Verfahren zum Einbringen von Gasen und andern Stoen in den Bereich des Giessstrahles schmelzflüssiger Metalle und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens Die Erfindung betrifft .ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit deren Hilfe schmelzflüssige Metalle verändert werden können. Das Verfahren ist geeignet, solche Stoffe auf schmelzflüssige Metalle zur Ein wirkung zu bringen, die geeignet sind, das Metall von unerwünschten Bestandteilen zu befreien oder solche Stoffe, die in dem zu behandelnden Metall verbleiben sollen, um dort einen günstigen Einfluss infolge ihrer Anwesenheit auszuüben.
Unter Metall sollen hier Nichteisenmetalle, Legierungen, Stähle und Stahllegierungen verstanden werden.
Es gibt in der Legierungstechnik eine Anzahl von Legierungsstoffen, deren Zulegierung zu einem Schmelzbad (vor allem, wenn sie in grösseren An teilen einem Schmelzbad zuzugeben sind) Schwierig keiten bereiten, indem sie sich schlecht, z. B. un gleichmässig in der Schmelze verteilen bzw. mit Stof fen des Schmelzbades oder der dem Schmelzbad be nachbarten Atmosphäre infolge hoher Affinität Ver bindungen bilden, z. B.
Oxyde bzw. Nitride. Die ungleichmässige Verteilung des Legierungselementes bzw. die dabei in der Schmelze zurückbleibenden Verbindungen der Legierungselemente bewirken so dann eine Güteverschlechterung der Legierung, zumal wenn die Einschlüsse erhebliche Teilchengrössen besitzen und eine schädliche Verteilung und An ordnung im Gefüge der Grundlegierung besitzen. Typische Beispiele für das Legieren von Stahl sind Titan- und Aluminiumzusätze bzw. Vorlegierungen mit hohen Anteilen an solchen Elementen. Weiter gehören zu diesen Stoffen z. B. Bor, Niob, Vanadin, Tantal sowie Legierungen und Verbindungen aller vorher genannten Elemente.
Der schädliche Einfluss der bei der Zugabe solcher Legierungsstoffe ent- stehenden Einschlüsse, z. B. im Stahl oder Stahl- legierungen ist mannigfaltig und kann, z. B. in einer Beeinträchtigung der Warm- und Kaltverformbarkeit, der Oberflächenbeschaffenheit, der Korrosionsbestän digkeit, der Schweissbarkeit, oder auch von Festig keitseigenschaften, insbesondere der Zähigkeit, be stehen.
Ein sicheres und einfaches Verfahren zur Besei tigung bzw. Verhinderung solcher Fehlerquellen ist bisher nicht bekannt. Ein solches Verfahren und eine dafür besonders geeignete Vorrichtung vorzu schlagen, ist das Ziel der vorliegenden Erfindung.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ein bringen von Stoffen in metallische Schmelzbäder, z. B. in Stahl oder Stahllegierungen, und zwar von solchen Stoffen, die geeignet sind, das Metall von unerwünschten Bestandteilen zu befreien oder von Stoffen, die in dem zu behandelnden Metall verblei ben sollen, um dort einen günstigen Einfluss infolge ihrer Anwesenheit auszuüben, z. B. von Legierungs metallen, die beim Legieren in Schmelzbädern Schwie rigkeiten bereiten.
Das Verfahren ist dadurch ge kennzeichnet, dass das zu behandelnde schmelzflüssige Metall aus der Schmelzvorrichtung in ein Vakuum, und zwar im freien Fall im Bereich des Vakuum druckes eingebracht und die vorher genannten Stoffe mit dem Giessstrahl zusammengebracht werden.
Zweckmässig ist dafür zu sorgen, dass der zu legierende Giessstrahl weit auseinandergerissen ist. Die Legierungsstoffe können in zerkleinerter Form zugegeben werden, wobei es vorteilhaft ist, die Zer kleinerung um so weiter zu treiben, je stärker der Giessstrahl aufgeteilt ist. Die Legierungsstoffe können im Strahl eines inerten Gases oder auch gesondert von dessen Zuleitung in den Giessstrahl eingebracht werden, z. B. durch eine Schleuse im Deckel des Unterdruckraumes.
Es ist auch möglich, den Legie rungsstoff in geschmolzenem oder dampfförmigem Aggregatzustand in den Giessstrahl einzubringen.
In ähnlicher Weise kann verfahren werden, wenn das zu giessende Metall nur oder gleichzeitig mit reagierenden Gasen behandelt werden soll.
Das Verfahren, z. B. für die Behandlung von Stahl, wird zweckmässig mit Hilfe einer Vorrichtung durchgeführt, wie sie als Beispiel aus der Zeichnung ersichtlich ist. Sie besteht hier aus einem verschliess baren Gefäss 1 von solchem Fassungsraum, das heisst solcher Höhe und Breite, dass es etwa eine übliche Giesspfanne 2 oder eine entsprechend grosse Giessform (Kokille) aufnehmen kann. Der Verschluss erfolgt mittels des Deckels 3. Die Dichtung 4 des Behälters 1 ist so angeordnet, dass sie von der Wärmestrahlung des flüssigen Stahls nicht beein trächtigt wird. Zweckmässig erhält der Deckel noch einen Strahlungsschutz, z. B. aus Blech, Asbest oder dergleichen. Weiterhin ist eine Saugleitung 5, die zu den Vakuumpumpen führt, vorgesehen.
Auf den Deckel 3 ist .ein pfannenartiges Gefäss 9 mit seinem regelbaren Auslauf 10, vakuumdicht durch die Dich tung 11, aufgesetzt. Durch die im Deckel 3 befind liche Öffnung 12 wird der Stahl aus der Pfanne 9 in den Unterdruckraum 1 eingeschleust. Mindestens ein Beobachtungsfenster 13, dient dazu, die Unter druckbehandlung zu überwachen. In der Wand des Unterdruckbehälters 1 (oder im Deckel 3) ist eine Beschickungseinrichtung vorgesehen. Sie ist so ein gerichtet, dass über die Zuführungsleitung .8, in der ein Absperrorgan 14 vorgesehen ist, Gas aus dem angeschlossenen Gasbehälter 15 in den Unterdruck raum 1 eingeführt werden kann.
Die Gasleitung 8 kann ausserdem mit einer Zuführungsvorrichtung 16 für fein zerteilten Legierungsstoff, z. B. mit einer abgedichteten Transportschnecke 17, verbunden sein, so dass das Gas den Transport dieses Stoffes bewirken kann. Das Zuführungsrohr 8 endet mit dem freien Ende im Bereich über dem Behälter 2. Es ist vor zugsweise mit einem Rüssel 18 versehen, welcher es ermöglicht, den Legierungsstoff unmittelbar in den Giessstrahl unterhalb der Öffnung 12 einzuführen.
Eine solche Vorrichtung wird vorzugsweise wie folgt betrieben: Zur Behandlung einer zunächst im Behälter 9 befindlichen oder während des Verfahrens dorthin nachgefüllten Schmelze wird im Vakuum raum 1 ein Vakuum erzeugt mit Hilfe der an die Vakuumleitung 5 angeschlossenen (nicht dargestell ten) Pumpen. Nach dem Öffnen des Stopfens im Behälter 9 ergiesst sich die Schmelze durch die öff- nung 12 in den Vakuumraum 1.
Soll nun ein empfindlicher Legierungsstoff in den Giessstrahl eingebracht werden, so wird aus dem Gas behälter 15 ein inertes Gas, z. B. Argon, in den Unterdruckraum 1 eingelassen, wobei das Absperr organ in der Saugleitung 5 geschlossen werden kann, und dabei der Legierungsstoff mittels der Vorrich- tung 16 in das Gas eingebracht und mit diesem durch das Rohr 8 an den Giessstrahl herangebracht.
Es hat sich dabei als besonders wertvoll erwiesen, dafür zu sorgen, dass der Giessstrahl in feine Tröpfchen aufgeteilt wird, deren Durchmesser zwischen etwa 10 und 10-3 mm liegt. Die Aufteilung des Strahles der Schmelze, z. B. des Stahles, in diese gewünschte Teilchengrösse wird dadurch erreicht, dass beim Ein fliessenlassen des Stahles in den Unterdruck hinein mehrere Faktoren in eine bestimmte Beziehung zu einander gesetzt werden. Dabei wird die Einfliess- öffnung (die Pfannendüse) mit einer Weite gewählt, die zwischen etwa 25 und 70 mm Durchmesser liegt. Der zugehörige Unterdruck wird im Bereich von 30 bis 0,1 Torr gewählt.
Bei Stahlsorten, die üblicher weise einen besonders hohen Gasgehalt besitzen, wie unberuhigter oder schwachberuhigter Stahl, wird man die Torrwerte im oberen Teil des angegebenen Be reiches wählen, während bei beruhigten Stahlsorten mit kleinen Torrzahlen gearbeitet werden sollte. Der gasreichere Stahl sollte aus weiteren Düsen, der gasarme Stahl jedoch aus engeren Düsen vergossen werden. Weiterhin wird zweckmässig die Stahlsäule über der Einflussöffnung (der Pfannendüse) minde stens 300 mm hoch gewählt.
Diese Faktoren ergeben bei richtiger Auswahl eine Aufteilung des in den Unterdruck .einfallenden Stahles in Tröpfchen der Grössenordnung 10 bis 10-3 mm. Die richtige Aus wahl der Faktoren kann auf die Weise kontrolliert werden, dass der Einfliessvorgang mit hoher Bild folge (z. B. 7000 Aufnahmen je Sekunde) photo graphiert wird, so dass auf den Filmbildern die Tröpfchengrösse ausgemessen werden kann.
Die Zugabe der Legierungsstoffe kann auf ein mal oder auch in mehreren Teilmengen erfolgen, wobei der letztere Weg den Vorzug hat, dass das Vakuum infolge der Zugabe des inerten Gases nicht zu stark vermindert wird. Nach der jeweiligen Legie rungszugabe wird dabei das Absperrorgan in der Saugleitung 5 wieder geöffnet - falls es geschlossen war - und das Absaugen fortgesetzt.
Durch die Zuführung von inerten Gasen wird gleichzeitig der Partialdruck von unerwünschten Ga sen, welche mit dem Legierungsstoff eingebracht werden, herabgesetzt und damit für die schnelle Ab führung dieser Gase gesorgt. Statt des inerten Ga ses kann unter Umständen auch ein anderes nicht schädliches Gas verwendet werden.
Auf diese Weise gelingt es in bisher unerreich tem Masse, schwierige Legierungselemente, z. B. Titan, auch in grösseren Mengen mit geringsten Verlusten und guter Verteilung in Schmelzbädern, z. B. Stahl, einzubringen und dabei Erzeugnisse mit neuartigen Eigenschaften zu erzielen.
Soll die Vorrichtung dazu dienen, das Metall mit reagierenden Gasen zu beaufschlagen, so ändert sich nichts, als dass die Gasbehälter anstatt mit inertem Gas mit dem reagierenden Gas gefüllt wer den und diese im Betrieb in den Unterdruckraum eingelassen werden. Soll dabei von der Zufuhr fester oder flüssiger Stoffe, wie Legierungselementen, abgesehen werden, so werden die Zuführungsleitungen für diese abge sperrt, oder es können diese Zuführungsvorrichtungen überhaupt fehlen.