dabei den Wert 1 : 100 bis 1 : 200 auf, und die effektive
Höhe V
ef zwischen den unteren Öffnungen 4 und den oberen Öffnungen 5 ist gleich dem oder
kleiner als der Innendurchmesser D
n der tauchbaren Modifizierglocke 1. Weiter ist es vorteilhaft, die angeführten Öffnungen
so anzuordnen, daß die Gesamtfläche der unteren Öffnungen 4 gleich der oder größer
als die Gesamtfläche der oberen Öffnungen 5 der tauchbaren Modifizierglocke 1 ist.
Auf dem Boden der Überdruckkammer 6, durch deren Deckel die Metallhaltestange 3 für
die Absenkung und für die Hebung der tauchbaren Modifizierglocke 1 durchgeht, ist
die Aufbereitungspfanne 8 angeordnet, in welche die tauchbare Modifizierglocke 1 einschiebbar
ist, wobei das Verhältnis des effektiven Rauminhalts der tauchbaren Modifizierglocke
1 zu dem Rauminhalt der Überdruckkammer 6 den Wert 2 bis 4 : 1000 aufweist und vorteilhaft
das Verhältnis des Innendurchmessers des Bodens der Aufbereitungspfanne 8 zu dem
Innendurchmesser D
n der tauchbaren Modifizierglocke 1 den Wert 2 : 1 bis 4 : 1 aufweist.
[0013] Die tauchbare Modifizierglocke 1, welche mit dem zugehörigen verdampfbaren oder
schmelzbaren Zusatz, z. B. mit Magnesium gefüllt ist, wird mittels der Metallhaltestange
3 in die Aufbereitungspfanne 8 gesenkt, wobei in der Überdruckkammer 6 des Autoklaven
der erforderliche Druck herrscht. Für die Sicherstellung der Verdampfung mit optimaler
Geschwindigkeit und für die Sicherstellung der maximalen Ausnutzung der Zusätze in
der Schmelze wird die Absenkungsdauer der tauchbaren Modifizierglocke 1 in die unterste
Stellung in der Aufbereitungspfanne 8 gleich oder kleiner als drei Sekunden gewählt,
weil die Zusätze so durch die Schmelze durchgehen, bevor sie sich auf die Verdampfungstemperatur
erhitzen, so daß sie beim Eintauchen der tauchbaren Modifizierglocke 1 noch nicht
verdampfen. Der Boden der tauchbaren Modifizierglocke 1 soll nach dem Absenken nicht
mehr als 50 mm vom Boden der Aufbereitungspfanne 8 entfernt sein. Dadurch setzt die
Zusatzverdampfung in der niedrigsten Stellung ein, und so wird der längste Weg des
vergasten Magnesiums, Zers und der Raffinationsstoffe durch das Metall ausgenutzt.
Die tauchbare Modifizierglocke 1 wird nach der Beendigung des Aufbereitungsprozesses
aus der Schmelze herausgezogen und in der Überdruckkammer 6 des Autoklaven mit einer
neuen Zusatzdosis gefüllt, wodurch diese zur wiederholten Anwendung vorbereitet ist.
Die Füllung wird regelmäßig in der horizontalen Stellung der tauchbaren Modifizierglocke
1 durchgeführt.
1. Verfahren zur Zugabe von verdampfbaren und schmelzbaren Zusätzen in geschmolzene
Eisenlegierungen in einer Aufbereitungspfanne in einer Überdruckkammer eines Autoklaven,
wobei diese Zusätze in einer tauchbaren Modifizierglocke untergebracht sind, die
in die Schmelze zur Herstellung von sphärolithischem Gußeisen oder Gußeisen mit Vermikulargraphit
oder von mit Magnesium modifiziertem Gußeisen und/oder zur Herstellung von Vorlegierungen
mit Magnesium und mit Zer und/oder zur Entschwefelung und zur Desoxydation der Eisenlegierungen
eingetaucht wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Absenkungsdauer der tauchbaren Modifizierglocke in der Schmelze in eine untere
Stellung, welche höchstens 50 mm oberhalb des Bodens der Aufbereitungspfanne liegt,
höchstens 3 Sekunden beträgt.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Autoklav-Überdruckkammer,
einer darin angeordneten Aufbereitungspfanne für Eisenlegierungsschmelzen und einer
tauchbaren Modifizierglocke zur Aufnahme von Zusätzen,
dadurch gekennzeichnet,
daß einerseits das Verhältnis des effektiven Rauminhalts der tauchbaren Modifizierglocke
(1) zu dem Rauminhalt der Überdruckkammer (6) den Wert 2 bis 4 : 1000 aufweist und
andererseits das Verhältnis der Flächensumme mindestens einer oberen Öffnung (5)
zu dem inneren Rauminhalt der tauchbaren Modifizierglocke (1) den Wert 1 : 100 bis
1 : 200 aufweist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die effektive Höhe (Vef) zwischen mindestens einer unteren Öffnung (4) und mindestens einer oberen Öffnung
(5) der tauchbaren Modifizierglocke (1) gleich dem oder kleiner als der Innendurchmesser
(Dn) der tauchbaren Modifizierglocke (1) ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gesamtfläche mindestens einer unteren Öffnung (4) der tauchbaren Modifizierglocke
(1) gleich der oder größer als die Gesamtfläche mindestens einer oberen Öffnung (5)
der tauchbaren Modifizierglocke (1) ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine obere Öffnung (5) der tauchbaren Modifizierglocke (1) durch ihr
inneres Ende in Richtung zum Boden der tauchbaren Modifizierglocke (1) geneigt ist
und mindestens eine untere Öffnung (4) der tauchbaren Modifizierglocke (1) durch
ihr äußeres Ende in Richtung zum Boden der tauchbaren Modifizierglocke (1) geneigt
ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis des Innendurchmessers des Bodens der Aufbereitungspfanne (8) zu
dem Innendurchmesser (Dn) der tauchbaren Modifizierglocke (1) den Wert 2 : 1 bis 4 : 1 aufweist.
7. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die tauchbare Modifizierglocke (1) im oberen Querteil mit einer Durchgangsöffnung
für eine Metallhaltestange (3) und mit einer dazu konzentrischen größeren Blindöffnung
für ein Schutzrohr (2) der Metallhaltestange (3) versehen ist, wobei das untere Ende
der Metallhaltestange (3) mit deren Befestigungselement im Innenbereich des oberen
Querteils der tauchbaren Modifizierglocke (1) durch eine Schutzansatzfüllung (7)
abgedeckt ist.