CH335199A - Verfahren zur Entfernung von Gasen aus Metallschmelzen - Google Patents

Description

  Verfahren zur Entfernung von Gasen aus     Metallschmelzen       Wie bekannt, ist man in der modernen       1Ietallurgie    bestrebt,     Metalle    und Legierun  gen mit höchstmöglichem Reinheitsgrad her  zustellen, auch mit Hinblick auf die in den  Metallen gelösten     Gase.    Es hat sich gezeigt,  dass ein Metall gasfrei sein     muss    bzw. nur       einen    geringen Gasgehalt aufweisen darf,       wenn    die besten Eigenschaften erhalten blei  ben sollen.

   Beim Erstarren gashaltiger Schmel  zen können nämlich freie Hohlräume ent  stellen, wodurch das     :Material        diskontinnier-          lieh    wird, und die Kohäsion und Festigkeit  infolgedessen herabgesetzt ist.  



  Solche Hohlräume können hinsichtlich  ihrer Wirkung mit Rissen     gleichgestellt    wer  den. Mancherlei Mittel und<U>W</U>ege wurden  schon vorgeschlagen, um Metallschmelzen zu  entgasen, z. B. die chemische Bindung der  Gase in fester Form, beispielsweise mit einer  Sehlacke, oder die Entfernung der Gase durch  mechanische Evakuierung. Eine dritte Me  thode, die sieh in ihrer     Wirkungsweise    der  mechanischen Evakuierung nähert, ist das  Auswaschen der gelösten Gase, indem die  Schmelze mit einem andern Gas, dem     soge-          nannten    Waschgas, durchgeblasen     wird.     



  Wendet man die chemische Bindung der  Gase mittels Schlacke an, so ist für eine wirk  same Reinigung eine wiederholte Behandlung  mit neuer Sehlacke notwendig, da sich ja  immer ein     Gleiclrgewiehtszustand    zwischen  den     Gasgehalten    der Schlacke und der    Schmelze einstellt. Bei einem solchen Verfah  ren ist es ferner schwierig, eine weitere Auf  nahme von Sauerstoff oder Stickstoff aus der  Luft zu verhindern, teils bei dem Schlacken  wechsel und     hauptsäehlieh    beim Abgiessen der  Schmelze. Entsprechende Nachteile sind mit  dem Waschen der Schmelze mit einem Gas  verbunden.

   Bei diesem Verfahren bildet sich  stets ein gewisser     Partialdruek    des ausgewa  schenen Gases oberhalb der     Schmelze,    was zu       zwangläufiger    Rückdiffusion führt. Ebenso  hat man in diesem Falle beim Abgiessen der       Schmelze    dieselben Übelstände wie oben an  gegeben, nur in noch höherem Masse, weil ja  in der Schmelze ein Unterdruck des entfern  ten Gases, z. B. des Sauerstoffes, Stickstoffes  und Wasserstoffes, gegenüber der umgeben  den Atmosphäre     zustandegekommen    ist.

   Dies  hat. nicht nur eine neuerliche Auflösung der  nicht erwünschten Gase zur Folge, sondern  gleichzeitig eine kräftige chemische Reaktion  der Gase mit der     Schmelze    auf ihrer beim Ab  giessen     stark    vergrösserten Oberfläche. Die da  bei gebildeten Verunreinigungen treten als  dünne Häutchen     aut,    die beim Erstarren der  Schmelze trennende Schichten in der Metall  struktur bilden     und    dadurch     die    Festigkeits  eigenschaften herabsetzen.  



  Die mechanische Evakuierung hat, vergli  chen mit den übrigen Methoden, den Vorteil,  dass in diesem Fall auch das Abgiessen im  Vakuum vor sich gehen kann, so dass eine           Rückdiffusion    vermieden     wird.    Die mechani  sche     Ecakuierungsmethode    hat jedoch auch  bedeutende Nachteile. Der auffallendste Nach  teil ist. die komplizierte und kostspielige       Evakuierungsanlage    und die Notwendigkeit,  die Schmelze unter gasdichtem Abschluss zu  behandeln. Dies bringt besonders grosse       Schwierigkeiten    mit sieh, wenn man nicht in  sehr kleinem Massstab arbeitet. Ausserdem  kommt noch ein Faktor hinzu, der bisher un  beachtet geblieben ist.

   Er besteht in der  grundsätzlichen Verschiebung der kritischen  Werte einer Schmelze, vor allem hinsichtlich  des     Schmelzpunktes    und     Verdampfungspunk-          tes.    Bei einem sehr weit getriebenen Vakuum  gehen die in der Schmelze enthaltenen Metalle  in höherem Grade in die Gasphase über. Diese  Verdampfung steht in einem gewissen Ver  hältnis zu den natürlichen     Verdampfungs-          punkten    der am Aufbau beteiligten Metalle,  was eine Änderung der chemischen Zusam  inensetzung zur Folge haben muss.  



  Die vorliegende Erfindung betrifft ein  neues Verfahren zur     Entfernung    von Gasen  aus Schmelzen von Metallen oder Legierun  gen, das die oben beschriebenen Übelstände  nicht aufweist. Die Erfindung stützt sich auf  den     (Irundgedanken,    dass ein von den in der  Schmelze gelösten Gasen     verschiedenes    Gas  sich     wie    ein     Valium    gegenüber den gelösten  Gasen verhält. Die Entfernung eines Gases  mit Hilfe eines andern Gases wird. in der  Folge als     Gasevaluierung    bezeichnet und das  zugeführte Gas als     Ecakuierungsgas.     



  Das erfindungsgemässe Verfahren ist da  durch gekennzeichnet, dass in den Raum, der  sich     über    der Schmelze eines     Metalles    oder  einer Legierung befindet, ein Gas eingeleitet  wird, das der Schmelze die in ihr enthaltenen  Gase mindestens teilweise entzieht, und zwar  in der Weise, dass die Gasschicht unmittelbar  über der Schmelze kontinuierlich entfernt und  durch das eingeleitete Gas ersetzt wird und  dass die Schmelze bis zum Erstarren in einer  Atmosphäre des eingeleiteten Gases verbleibt.  



  Man kann z. B. eine gashaltige Schmelze  mit     einem    Gas in Berührung bringen, das frei    von den in der     Schmelze        enthaltenen    Gasen  ist. Soll dagegen z. B. der Stickstoffgehalt.  einer Stahlschmelze beibehalten, andere Gase  aber entfernt werden, kann die Gasevakuie  rung     erfindungsgemäss    so     ausgeführt    werden,  dass man die Schmelze mit, einem Gas in Be  rührung bringt, das Stickstoff enthält, aber  frei von den aus der     Sehinelze    zu entfernen  den Gasen ist,

   wobei der     Partialclruek    des  Stickstoffes mit dem     gewiinschteii    Stickstoff  gehalt der Stahlschmelze     ungefähr    im Gleich  gewicht steht. Neben Stickstoff kann ein     sol-          ehes    Gas noch ein anderes Gas enthalten, das  in der Schmelze zugelassen ist, oder eventuell  ein Edelgas, wie Helium, Argon, Krypton       ttsw.,    welche Gase in     --#letallsehinelzen    unlös  lich sind. -Wünscht man alle in der Schmelze  gelösten Gase zu     entfernen    oder ihren Gehalt  zu vermindern, so kann auch dies     durch    Gas  evakuierung     geschehen,    z. B. mit Edelgasen.  



  Das neue Verfahren ist besonders für  Schmelzen     geeignet.    die stark     nitridbildende     Metalle, wie z. B. Titan,     Niob,    Tautal und       Vanadin,    enthalten. Legierungen, die solche  Metalle enthalten, können     erfindungsgemäss     in einer     stickstofffreien    Atmosphäre geschmol  zen, vergossen und abgekühlt. werden, wobei  zweckentsprechend ein Edelgas, z. B. Argon  oder Helium, oder eventuell     Wasserstoff    ver  wendet wird.  



  Bei der Durchführung der     Gasevakuierung     ist es     @-on    besonderer     Bedeutung,        class    man die       Evakuierungsgase    nicht, nur zuführt, sondern  auch wegführt, und zwar zusammen mit den  ausgewaschenen Gasen.     Man    würde nämlich  andernfalls     nur    bis zu einer Gleichgewichts  lage kommen, bei welcher die     ausgewaschenen     Gasmengen mit den in der Schmelze zurück  gebliebenen.     Gasmengen    im     (deichgewieht     stehen.

   Die     Zuführung    der     Evakuierun;-sgase     geschieht dabei zweckmässig so,     dass    diese in       1-          möglichst        enge        Berflirung    mit der Oberfläche  der Schmelze kommen,     womit    erreicht wird,  dass das     Gleieligewieht    in der     Grenzsehieht     zwischen Gasatmosphäre und     Schmelze    gestört  wird.

   Dadurch wird eine vollständige Ent  gasung ermöglicht.     Auch    wenn man sich der  bekannten Methode bedient, ein     W        asehgas              durch    die Schmelze zu blasen oder dieses in  der Schmelze zu erzeugen, so kann man     nun-          mehr        dadurch    eine     beträehtlielie        Verbesserung          crzieleii,    wenn man zusätzlich über die Ober  fläelie der Schmelze dasselbe Gas bläst, wo  durch die Reaktion in der     Grenzsehieht    zwi  schen Schmelze und Gasatmosphäre irrever  sibel wird.  



  Die Erfindung- ist nicht bloss für Stahl  lind andere, für     Konstruktions-          zwe        eke        geei--riete        Le-,ierungen    verwendbar,  sondern kann     auch    bei der Herstellung     ver-          schiedener    Zusatz- und     Legierungsmetalle,     z.13.     Ferrolegierunren,    die zur Herstellung  der verschiedenen     le-Jerten        Konstruktions-          werkstoffe    dienen, angewendet werden.  



  Das     Ferrot.itan    ist unter den     Ferrolegie-          rungen    besonders interessant. Es konnte     näm-          lieli    festgestellt werden, dass alles     Ferrotitan,          das    sieh zur Zeit auf     dein    Markt befindet,       ohie    sehr     inhomoaene    Zusammensetzung auf  weist und tatsächlich aus einer Mischung     ver-          schieden        zusanimengeset.zter        Ferrotitantypen     besteht.

       Schon    mit blossem Auge kann man       drei    Hauptbestandteile unterscheiden, die auf  (rund ihrer Färbung als blaues,     gelbes    und  weisses     Ferrotitan    bezeichnet werden können.       Ein    am Markt     @,ekauftes        Ferrotitan    mit einem       Titan;-ehalt        von        31,50/a        und        3,1%        Silizium,          wurde    in gelbe, blaue     Lind    weisse Stücke sor  tiert.

   Jede dieser Sorten wurde gesondert ana  lysiert, wobei es sich zeigte, dass die weisse       Sorte        28,80/0        Titan        und        5,4%        Silizium,        die          "elbe        Sorte        60,4%        Titan        und        0,8%        Silizi-Liin          und        die        blaue        Sorte        56,

  1%        Titan        und        0,9%     Silizium enthielten.  



  Beim Schmelzen zeigte es sieh ferner, dass  sieh das weisse     Ferrotitan    in der Stahlschmelze  bei     1550     C vollständig auflöst. Das gelbe und  blaue     Ferrotitan    dagegen ging nicht einmal  bei     7750 '    C     -Lind    ? Stunden Schmelzdauer in  Lösung.

   Dieses Verhalten bedingt nicht nur  den Übelstand, dass die mit solchem     Ferro-          titan    hergestellten Legierungen eine grosse       11en\-e    ungelöster     Ferrotitaneinschlüsse    auf  weisen, die die Eigenschaften des Werkstoffes       stark    verschlechtern, sondern es ist darüber    hinaus unmöglich, die erforderlichen Zusatz  mengen für den gewünschten Titan- und       Siliziumgehalt    im voraus zu berechnen, wo  durch die Reproduktion einer Analyse un  möglich gemacht wird.  



  Unter Anwendung der Erfindung bei der  Herstellung von     Ferrotitan,    d. h. Schmelzen,  Giessen und Erkalten unter     Gasevakuierung,     z. B. mit einem Edelgas oder eventuell mit  Wasserstoffgas, ist es möglich, ein homogenes       Ferrotitan    des weissen, lösungsfähigen Typs  zu     erhalten.    Bei dessen Anwendung ist es  dann leicht, die Schmelzführung im voraus       zii    berechnen.

   Das setzt zwar voraus, dass auch  das Legieren einer     Schmelze    mit Hilfe eines  solchen     Ferrotitans    unter     Gasevaluierung     ausgeführt wird, weil das weisse     Ferrotitan     bei der     Temperatur    der Schmelze in Gegen  bart von auch nur geringen Luftmengen in  die gelbe oder blaue Modifikation umgewan  delt wird.  



  Das erfindungsgemässe Verfahren kann in  beliebigen schon gebräuchlichen Öfen, Pfan  nen oder Kokillen durchgeführt werden. Falls  diese nicht geschlossen sind, ist es am besten,  sie mit einem Deckel oder einer Haube zu  versehen, die nur in einem solchen Grade     ab-          zudieliten    brauchen, dass die Aufrechterhal  tung eines schwachen Überdruckes des Eva  kuierungsgases ohne unökonomische Gasver  luste ermöglicht     wird.    Die vorhandenen     Un-          diehtigkeiten    dienen dann zur Ableitung des       Evakuierungsgases.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Entfernung von Gasen aus Schmelzen von Metallen oder Legierungen, dadurch gekennzeichnet, dass in den über der Schmelze eines Metalles oder einer Legierung befindlichen Raum ein Gas eingeleitet wird, das der Schmelze die in ihr enthaltenen Gase mindestens teilweise entzieht, und zwar in der Weise, dass die Gasschicht unmittelbar über der Schmelze kontinuierlich entfernt und durch das eingeleitete Gas ersetzt wird und dass die Schmelze bis zum Erstarren in einer Atmosphäre des eingeleiteten Gases verbleibt. UIVTERAINTSPR1'CHE 1.

   Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass ein Gasgemisch eingeleitet wird, das der Schmelze mindestens ein Gas entzieht und ausserdem ein Gas ent hält, welches von der Schmelze aufgenommen wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass ein inertes Gas zugeführt wird. 3. Verfahren nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass ein Edelgas zuge führt wird. 4. Verfahren nach Unteransprueh 2, da durch gekennzeichnet, dass Schmelzen von Legierungen, die nitridhildende Metalle ent halten, auf die genannte Art behandelt wer den. 5.

   Verfahren nach Unteransprueh 4, da durch gekennzeichnet, dass Schmelzen von Ferrolegierungen, besonders von Ferrotitan, auf die genannte Art behandelt werden.